Группа Вс 21, 15.06.2022 г., техническая механика
методическая разработка

Расчет ременной передачи (Лекция)

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Ременные передачи широко применяются в различных промышленных и сельскохозяйственных машинах (комбайнах, жатках, транспортерах и др.) в тех случаях, когда валы расположены на значительном расстоянии. Их относят к передачам трением с гибкой связью. Нагрузка передается за счет сил трения, возникающих между ремнем и шкивами. Необходимые силы трения создают натяжением ремня, для чего используют различные натяжные устройства.

Передача состоит из трех основных элементов: двух шкивов и ремня. По форме поперечного сечения ремня различают плоскоременную, клиноременную, поликлиноременную, круглоременную и зубчато-ременную передачи.

Передаваемая мощность не превышает 50 кВт (с зубчатыми ремнями 200 кВт). Окружные скорости ремней 4…100м/с (большие значения рекомендуют для плоских синтетических ремней). Скорость клиновых и поликлиновых ремней не должна превышать 40м/с. КПД передачи 0,94…0,97. Рекомендуемые передаточные числа: плоскоременных передач до 5, клиноременных до 7, для передач с натяжным роликом и зубчато-ременных до 10. Назначая передаточное отношение, нужно учитывать, что при его увеличении возрастают габаритные размеры передачи.

Преимущества ременных передач: простота конструкции и обслуживания, плавность, бесшумность, высокий КПД, отсутствие смазки, невысокая стоимость, защита от перегрузок. К недостаткам передач относятся: значительные габаритные размеры, переменное передаточное число из-за проскальзывания ремня под нагрузкой, повышенные нагрузки на валы и опоры, низкая долговечность, электризация ремня.

2. КОНСТРУКЦИИ  И  МАТЕРИАЛЫ РЕМНЕЙ

Плоские ремни. В среднескоростных передачах используют резинотканевые ремни (ГОСТ 23831-79*). Каркас ремней составляют прокладки БКНЛ-65 из ткани с основой и утком из комбинированных нитей (комбинации полиэфирного и хлопчатобумажного волокна) или прокладки ТА-150, ТА-200 и ТК-150, ТК-200, ТК-300 из синтетических тканей с резиновыми прослойками и обкладками или без них. Перспективными считают синтетические ремни, так как они обладают повышенной прочностью и долговечностью. Бесконечные ремни из капроновой ткани, пропитанные раствором полиамида, применяют в быстроходных передачах при скорости ремня до 75м/с. Хлопчатобумажные ремни применяют в малонагруженных скоростных передачах, так как тяговая способность и долговечность их ниже резинотканевых. Кожаные ремни отличаются высокой нагрузочной способностью и долговечностью, хорошо работают в условиях переменных и ударных нагрузок. Однако их применяют редко из-за высокой стоимости и дефицитности.

Клиновые ремни. Для приводов машин используют клиновые ремни нормальных и узких сечений, а также поликлиновые ремни нормальных сечений (ГОСТ 1284.1-89*). Ремни состоят из несущего слоя (кордной ткани или кордшнура), резиновых слоев и оберточной прорезиненной ткани, соединенной вулканизацией. Для передачи больших нагрузок используют ремни с кордом из стальных тросов. Кордшнуровые ремни более гибкие и долговечные, их используют на шкивах малых диаметров.

Круглые ремни. Круглоременные передачи с кожаными, хлопчатобумажными и капроновыми ремнями применяют в основном в приборах и бытовой технике.

Зубчатые ремни. В зубчато-ременной передаче нагрузка передается за счет зацепления зубьев ремня со шкивами. Несущий слой ремня выполнен из стального проволочного троса или шнура из стекловолокна и эластичного связующего материала на основе неопрена или полиуретана. Передача обладает преимуществами передач зацепления, т.е. высокой нагрузочной способностью, долговечностью, отсутствием скольжения, небольшими нагрузками на валы  и передач трением, а именно: плавностью, бесшумностью, отсутствием смазочного материала.

3. РАСЧЕТ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ

Критерии работоспособности и расчета. К основным критериям работоспособности ременных передач относятся тяговая способность (надежность сцепления ремня со шкивом) и долговечность ремня, характеризуемая его усталостной прочностью. Проектный расчет передачи выполняют по первому критерию, проверочный – по второму.

Кинематические параметры. Вследствие упругого скольжения ремня по шкиву окружные  скорости ведущего  и ведомого  шкивов неодинаковы. Между ними существует соотношение:

где  - коэффициент упругого скольжения, равный 0,01…0,02.

Окружные скорости ведущего и ведомого шкивов:

где  - диаметры соответственно ведущего и ведомого шкивов;   - частоты вращения соответствующих шкивов.

Передаточное число с учетом скольжения:

где   - угловые скорости соответственно ведущего и ведомого шкивов.

Геометрические параметры. Диаметр ведущего шкива плоскоременной передачи

где  - вращающий момент на ведущем шкиве.

Диаметр ведущего шкива клиноременной передачи определяют по формуле:

,

где  С – коэффициент пропорциональности: С=38…42 для ремней нормального сечения, С=20 для ремней узкого сечения, С=30 для поликлиновых  ремней.

Значение  выбирают из стандартного ряда: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 180, 200, 224, 250, 280, 315, 355, 400, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 мм.

Межосевое расстояние а предварительно вычисляют по формуле:

для плоскоременной передачи

для  клиноременной передачи

где  - высота ремня.

Длина ремня

Длину клиновых ремней уточняют по стандартному ряду, а затем пересчитывают межосевое расстояние по формуле:

Угол обхвата ремней меньшего шкива

Для плоскоременной передачи ,  для клиноременной. С уменьшением угла обхвата снижается тяговая способность передачи. С целью повышения угла обхвата увеличивают межосевое расстояние или устанавливают натяжной ролик.

Расчет на долговечность. Основная причина усталостного разрушения ремня – циклически изменяющиеся натяжения, существенно зависящие от базового числа циклов изменения натяжения ( обычно его принимают равным ) и фактического числа пробегов ремня за время эксплуатации:

где  - число шкивов;  - наработка ремня, ч;  - частота циклов изменения напряжения, равная частоте пробегов ремня в секунду

Наработка ремня, ч:

где  – предел выносливости, соответствующий базовому числу циклов изменения напряжений: для резинотканевых плоских ремней равен 6МПа; для клиновых и поликлиновых ремней – 8МПа; m – опытный показатель; для плоских ремней равен 6; для клиновых равен 8;  - коэффициент, учитывающий передаточное число;  - коэффициент, учитывающий характер нагрузки.

1. ШКИВЫ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ

Конструкция шкива зависит от его размеров, материала и типа передачи. Шкивы изготавливают из чугуна, стали, легких сплавов и пластмасс. При окружной скорости менее 30 м/с обычно применяют литые шкивы из чугуна. Шкивы малых диаметров (до 350 мм) выполняют сплошными или с отверстиями, шкивы больших диаметров для уменьшения массы и удобства крепления – со спицами. Сварные шкивы из стали применяют при окружной скорости до 60 м/с, штампованные – при скорости до 80 м/с, литые из алюминия – при скорости до 100 м/с.

Основные размеры шкивов – диаметр и ширину обода рассчитывают, остальные размеры определяют по рекомендациям ГОСТ 17383 – 73 для плоских ремней и ГОСТ 20889 – 88 для клиновых ремней.

    Пример расчета клиноременной передачи

3.1.Определяем вращающий момент на ведущем шкиве и число оборотов ведомого шкива

3.2.Выбор сечения ремня.

При М1 = 27,05 Нм  принимаем ремень сечения   " А  " (т.5.7.)

;  ; ;

; ; .

3.3. Диаметры ведущего и ведомого шкивов.

Для увеличения долговечности клиноремённой передачи принимаем диаметр

ведущего шкива на 1…2 номера больше, чем ; принимаем     (с.68)

Диаметр ведомого шкива, с учётом относительного скольжения  ε = 0,015

Для сохранения параметров привода принимаем диаметр ведомого шкива  (с.68)

Уточняем  передаточное число клиноремённой передачи с учётом относительного скольжения  ε

Уточняем фактическое число оборотов ведомого шкива

Определяем отклонение    ∆n

Окончательно принимаем  ; .

3.4.Определяем межосевое расстояние

Принимаем межосевое расстояние близкое к среднему .

3.5. Определяем расчётную длину ремня.

По стандарту принимаем   (с.68)

Уточняем межосевое расстояние с учётом стандартной длины ремня.

где    

3.6.Определяем угол обхвата меньшего шкива

3.7.Определяем скорость ремня

3.8.Допускаемое окружное усилие на один ремень

где   - величина окружного усилия, передаваемого одним клиновым

ремнём сечения "А " при    и   (т.5.7.)

-коэффициент угла обхвата меньшего шкива.

 - коэффициент , учитывающий влияние длины ремня.

 -коэффициент режима работы (с.63)

3.9. Определяем окружное усилие.

3.10. Расчётное число ремней.

Принимаем число ремней

3.11.Определяем усилия в ремённой передаче.

Принимаем  напряжение от предварительного натяжения  

Предварительное натяжение каждой ветви

Рабочее натяжение ведущей и ведомой ветвей

Усилие на валы