Ременные передачи
Принцип действия и классификация. Схема ременной передачи изображена на рис. Передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего шкивы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего.
В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную (а), клиноременную (б) и кругло-ременную (в) передачи.
Оценка и применение. Ременная передача является одним из старейших типов механических передач, сохранивших свое значение до последнего времени. По сравнению с другими типами передач ременная обладает рядом особенностей, которые определяют целесообразность ее применения. Для оценки ременной передачи сравним ее с зубчатой передачей, как наиболее распространенной. При этом можно отметить следующие основные преимущества ременной передачи: возможность передачи движения на значительное расстояние (до 15 м и более); плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях; предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки вследствие упругости ремня; предохранение механизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания ремня; простота конструкции и эксплуатации (передача не требует смазки).
Основными недостатками ременной передачи являются: повышенные габариты (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в пять раз больше диаметров зубчатых колес); некоторое непостоянство передаточного отношения, вызванное зависимостью скольжения ремня от нагрузки; повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанная с большим предварительным натяжением ремня (увеличение нагрузки на валы в 2...3 раза по сравнению с зубчатой передачей); низкая долговечность ремней (в пределах от 1000 до 5000 ч).
Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает обычно 50 кВт. В комбинации с зубчатой передачей ременную передачу устанавливают обычно на быстроходную ступень, как менее нагруженную.
В современном машиностроении наибольшее распространение имеют клиновые ремни. Применение плоских ремней старой конструкции значительно сократилось. Плоские ремни новой конструкции (пленочные ремни из пластмасс) получают распространение в высокоскоростных передачах. Круглые ремни применяют только для малых мощностей: в приборах, машинах домашнего обихода и т. п.
Силы и силовые зависимости. На рис. показано нагружение ветвей ремня в двух случаях: = 0 (а) и 0(б). Здесь обозначено: -предварительное натяжение ремня; и -натяжение ведущей и ведомой ветвей в нагруженной передаче; - окружная сила передачи.
По условию равновесия шкива имеем
,
или
.
Связь между , и можно установить на основе следующих рассуждений.
Геометрическая длина ремня не зависит от нагрузки и остается неизменной как в ненагруженной, так и в нагруженной передаче. Следовательно, дополнительная вытяжка ведущей ветви компенсируется равным сокращением ведомой ветви. Запишем
, ,
или
.
Из равенств следует:
,
.
Получили систему двух уравнений с тремя неизвестными: , и . Эти уравнения устанавливают изменение натяжений ведущей и ведомой ветвей в зависимости от нагрузки но не вскрывают способности передавать эту нагрузку или тяговой способности передачи, которая связана с величиной силы трения между ремнем и шкивом. Такая связь установлена Эйлером.
На рис. -натяжение ремня в сечении под углом ; - нормальная реакция шкива на элемент ремня, ограниченный углом ; элементарная сила трения. По условиям равновесия,
- (сумма моментов)
или ;
- (сумма проекций).
Отбрасывая члены второго порядка малости и принимая , получаем
.
Исключая , находим
.
Интегрируя, получаем
; ; ,
или
.
Решая совместноуравнения, находим:
; ; .
Формулы устанавливают связь сил натяжения ветвей работающей передачи с нагрузкой и факторами трения и . Они позволяют также определить минимально необходимое предварительное натяжение ремня при котором еще возможна передача заданной нагрузки . Если
,
то начнется буксование ремня.
Нетрудно установить, что увеличение и благоприятно отражается на работе передачи. Эти выводы приняты за основу при создании конструкции
клиноременной передачи и передачи с натяжным роликом. В первой передаче использован принцип искусственного повышения трения путем заклинивания ремня в канавках шкива. Во второй - увеличивают угол обхвата установкой натяжного ролика.
При круговом движении ремня со скоростью (рис. 12.5) на каждый его элемент с массой , расположенный в пределах угла обхвата, действуют элементарные центробежные силы . Действие этих сил вызывает дополнительное натяжение , во всех сечениях ремня. Элементарная центробежная сила
,
где - плотность материала ремня; - площадь поперечного сечения ремня. Из условия равновесия находим
.
Подставляя, находим
.
Натяжение - ослабляет полезное действие предварительного натяжения . Оно уменьшает силу трения и тем самым понижает нагрузочную способность передачи.
Как показывают расчеты (см. ниже), влияние центробежных сил на работоспособность передачи существенно только при больших скоростях: 20 м/с.
Напряжения в ремне.Наибольшие напряжения создаются в ведущей ветви ремня. Они складываются из , и :
, .
Учитывая формулу, напряжение можнопредставить в виде
,
где
- так называемое полезное напряжение; напряжение от предварительного
натяжения. Согласно формуле, полезное напряжение можно представить как разность напряжений ведущей и ведомой ветвей: .
В той части ремня, которая огибает шкив, возникают напряжения изгиба . По закону Гука,
,
где - относительное удлинение, - модуль упругости. Величину найдем, рассматривая участок дуги ремня, ограниченный углом . Длина нейтральной (средней) линии на этом участке равна , а длина наружной линии . Удлинение наружного волокна будет . Относительное удлинение . Величиной в знаменателе можно пренебречь как малой по сравнению с . При этом ,а
.
Формула позволяет отметить, что основным фактором, определяющим величину напряжений изгиба, является отношение толщины ремня к диаметру шкива. Чем меньше это отношение, тем меньше напряжение изгиба в ремне.
Суммарное максимальное напряжение в ведущей ветви в месте набегания ремня на малый шкив
Дата добавления: 2015-02-13; просмотров: 1770;