Черчение. Виды ремённых передач, материалы ремней и шкивов Отношение шкивов ременной передачи

Работы по переборке электродвигателя подходят к завершению. Приступаем к расчёту шкивов ремённой передачи станка. Немного терминологии по ремённой передаче.

Главными исходными данными у нас будут три значения. Первое значение это скорость вращения ротора (вала) электродвигателя 2790 оборотов в секунду. Второе и третье это скорости, которые необходимо получить на вторичном валу. Нас интересует два номинала 1800 и 3500 оборотов в минуту. Следовательно, будем делать шкив двухступенчатый.

Заметка! Для пуска трёхфазного электродвигателя мы будем использовать частотный преобразователь поэтому расчётные скорости вращения будут достоверными. В случае если пуск двигателя осуществляется при помощи конденсаторов, то значения скорости вращения ротора будут отличаться от номинального в меньшую сторону. И на этом этапе есть возможность свести погрешность к минимуму, внеся поправки. Но для этого придётся запустить двигатель, воспользоваться тахометром и замерить текущую скорость вращения вала.

Наши цели определены, переходим выбору типа ремня и к основному расчёту. Для каждого из выпускаемых ремней, не зависимо от типа (клиноременный, поликлиновидный или другой) есть ряд ключевых характеристик. Которые определяют рациональность применения в той или иной конструкции. Идеальным вариантом для большинства проектов будет использование поликлиновидного ремня. Название поликлиновидный получил за счет своей конфигурации, она типа длинных замкнутых борозд, расположенных по всей длине. Названия ремня происходит от греческого слова «поли», что означает множество. Эти борозды ещё называют по другому - рёбра или ручьи. Количество их может быть от трёх до двадцати.

Поликлиновидный ремень перед клиноременным имеет массу достоинств, таких как:

• благодаря хорошей гибкости возможна работа на малоразмерных шкивах. В зависимости от ремня минимальный диаметр может начинаться от десяти - двенадцати миллиметров;
• высокая тяговая способность ремня, следовательно рабочая скорость может достигать до 60 метров в секунду, против 20, максимум 35 метров в секунду у клиноременного;
• сила сцепления поликлинового ремня с плоским шкивом при угле обхвата свыше 133° приблизительно равна силе сцепления со шкивом с канавками, а с увеличением угла обхвата сила сцепления становится выше. Поэтому для приводов с передаточным отношением свыше трёх и углом обхвата малого шкива от 120° до 150° можно применять плоский (без канавок) больший шкив;
• благодаря легкому весу ремня уровни вибрации намного меньше.

Принимая во внимание все достоинства поликлиновидных ремней, мы будем использовать именно этот тип в наших конструкциях. Ниже приведена таблица пяти основных сечений самых распространённых поликлиновидных ремней (PH, PJ, PK, PL, PM).

Обозначение	PH	PJ	PK	PL	PM
Шаг ребер, S, мм	1.6	2.34	3.56	4.7	9.4
Высота ремня, H, мм	2.7	4.0	5.4	9.0	14.2
Нейтральный слой, h0, мм	0.8	1.2	1.5	3.0	4.0
Расстояние до нейтрального слоя, h, мм	1.0	1.1	1.5	1.5	2.0
	13	20	45	75	180
Максимальная скорость, Vmax, м/с	60	60	50	40	35
Диапазон длины, L, мм	1140…2404	356…2489	527…2550	991…2235	2286…16764

Рисунок схематичного обозначения элементов поликлиновидного ремня в разрезе.

Как для ремня, так и для ответного шкива имеется соответствующая таблица с характеристиками для изготовления шкивов.

Сечение	PH	PJ	PK	PL	PM
Расстояние между канавками, e, мм	1,60±0,03	2,34±0,03	3,56±0,05	4,70±0,05	9,40±0,08
Суммарная погрешность размера e, мм	±0,3	±0,3	±0,3	±0,3	±0,3
Расстояние от края шкива fmin, мм	1.3	1.8	2.5	3.3	6.4
Угол клина α, °	40±0,5°	40±0,5°	40±0,5°	40±0,5°	40±0,5°
Радиус ra, мм	0.15	0.2	0.25	0.4	0.75
Радиус ri, мм	0.3	0.4	0.5	0.4	0.75
Минимальный диаметр шкива, db, мм	13	12	45	75	180

Минимальный радиус шкива задаётся не спроста, этот параметр регулирует срок службы ремня. Лучше всего будет если немного отступить от минимального диаметра в большую сторону. Для конкретной задачи мы выбрали самый распространённый ремень типа «РК». Минимальный радиус для данного типа ремней составляет 45 миллиметров. Учтя это, мы будем отталкиваться ещё и от диаметров имеющихся заготовок. В нашем случае имеются заготовки диаметром 100 и 80 миллиметров. Под них и будем подгонять диаметры шкивов.

Начинаем расчёт. Приведём ещё раз наши исходные данные и обозначим цели. Скорость вращения вала электродвигателя 2790 оборотов в минуту. Ремень поликлиновидный типа «РК». Минимальный диаметр шкива, который регламентируется для него, составляет 45 миллиметров, высота нейтрального слоя 1,5 миллиметра. Нам нужно определить оптимальные диаметры шкивов с учётом необходимых скоростей. Первая скорость вторичного вала 1800 оборотов в минуту, вторая скорость 3500 оборотов в минуту. Следовательно, у нас получается две пары шкивов: первая 2790 на 1800 оборотов в минуту, и вторая 2790 на 3500. Первым делом найдём передаточное отношение каждой из пар.

Формула для определения передаточного отношения:

, где n1 и n2 - скорости вращения валов, D1 и D2 - диаметры шкивов.

Первая пара 2790 / 1800 = 1.55
Вторая пара 2790 / 3500 = 0.797

, где h0 нейтральный слой ремня, параметр из таблицы выше.

D2 = 45x1.55 + 2x1.5x(1.55 - 1) = 71.4 мм

Для удобства расчётов и подбора оптимальных диаметров шкивов можно использовать онлайн калькулятор.

Инструкция как пользоваться калькулятором . Для начала определимся с единицами измерений. Все параметры кроме скорости указываем в милиметрах, скорость указываем в оборотах в минуту. В поле «Нейтральный слой ремня» вводим параметр из таблицы выше столбец «PК». Вводим значение h0 равным 1,5 миллиметра. В следующем поле задаём скорость вращения валя электродвигателя 2790 оборотов в минуту. В поле диаметр шкива электродвигателя вводим значение минимально регламентируемое для конкретного типа ремня, в нашем случае это 45 миллиметров. Далее вводим параметр скорости, с которым мы хотим, чтобы вращался ведомый вал. В нашем случае это значение 1800 оборотов в минуту. Теперь остаётся нажать кнопку «Рассчитать». Диаметр ответного шкива мы получим соответствующем в поле, и оно составляет 71.4 миллиметра.

Примечание: Если необходимо выполнить оценочный расчёт для плоского ремня или клиновидного, то значением нейтрального слоя ремня можно пренебречь, выставив в поле «ho» значение «0».

Теперь мы можем (если это нужно или требуется) увеличить диаметры шкивов. К примеру, это может понадобится для увеличения срока службы приводного ремня или увеличить коэффициент сцепления пара ремень-шкив. Также большие шкивы иногда делают намеренно для выполнения функции маховика. Но мы сейчас хотим максимально вписаться в заготовки (у нас имеются заготовки диаметром 100 и 80 миллиметров) и соответственно подберём для себя оптимальные размеры шкивов. После нескольких переборов значений мы остановились на следующих диаметрах D1 - 60 миллиметров и D2 - 94,5 миллиметров для первой пары.

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 из резинотканевых материалов трапецеидального сечения с углом клина φ 0 = 40°. В зависимости от отношения ширины b 0 большего основания трапеции к ее высоте h клиновые ремни бывают нормальных сечений (b 0 /h ≈ 1,6); узкие (b 0 /h ≈ 1,2); широкие (b 0 /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. 1.45. Ремни сечения ЕО 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. 1.46, в ). Клиновые ремни (рис.1.46, 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.1.46. 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.

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 УО(SPZ), УА(SРА), 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 (см. рис.1.43, г ) 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 при одинаковой 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 φ 0 = 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 чугунуf =0,3); α– угол профиля канавки шкива.

Приняв α= φ 0 = 40°, получим:

f  " =f  /sin20° ≈ 3f .

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

Ременная передача - это передача механической энергии при помощи гибкого элемента (ремня) за счёт сил тре-ния или сил зацепления (зубчатые ремни). Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня (одного или нескольких). Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью.

Классификация ременных передач

В зависимости от формы поперечного сечения ремня ременные передачи делят на:
плоскоременные (а);
клиноременные (с трапециевидным профилем) (б);
круглоременные (с круглым профилем) (в);
поликлиноременные (г);
передачи с зубчатыми ремнями.
В современном машиностроении наибольшее применение имеют клинове и поликлинове ремни. Передачи с круг-лым ремнем имеет ограниченное применение (швейные машины, настольные станки, приборы).

В зависимости от назначения передачи и взаимного расположения осей:
открытые с параллельными осями валов и вращением шкива в одном направлении;
перекрестные с параллельными осями валов и вращением шкивов в противоположных направлениях;
полу-перекрестные со скрещивающимися осями;
угловые со скрещивающимися и пересекающимися осями валов.

Достоинства и недостатки ременных передач

Достоинства ременных передач:
Простота конструкции и малая стоимость.
Возможность передачи мощности на значительные расстояния (до 15 метров).
Плавность и бесшумность работы.
Смягчение вибрации и толчков вследствие упругой вытяжки ремня.
Недостатки ременных передач:
Большие габаритные размеры, в особенности при передаче значительных мощностей.
Малая долговечность ремня в быстроходных передачах.
Большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня.
Непостоянное передаточное число из-за неизбежного упругого проскальзывания ремня.
Неприменимость во взрывоопасных местах вследствие электризации ремня.
Недостатки ременных передач (в сравнении с цепной передачей):
большие габариты;
малая несущая способность;
проскальзывание (не относится к зубчатым ремням);
малая долговечность.
Достоинства ременных передач (в сравнении с цепной передачей):
плавность работы;
бесшумность;
компенсация перегрузок;
отсутствие в необходимости смазки;
малая стоимость;
легкий монтаж;
возможность работы на высоких окружных скоростях;
при выходе из строя, нет повреждений.

Применение ременных передач

Ременные передачи применяют в большинстве случаев для передачи движения от электродвигателя, когда по кон-структивным соображениям межосевое расстояние a должно быть достаточно большим, а передаточное число u не строго постоянным (в приводах станков, транспортеров, дорожных и строительных машин и т.п.)
Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт и в редких случаях достигает 1500 кВт. Скорость ремня колеблется в пределах 5…50 м/с, а в сверхскоростных передачах может достигать 100 м/с.
Ограничение мощности нижнего предела скорости вызвано большими габаритами передачи.

Шкивы ременных передач

Шкивы выполняют из стали или чугуна. В быстроходных передачах применяют шкивы из алюминиевых сплавов или текстолита. Форма рабочей поверхности обода шкива зависит от вида ремня. Для плоских ремней шкивы имеют гладкую рабочую поверхность. Для центрирования ремня поверхность ведомого шкива делается выпуклой, а ведуще-го – цилиндрической. Для клиновых ремней конструкция шкивов и размеры обода зависят от числа и размера канавок ремней.

Ремни ременных передач

Материал плоского приводного ремня должен обладать достаточной прочностью, изностойкостью, эластичностью и долговечностью, хорошо сцепляться со шкивами и иметь низкую стоимость.

Для плоскоременных передач применяют следующие типы ремней:
Кожаные ремни - обладают хорошей тяговой способностью, хорошо переносят колебания и нагрузки, но они дороги и дефицитны.
Прорезиненные ремни - состоят из нескольких слоев хлопчатобумажной ткани соединенных собой вулкани-зированной резиной. Резина обеспечивает работу ремня, как единого целого, защищает ткань от повреждений и по-вышенного коэффициента трения, но разрушается от попадания масла, бензина и щелочей.
Хлочато-бумажные ремни – изготавливают как цельную ткань с несколькими слоями основы, пропитанных специальным составом (битум, озакериб). Эти ремни легкие и гибкие, могут работать на шкивах малых диаметров с большими скоростями, но обладают меньшей долговечностью и тяговой способностью.
Шерстяные ремни – ткань с многослойной шерстяной основой и хлопчато-бумажным утком, пропитанные специальным составом (сурик на олифе). Обладают значительной упругостью, менее чувствительны к температурной влажности и кислотам, но обладают низкими тяговыми способностями.
Пленочные ремни – новый тип ремней из пластмасс на основе полиамидных смол, армированных кордом из капрона или лавсана. Обладают высокими статической прочностью и сопротивлением усталости. Применяются для передачи с высокой мощностью и быстроходностью.
Для клиноременной передачи применяют прорезиненные ремни двух конструкций: с несущим элементом из нескольких слоев ткани или слоя шнура навитого по спирали, завулканизированных в резину, с тканевой оберткой или без нее.

Ременная передача для станков с ЧПУ – механизм, который преобразует вращательное движение вала в движение вдоль оси поступательного типа. Основным инструментом такой передачи является зубчатый ремень. Благодаря его наличию обеспечивается обработка заготовки по заданной оси, с целью получения более высокого показателя точности и производительности. Передача с ременным приводом является одной из самых распространенных, что обусловлено ее предназначением.

Предназначение

Наиболее простая конструкция передачи данного типа представлена шкивами, с натянутым на них ремнем. Он обтягивает лишь часть шкива, образуя угол обхвата. От его показателя зависит, насколько качественным будет сцепление. Чем выше показатель, тем выше и качество сцепления.

При помощи шкив-ролика угол обхвата можно увеличить. Если он будет слишком маленьким, то станок сможет выполнять свое предназначение лишь частично.

Благодаря ременной передаче вращательные движения могут быть преобразованы в поступательные. Прибор способен выполнить аналогичное преобразование наоборот. Агрегат обеспечивает передачу трением. Конструкция оборудования предполагает наличие трех звеньев:

• ведущего;
• ведомого;
• промежуточного.

Последний элемент представлен жестким ремнем, позволяющим образовать гибкую связь. Между звеньями образуется сила трения, которая формирует и передает мощность.

Передача для ЧПУ отвечает за скорость работы и производительность, которую будет иметь станок.

Этот тип передачи используется на агрегатах, комплектация которых предполагает расположение валов на большом расстоянии. Чтобы их соединить, применяется зубчатый ремень. Для исправной работы передачи, он должен быть хорошо натянут.

Качественное натяжение можно получить несколькими способами:

• переместив шкив прибора;
• использовав натяжные ролики;
• дополнив качающуюся плиту рабочим мотором.

Фиксация осуществляется при помощи специальных пластинок. Этот тип передачи применяется тогда, когда движимая часть не отличается большой массой. Натяжные ролики отвечают за обхват шкива.

Виды

Существует большое количество видов ременных передач. Они отличаются целым рядом признаков. В зависимости от признаков производится классификация. Основными признаками, которые делятся передачу на разные виды, являются:

• внешние качества поперечного сечения ремня;
• количество и виды шкивов;
• расположение валов и ремня по отношению друг к другу;
• наличие дополнительных роликов;
• количество валов, которые охватывает ремень.

Внешний вид поперечного сечения может быть: плоскоременной, клиноременной, поликлиноременной, круглоременной, зубчатоременной. Изделия клинового и поликлинового типа являются наиболее распространенными. Применяются с маломощными приводами.

Расположение валов по отношению друг к другу может быть параллельным и пересекающимся. Параллельное охватывает шкивы либо в одном направлении, либо в противоположных направлениях. При пересекающемся расположении отличается угол.

Количество и виды шкивов предполагают наличие валов: одношкивного типа, двушкивного типа, ступенчатошкивного типа. Количество валов, которые охватывает ремень, составляет от двух и выше. Вспомогательные ролики делятся на: натяжные, направляющие, или могут отсутствовать.

Для изготовления плоских ремней используется кожа, хлопчатобумажная пряжа, ткань прорезиненного типа. Соединение осуществляется несколькими способами: путем сшивания с использованием небольших ремешков, при помощи клея или металлических скрепок. Если ремень будет слабо натянут, возможно периодическое проскальзывание. На качество работы изделия влияет не только угол охвата, но и его размеры.

Для изготовления клиновидных вариантов используется ткань прорезиненного типа. Профиль ремней этого типа имеет форму трапеции. В одном ряду натягивается по несколько изделий. При использовании показатель проскальзывания минимален. Их отличием является плавная работа. Вместе с клиновидными вариантами наиболее часто используются металлорежущие станки, оснащенные числовым программным управлением.

Аналогом может выступать шарико винтовая пара, способная обеспечить винтовую передачу.

Достоинства и недостатки

Обеспечив оптимальное натяжение, угол обхвата и коэффициент трения, можно создать нагрузку, достаточную для того, чтобы станок с ЧПУ качественно работал. Использование ременной передачи имеет как положительные стороны, так и отрицательные.

Преимущества:

• бесшумная и плавная работа;
• отсутствие необходимости в высокоточной обработке;
• устойчивость к перезагрузке и вибрациям;
• отсутствие необходимости в использовании смазки;
• доступная стоимость механизма;
• наличие условий для ручного использования;
• простота установки на станке;
• в случае обрыва ремня поломка привода не возникает;
• мощность передается на большое расстояние;
• имеется возможность взаимодействия с частотой большого вращения;
• наличие систем предохранения, снижающей вероятность возникновения поломок в случае неисправности.

Недостатки:

• шкивы являются крупногабаритными элементами;
• проскальзывание влечет снижение передаваемой нагрузки;
• небольшой показатель мощности;
• необходима периодическая замена ремня;
• риск возникновения неисправностей при загрязнении деталей или использовании в среде с высоким показателем влажности.

Количество преимуществ превышает уровень недостатков. Снизить влияние отрицательны сторон оборудования можно, соблюдая правила его эксплуатации. При периодическом обслуживании вероятность выхода из строя прибора снижается.

Использование

Агрегаты с ЧПУ, оснащенные передачей плоскоременного типа, применяются в качестве станков, пилорам, генераторов, вентиляторов, а также в других сферах, где необходима работа приборов с повышенным уровнем гибкости и возможностью проскальзывания. Если оборудование используется на высоких скоростях, применяются синтетические материалы. На более низких скоростях используются кордтканевые и прорезиненные ремни.

Аналоги клинового типа применяются в сельскохозяйственной отрасли. Передача различного сечения способна выдержать высокие нагрузки и большую скорость. Машины промышленного класса предполагают использование вариаторов. Наилучшими характеристиками обладают зубчатые ремни. Их применяют как в промышленной, так и в бытовой области. Круглоременная передача применяются для маломощных приборов.

Основным минусом ременной передачи с ЧПУ является качество ремня. Даже самым качественным изделиям свойственно растягивание. Быстрее всего растягиваются длинные виды. Инструмент на растянутых ремнях не может обеспечить высокую точность обработки. Эффект растяжения можно снизить, закрепив два ремня друг на друга. Растягивается лишь определенный отрезок, поэтому этот недостаток не столь опасен.

Передача этого типа обеспечивает мягкие движения, при отсутствии резонанса. Пыль и стружка не способны негативно повлиять на ее работу. Предусмотрена возможность осуществлять натяжку ремня.

Используя станок с ЧПУ следует запомнить несколько факторов:

• зубчатые ремни обеспечивают перемещение подвижных частей агрегата;
• ремни делятся на замкнутые и незамкнутые;
• ремни из полиуретана более износостойкие;
• на станках с ЧПУ допускается использование армированных ремней.

Передача данного типа на приборах с ЧПУ на высоких скоростях способна уменьшить уровень мощности и точности. Данный недостаток решается при помощи установки специального оборудования. После их установки может понадобиться настройка драйверов. Данное действие требуется для того, чтобы сгладить работу агрегата. Оно производится в настройках программы. Значение для шкивов, обеспечивающих правильно перемещение, зависит о того, какой модели выбран станок, или ШВП.

Для агрегатов с числовым программным управлением, использующих ременную передачу, не требуется специальных программоноситель. Программа составляется и разрабатывается в зависимости от того, для какого типа работ она необходима. Для того, чтобы устройство работало исправно в автономном режиме, следует периодически проверять его состояние. Программа не может решить проблему неисправного оборудования.

Лекция 9 РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

П л а н л е к ц и и

1. Общие сведения.

2. Классификация ременных передач.

3. Кинематические и геометрические зависимости в ременных передачах.

4. Динамические зависимости.

5. Условия работоспособности, кривые скольжения, критерии расчета.

6. Порядок расчета ременных передач.

7. Натяжные устройства.

8. Шкивы.

1. Общие сведения

Простейшая ременная передача (рис. 9.1) состоит из двух шкивов – ведущего и ведомого, закрепленных на валах и ремнях, охватывающих шкивы.

Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнями, вследствие предварительного натяжения ремня.

Применяется ременная передача для привода от электродвигателя небольшой и средней мощности отдельных механизмов. Окружная скорость до 5 м/с для передач с ремнем не рекомендуется. Обычные ременные передачи работают со скоростью до 10 м/с, а быстроходные – до 60–100 м/с.

Достоинства ременных передач:

1. Простота конструкции и эксплуатации, относительно низкая стоимость.

2. Плавность и бесшумность работы, обусловленная эластичностью ремня.

3. Возможность передачи мощности на большие расстояния (клиновыми ремнями до 15 м) при скорости до 100 м/с.

4. Смягчения вибраций и толчков благодаря упругости ремня.

5. Возможность предохранения механизмов от перегрузок за счет упругой вытяжки ремня и проскальзывания ремня.

6. Пониженные требования к точности взаимного расположения осей

Недостатки ременных передач:

1. Непостоянство передаточного числа из-за упругого проскальзывания ремня, в зависимости от величины нагрузки.

2. Значительные габариты.

3. Значительные нагрузки на валы и опоры от натяжения ремня.

4. Незначительная долговечность ремней (1000–5000 ч) в быстроходных передачах.

5. Необходимость в постоянном контроле во время работы из-за возможного соскакивания, обрыва и вытяжки ремней.

6. Неприменимость во взрывоопасных помещениях.

7. Необходимость предохранения от попадания масла на ремень.

2. Классификация ременных передач

По конструктивной разновидности. Основные разновидности ременных передач показаны на рис. 9.2–9.4. Наибольшее распространение имеют открытые передачи (рис. 9.2, а ), перекрестные передачи (рис. 9.2, б ) применяют для изменения направления вращения ведомого шкива.

При использовании натяжного ролика (рис. 9.3) увеличивается угол обхвата ремня шкивов.

Полуперекрестные, или угловые (рис. 9.4), ременные передачи осуществляют движение между валами с пересекающимися осями.

Передаточное число открытых ременных передач – до 5, перекрестных – до 6, полуперекрестных – до 3, с натяжным роликом – до 10.

Ременные передачи позволяют передавать движение одного ведущего шкива (поз. 1 рис. 9.5) к нескольким ведомым (поз. 2 рис. 9.5).

По профилю ремня. В зависимости от профиля ремни делятся на плоские (рис. 9.6, а ), клиновые (рис. 9.6, б ), круглые (рис. 9.6, в ) и поликлиновые (рис. 9.6, г ). Круглые ремни предназначены для передач в приводах малых мощностей: швейных машин, бытовых приборов, настольных станков, радиоаппаратуры и т. д.

Разновидностью приводных ремней является зубчатый ремень, передающий движения за счет зацепления зубьев шкива и трения.

П л о с к и е р е м н и. Среди традиционных плоских ремней наибольшей тяговой способностью обладают кожаные ремни . Они могут работать со скоростью до 40–45 м/с на шкивах малых диаметров и имеют износоустойчивые кромки. Ремни хорошо работают в условиях переменных и ударных нагрузок. Размеры кожаных ремней стандартизированы по ГОСТ 18670–73. В то же время стоимость их велика, вследствие чего они имеют ограниченное применение.

Хлопчатобумажные ремни (ГОСТ 6982–75) применяются в быстроходных передачах при небольших мощностях. Они обеспечивают плавную работу и более дешевые. Такие ремни не применяются в условиях трения по кромкам и при работе в сырых помещениях или температурах выше 50 ºС. Для быстроходных передач используют шитые и тканые бесконечные ремни толщиной 1,5–2 мм.

Шерстяные ремни (ОСТ/НКТП 3157) применяются для передачи средних мощностей, отличаются высокими упругими свойствами и поэтому хорошо зарекомендовали себя при работе с большими ударными нагрузками. Они менее чувствительные к взаимодействию температуры, влажности, паров кислоты и щелочей.

Наибольшее применение имеют плоские прорезиненные ремни. Основная нагрузка воспринимается хлопчатобумажной тканью (бельтингом), резиновые прослойки обеспечивают работу ремня как единого целого. Ремни выпускаются с шириной 20–120 мм, обладают хорошей нагрузочной способностью и допускают работу при скоростях до 30 м/с. Основной недостаток таких ремней – высокая чувствительность к воздействию агрессивных сред. Прорезиненные ремни выполняют как бесконечными, так и конечными, которые потом соединяют склеиванием.

Прорезиненные ремни выпускают трех видов: нарезные – тип А, послойно завернутые – тип Б и спирально завернутые – тип В. Нарезные ремни, состоящие из нескольких (нарезанных) слоев, используют при работе с большими скоростями и малыми диаметрами шкивов. Ремни типа Б выпускают с резиновыми прокладками и без них и применяют при скорости до 20 м/с. Ремни типа В работают со скоростями не выше 15 м/с, их применяют на шкивах с ребордами и в перекрестных передачах.

Весьма перспективны ремни из синтетических материалов.

Пленочные, или синтетические, ремни (МРТУ 17-645–69) обладают высокой статической прочностью и долговечностью, выдерживают температуру 50 ºС

и относительную влажность до 95 %. Изготавливают пленочные ремни из тканей просвечивающего и гарнитурного переплетения для ширины до 75 мм

и с переплетением на основе двухуточной саржи для ширины до 50 мм с

пропиткой и облицовкой синтетическим материалом. Ремни из ткани просвечивающего переплетения более легкие. Пленочные ремни могут работать при скорости от 50 до 100 м/с.

На основе синтетических материалов разработаны многослойные ремни Exstramultus, которые не выдерживают действие кислот, фенола, но малочувствительны к маслам, охлаждающей жидкости, бензину, бензолу. Вследствие высокого предела упругости материала (сердечник из полиамида, наружный слой из хромовой кожи и поливинилхлорида) ремни не получают остаточных удлинений даже при перегрузке и не требуют подтягивания.

К л и н о в ы е р е м н и. Обычные клиновые ремни изготавливают двух конструкций: кордтканевые и кордшнуровые (рис. 9.7, а , б ) в которых передатчиком нагрузки служит корд из бельтинга, расположенный в нейтральном слое. Слой под кордом (слой сжатия) изготавливают из более твердой резины, а слой над кордом (слой растяжения) – из резины средней твердости. Оболочку клиновых ремней изготавливают из текстильной пряжи, искусственного шелка или нейлона с покрытиями из специальных материалов для повышения сопротивляемости разрушению.

Кордшнуровые ремни более гибкие и долговечные, а кордтканевые лучше переносят перегрузки, имеют большую поперечную жесткость и амортизирующую способность.

Замена бельтинга синтетическими волокнами (лавсан, вискоза, анид) позволяет повысить прочность ремней или уменьшить их ширину (узкие клиновые ремни).

В зависимости от отношения расчетной ширины b р к высоте h клиновые ремни изготавливают трех видов сечения: нормального (b p / h 1,4) ,

узкого (b p /h = 1,05–1,1) и широкого (b p /h = 2–4,5).

Ремни нормального сечения (ГОСТ 1284.1–80, ГОСТ 1284.2–80, ГОСТ 1284.3–80) выпускают семи сечений (0, А, Б, В, Г, Д, Е), отличающихся друг от друга размерами при геометрическом подобии и бесконечной длине. Профили Г, Д, Е в настоящее время все чаще заменяются поликлиновыми ремнями. Допускаемая скорость для профилей 0, А, Б, В – до 25 м/с (рис. 9.7, в ), для профилей Г, Д, Е – до 30 м/с.

Узкие клиновые ремни (РТМ 51-15-15-70) имеют сечения четырех размеров: У0, УА, УБ и УВ, которые по нагрузочной способности могут заменить все сечения нормальных клиновых ремней. Максимальная скорость для них – до 40 м/с.

Широкие клиновые ремни используют в основном в вариаторах. Благодаря повышенному сцеплению со шкивами, обусловленному эффектом клина, чем плоскоременных.

b0 b 0

Недостатки клиновых ремней : большие потери на трение и большие напряжения изгиба в ремне.

К клиновым ремням относят поликлиновые ремни (рис. 9.8), которые сочетают достоинства клиновых ремней (повышенное сцепление со шкивами) и плоских (гибкость). Такие ремни могут передавать большие мощности, хорошо работать на малых шкивах, допустимые скорости для них – до 40 м/с. Передачи с поликлиновыми ремнями отличаются меньшими габаритами.

Разработаны ремни трех сечений (рис. 9.8): К, Л, М, размеры которых регламентированы РТМ 38-40528-74. В американских и канадских стандартах предусмотрены еще два сечения (Н и J ) меньших размеров, в основном для бытовой техники и легкой промышленности.

Наряду с перечисленными видами клиновых ремней выпускают ремни с вогнутым нижним, а иногда и выпуклым верхним основаниями. Вогнутость увеличивает продольную гибкость ремня при его изгибе. Выпуклость превышает поперечную жесткость ремня и способствует сохранению трапециевидной формы ремня, предупреждая его деформацию. Чтобы сделать ремень достаточно гибким, по нижнему основанию, а иногда и по обоим, делают зубцы. Для уменьшения износа кромки ремней скашивают.

Двойной клиновый ремень, работающий верхней и нижней частями на различных шкивах, широко используют в сельхозмашиностроении, хотя его долговечность ниже, чем у обычного.

В некоторых случаях (при необходимости сложного монтажа) целесообразно использовать конечные клиновые ремни или ремни, составленные из отдельных элементов, но их долговечность меньше бесконечных.

З у б ч а т ы е и к р у г л ы е р е м н и. Зубчатые ремни сочетают преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений. Их изготавливают из маслостойких искусственных материалов, из резины на основе хлоропреновых каучуков, из вулкалана, которые армируют стальными или полиамидными проволочками.

Зубчатые ремни не имеют скольжения, требуют меньшего натяжения, создают меньшие нагрузки на валы и опоры, работают почти бесшумно со скоростью до 80 м/с. Однако расход мощности на деформацию зубьев у них больше, больший собственный вес, шкивы для них дороже, ремень нуждается в предохранении от осевого смещения (используют шкивы с ребордами). Зубчатые ремни выпускают шириной 5–380 мм, с модулем от 2–10 мм.

Из круглых ремней наиболее распространены хлопчатобумажные, капроновые, реже используют прорезиненные и кожаные.

3. Кинематические и геометрические зависимости

в ременных передачах

Мощности . Диапазон мощностей, передаваемых цепями, довольно широк – от 0,3 до 50 кВт. Можно использовать цепи и при больших мощностях, но при этом резко возрастают габариты.

Скорости. В ременных передачах верхний предел скоростей ограничивается ухудшением условий работы ремня в связи с ростом центробежных сил, что приводит к образованию воздушной подушки между шкивом и ремнем и уменьшает долговечность ремня.

Скорость ведущего шкива, м/с:

v 1 ω 1d 1 π d 1n 1 .

Значение скоростей для отдельных видов передач и материалов, из которых они выполняются, имеют определенный предел:

Обычные материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	От 5 до 30 м /с
Специальные текстильные или прорезиненные.	До 50 м /с
Полиамидные, пленочные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	До 100 м /с
Ремни клиновые:
типа 0, А, Б, В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	До 25 м /с
типа Г, Д, Е. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	До 30 м /с
Из-за неизбежного скольжения окружные	скорости ведущего и
ведомого шкивов не равны, т. е. v 1 v 2 и v 1 v 2 ;
v 2 1 ξ v 1 ,

где ξ – коэффициент упругого или относительного скольжения; для плоских ремней ξ = 0,01–0,012; для клиновых ремней ξ = 0,015–0,02.

Передаточные отношения

ограничиваются габаритами передачи,

а также условием получения достаточного угла обхвата на малом шкиве:

i max = 10, i опт = 2,5–4,

d 1 ξ

Диаметры шкивов:

для плоских ремней

d 1 1100 1300

d 2 d 1 i 1 ξ ;

для клиновых ремней d 1 выбирают по таблицам в зависимости от типа ремня, а d 2 – как для плоских ремней;

для поликлиновых ремней

d1 a b T1 ,

где a и b – коэффициенты диаметра d 1 ; а = 65, b= 3 при Т 1 ≤ 25 Н м; а = 45,

b = 2 при Т 1 ≥ 26–90 Н м;

для зубчатых ремней d 1 выбирают по таблицам в зависимости от модуля зацепления. Модуль m вычисляют исходя из усталостной прочности зубьев ремня:

m k 3 1 p ,

где k – коэффициент, учитывающий форму зуба; k = 35 для ремней с трапецеидальной формой зубьев, k = 25 для ремней с полукруглой формой зубьев; Р 1 – номинальная мощность на ведущем валу, кВт; с р – коэффициент динамичности и режима работы, с р = 1,3–2,4.

Диаметр ведомого шкива

d2 = mZ2 .

Межосевое расстояние выбирают таким, чтобы можно было обеспечить необходимый угол обхвата на малом шкиве (рис. 9.9): для плоских ремней α > 150º, для клиновых – α > 120º.

Для плоских ремней

a min = 2(d 1 + d 2),

для клиновых ремней

a min = 0,5(d 1 + d 2 ) + h.

Максимальное межосевое расстояние a mаx ограничивается габаритными размерами и стоимостью передачи.

Малые размеры шкивов снижают долговечность передачи, так как

увеличиваются изгибные напряжения.

α 180 γ 180

d 1 d 2

57o .

Длина ремня

l 2 a

d 1 d 2

Для конечных ремней расчетная длина ремня согласуется с ГОСТом, а затем по окончательно принятой длине ремня уточняется величина межцентрового расстояния.

Уточненное значение межцентрового расстояния

		2 l π d d
a 0, 25					2 l π d d		2 8 d

4. Динамические зависимости

Окружная сила рассчитывается по формуле

K P F t д 1 ,

где K д – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку и режим работы (определяется по таблице в зависимости от характера нагружения); K д 1; Р 1 – мощность на ведущем шкиве, кВт (Вт).

Усилие предварительного натяжения. Начальное натяжение ремня F 0

выбирается таким, чтобы ремень мог сохранять это натяжение достаточно длительное время, не вытягиваясь и обеспечивая достаточное сцепление между ремнем и шкивами:

F 0 A σ 0 ,

где А – площадь сечения ремня; σ0 – напряжение предварительного натяжения; σ0 = 1,8 МПа для плоских ремней без натяжного устройства; σ0 = 2,0 МПа для плоских ремней с автоматическим натяжением; σ0 = 1,2–1,5 МПа для клиновых ремней; σ0 = 3–4 МПа для полиамидных ремней.

Усилия в ветвях ремня. Величина усилий в ведущей F 1 и ведомой F 2 ветвях определяется из условия равновесия моментов на ведущем шкиве, которое записывается в виде

T 1 0,5 d 1 F 1 F 2 0,5 d 1F t .