Краткие сведения о клиноременных передачах

Ременные передачи в общем объеме механических передач, приме­няемых в машиностроении, занимают второе место, уступая только зубчатым. Основное их предназначение:

а) для привода от электродвигателя небольшой и средней мощно­сти (0, 3…50 кВт) в стационарном и передвижном технологическом оборудовании и машинах;

б) для привода от небольших двигателей внутреннего сгорания (до 100 кВт) электрических генераторов, насосов и др. Особое место ре­мен­ные передачи занимают в областях станкостроения и сельскохо­зяйственной техники. Здесь рассматриваются фрикционные ременные передачи, в которых полезная нагрузка между ремнями и шкивами пере­дается силами трения. К ним относят плоскоременные, клиноре­менные, круглоременные, поликлинные передачи. Их названия соот­вет­ствуют форме поперечного сечения ремня соответственно – прямоугольник, трапеция (усеченный клин), круг, несколько клиньев с общим основанием.

Такие передачи обладают следующими основными общими до­стоин­ствами и недостатками, определяющими области их возможного применения:

Ø достоинства:

1) возможность передачи движения на средние (до 6 м) расстояния;

2) плавность и бесшумность работы;

3) возможность работать на высоких частотах вращения шкивов (до 5000 с высокими окружными (линейными) скоростями ремня (до 50 м/с));

4) малая стоимость и низкие эксплуатационные расходы.

Ø недостатки:

1) значительные габариты, в несколько раз бо́ льшие по сравнению с зубчатыми передачами при одинаковой несущей способности;

2) неизбежное упругое проскальзывание ремня на шкивах, что приводит к непостоянству передаточного числа и значительному износу от трения ремня о шкивы;

3) повышенные нагрузки на валы и опоры, т.к. суммарное предва­рительное натяжение обоих ветвей ремня существенно больше переда­ваемой окружной силы;

4) необходимость устройств периодичного или постоянного натя­жения ремней;

5) необходимость предохранения ремней от попадания на них масла и влаги

6) малая долговечность ремней (1500…5000 часов работы), осо­бенно в быстроходных (25…30 м/с) передачах.

Из перечисленных выше типов ременных передач в технике наи­большее применение нашли клиноременные передачи, у которых тяго­вая способность выше в 3…5 раз, чем у других. Это достигается ис­поль­зованием ремней с клиновой (трапецеидальной) формой поперечного сечения. Такие ремни располагаются в клиновых канавках одинаковых размеров у ведущего и ведомого шкивов. Канавки выполняются так, чтобы между их дном (основанием) и меньшим основанием сечения ремня (его внутренней поверхностью) всегда оставался зазор (см. рис. 15, а), равный нескольким миллиметрам. При этом рабочими (передающими полезную нагрузку) являются боковые поверхности ремней. В правильно изготовленных передачах угол поперечного сечения канавок φ _К (см. рис. 15, в) всегда меньше на 2…4° угла поперечного сечения ремней φ в ненагруженном состоянии (стан­дарт­ный угол , см. рис. 15). Это объясняется тем, что при оги­бании шкивов в движении нагруженная наружная часть ремня растя­гивается, и размер большего основания W (см. рис. 15, а) уменьшается, а внутренняя (ненагруженная) часть ремня сжимается, и размер меньшего основания увеличивается.

При φ ₀ > φ давление боковых поверхностей ремня F_n на боковые поверхности канавки будет равномерным, что увеличит площадь контакта между ремнем и шкивом, а также силу трения между ними, а следовательно, увеличит тяговую способность и предотвратит заклинивание ремня в канавке из-за «разбухшей» меньшей части сечения. Для создания необходимых (но не чрезмерных) сил трения между шкивом и ремнями последние заранее натягиваются натяж­ными устройствами с силой F ₀, создающей предварительное напряже­ние в рем­не . При этом возникает дополнительная нагруз­ка на валы шкивов и их опоры (подшипники), создавая в них повышенные изгибающие и контактные напряжения.

При передаче полезной нагрузки ремень на различных участках за один пробег испытывает напряжение растяжения, сжатия и изгиба. Однако вследствие упругого скольжения ремня в канавках шкива эти напряжения на различных участках ременной передачи неодинаковы. Наиболее нагруженной оказывается ведущая ветвь на участке 4 – 1 (см. рис. 14). Указанные напряжения достигают наибольших значений τ _max в точке 1. В этой точке скорости шкива и ремня V ₁ одинаковые. В дальнейшем на дуге обхвата α ₁ (участок 1–2) напряжения растяжения уменьшаются, что приводит к сокращению ремня и его проскальзы­ва­нию на дуге покоя. Здесь частично, благодаря тангенциальной подат­ли­вости, сила трения передается от ведущего шкива к ремню на всей дуге покоя. В точке 2 полезная нагрузка почти не передается, ведомая хо­лостая (верхняя на рис. 14) ветвь оказывается приблизительно в 2 раза меньше нагруженной (нижняя на рис. 14), длина ремня на участке 2–3 максимально сокращается. В точке 3 ремень начинает огибать ведомый шкив. В этой точке скорости ремня и шкива V ₂ одинаковые. Затем на дуге обхвата α ₂ (участок 3–4) появ­ляется дуга скольжения γ ₂, где силы трения увеличиваются и пере­даются от ремня к ведомому шкиву, происходит передача энергии вращения. При этом напряжение растяжения от полезной нагрузки увеличивается до максимального в точке 4, ремень вследствие своей деформации проскальзывает относи­тельно ведомого шкива на дуге скольжения γ ₂.

На участке 4–1 заканчивается передача полезной нагрузки ведущей ветвью. Таким образом, ремень при огибании шкивов под нагрузкой подвергается многократному растяжению – сжатию, изгибу, а также истиранию боковых поверхностей из-за относительного скольжения, поскольку на дуге обхвата α ₁ он отстает от ведущего шкива, а на дуге обхвата α ₂ ремень обгоняет ведомый шкив. При холостом ходе упругое скольжение и дуга скольжения равны нулю. По мере роста нагрузки дуга скольжения растет; когда она достигает всей дуги обхвата, начи­нается буксование передачи.

Так как ремень подвергается различным деформациям, внутри него действуют различные напряжения, его конструкция состоит из нескольких элементов (см. рис. 15, в), каждый из которых обеспечивает необходимые эксплуатационные свойства. Основой конструкции является корд-1 (см. рис. 15, в), который состоит из нескольких слоев прочных и гибких металлических или полимерных нитей, распо­ложен­ных вблизи нейтрального сечения ремня. Этот элемент конструкции обеспечивает высокую продольную прочность, необходимую для пере­дачи полезных нагрузок, и достаточную гибкость при много­кратном огибании ремнем обоих шкивов.

Резиновые слои 2 (см. рис. 15, в) применяются для защиты корда от механических повреждений, обеспечивают работу ремня как единого целого и придают ему эластичность. Они располагаются над и под кордом и условно называются слоями растяжения (наружный слой) и сжатия (внутренний слой). Слой растяжения выполняют из резины средней твердости, слой сжатия – из более твердой резины.

Оберточные слои 3 (см. рис. 15, в) выполняются из прорези­ненной ткани, намотанной диагонально, применяются для сохранения трапецеидальной формы поперечного сечения и обеспечения хорошего сцепления с боковыми поверхностями канавок шкива.