Расчет и конструирование ременных передач

Методическое пособие

Расчет и конструирование ременных передач

1. Плоскоременная передача

1.1 Выбор плоского ремня

Наиболее распространены прорезиненные ремни трех типов: А — нарезанные с резиновыми прослойками; рекомендуются при скорости до 30 м/с; Б-послойно завернутые, изготавливаются как с прослойками так и без них, рекомендуемая скорость до 20 м/с; В-спирально — завернутые, без прослоек, скорость до 15 м/с.

Число прокладок и ширина прорезиненных ремней даны в таблице 1.1

Ремни хлопчатобумажные (табл. 1.2) и кожаные (табл. 1.3) применяют сравнительно редко.

плоскоременной поликлиновый клиноременной

Таблица 1.1 Ремни прорезиненные

Таблица 1.2 Ремни хлопчатобумажные цельнотканые (по ГОСТ 6982–75)

Таблица 1.3 Ремни кожаные (по ГОСТ 18 679–73)

1.2 Расчёт плоскоремённой передачи

Расчёт плоскоремённой передачи производят по следующим исходным данным: 1. мощность на ведущем валу; 2. частота вращения ведущего вала; 3. частота вращения ведомого вала; 4. передаточное число ремённой передачи.

Диаметр меньшего шкива определяют по формуле Саверина:

где N — мощность на ведущем шкиве Вт., n_{1 -} частота вращения ведущего шкива об/мин.

Полученный результат следует округлить до ближайшего значения по стандартному ряду диаметров шкивов

(по ГОСТ 17 383–73): 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120.

1.2.2. Диаметр ведомого шкива с учётом относительного скольжения (табл. 1.4)

Таблица 1.4 Относительное скольжение ремня

Рассчитанное значение D₂ округляем по стандартному ряду диаметров шкивов.

Уточняем передаточное число:

Уточняем частоту вращения ведомого вала:

n₂n₁/u (1-)

Расхождение с заданным допускается до 3%.

Определяем скорость ремня:

м/сек

Если V получится меньше 10 м/с, то рекомендуется увеличить диаметры шкивов; при техническом обосновании допустима и меньшая скорость.

Окружное усилие (H):

где N — мощность Вт, V_м/сек

Определяем межосевое расстояние a:

Угол обхвата на малом шкиве:

Он должен быть 150 ⁰.

Допускаемое полезное напряжение (удельное окружное усилие на единицу площади поперечного сечения ремня):

k_0C0CCp

Значения k_{0 относящиеся к горизонтальным передачам, при D1=D2 (соответствует углам обхвата =180⁰) при напряжении от предварительного натяжения 0=1.8 Н/мм² и скорости V=10 м/с даны в табл. 1.5.}

Таблица 1.5 Значение k₀ при V = 10 м/с, = 180 ⁰ и ₀ = 1.8 Н/мм²

Коэффициент C_{0 учитывает расположение передачи. Для горизонтальных и наклонных до 60⁰ передач C0 =1, при наклоне свыше 60⁰ до 80⁰ C0 =0.9, свыше 80⁰ до 90⁰ C0 =0.8.}

Коэффициент C _{учитывает влияние угла обхвата определяется по формуле:}

Коэффициент, учитывающий влияние скорости:

Коэффициент C_{P учитывает условия эксплуатации передачи: при спокойной работе с кратковременными пусковыми нагрузками не свыше 120% от номинальной, CP =1;}

при умеренных колебаниях нагрузки и пусковой нагрузке до 150%, C_{P = =0.9;}

при значительных колебаниях нагрузки и при пусковой нагрузке до 200%, C_{P =0.8;}

при ударных нагрузках и пусковой нагрузке до 300%, C_{P =0.7.}

При двухсменной работе значения C_{P брать на 0.1 меньше, при трёхсменной на 0.2 меньше.}

Определяем площадь поперечного сечения ремня:

где b — ширина ремня мм, — толщина ремня мм.

Из условия:

или ,

определяем необходимую толщину ремня. По таблицам 1.1., 1.2., 1.3. уточняем толщину ремня. Следует учесть, что с уменьшением толщины ремня его долговечность увеличивается.

По формуле:

определяем b, выбираем по таблицам 1.1., 1.2., 1.3. ближайшее стандартное значение.

Примечание: некоторые уменьшение площади поперечного сечения ремня по сравнению с полученным по расчёту допустимо, т.к. при уменьшении отношения /D_{1 значение k0 возрастает.}

Расчётная длина ремня (без учёта припуска на соединения концов):

мм Число пробегов ремня в секунду:

(с —¹)

L в метрах (допускается для плоских ремней до 20 (1/с)).

Определяем силы, действующие в ремённой передаче.

— Предварительное натяжение каждой ветви, Н

— Натяжение ведущей ветви, в Н

— Натяжение ведомой ветви, в Н Проверяем окружное усилие:

Давление на вал, в Н Максимальное начальное натяжение (с учётом последующего ослабления) принимаем в 1.5 раза больше.

1.3 Шкивы плоскоремённых передач.

Материал для шкивов (при скорости ремня до 30 м/с) — чугун марки не ниже СЧ 15 — 32. При большой скорости — до 45 м/с — шкивы отливают из стали не ниже 25Л.

Ширину В обода шкива определяют в зависимости от ширины ремня b (табл. 1.6).

Для предохранения от бокового скольжения ремня обод большого шкива выполняют выпуклым, стрелу выпуклости определяют по табл. 1.7.

Рабочая поверхность обода должна иметь шероховатость

.

Толщина обода у края .

Если шкив выполняется без спиц с диском, то толщину диска принимают равной .

В конструкциях со спицами число их принимают в зависимости от диаметра: при D 500 мм число спиц z = 4; при D свыше 500 до 1000 мм z = 6. Для широких шкивов при B 300 мм число спиц удваивают и располагают их в два ряда. С внутренней стороны обода для плавного перехода спиц делают кольцевой выступ (рифт) высотой e = s + 0.002B.

Спицы эллиптического сечения рассчитывают условно на изгиб от окружного усилия Р, принимая во внимание одну треть их числа.

Таблица 1.6 Ширина обода шкива

Таблица 1.7 Стрела выпуклости у

Расчётное сечение рассматривают условно в диаметральной плоскости, проходящей через ось шкива перпендикулярно оси спицы; отношение осей a:h=0.4; момент сопротивления одной спицы:

условие прочности:

Для чугунных шкивов среднее значение. Размеры осей эллипса в сечении спицы у обода уменьшают на 20%.

1.3.8. Размеры ступицы шкива принимают в зависимости от диаметра вала: L (1.5+2) d, но по возможности не больше В; d_{1 (1.8+2) d.}

2. Клиноремённые передачи

Промышленность выпускает клиновые ремни трёх видов: нормального сечения, предназначенные для общего применения; допускаемая скорость до 30 м/с; узкие — для скорости — до 40 м/с; широкие — для бесступенчатых передач (вариаторов). Стандартные длины L клиновых ремней, мм:

400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2240; 2500; 2800; 3150; 4000; 4500; 5000; 5600; 6300; 7100; 8000; 9000; 10 000; 11 200; 12 500; 14 000; 16 000; 18 000.

Стандартные диаметры шкивов D, мм:

63; 71; 80; 90; 100; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1400; 1600; 1800; 2000.

2.1 Расчёт клиноремённой передачи

Расчёт производят по следующим исходным данным: 1. Мощность на ведущем валу. 2. Частота вращения ведущего вала. 3. Частота вращения ведомого вала. 4. Передаточное число ремённой передачи. 5. Вращающий момент ведущего вала.

По номинальному моменту ведущего вала в таблице 2.1. выбирают сечение ремня с площадью поперечного сечения ремня F и диаметром ведущего шкива D_{min. В табл. 2.1. указано минимальное значение D1. Однако для обеспечения большей долговечности ремня рекомендуется не ориентироваться на Dmin, а брать шкив на 1 — 2 номера больше.}

Определяем (если не задано) передаточное число U без учёта скольжения:

Находим диаметр D_{2 ведомого шкива, с учётом относительного скольжения (табл. 2.2.):}

Выбираем ближайшее стандартное значение D_2.

Уточняем передаточное число U с учётом :

Пересчитываем:

Таблица 2.1. Клиновые ремни (по ГОСТ 1284– — 68)

Таблица 2.2. Относительное скольжение ремня

Определяем межосевое расстояние a: его выбираем в интервале:

Принимаем близкое к среднему значению.

Расчётная длинна ремня определяется по формуле:

Выбираем ближайшую по стандартному ряду длину ремня.

Вычисляем среднее значение диаметра шкива:

Определяем новое значение a с учётом стандартной длинны L по формуле:

Примечание: при монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения a на 0.001L для того, чтобы облегчить надевание ремней на шкив; для увеличения натяжения ремней необходимо предусмотреть возможность увеличения a на 0.025L.

Угол обхвата меньшего шкива, в градусах:

_1MIN =110⁰

Окружная скорость, м/с:

D₁n₁/60 000

По табл. 2.3 находим методом интерполяции величину окружного усилия Р_{0, передаваемого одним клиновым ремнём при u=1, и длине L0.}

Допускаемое окружное усилие на один ремень

где коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата:

коэффициент, учитывающий влияние длины ремня:

— коэффициент режима работы С_{р, табл. 2.4.}

Определяем окружное усилие, передаваемое ременной передачей Н:

где N — Вт, V_м/сек Расчётное число ремней

Определяем усилия в ремённой передачи, приняв напряжения от предварительного натяжения = 1.6 Н/мм²

Предварительное натяжение каждой ветви ремня Н:

F — площадь сечения ремня рабочее натяжение ведущей ветви то же ведомой ветви усилие на валы в Н:

Таблица 2.3 Окружное усилие р₀, передаваемое одним клиновым ремнём при u=1, длине L₀ и спокойной работе

Таблица 2.4. Коэффициент динамичности режима работы С_р

2.2 Шкивы клиноремённых передач

Материал шкивов — чугун СЧ 15 — 32, сталь 25Л.

Шероховатость рабочих поверхностей R_z 2.5 мкм.

Стандартные диаметры шкивов, профили канавок для ремней нормального сечения и их размеры приведены в разделе 2.

Шкивы выполняют дисковыми, если их расчётный диаметр не превышает следующих значений, мм:

Шкивы большего диаметра, а также шкивы для ремней Д и Е выполняют со спицами.

Канавки шкивов для клиновых ремней нормального сечения представлены в табл. 2.5.

Таблица 2.5 Канавки шкивов для клиновых ремней нормального сечения. Размеры, мм

Таблица 3.1. Поликлиновые ремни. Размеры, мм

3. Поликлиновые ремни

По сравнению с клиновыми поликлиновые ремни более гибки, поэтому для них можно применять шкивы меньшего диаметра, следовательно, габариты передачи уменьшаются; нагрузка по ширине ремня распределяется равномерно, тогда как в передачах с клиновыми ремнями необходимо тщательно подбирать ремни по длине для обеспечения одинакового натяжения.

3.1 Расчёт поликлиновой передачи

Выбрать поперечное сечение поликлинового ремня, в зависимости от момента ведущего вала по табл. 3.1.

Определяем диаметр меньшего шкива, при вращающем моменте на ведущем валу M_{1 250 Нм}

при М_{1=260 900 Нм,, здесь D1 в мм.}

Полученный результат округляют по стандарту (см. раздел 2).

Находят D_{2, округляют его также, уточняют передаточное отношение (с учётом относительного скольжения) и частоту вращения ведомого шкива.}

Межосевое расстояние a принимают в зависимости от u и отношения ;

Определяют расчётную длину L ремня, округляют до стандартного значения.

Пересчитать межосевое расстояние по формуле:

Требуемое число рёбер поликлинового ремня:

где Здесь Р_{10 — окружное усилие, передаваемое поликлиновым ремнём с 10 рёбрами при i = 1, 1 = 180 ⁰, длине L0 и спокойной работе в одну смену. Значение Р10 приведены в таблице (3.2). Коэф. С, учитывающий влияние угла обхвата, определяют по формуле: .}

Коэф. С_{L, учитывающий длину ремня определяют в зависимости от отношения L/L0, где L0 — эталонная длина, указана в табл. 3.2:}

Коэф. режима работы С_{Р принимают таким же, как и для плоскоремённой передачи (см. раздел 1).}

Поправка учитывает уменьшение напряжения изгиба ремня на большом шкиве по сравнению с тем, которая возникает при изгибе на малом шкиве: здесь Р_{1 в Н; D1 в м; M1 в Нм (табл. 3.3).}

Если число рёбер получается больше рекомендуемого (см. прим. 3 к табл. 3.1), то следует увеличить диаметры шкивов, повысив тем самым окружную скорость и соответственно снизив расчётное окружное усилие.

Дальнейший расчёт выполняют так же, как и для клиноремённой передачи.

Таблица 3.2. Значение Р₁₀ для поликлиновых ремней с 10 рёбрами при u = 1, = 180 ⁰, длине L₀ и спокойной работе в одну смену

Таблица 3.3. Значения М₁, Нм, для поликлиновых ремней

1. Иванов М. Н. «Детали машин»: Учебник для студентов высших технических учебных заведений. — 5_е изд. Переработанное. — М. Высш. школа. 1991. — 383 ст.

2. Решетев Д. Н. «Детали машин»: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. — 4_е изд. Переработанное и дополн. — М. Машиностроение. 1989 — 436 с.

3. Чернавский, Ицкович и др.: «Курсовое проектирование деталей машин».