Ремённые передачи. 
Конструкция автомобилей и тракторов

Общие сведения

Ремённой передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения при помощи шкивов, закреплённых на валах, и бесконечной гибкой связи — приводного ремня, охватывающего шкивы (рис. 97).

Ремённые передачи применяются для привода от электродвигателей машин-орудий небольшой и средней мощности; для привода от двигателя внутреннего сгорания или других первичных двигателей электрических генераторов, сельскохозяйственных, лесных и других машин.

Рис. 97. Ременная передача и типы ремней: а — плоский; б — клиновой; в — поликлиновой; г — круглый; д — зубчатый.

Достоинствами ремённых передач являются: простота конструкции и эксплуатации; плавность и бесшумность работы; возможность передачи вращения валам, удалённым на большие расстояния (до 15 м, а иногда и более); возможность работы с высокими частотами вращения; малая стоимость.

Недостатки: значительные габариты; неиз;

бсжность упругого скольжения приводных ремней; малая долговечность ремней; повышенные нагрузки на валы и их опоры; необходимость иметь устройства для натяжения ремней; непостоянство передаточного числа большинства ремённых передач.

Ремни выполняют с сечением в виде узкого прямоугольника — плоские ремни (рис. 97, я); трапециевидного сечения — клиновые (рис. 97, б) и поликлиновые (рис. 97, в) ремни; круглого сечения — круглые (рис. 97, г) и зубчатые (рис. 97, д).

В зависимости от профиля сечения ремня ремённые передачи бывают: плоскоремённые; клиноремённые; поликлиноремённые; круглоремёные и зубчато-ремённые. В настоящее время наибольшее распространение имеют клинорсмённые передачи и плоскоремённые с применением плоских ремней из синтетических материалов, обладающих высокой статической прочностью и долговечностью.

Рис. 98. Параметры ременной передачи.

Кинематика ремённых передач. Для определения передаточного числа необходимо знать окружные скорости ведущего и ведомого шкивов (рис. 98) по формулам.

Без учета скольжения ремня по шкиву, полагая приближенно окружную скорость шкива равной линейной скорости ремня, скорости Vi и V₂ равны между собой.

Передаточное число будет равно.

Ветвь ремня, набегающая на ведущий шкив (на рис. 98 нижняя), называется ведущей, а сбегающая с него и набегающая на ведомый шкив — ведомой.

Дуга обода шкива, на которой он соприкасается с ремнём называется дугой обхвата, а соответствующий ей центральный угол — углом обхвата и обозначается буквой, а (а_ь а₂).

При передаче мощности на ведущий диск ведущая ветвь ремня имеет большее натяжение. При перемещении ремня вместе с ободом ведущего шкива на дуге обхвата элементарные частицы ремня перейдут из зоны большего натяжения в зону меньшего. В результате этого ремень укорачивается и он отстает от ведущего шкива и, наоборот, опережает ведомый. В связи с этим скорость V1 будет больше скорости V_2> то есть V > V₂. Такое явление, называемое упругим скольжением, неизбежно при работе передач трением. Упругое скольжение характеризуется коэффициентом скольжения и определяется по формуле.

откуда

Коэффициент скольжения е = 0,01… 0,03.

Таким образом, передаточное отношение ремённой передачи трением будет равно

Коэффициент скольжения зависит от передаваемой нагрузки, следовательно, передаточное отношение ремённой передачи трением не является строго постоянной величиной. Однако в виду малого значения коэффициента скольжения, для расчётов можно принимать.

Геометрия ремённых передач. Основными параметрами открытой ремённой передачи (см. рис. 98) являются: диаметры шкивов D и ?)₂, межосевое расстояние А> расчётная длина ремня Lp, угол обхвата, а на малом шкиве.

Диаметры шкивов определяются в зависимости от типа передачи, передаваемой мощности и передаточного отношения. Для плоскоремённых и клиноремённых передач они стандартизированы.

Межосевое расстояние А_у в основном, определяется конструкцией привода. Минимальные значения А зависят от типа передачи и диаметра шкивов. Межцентровое расстояние (предварительно) выбирают из условия долговечности ремня по одной из следующих формул:

или

Расчётная длина ремня L_p всех типов открытых передач равна сумме длин прямолинейных участков и дуг обхвата ведущих и ведомых шкивов. Длина ремня рассчитывается по формуле.

Вычисленную расчётную длину ремня округляют до ближайшего стандартного размера, после чего определяют окончательное межцентровое расстояние по формуле.

где.

Угол обхвата на малом шкиве открытых передач определяется по формуле

Следует иметь в виду, что угол обхвата на малом шкиве уменьшается с увеличением передаточного числа и уменьшением межосевого расстояния. В связи с этим при расчётах вводятся ограничения для значений а, А, и:

— для плоскоремённых пеоелач:

— для клиноремённых пеоелач: где И — высота сечения ремня.

По действующим стандартам диаметры шкивов плоскоремённых передач обозначаются Д, а дтя других ремённых передач — d).

Силы и напряжения в ремнях. Для передачи окружного усилия.

Рис. 99. Силы, действующие в ременной передаче.

между ремнем и шкивом за счёт предварительного натяжения силой Fo создается сила трения F^, (рис. 99). Из условия равновесия ремня при передаче вращающего момента М можно записать следующее равенство:

где F_]t F2 — силы натяжения ведущей и ведомой ветвей.

Так как геометрическая длина ремня не зависит от нагрузки, то можно записать суммарное натяжение ветвей в нагруженной и ненагруженной частях.

Решая равенства (а) и (б)можно найти значения сил натяжения в ведущей и ведомой ветвях, то есть.

Предварительное напряжение а₀ в ремне от предварительного натяжения Fo равно

где S — площадь поперечного сечения ремня;

b — ширина ремня;

5 — толщина ремня.

Напряжения в ветвях ремня равны:

где К_п — полезное напряжение, равное

Напряжение от действия центробежных сил определяется по формуле

где q₀ — плотность материала ремня, кг/м³;

g — ускорение силы тяжести, м/с²;

V — окружная скорость шкива, м/с.

Напряжения изгиба возникают при огибании ремнём шкивов. Полагая, что для материала ремня справедлив закон Гука, напряжение изгиба на малом шкиве будет.

где Е — модуль продольной упругости ремня.

Для стандартных кожаных ремней Е = 100… 350 Н/мм².

Максимальные напряжения возникают в месте набегания ремня на шкив меньшего диаметра и составляют.

Критерии работоспособности ремённых передач. Основными критериями работоспособности передач трением являются тяговая способность передачи и долговечность ремня. Тяговая способность — это способность ремённой передачи передавать заданную нагрузку без частичного или полного буксования. Основным методом расчета ременных передач является расчет передач по тяговой способности, обеспечивающей высокий КПД передачи при достаточной долговечности ремней. Тяговая способность ремённой передачи характеризуется экспериментальными кривыми относительного скольжения е (%), совмещенными с кривыми КПД г|(%), в зависимости от степени загруженности передачи (рис. 100). Зависимость между относительным скольжением б и полезным напряжением (удельным окружным усилием) К_п называется кривой скольжения.

До точки А, где К_п = К_по, нарастание нагрузки сопровождается медленным увеличением скольжения, после чего резко возрастает.

При К_п < К_по возникает только упругое скольжение; при К_п > К_по ремень начинает буксовать. Таким образом, пределом использования передачи следует величину Кпо, называемую допускаемым приведенным полезным напряжением. Приведенным оно называется потому, что оно соответствует определённым условиям испытания ремня: угол обхвата на ведущем шкиве oti = 180°; скорость ремня V — 10 м/с; передача открытая горизонтальная; нагрузка равномерная, спокойная; отношение на.

Рис. 100. Тяговая способность ремённой передачи.

пряжение предварительного натяжения ао = 1,8 Н/мм².

Так как условия работы проектируемой передачи могут существенно отличаться от условий эксперимента, при котором определялось К™, поэтому необходимо, чтобы соблюдалось условие:

где [/С_я ] - допускаемое полезное напряжение для заданных условий работы передачи.

Значение [/С_я] можно получить из выражения:

где С — поправочные коэффициенты на отклонение угла обхвата, скорости и режимов работы передачи.

Долговечностью ремня называется способность ремня сохранять работоспособность до наступления предельного состояния. Количественно долговечность ремней оценивается техническим ресурсом, измеряемым, как правило, в часах.

Долговечность ремня определяется его сопротивлением усталости, которое зависит от значения максимального переменного напряжения и числа изгибов (частоты циклов) ремня в единицу времени. Число изгибов выражается через число пробегов ремня по формуле.

где V- скорость ремня;

L — длина ремня.

Ориентировочно долговечность ремней обеспечивается при ограничении числа пробегов ремня в секунду согласно условию.

где [я] - допускаемое число пробегов ремня.

Для плоских ремней [я] й 5 с'¹; для клиновых [П] < 15 с'; для поликлиновых [я] < 30 с'; для плоских синтетических ремней [я] < 50 с'¹.