Скольжение ремня. 
Исследование механизмов

Кинематические и геометрические параметры передачи.

Движение ремня по шкиву сопровождается упругим скольжением. Причину этого явления можно понять из рассмотрения деформации упругого ремня на заторможенном шкиве. Предположим, что к обоим концам ремня подвешены одинаковые грузы, создающие в ремне силы F1 (). В результате между шкивом и ремнем возникнут некоторые контактные давления, а спадающие ветви ремня получат относительные удлинения е1 EF1A ,.

где Е • A — жесткость сечения ремня при растяжении.

Схемы деформаций ремня на шкиве Если теперь на одном конце, например, правом, несколько уменьшить груз и тем самым силу в ветви до значения F2, то относительное удлинение правого конца уменьшится до значения е2 F2, а относительное удлинение левого E A конца останется прежним. Относительное сокращение длины (е1 е2) элемента правой спадающей ветви распространится вдоль ремня по дуге обхвата от точки С к точке А, вызывая скольжение ремня по шкиву справа налево. Так как ремень прижат к шкиву, то скольжение вызовет силы трения qf, направленные навстречу относительному скольжению. Скольжение ремня и изменение деформаций прекратятся в некоторой точке В дуги обхвата. Ее положение можно определить из равенства разности сил F1 и F2 суммарной силе трения. На дуге ВА ремень будет находиться в покое. Сумма длин дуг АВ и ВС равна длине дуги обхвата шкива ремнем (АС), определяемой углом обхвата б. Угол бc, соответствующий дуге ВС, называют углом скольжения. По мере уменьшения силы F2 (или увеличения силы F1) дуга упругого скольжения растет за счет уменьшения дуги покоя. Так как скольжение ремня связано с его упругими свойствами, то его называют упругим.

Полезная нагрузка (окружная сила) Ft передачи, развиваемая в основном за счет сил трения на дуге скольжения: F F F 2T1, t 1 2 d1 где F1 — сила натяжения ведущей ветви, набегающей на ведущий шкив; F2 — сила натяжения ведомой ветви, сбегающей с ведущего шкива; T1 — вращающий момент; d1 — диаметр ведущего шкива. Положение точки В на шкиве также зависит от нагрузки и условий трения.

Кинематика передачи. При вращении ведущего шкива с угловой скоростью щ1 его окружная скорость 0,5щ1d1 1 (здесь.

1 — скорость ведущей ветви ремня). В результате упругого скольжения ремень сбегает с ведущего шкива в точке С со скоростью Коэффициент упругого скольжения е 12 1 2 1 щ2 d2, 1 1 щ d 1 1 219 где щ2 и d2 — угловая скорость и диаметр ведомого шкива. Передаточное отношение щ1 d2 i. щ 2 d 1 е 1 В расчетах на основании экспериментов принимают е = 0,01 — для плоскоременных передач; е = 0,015−0,020 — для клиноременных передач.

Основные геометрические параметры. Минимальное межосевое расстояние в плоскоременных передачах amin 1,5 — 2 d1 d2. В клиноременных передачах (на основании практики) amin 0, 55 d1 d 2 h, а максимальное межосевое расстояние amax 1,5 2 d1 d2. Требуемая длина ремня для передачи при заданном (или желательном) межосевом расстоянии a и угле обхвата б определяется как сумма прямолинейных участков и дуг обхвата: р d d 2 d 2 d 2 l 2a 1 1. 2 4a Угол обхвата меньшего шкива d 2 d 2 б1 180 1 57. a 220 23.3. Усилия и напряжения в ремнях. Тяговая способность и КПД передачи Начальное натяжение ремня — необходимое условие работы ременной передачи. Сила Fнач (начального натяжения ремня) вызывает в его ветвях силы F0 Fнач, 2 cos г где г — угол наклона ветви ремня к линии центров передачи. При действии вращающего момента T1 силы в ветвях будут равны F1 и F2. Силы натяжения ветвей ремня Напряжения в сечениях ведущей и ведомой ветвей ремня от начального натяжения у0 FA0, и при действии внешней нагрузки у1 FA1; у2 FA2, где, А — площадь поперечного сечения ремня.

Наибольшие напряжения испытывают наружные волокна в зоне контакта ремня с малым шкивом. Здесь к основным растягивающим напряжениям у1 от полезной нагрузки добавляются дополнительные напряжения растяжения уц и уи соответственно от центробежных сил и изгиба ремня (как стержня) вокруг шкива (23.8), следовательно, у1max 1 уц уи .

Распределение напряжений в ремне Фактическую тяговую способность передачи характеризует окружная сила Ft или вращающий момент T1, который может развить ведущий шкив:

T1 шF0 d1, (23.1).

где ш — коэффициент тяги.

Из равенства (23.1) видно, что тяговая способность передачи возрастает при увеличении силы F0 начального натяжения ветвей ремня и коэффициента тяги ш. С увеличением силы F0 возрастает сила натяжения F1 ведущей ветви под нагрузкой и существенно снижается долговечность ремня.

Для получения высокой тяговой способности передач с плоским ремнем рекомендуется обеспечивать б? 150є.

Благодаря хорошему сцеплению ремня со шкивом клиноременные передачи хорошо работают при углах обхвата б? 120є. 222 Коэффициент тяги ш Ft. 2 °F 0 Экспериментально установлено, что коэффициенты тяги ш и упругого скольжения ремня е взаимосвязаны (кривая скольжения.) Кривая скольжения и зависимость КПД от коэффициента тяги в клиноременной передаче КПД передач. При работе плоскоременной передачи часть энергии расходуется на упругий гистерезис при циклическом деформировании ремня (растяжение, сдвиг, изгиб), на скольжение ремня по шкивам, аэродинамическое сопротивление движению ремня и шкивов, а также трение в подшипниках валов передачи.

В клиноременной передаче к этим потерям добавляются потери на трение при радиальном перемещении ремня в процессе его входа в канавку и выхода из нее. КПД ременной передачи з T2 щ2 T 2 T1 щ1 T1i зависит от коэффициента тяги ш (см. соотношение (23.1)) и соответствующего ему коэффициента относительного скольжения ремня е (). Наибольший КПД соответствует некоторому значению ш0 на линейном участке кривой скольжения. Когда ш ш0, КПД снижается из-за нарастания потерь на трение.

При оптимальной нагрузке з = 0,97−0,98 для плоскоременной передачи и 0,92−0,97 — для клиноременной.

Главные критерии работоспособности передачи. Опыт эксплуатации ременных передач показал, что их работоспособность ограничена тяговой способностью и долговечностью ремня.

Расчет ременных передач на тяговую способность основан на показателях тяговой способности и долговечности.

Для расчета используют условие работоспособности передачи в виде уt Ft уt, (23.2) A где уt — удельная окружная сила, называемая полезным напряжением; A — площадь поперечного сечения ремня (комплекта ремней);

уt — допускаемое полезное напряжение.

Удельная окружная сила уt — параметр, характеризующий тяговую способность передачи.

Расчет тяговой способности передач с нормальными и узкими клиновыми ремнями сводится к определению требуемого числа ремней по соотношению, вытекающему из условия (23.2): z Ft Cz, A1 уt где Cz — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между ремнями в комплекте (технологическое ограничение), Cz = 0,85−1; A1 — площадь сечения одного ремня.

Расчет тяговой способности плоскоременной передачи сводится к определению ширины ремня: b Ft Cp, h уt где Ср — коэффициент динамичности, учитывающий режим работы передачи. h — толщина ремня.