Клиноременные передачи

Обычно клиноременная передача представляет собой открытую передачу с одним или несколькими ремнями. Рабочими поверхностями ремня являются его боковые стороны.

По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обла­дают большей тяговой способностью, имеют меньшее межосевое расстояние, допускают меньший угол обхвата малого шкива и большие передаточные числа (и ≤ 10). Однако стандартные клиновые ремни не до­пускают скорость более 30 м/с из-за возможности крутильных колебаний ведомой системы, связанных с неизбежным различием ширины ремня по его длине и, как следствие, непостоянством передаточного отношения за один пробег ремня. У клиновых ремней большие потери на трение и на­пряжения изгиба, а конструкция шкивов сложнее.

Клиноременные передачи широко используют в индивидуальных приво­дах мощностью до 400 кВт. КПД клиноременных передач η = 0,87... 0,97.

Поликлиновые ременные передачи не имеют боль­шинства недостатков, присущих клиноременным, но сохраняют достоин­ства последних. Поликлиновые ремни имеют гибкость, сравнимую с гиб­костью резинотканевых плоских ремней, поэтому они работают более плавно, минимальный диаметр малого шкива передачи можно брать меньшим, передаточные числа увеличить до и < 15, а скорость ремня до 50 м/с. Передача обладает большой демпфирующей способностью.

Клиновые и поликлиновые ремни. Клиновые приводные ремни выполняют бесконечными резинотканевой конструкции трапецеидально­го сечения с углом клина φ₀ = 40°. В зависимости от отношения ширины b₀ большего основания трапеции к ее высоте h клиновые ремни бывают нормальных сечений (b₀/h ≈ 1,6, см. рис, 6.8); узкие (b₀/h ≈ 1,2); широкие (b₀/h ≈ 2,5 и более; применяют для клиноременных вариаторов).

В настоящее время стандартизованы клиновые ремни нормальных сечений, предназначенные для приводов станков, промышленных установок и стационарных сельскохозяйственных машин. Основные размеры и методы контроля таких ремней регламентированы ГОСТ 1284.1 – 89; обозначения сечений показаны на рис. 6.8.

Рисунок 6.8 - обозначения сечений клиновых ремней

Ремни сечения Е0 применяют только для действующих машин и установок. Стан­дартные ремни изготовляют двух видов: для умеренного и тропического климата, работаю­щих при температуре воздуха от минус 30 до плюс 60 °С, и для холодного и очень холодного климата, работающих при температуре от минус 60 до плюс 40 °С Ремни сечений А, В и С для увеличения гибкости могут изготовляться с зубьями (пазами) на внутренней поверхности, полученными нарезкой или формованием (рис. 6.9, в).

Клиновые ремни (рис. 6.9, а, б) состоят из резинового или резинотканевого слоя растяжения 1, несущего слоя 2 на основе материалов из химических волокон (кордткань или кордшнур), резинового слоя сжатия 3 и оберточного слоя прорезиненной ткани 4. Сечение ремня кордтканевой (а), кордшнуровой (б) конструк­ции показаны на рис. 6.9. Более гибки и долговечны кордшнуровые ремни, применяемые в быстроходных передачах. Допускаемая скорость для ремней нормальных сечений υ ≤ 30 м/с.

Технические условия на ремни приводные клиновые нормальных сечений регламентированы ГОСТ 1284.2—89, а передаваемые мощности —
ГОСТ 1284.3—89.

Рисунок 6.9 - Сечение клинового ремня:

(а) кордтканевой, (б) кордшнуровой конструкции, (в) с зубьями (пазами) на внутренней поверхности

Кроме вышеуказанных приводных клиновых ремней стандартизованы: ремни вентиляторные клиновые (для двигателей автомобилей, тракторов и комбайнов) и ремни приводные клиновые (для сельскохозяйственных машин).

При необходимости работы ремня с изгибом в двух направлениях применяют шестигранные (сдвоенные клиновые) ремни.

Весьма перспективны узкие клиновые ремни, которые передают в 1,5—2 раза большие мощности, чем ремни нормальных сечений. Узкие ремни допускают меньшие диаметры малого шкива и работают при скоростях до 50 м/с; передачи получаются более компактными. Четыре сечения этих ремней У0 (SPZ), УА (SPA), УБ (SPB), УВ (SPC) заменяют семь нормальных сечений. В скобках даны обозначения по ИСО.

Узкие ремни обладают повышенной тяговой способностью за счет лучшего распределения нагрузки по ширине несущего слоя, состоящего из высокопрочного синтетического корда. Применение узких ремней значительно снижает материалоемкость ременных передач. Узкие ремни пока не стандартизованы и изготовляются в соответствии с ТУ 38 605 205-95. Следует отметить, что в клиноременных передачах с несколькими ремнями из-за разной длины и неодинаковых упругих свойств нагрузка между ремнями распределяется неравномерно. Поэтому в передаче не рекомендуется использовать более 8... 12 ремней.

Поликлиновые ремни представляют собой бесконечные плоские ремни с ребрами на нижней стороне, работающие на шкивах с клиновыми канавками. По всей ширине ремня расположен высокопрочный синтетический шнуровой корд; ширина такого ремня в 1,5—2 раза меньше ширины комплекта ремней нормальных сечений приодинаковой мощности передачи.

Поликлиновые ремни пока не стандартизованы; на основании нормали изготовляют три сечения кордшнуровых поликлиновых ремней, обозначаемых К, Л и М, с числом ребер от 2 до 50, длиной ремня от 400 до 4000 мм и углом клина φ₀ = 40°.

По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи облада­ют значительно большей тяговой способностью за счет повышенного сцепления, обусловленного приведенным коэффициентом трения f ' между ремнем и шкивом.

Как известно из рассматриваемой в теоретической механике теории трения клинчатого ползуна,

f' = f/sin(α/2),

где f — коэффициент трения на плоскости (для прорезиненной ткани по чугуну f = 0,3); α — угол профиля канавки шкива.

Приняв α = φ₀ = 40 º получим

f' = f/sin20º≈3 f

Таким образом, при прочих равных условиях клиновые ремни способны передавать в три раза большую окружную силу, чем плоские.

Расчет передачи с клиновыми ремнями. Расчет проводят из условий обеспечения тяговой способности и долговечности ремней; он основан на тех же предпосылках, что и расчет плоскоременных передач.

Расчет ремней выполняют с помощью таблиц, содержащих номинальные мощности, передаваемые одним ремнём в зависимости от сечения ремня, расчётного диаметра малого шкива, его частоты вращения и передаточного числа (расчётный диаметр шкива клиноременной передачи соответствует положению нейтрального слоя ремня, установленного в канавке шкива; см. диаметр d_р на рис. 6.14).

Проектный расчет клиноременной передачи начинают с выбора сечения ремня по заданной передаваемой мощности и часто­те вращения малого шкива с помощью графиков (рис. 6.10). При мощно­стях до 2 кВт применяют сечение Z, а сечение Е0 — при мощностях свы­ше 200 кВт.

Далее определяется р а с ч е т н ы й диаметр малого шкива. Минимально допустимые значения расчетных диаметров d_min, малого шкива следующие:.

Сечение------------Z А В С D Е УО УА УБ УB

! d_min, мм----------63 90 125 200 355 500 63 90 140 224

Следует помнить, что вышеприведенные значения расчетных диаметров малого шкива обеспечивают минимальные габариты передачи но с увеличением этого диаметра возрастают тяговая способность и КПД передачи, а также долговечность ремней. При отсутствии.жестких требований к габаритам передачи расчетный диаметр d₁ малого шкива следует принимать больше минимально допустимого значения. Диаметр d₂ большого шкива определяют по формуле

d₂ = ud₁

где и - передаточное число передачи; полученное значение округляют до ближайшего стандартного размера.

Рисунок 6.10 - Выбор сечения ремня по заданной передаваемой мощности и часто­те вращения малого шкива с помощью графиков

Расчетные диаметры шкивов клиноременных передач выбирают из стандартного ряда (мм): 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500 и т. Д

Далее определяют окружную скорость υ ремня по формуле

υ = πd₁n₁/60,

где d_1, n₁ — расчетный диаметр и частота вращения малого шкива.

В ходе дальнейшего расчета находят все геометрические параметры передачи.

Межосевое расстояние а предварительно определяют по условию

0,55(d₁+ d₂)+h< a < 2(d₁+ d₂),

где h — высота сечения ремня. Следует помнить, что с увеличением ме­жосевого расстояния долговечность ремней увеличивается/

Расчетная длина р е м н я Lр вычисляется по формуле, приве­денной в § 6.1, и округляется до ближайшей стандартной длины из ряда (для сечения В) (мм): 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2120; 2240 и т. д. до 6300. Затем по формуле, приведенной в § 6.1, опре­деляют окончательное межосевое расстояние а в зависимости от приня­той стандартной расчетной длины ремня.

Угол обхвата α₁ малом шкиве вычисляется по формуле, приведенной в § 6.1.

Мощность Р_р, передаваемая одним ремнем, рассчитывается по формуле

P_p= P₀C_αC_L/C_p,

где Р₀ — номинальная мощность, передаваемая одним ремнем (для ремней сечения В находится по табл. 6.2; для других сечений—по таблицам ГОСТа). С_α—коэффициент угла обхвата:

α₁⁰--------180 160 140 120 90

C_α ---------1,0 0,95 0,89 0,82 0,68

C_L — коэффициент длины ремня, зависящий от отношения принятой длины L ремня к исходной длине L_P указанной в стандарте:

L/L_P --------03 0,5 0,8 1,0 1,6 2,4

C_L----------0,79 0,86 0,95 1,0 1,1 1,2

(подробная таблица значений C_L приведена в стандарте); С_р — коэффициент динамичности и режима работы; ориентировочно принимается как для плоскоременных передач, см. § 6.2 (подробная таблица значений С приведена в стандарте).

Дальнейший расчет клиноременной передачи сводится к определению числа ремней z по формуле

z = P/(C_zP_p)

где Р — передаваемая мощность на ведущем валу; Сz — коэффициент, учитывающий число ремней в комплекте, вводится при z ≥ 2:

z -------------------2—3 4—6 >6

Cz ------------------0,95 0,90 0,85

Во избежание значительной неравномерности распределения нагруз­ки между ремнями не рекомендуется в одной передаче использовать бо­лее 8 ремней нормального сечения и 12 узких ремней; число ремней мел­ких сечений не следует брать больше 6.

Нагрузка на вал клиноременной передачи

R = 2F₀zsin(α₁/2),

где F₀ — натяжение ветви одного ремня; α₁ — угол обхвата малого шкива.

Величину F₀ натяжения ветви одного ремня вычисляют по формуле

где υ — окружная скорость ремня; Θ — коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил: Ц

Сечение ремня---------Z А В С D Е Е0

Θ, Hc²/_M² --------------0,06 0,1 0,18 0,3 0,6 0,9 1,5

Передачи с узкими и поликлиновыми ремнями рассчитывают по ана­логичной методике. Таблицы мощностей, передаваемых одним узким ремнем и поликлиновым ремнем с 10 ребрами, имеются в учебных посо­биях по курсовому проектированию деталей машин.

При расчете поликлиновых ремней определяют число ребер z по формуле

z = 10P/P_p,

где Р — передаваемая мощность на ведущем валу; Рр — мощность, пере­даваемая ремнем с 10 ребрами.

Расчет долговечности клиновых ремней нормальных сече­ний установлен ГОСТ 1284.2—89. Средний ресурс L_hcp ремней в эксплуатации для среднего режима работы устанавливается 2000 ч. При легких, тяжелых и очень тяжелых режимах работы расчетный pecyрс вычисляют по формуле

L_hp = L_hcpK₁K₂

где К₁ — коэффициент режима работы, равный: для легкого режима — 2,5; для тяжелого режима — 0,5; для очень тяжелого режима — 0,25; К₂ -коэффициент, учитывающий климатические условия эксплуатации, равный: для районов с холодным и очень холодным климатом — 0,75; для остальных районов — 1,0.

Режим работы для конкретных машин устанавливают по ГОСТу Так, например, для станков с непрерывным процессом резания (токарные, сверлильные, шлифовальные) режим работы полагается легким; для фре­зерных, зубофрезерных станков режим работы полагается средним; стро­гальные, долбежные, зубодолбежные и деревообрабатывающие стан­ки работают в тяжелом режиме; очень тяжелый режим работы полага­ется для подъемников, экскаваторов, молотов, дробилок, лесопильных рам и др.

Пример 6.2. Рассчитать основные параметры и размеры клиноременной передачи от электродвигателя к редуктору привода ленточното транспортера в условиях, соответствующих примеру 6.1. Сравнить габаритные размеры плоскоременной и клиноременной передач.

Решение. По графику на рис 6.10 в соответствии с заданной мощностью Р = 7 кВт и частотой вращения малого шкива n₁ =1440 мин^-1 выбираем клиновой ре­мень нормального сечения В, для которого минимальный расчетный диаметр малого шкива d_min= 125 мм. Ввиду отсутствия жестких требований к габаритам для увеличения тяговой способности и КПД передачи, а также долговечности ремней принимаем стандартный расчетный диаметр малого шкива d₁ =140 мм.

Тогда d₂ = ud₁=4- 140 = 560 мм, что соответствует стандарту.

Определяем окружную скорость ремня

υ = πd₁n₁/60 = π0,14 ·1440/60=10,5 м/с

Определяем минимальное межосевое расстояние, учитывая, что высота се­чения выбранного ремня h = 10,5 мм.

a_min = 0,55(d₁+ d₂)+h = 0,55(140 + 560) 110,5 = 395,5 мм.

Предварительно принимаем а = 400 мм. Находим расчетную длину ремня

L_p = 2а + π(d₁+ d₂)/2+(d₂ - d₁)²/(4а) = 2·400+π(140+560)/2+(560-140)²/(4·400) = 2010 мм.

Принимаем ближайшее стандартное значение длины ремня L = 2000 мм. Окончательно межосевое расстояние

где w = π(d₁+ d₂))/2 = π (140 + 560)/2 = 1099,

у = (d₂-d₁)²/4 = (560-140)²/4 = 44100

Тогда

Значение межосевого расстояния получилось несколько меньше минималь­но допустимого, поэтому увеличим длину ремня до L = 2120 мм, при которой окончательное межосевое расстояние а - 462 мм.

Проверяем угол обхвата малого шкива £

Проверяем число пробегов ремня

П = υ/L_p = 10,5/2,12 = 4,95<[П] = 15 с^-1

Определим расчетную мощность Pр передаваемую одним ремнем, учитывая, что номинальная мощность для выбранного ремня Р0 = 3,19 кВт (интерполяция), а исходная длина L_Р = 2240 мм (см. табл. 6.2).

P_p= P₀C_αC_L/C_p = 3.19 • 0.85 • 0,98/1.2 = 2,22 кВт

так как коэффициент угла обхвата С_α=0,85 (интерполяция); коэффициент длины ремня при L/Lp = 2120/2240 = 0,94 равен C_L = 0,98 (интерполяция); коэффициент динамичности режима работы Ср =. 1,2.

Определяем число ремней передачи z = Р/(СzРр) = 7/(0,9 • 2,22) = 3,5, так как коэффициент, учитывающий число ремней Сz = 0,9.

Принимаем число ремней z = 4.

Вычислим нагрузку R на валы и опоры, предварительно определив силу натяжения ветви одного ремня:

так как для ремней сечения В коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил, Θ=0,18. Тогда

R = 2F₀zsin(α₁/2) = 2 · 200 · 4 · sin(128°/2) = 1440 H.

Сравнение результатов расчетов в примерах 6.1 и 6.2 позволяет сде­лать вывод, что по наибольшему габаритному размеру клиноременная передача примерно в три раза меньше плоскоременной.