Что такое ременная передача? Расчет ременной передачи

Ременная передача имеет следующие положительные свойства:

  • бесшумность и плавность в работе;
  • не требуется высокая точность изготовления;
  • проскальзывание при перегрузках и сглаживание вибраций;
  • нет необходимости в смазке;
  • небольшая стоимость;
  • возможность ручной замены передачи;
  • легкость монтажа;
  • отсутствие поломок привода при обрыве ремня.

  • большие размеры шкивов;
  • нагрузка на валы;
  • нарушение передаточного отношения при проскальзывании ремня;
  • небольшая мощность.

В зависимости от вида ремень бывает плоским, клиновым, круглым и зубчатым. Этот элемент ременной передачи может объединять преимущества нескольких типов, например, поликлиновый.

Методика расчета ременных передач

Основные критерии работоспособности ременных передач

Основными критериями работоспособности ременных передач являются тяговая способность (надежность сцепления ремня со шкивом) и долговечность ремня.

Расчет по тяговой работоспособности является проектировочным расчетом ременных передач, обеспечивающим необходимую прочность ремней и передачу им необходимой нагрузки.
Расчет на долговечность выполняют как проверочный.

Расчет ремня по тяговой способности

Расчет тяговой способности плоскоременной передачи

Расчет плоскоременной передачи сводится к определению требуемой площади поперечного сечения ремня.
Приведенное полезное напряжение в ремне:

Условие эксплуатации ремня учитываются введением коэффициентов, которые позволяют определить допускаемое полезное напряжение:

где:
Сα – коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата на малом шкиве;
Cv – скоростной коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил;
С – коэффициент расположения передачи в пространстве;
Сp – коэффициент режима нагрузки.

Окончательно определяем требуемое сечение ремня:

Расчет тяговой способности передач с клиновым или поликлиновым ремнем

Для передач с клиновыми и поликлиновыми ремнями следует выбирать соответствующий ремень по таблицам или с помощью графиков и определить число ремней клиноременной передачи. В справочных таблицах содержатся основные геометрические и тяговые характеристики ремней различных стандартизированных типоразмеров (см. рис. 2) .

Сечение ремня выбирают по вращающему моменту на быстроходном валу или мощности (рис. 2) . Для выбранного ремня в справочных таблицах приводятся минимальные диаметры шкивов. По возможности следует избегать минимальных значений диаметров шкивов и минимальных значений межосевых расстояний, так как это значительно уменьшает долговечность ремня.

Для выбранного ремня определяют номинальную мощность, передаваемую одним ремнем. Определяют расчетные коэффициента, учитывающие условие эксплуатации ремня, так же, как это было рассмотрено на примере плоскоременных передач.
Определяют число ремней в комплекте для передачи заданной мощности:

где:
СL – коэффициент длины ремня;
Р – номинальная мощность, передаваемая одним ремнем;
Рp – мощность, передаваемая одним ремнем в условиях эксплуатации;
Сz – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между ремнями, Сz = 1…0,85;
Сα – коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата на малом шкиве;

Проверочный расчет ремня на долговечность

Долговечность ремня определяет его способность сопротивляться усталостному разрушению. Долговечность зависит не только от значений напряжений, но и от характера их изменения за один цикл, а также от числа таких циклов.
Поскольку напряжения изгиба превышают все другие составляющие суммарного напряжения в ремне, то долговечность его в значительной степени зависит от числа изгибов ремня на шкивах.
При этом следует иметь в виду, что за один пробег (оборот) ремня в нем дважды возникают максимальные значения напряжения изгиба, а при наличии в передаче трех и более шкивов, обегаемых одним ремнем, максимальные значения изгиба за один пробег могут возникать еще чаще.

Под влиянием циклического деформирования в ремне возникают усталостные разрушения – трещины, надрывы, расслаивание ремня. Снижению сопротивления усталости способствует нагрев ремня от внутреннего трения и скольжения его по шкивам.

Полный цикл напряжений соответствует одному пробегу ремня по шкивам, при котором уровень напряжений в поперечном сечении ремня меняется в соответствии с прохождением им каждого из четырех характерных участков (см. рис. 1) .

Число пробегов ремня (число циклов нагружения) за весь срок работы передачи пропорционально частоте пробегов:

где v – скорость ремня, м/сек; Lр – расчетная длина ремня, м; [U] – допускаемая частота пробегов, 1/сек.

Частота пробегов является показателем долговечности ремня: чем больше U , тем большее число циклов при том же времени работы, или тем меньше долговечность при том же уровне напряжений.

Средняя долговечность ремней принимается равной 2000…3000 часов.

В основе уточненных методов расчета ремней на долговечность лежат уравнения кривых усталости, в соответствии с которыми оказывается возможным проводить расчет ременных передач, удовлетворяющий условиям прочности и тяговой способности при требуемом ресурсе. В настоящее время этот расчет применяют не для всех типов ременных передач.

Детали машин

Муфты комбинированные

Эти муфты применяются в тех случаях, когда ни одна из рас­смотренных выше муфт не может полностью удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к соединению валов. На практике чаще всего используют комбинацию упругих …

Муфты автоматические, или самоуправляемые

Эти муфты предназначаются для автоматического разъединения валов в тех случаях, когда параметры работы машины становятся недопустимыми по тем или иным показателям. Классификация автоматических муфт представлена схемой на с. 367. Вышеизло­женные …

Муфты управляемые, или сцепные

Управляемые муфты позволяют соединять или разъединять ва­лы с помощью механизма управления. По принципу работы все эти муфты можно разделить на две группы: муфты, основанные на зацеплении (кулачковые или зубчатые); муфты, …

Плоскоременные передачи

Общие сведения

В плоскоременных передачах применяют ремни:

  • • резинотканевые;
  • • кожаные;
  • • хлопчатобумажные.

Резинотканевые ремни не рекомендуется использовать в среде, загрязненной парами нефтепродуктов.

Кожаные ремни не рекомендуются для эксплуатации в средах с высокой влажностью, с парами кислот и щелочей, их отличает высокая стоимость.

Хлопчатобумажные ремни имеют относительно невысокую стоимость, характеризуются хорошим сцеплением со шкивом, но чувствительны к воздействию кислотных и водяных паров.

Технические данные плоских ремней приведены в табл. П.266-11.268, алгоритм расчета плоскоременной передачи — в табл. 3.40.

Расчет плоскоременных передач

Алгоритм расчета плоскоременной передачи

Продолжение табл. 3.40

Окончание табл. 3.40

Конструкции шкивов

Типы, исполнения и основные параметры шкивов плоскоременных передач приведены в табл. 11.278.

Шкивы плоскоременных передач могут иметь внешнюю поверхность цилиндрическую (при небольших линейных скоростях) (рис. 3.75), сферическую (рис. 3.76, а) или цилиндрическую с краями в форме конусов (рис. 3.76, б), которые уменьшают возможность схода ремня со шкива в процессе работы, особенно при наличии не параллельности осей валов, а также в быстроходных передачах.

Рис. 3.75

Рис. 3.76

В высокоскоростных передачах (V > 40 м/с) на шкивах выполняют кольцевые канавки, которые, как показывает практика, уменьшают «аэродинамический клин» между ремнем и шкивом, ослабляющий сцепление между ними.

Диаметр и длину ступицы выполняют по соотношениям для зубчатых колес внешнего зацепления (разд. 3.2.3.4).

В заказе на шкивы указывать:

  • • тип и исполнение шкива;
  • • наружный диаметр;
  • • ширину обода;
  • • диаметр посадочного отверстия;
  • • предельное отклонение посадочного отверстия.

Допуски плоскоременных передач

Допуски назначают по 7-й степени точности:

  • • на радиальное биение (табл. П.64);
  • • торцовое биение (табл. П.63);
  • • цилиндричность (табл. П.61);
  • • круглость (табл. П.61);
  • • профиль продольного сечения (табл. П.61).
Читайте также  Станок для болгарки своими руками

Расчетные геометрические зависимости в ременной передаче

α1, α2 — углы обхвата;
R1, R2 — радиусы шкивов;
A — межцентровое расстояние

Свободная теоретическая длина ремня

Диаметр малого шкива по опытной формуле Саверина

N — мощность в кВт;
n — число оборотов в минуту.
D2 = D1i, уточненно D2 =D1 i(1 —ξ ), где ξ — коэффициент упругого скольжения ремня.
Диаметры шкивов округляются до ближайшего значения по ГОСТ

Упругое скольжение ремня

По формуле Эйлера для трения гибких тел натяжение набегающей ветви ремня S1 больше, чем натяжение сбегающей S2:

Здесь: α — угол обхвата ремня;
β — угол упругого скольжения ремня;
f — коэффициент трения ремня по шкиву;
l — основание натуральных логарифмов

Так как натяжение ветвей ремня неодинаково, то и относительное удлинение их по закону Гука также будет неодинаковым. На дуге α эти удлинения выравниваются, что может иметь место лишь при условии упругого скольжения ремня, величина дуги α зависит от передаваемой нагрузки. Если нагрузку все время увеличивать, то в пределе дуга достигнет дуги β. Физически это будет соответствовать полному буксованию ремня, что совершенно недопустимо. Относительное удлинение ветвей ремня:

Относительное упругое скольжения ремня:

Упругое скольжение ремня под нагрузкой вполне закономерно, оно обычно не превышает 0,02 (2%); если передачу перегрузить, то упругое скольжение переходит в недопустимое буксование

Расчёт ремённой передачи МБОУ «Лицей № 87 имени Л. И. Новиковой» Выполнил: Самсонов Данила , ученик 5 «А» класса Научный руководитель: Овсянникова А. А., учитель физики Нижний Новгород 2016 г.

В школе я хожу в кружок технического моделирования.

Я создаю движущиеся модели. Движение передаётся канцелярской резинкой от электродвигателя к картонному блоку. Иногда мне не удавалось обеспечить движение из-за нехватки мощности. И я решил исследовать эту тему.

Был собран специальный стенд. На основании были закреплены электродвигатель и набор блоков, соединённых с двигателем ремённой передачей (канцелярской резинкой).

Расстояние между блоком и электродвигателем можно было регулировать. Таким способом изменялось натяжение резинки.

Блочный модуль состоял из двух жёстко соединённых блоков: маленького и большого, закреплённых на одном валу.

Маленький блок имел рабочий диаметр 10 мм и был установлен на постоянной основе. Большой блок был выполнен сменным. Было изготовлено три больших блока диаметрами: 40 мм, 30 мм и 20 мм . Электродвигатель передавал движение на большой блок вала при помощи канцелярской резинки.

Усилие, получаемое на малом блоке, измерялось. В качестве измерительного прибора были использованы бытовые весы (безмен).

Схема эксперимента. D – диаметр большого блока; B – расстояние между осью блока и осью электродвигателя; P – измеряемое усилие.

Введём коэффициент K : , где L – длина резинки без натяжения; L н – длина натянутой резинки . Нужно как-то определять степень натяжения резинки. Длину резинки можно измерять наложением нити и измерением её длины линейкой. Я измерял длину резинки в графическом редакторе.

Эксперимент состоял из четырёх частей . Сначала я использовал напряжение 7 V . Измерения для всех больших блоков записал в таблицу. 1. D = 40 мм. B, мм 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Р , гр 220 250 270 290 320 340 360 300 300 250 210 К 1 ,13 1,19 1,25 1,31 1,37 1,43 1,48 1,55 1,61 1,67 1,73 2 . D = 3 0 мм. B, мм 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 Р , гр 120 200 260 280 290 290 260 210 210 220 210 200 К 1 ,08 1,13 1,19 1,25 1,31 1,38 1,43 1,50 1,56 1,62 1,68 1,75

3. D = 2 0 мм. B, мм 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 Р , гр 0 80 110 150 160 180 160 160 170 160 160 110 100 К 1,02 1,08 1,14 1,20 1,27 1,32 1,39 1,45 1,52 1,57 1,64 1,70 1,76 Потом я уменьшил напряжение блока питания до 5,5 V . 4 . D = 40 мм. B , мм 50 55 60 65 70 75 Р, гр 110 150 160 120 0 0 К 1 ,13 1,19 1,25 1,31 1,37 1,43

Выводы: 1. Чем больше диаметр большого блока , тем больше усилие на малом блоке. 2. Максимальное усилие получается при натяжении резинки в 1,3 – 1,5 раза. 3 . Уменьшение напряжения сильно уменьшает мощность электродвигателя. Уменьшение напряжения в 1,3 раза приводит к уменьшению усилия в 2,3 раза .

В зависимости от конструкции различают шкивы типов 1…6 (рис. 1…6) и типов 7…9 (рис. 7…9).

Шкив типа 1 — монолитный с односторонней выступающей ступицей.

Шкив типа 2 — монолитный с односторонней выточкой.

Шкив типа 3 — монолитный с односторонней выточкой и выступающей ступицей.

Шкив типа 4 — с диском и ступицей, выступающей с одного торца обода.

Шкив типа 5 — с диском и ступицей, укороченной с одного торца обода.

Шкив типа 6 — с диском и ступицей, выступающей с одного и укороченной с другого торца обода.

Шкив типа 7 — со спицами и ступицей, выступающей с одного торца обода.

Шкив типа 8 — со спицами и ступицей, укороченной с одного торца обода.

Шкив типа 9 — со спицами и ступицей, выступающей с одного и укороченной с другого торца обода.

Даны варианты исполнения посадочного отверстия (рис. 10):

  • цилиндрический,
  • конический со шпонкой,
  • конический.

Рис.10

Зубчатые передачи

Зубчатый ремень

Ременная передача — это передача механической энергии при помощи приводного ремня. Зубчатый ремень работает за счет зацепления зубьев ремня с ответными зубьями на шкивах. Сама передача состоит из ведущего и одного или нескольких ведомых шкивов.

Зубчатый ремень нашел широкое применение, так как относительно недорог и благодаря зубчатой конструкции не проскальзывает по шкивам. Зубчатые ремни вы можете увидеть в автомобилях, станках с ЧПУ, в производственных линиях. Обычно их изготавливают из неопрена или полиуретана и армируют кордом из стальной проволоки или прочных синтетических волокон типа кевлара. Ремни бывают замкнутые в кольцо и просто метражом.

Где стоит применять ремень:
В «легких» станках – лазеры, граверы, плазморезы, 3д принтеры, пенорезки.

Где не стоит применять ремень:
Там где нужна высокая точность получаемых деталей или обработка требует повышенных усилий от привода.

Рейка

Где стоит использовать рейки:
На производительных широкоформатных станках, где важна скорость холостых и рабочих перемещений, но не нужны размеры «до сотки» – большие раскроечные станки по дереву, плазморезы, планшетные плоттеры большого формата.

Где не стоит ставить рейки:
Не стоит использовать рейку в качестве привода там, где предъявляются высокие требования к точности получаемых деталей, а так же на станках малого формата.

Черчение

Передача механической энергии, осуществляе­мая гибкой связью за счет трения между ремнем и шкивом, называется ременной. Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шки­вов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и огибаемых приводным ремнем (рис. 182). Чем больше напряжение, угол обхвата шкива ремнем и коэффициент трения, тем больше передаваемая нагруз­ка. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные (рис. 183, I), клиноременные (рис. 183, II) и круглоременные (рис. 183, III). Наибольшее распространение в машиностроении получили плоские и клиновидные ремни. Плоские ремни испытывают минимальное напряжение изгиба на шкивах, клиновидные благодаря клиновому воздействию со шкивами характеризуются повышенной тяго­вой способностью. Круглые ремни применяют в небольших машинах, на­пример в машинах швейной и пищевой промышленности, настольных станках и приборах.

Читайте также  Выбор автомата

К достоинствам ременных передач относятся: возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 15 м): простота конст­рукции и малая стоимость; плавность хода и безударность работы; легкость ухода и обслуживания.

Однако ременные передачи громоздки, недолговечны в быстроходных механизмах, не позволяют получать постоянного передаточного отношения из-за проскальзывания ремня, создают повышенные нагрузки на валы и опоры (подшипники), так как суммарное натяжение ветвей ремня значи­тельно больше окружной силы передачи. Кроме того, во время эксплуата­ции ременной передачи не исключена возможность соскакивания и обрыва ремня, поэтому эти передачи нуждаются в постоянном надзоре.

Типы плоскоременных передач

В зависимости от расположения осей шкивов и назначения различаются следующие типы плоскоременных передач:

  • открытая передача — при параллельных осях и вращении шкивов в одном направлении (рис. 184, I);
  • перекрестная передача — при параллельных осях и враще­нии шкивов в противоположных направлениях (рис. 184, II);
  • полуперекрестная передача — при перекрещивающихся осях (рис. 184, III);
  • угловая передача — при пересекающихся осях (рис. 184, IV); передача со ступенчатыми шкивами (рис. 184, V), позволяющая изменять угловую скорость ведомого вала при постоянной скорости ведущего. Ступени шкивов располагаются так, чтобы меньшая ступень одного шкива находилась против большей ступени другого и т. д. Для изменения скорости ведомого шкива ремень перекидывают с одной па­ры ступеней на другую;
  • передача с холостым шкивом (рис. 184, VI), позволяющая остановить ведомый вал при вращении ведущего. На ведущем валу насажен широкий шкив 1, а на ведомом два шкива: рабочий 2, который соединен с ва­лом при помощи шпонки, и холостой 3, свободно вращающийся на валу. Ре­мень, связывающий шкивы, можно на ходу перемещать, соединяя шкив 1 со шкивами 2 или 3, соответственно включая или выключая ведомый вал;
  • передача с натяжным роликом, обеспечивающая автома­тическое натяжение ремня и увеличение угла обхвата ремнем меньшего шкива (рис. 184, VII).

Плоскоременная передача проста по своей конструкции, применяется при больших межосевых расстояниях (до 15 м) и высоких скоростях (до 100 м/с) при пониженной долговечности.

Клиноременная передача

В клиноременной передаче гибкая связь осуществляется приводным ремнем трапецевидного сечения с углом профи­ля ? равном 40° (в недеформированном состоянии). По сравнению с плос­ким ремнем клиновидный ремень передает большие тяговые усилия, но пе­редача с таким ремнем имеет пониженный КПД.

Клиноременные передачи целесообразно использовать при больших пе­редаточных отношениях, малых межосевых расстояниях и вертикальном расположении осей валов. Скорость ремней клиноременной передачи не должна превышать 30 м/с. В противном случае клиновидные ремни будут вибрировать.

Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизирова­ны ГОСТ 1284.1-89.

При монтаже клиноременной передачи особое внимание обращают на пра­вильность III установки клиновидного ремня в канавке обода шкива (рис. 185).

Детали ременных передач

Приводные ремни. Любой при­водной ремень служит тяговым органом. Он должен обладать определенной тяговой способностью (передавать заданную нагрузку без пробуксовывания), иметь достаточную прочность, долговечность, износостойкость, хорошее сцепление со шкивом и невысокую стоимость.

Плоские ремни изготовляют раз­ной ширины, конструкции и из раз­личных материалов: хлопчатобу­мажных, прорезиненных, шерстя­ных тканей и кожи. Выбор материа­ла для ремней обусловлен условия­ми работы (атмосферные влияния, вредные пары, температурные из­менения, ударные нагрузки и т. п.) и тяговой способностью. Приводные ремни (прорезиненные) стандарти­зированы.

Клиновидные ремни бывают двух типов: кордтканевые и кордшнуровые. В кордтканевых ремнях (рис. 186, I) корд выполнен в виде нескольких слоев кордткани с основой в виде крученых шнуров толщиной 0,8—0,9 мм. В кордшнуровых ремнях (рис. 186, II) корд состоит из одного слоя кордшнура, намотанного по винтовой линии и заключенного в тонкий слой резины для уменьшения трения. Эти ремни используются в быстро­ходных передачах и являются гибкими, надежными и долговечными.

Примечание. Корд — прочная крученая нить из хлопчатобумажного или искусствен­ного волокна.

В последние годы в отечественном машиностроении все больше стали при­менять зубчатые (полиамидные) ремни. Эти ремни сочетают в своей конструк­ции все преимущества плоских ремней и зубчатых зацеплений (рис. 187). На рабочей поверхности ремней 4 имеются выступы, которые входят в зацепле­ние в выступами на шкивах 1,2 и З. Полиамидные ремни пригодны для высо­коскоростных передач, а также для передач с небольшим межосевым рассто­янием. Они допускают значительные перегрузки, очень надежны и прочны.

Концы ремней соединяют склейкой, сшивкой и металлическими соединителями. Склейку однородных ремней (кожаных) осуществляют по косому срезу на длине, рав­ной 20. 25-кратной толщине ремня (рис. 188, I), а слойных ремней — по ступенчатой поверхности с числом ступеней не менее трех (рис. 188, II). Места соединения прорезинен­ных ремней после склеивания вулканизиру­ют.

Сшивку применяют для ремней всех типов. Она производится посредством жиль­ных струн или ушивальниками-ремешками из сыромятной кожи (рис. 188, III). Более со­вершенной и надежной считают сшивку встык жильными струнами с наклонными проколами (рис. 188, IV).

Механические соединители применяют для всех ремней, кроме быстро­ходных. Они позволяют осуществить быстрое соединение, но увеличивают его массу (рис. 188, V). Особенно хорошую работу обеспечи­вают шарнирные соединения проволочными спиралями (рис. 188, VI). Спи­рали продевают через ряд отверстий, и после прессования они обжимают ремень. Шарнир создается в результате совмещения спиралей и продевания через них оси.

Шкивы. Для плоских ремней наиболее приемлемой формой поверх­ности шкива является гладкая цилиндрическая поверхность (рис. 189,I).

Для центрирования ремня поверхность ведомого шкива делают выпук­лой, а ведущего — цилиндрической (при v