Плоскоременные передачи

Наиболее типичные схемы передач плоским ремнем представлены на рис. 6.7: а—открытая (оси валов параллельны, шкивы вращаются в одинаковом направлении); б—перекрестная (оси валов парал­лельны, шкивы вращаются в противоположных направлениях); в — полуперекрестная (оси валов перекрещиваются); г — угловая (Углы валов перекрещиваются или пересекаются); д) со ступенчатыми шкивами (регулируемая передача); е) с холостым шкивом (применяется для пуска и остановки ведомого вала при непрерывном вращении ведущего); ж) с натяжным роликом (применяется при малых межосевых расстояниях и больших передаточных числах и ≤ 10.

Рисунок 6.7 - Схемы передач плоским ремнем:

(а) открытая; (б) перекрестная; (в) полуперекрестная; (д) со ступенчатыми шкивами; (е) с холостым шкивом; (ж) с натяжным роликом

Наибольшее распространение имеют открытые плоскоременные передачи. По сравнению с другими они обладают более высокой нагрузочной способностью, КПД и долговечностью ремней; в передачах б, в, г, ж ремень изнашивается быстрее в следствие дополнительных перегибов, закручивания и взаимного трения ведущей и ведомой ветвей. Плоскоременные передачи обеспечивают высокую плавность работы (плавность характеризует величину погрешностей угла поворота многократно повторяющихся за один оборот).

КПД передач плоским ремнем η = 0,93...0,98. Передаточное число открытой передачи и ≤ 5; с натяжным роликом и ≤ 10 Плоскоременные передачи предпочтительны при больших межосевых расстояниях; кроме того, они сравнительно дешевы, ремни их обладают большой гибкостью и повышенной долговечностью, шкивы просты по конструкции. Плоскоременные передачи применяют при весьма высо­ких скоростях ремня (до 100 м/с).

Материал ремней. Общие требования, которые предъявляются к материалам приводных ремней, заключаются в следующем: достаточно высокое сопротивление усталости, статическая прочность и износостой­кость, высокий коэффициент трения, эластичность (малая жесткость при растяжении и изгибе), а также невысокая стоимость и недефицитность.

Плоские ремни бывают кожаные, шерстяные, хлопчатобумажные, резинотканевые и синтетические.

Кожаные ремни среди плоских обладают наибольшей тяговой способностью и эластичностью. Кожаные ремни хорошо работают при переменных и ударных нагрузках на шкивах малых диаметров; допускаемая скорость ремня 45м/с. Ремни изготовляют одинарными и двойными (по согласованию с потребителем допускается изготовлять тройные ремни) шириной от 10 до 560 мм. Кожаные ремни не рекомендуется применять в промышленных установках при едком паре и газах. Из-за дефицитности и высокой стоимости применение кожаных ремней весьма ограничено.

Шерстяные ремни состоят из слоёв шерстяной тканой основы, прошитых хлопчатобумажными нитями и пропитанных специальным составом, состоящим из сурика на олифе. Эти ремни дороги, но хорош о противостоят сырости и воздействию химически активных сред, поэтому применяются главным образом в химической промышленности. Шерстяные ремни хорошо работают при неравномерных и ударных нагрузках и допускают скорость ремня до 30 м/с.

Хлопчатобумажные цельнотканые пропитанные ремни состоят из нескольких слоев хлопчатобумажной пряжи, пропитанных специальным составом. Такие ремни применяются при небольших мощностях и скоростях ремня до 25 м/с; удовлетворительно работают на шкивах малых диаметров, непригодны при работе на открытом воздухе, в сырых помещениях, при опасности воздействия кислот и температуры выше 45 С.

Резинотканевые плоские приводные ремни имеют наибольшее распространение. Они состоят из тканевого, каркаса нарезной конструкции с резиновыми прослойками между прокладками. Каркас ремней изуготовляют из технических тканей с хлопчатобумажными, комбиниро ванными или синтетическими нитями (по согласованию с потребителем ремни на основе первых двух тканей допускается изготовлять без резиновых прослоек). Наиболее прочны ремни с каркасом из синтетических тканей. Основная нагрузка воспринимается тканью, а резина обеспечива­ет работу ремня как единого целого, защищает ткань от повреждений и повышает коэффициент трения ремня о шкив.

Резинотканевые ремни обладают хорошей тяговой способностью, прочностью, эластичностью, малочувствительны к влаге и колебаниям температуры, однако их нельзя применять в средах, содержащих нефтепродукты. Для работы в сырых помещениях или при возможном воздействии кислот или щелочей применяют ремни с наружными резиновыми обкладками (одной или двумя).

Ремни изготовляют двух видов: общего назначения для интервала температур воздуха от минус 25 до плюс 60 °С и морозостойкие для интервала температур от минус 45 до плюс 60 °С.

Ремни изготовляют конечными или бесконечными шириной от 20 до 1200 мм с числом прокладок от 3 до 6.

Резинотканевые ремни допускают скорость до 30 м/с.

Для некоторых видов резинотканевых ремней в зависимости от их функционального назначения стандарт устанавливает средний ресурс или средний срок службы в часах или других единицах.

Синтетические плоские ремни. Весьма перспективны плоские ремни из синтетических материалов, обладающие высокой статической прочностью, эластичностью и долговечностью. Армирование плёночные многослойные ремни на основе синтетических полиамидных материалов могут передавать мощности в тысячи киловатт при скорости ремня до 60м/с. Плёночные ремни малой толщины (от 0,4 до 1,2 мм) могут передавать значительные мощности (до 15 кВт), работать при скоростях до 100 м/с и на шкивах малых диаметров. Тяговую способность синтетических ремней повышают за счет специальных фрикционных покрытий.

Расчет плоскоременных передач. При проектном расчете плоскоременных передач прежде всего выбирают тип ремня, а затем определяют минимальный диаметр малого шкива по формуле М. А. Саверина:

где Р₁ — передаваемая мощность; ω₁, — угловая скорость малого шкива (для синтетических ремней формула Саверина дает несколько завышен­ные результаты).

Полученный диаметр округляют до ближайшего стандартного значе­ния D₁ из ряда, (мм): 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200 и т.д. до 2000. Затем находят окружную скорость ремня по фор­муле υ = ω₁D₁/2 и сопоставляют ее с оптимальной для выбранного типа ремня. Далее определяют все геометрические параметры передачи и приступают к расчету ремня.

В качестве характеристики тяговой способности кожаных, шерстя­ных и хлопчатобумажных ремней принимается приведенное по­лезное напряжение

k₀ = 2 φ₀σ₀

где φ₀ — оптимальный коэффициент тяги; σ₀ - предварительное напряжение.

Величину k₀ выбирают в зависимости от типа ремня и минимально допустимого отношения (D₁/ δ)_min = 25, где δ - толщина ремня.

Тогда при σ₀ =1,8 МПа для ремней: кожаных к₀ =1,7 МПа; хлопча­тобумажных к₀ = 1,5 МПа; шерстяных к₀ = 1,2 МПа

При (D₁/ δ)> 25 значения к₀ будут большие (см. справочники).

Зная диаметр D₁ малого шкива и отношение D₁/ δ, определяем тол­щину ремня δ, округляя ее до ближайшего меньшего стандартного значе­ния. Дальнейший расчет кожаных и текстильных ремней сводится к оп­ределению ширины b ремня по формуле

b = F_t/([k] δ)

где F_t — окружная сила; [к] - допускаемое полезное напряжение:

[к] = k₀C₀C_αC_υ/C_p.

В этой формуле k₀ — приведенное полезное напряжение; С₀-коэффициент, учитывающий тип передачи и ее расположение для открытых горизонтальных передач и любых передач с автоматическим натяжением ремня С₀ - 1; при угле наклона межосевой линии к горизонту более 60° С₀ = 0,9...0,8, так как при больших углах наклона передачи вес ремня ухудшает его сцепление с нижним шкивом); С_α— коэффициент угла об­хвата малого шкива:

α₁⁰-----------------180 170 1б0 150

С_α-------------------1,0 0,97 0,94 0,91

С_υ — коэффициент влияния центробежных сил, зависящий от скоро­сти уремия:

υ, м/с---------------1 10 20 30

C_υ -----------------1,04 1,0 0,88 0,68

С_р — коэффициент динамичности и режима работы (при односмен­ной работе и характере нагрузки: спокойная С_р = 1, умеренные колебания С_р= 1,2, ударная С_р = 1,3; при двухсменной работе значения повышаются на 15%, при трехсменной — на 40%).

У резинотканевых ремней основную нагрузку несут тканевые прокладки, поэтому в качестве характеристики тяговой способности этих ремней принимается п р и в е д е н н а я рабочая нагрузка приходящаяся на миллиметр ширины одной прокладки.

По стандарту для тканей из хлопчатобумажных и комбинированных нитей q = 3 Н/мм, для тканей из синтетических нитей q = 10...20 Н/мм в зависимости от сорта ткани.

Ширина b резинотканевых ремней определяется по формуле

b=F_t/(i[q]),

где F_t — окружная сила; i — количество прокладок в ремне; [q] — до­пускаемая рабочая нагрузка на миллиметр ширины прокладки:

[q] = qC₀C_αC_υ/C_p.

(коэффициенты С выбирают такими же, как для кожаных и текстильных ремней).

Количество прокладок в ремне определяется по табл. 6.1 в зависимости от диаметра малого шкива и скорости ремня.

Ширина резинотканевых ремней выбирается из стандартного радя (мм): 20; 25; 32; 40; 50; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; и т.д. до 1200

Таблица 6.1.

Количество прокладок в ремне в зависимости от диаметра малого шкива и скорости ремня

Количество прокладок	Диаметр шкива, мм, для скорости ремня до, м/с

Для резинотканевых ремней сила F₀ предварительного натяжения ремня определяется по формуле

F₀ = q₀bi

где q₀ — удельная сила предварительного натяжения, приходящаяся на единицу ширины одной прокладки (q₀ = 2 Н/мм при малом межосевом расстоянии; q₀ = 2,25 Н/мм при большом межосевом расстоянии; q₀ = 2,5 Н/мм при автоматическом натяжении).

В большинстве случаев резинотканевые ремни выпускают в рулонах, поэтому для сшивки концов длину ремня увеличивают против расчетной на 100-400 мм.

В качестве характеристики тяговой способности синтетических ремней принимается приведенная предельная окружная сила q (передаваемая единицей ширины ремня), которая устанавлива­ется в зависимости от выбранной толщины ремня δ и предварительного напряжения σ₀ (q = 2... 12 Н/мм, см. справочники).

Для синтетических ремней толщиной δ = 0,4...1,2 мм отношение (D₁/ δ)≈75

Расчет синтетического ремня заключается в определении его ширины по формуле

b=F_t/([q]),

где F_t = окружная сила, [q] — допускаемая удельная окружная сила:

[q] = qC₀C_αC_υ/C_p

(коэффициенты С выбирают в соответствии с ранее приведенными реко­мендациями).

Пример 6.1. Рассчитать основные параметры и размеры открытой плоскоременной горизонтальной передачи от электродвигателя к редуктору привода ленточного транспортера. Передаваемая мощность Р₁ = 7 кВт, частота вращения ведущего вала n₁ = 1440 мин^-1, передаточное число и = 4. Нагрузка с умеренными колебаниями, работа односменная.

Решение. Выбираем плоский приводной резинотканевый ремень с прокладками из комбинированных (полиэфирных и хлопчатобумажных) нитей в основе с номинальной прочностью прокладки 55 Н/мм и приведенной рабочей нагрузкой q = 3 Н/мм (в стандарте она называется максимально допускаемой рабочей нагрузкой).

Определяем минимальный диаметр малого шкива по формуле М. А. Саверина, учитывая, что ω₁ = πn₁/30 = π • 1440/30 = 150 рад/с. Тогда

Принимаем стандартное значение диаметра D₁ = 200 мм. Тогда D₂ ≈ и D₁ = 4 • 200 = 800 мм, что соответствует стандарту.

Определяем окружную скорость ремня

υ = ω₁ D₁/2=150• 0,2/2 = 15 м/с,

что для резинотканевых ремней вполне приемлемо.

Определяем минимальное межосевое расстояние

а_min = 2(D₁ + D₂) = 2(200 + 800) = 2000 мм =2 м.

Принимаем а =2000 мм.

Проверяем угол обхвата на малом шкиве

Определяем расчетную длину ремня

L_p = 2а + π(D₁+ D₂)/2+(D₂ - D₁)²/(4а) =2·2+π(0,2+0,8)/2+(0,8-0,2)²/(4·2) = 5,615 м

Добавляем на сшивку ремня, например, 185 мм (этот размер зависит от спо­соба соединения концов ремня). Тогда общая длина L = 5,8 м. Проверяем число пробегов ремня

П = υ/L_p = 15/5,615 = 2,66<[П] = 5 с^-1

Находим окружную силу

F_t = P/ υ = 7·10³/l5 = 467 H.

Определяем допускаемую рабочую нагрузку

[q] = qC₀C_αC_υ/C_p= 3·1·0,95·0,94/1,2 = 2,24 Н/мм,

так как q = 3 Н/мм, С₀ - 1 (передача открытая горизонтальная), С_α = 0,95 (угол обхвата на малом шкиве α =163°, интерполяция); C_υ = 0,94 (скорость ремня и =15 м/с, интерполяция); С_р = =1,2 (нагрузка с умеренными колебаниями, работа односменная).

По табл. 6.1 в зависимости от скорости ремня и диаметра малого шкива определяем количество прокладок i=5.

Определяем ширину ремня

b=F_t/(i[q]) = 467/(5·2,24·10³) = 0,0417 м=41,7мм.

Принимаем ближайшее большее значение ширины ремня из стандартного ряда b=50 мм.

Находим ширину шкива (см. § 6.5):

B = 1,1b+10 = 1,1·50+10 = 65 мм.

Принимаем ближайшее значение ширины шкива из стандартного ряда В = 63 мм

Вычислим нагрузку на валы и опоры, приняв удельную силу предварительного натяжения q₀ = 2,25 Н/мм. Тогда

R = 2F₀sin(α₁/2) = 2q₀bisin(163º/2) = 2·2,25·50·0,99 = 1115 Н

Обратим внимание на то, что нагрузка на валы и опоры примерно в 2,5 раза больше передаваемого окружного усилия.