Передаточное число ременной передачи формула

Детали машин

Ременные передачи

Общие сведения о ременных передачах

Ременные передачи относятся к передачам трением (фрикционным), у которых передача мощности осуществляется за счет сил трения, возникающих между ведущим, ведомым и промежуточным звеном – упругим ремнем (гибкой связью) .
Ведущее и ведомое звено обычно называют шкивами. Этот тип передач обычно применяется для соединения валов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.

Для нормальной работы ременной передачи необходимо предварительное натяжение ремня, которое может осуществляться за счет перемещения одного из шкивов, за счет натяжных роликов или установки двигателя (механизма) на качающейся плите.

Классификация ременных передач

Ременные передачи классифицируют по различным признакам — по форме поперечного сечения ремня, по взаимному расположению валов и ремня, по количеству и виду шкивов, по количеству охватываемых ремнем шкивов, по способу регулировки натяжения ремня (с вспомогательным роликом или с подвижными шкивами).

1. По форме поперечного сечения ремня различают следующие виды ременных передач:

• плоскоременные (поперечное сечение ремня имеет форму плоского вытянутого прямоугольника, рис. 1а) ;
• клиноременные (поперечное сечение ремня в форме трапеции, рис. 1б) ;
• поликлиноременные (ремень снаружи имеет плоскую поверхность, а внутренняя, взаимодействующая со шкивами, поверхность ремня снабжена продольными гребнями, выполненными в поперечном сечении в форме трапеции, рис. 1г) ;
• круглоременные (поперечное сечение ремня имеет круглую или овальную форму, рис. 1в) ;
• зубчатоременные (внутренняя, контактирующая со шкивами, поверхность плоского ремня снабжена поперечными выступами, входящими в процессе работы передачи в соответствующие впадины шкивов, фото ниже) .

Наибольшее применение в машиностроении имеют клиновые и поликлиновые ремни. Передачу круглым резиновым ремнем (диаметром 3…12 мм) применяют в приводах малой мощности (настольные станки, приборы, бытовые машины и т. п.) .

Разновидностью ременной передачи является зубчатоременная, в которой передача мощности осуществляется зубчатым ремнем путем зацепления зубцов ремня с выступами на шкивах. Этот тип передач является промежуточным между передачами зацеплением и передачами трением. Зубчатоременная передача не требует значительного предварительного натяжения ремня и не имеет такого недостатка, как скольжение ремня, которое присуще всем прочим ременным передачам.

Клиноременную передачу в основном применяют как открытую. Клиноременные передачи обладают большей тяговой способностью, требуют меньшего натяжения, благодаря чему меньше нагружают опоры валов, допускают меньшие углы обхвата, что позволяет применять их при больших передаточных отношениях и малому расстоянию между шкивами.

Клиновые и поликлиновые ремни выполняют бесконечными и прорезиненными. Нагрузку несет корд или сложенная в несколько слоев ткань.

Клиновые ремни выпускают трех видов: нормального сечения, узкие и широкие. Широкие ремни применяются в вариаторах.

Поликлиновые ремни – плоские ремни с высокопрочным кордом и внутренними продольными клиньями, входящими в канавки на шкивах. Они более гибкие, чем клиновые, лучше обеспечивают постоянство передаточного числа.

Плоские ремни обладают большой гибкостью, но требуют значительного предварительного натяжения ремня. Кроме того, плоский ремень не так устойчив на шкиве, как клиновый или поликлиновый.

2. По взаимному расположению валов и ремня:

• с параллельными геометрическими осями валов и ремнем, охватывающим шкивы в одном направлении – открытая передача (шкивы вращаются в одном направлении, рис. 2а) ;
• с параллельными валами и ремнем, охватывающим шкивы в противоположных направлениях – перекрестная передача (шкивы вращаются во встречных направлениях, рис. 2б) ;
• оси валов перекрещиваются под некоторым углом (чаще всего 90°, рис. 2в) – полуперекрестная передача ;
• валы передачи пересекаются, при этом изменение направления потока передаваемой мощности осуществляется посредством промежуточного шкива или ролика — угловая передача (рис. 2г) .

3. По числу и виду шкивов, применяемых в передаче: с одношкивными валами; с двушкивным валом, один из шкивов которого холостой; с валами, несущими ступенчатые шкивы для изменения передаточного числа (для ступенчатой регулировки скорости ведомого вала).

4. По количеству валов, охватываемых одним ремнем: двухвальная, трех-, четырех- и многовальная передача.

5. По наличию вспомогательных роликов: без вспомогательных роликов, с натяжными роликами (рис. 2д) ; с направляющими роликами (рис. 2г) .

Достоинства ременных передач

К достоинствам ременных передач относятся следующие их свойства:

• Простота конструкции, малая стоимость изготовления и эксплуатации.
• Возможность передачи мощности на значительное расстояние.
• Возможность работы с высокими частотами вращения.
• Плавность и малый шум в работе вследствие эластичности ремня.
• Смягчение вибрации и толчков благодаря упругости ремня.
• Предохранение механизмов от перегрузок и ударов за счет возможности ремня проскальзывать (к передачам с зубчатым ремнем это свойство не относится) .
• Электроизолирующая способность ремня используется для предохранения ведомой части машин с электроприводом от появления опасных напряжений и токов.

Недостатки ременных передач

Основные недостатки ременных передач:

• Большие габаритные размеры (в особенности при передаче значительных мощностей) .
• Малая долговечность ремня, особенно в быстроходных передачах.
• Большая нагрузка на валы и подшипники опор из-за натяжения ремня (этот недостаток менее выражен у зубчатоременных передач) .
• Необходимость применения устройств натяжения ремня, усложняющих конструкцию передачи.
• Чувствительность нагрузочной способности к загрязнению звеньев и влажности воздуха.
• Непостоянное передаточное число вследствие неизбежного упругого скольжения ремня.

Область применения ременных передач

Ременные передачи применяют в большинстве случаев для передачи движения от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания, когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние должно быть достаточно большим, а передаточное число может быть не строго постоянным (конвейеры, приводы станков, дорожных и сельскохозяйственных машин и т. п.) . Передачи зубчатым ремнем можно применять и в приводах, требующих постоянного значения передаточного числа.

Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт, но может достигать 2000 кВт и даже более. Скорость ремня v = 5…50 м/сек, а в высокоскоростных передачах – до 100 м/сек и выше.

После зубчатой передачи ременная – наиболее распространенная из всех механических передач. Часто она используется в сочетании с другими типами передач.

Геометрические и кинематические соотношения ременных передач

Межосевое расстояние a ременной передачи определяет в основном конструкция привода машины. Рекомендуемые значения межосевого расстояния (см. рис. 3) :

— для плоскоременных передач:

— для клиноременных и поликлиноременных передач:

где:
d₁ , d₂ – диаметры ведущего и ведомого шкивов передачи;
h — высота сечения ремня.

Расчетная длина ремня L_р равна сумме длин прямолинейных участков и дуг обхвата шкивов:

По найденному значению из стандартного ряда принимают ближайшую большую расчетную длину ремня L_р . При соединении концов длину ремня увеличивают на 30…200 мм.

Межосевое расстояние в ременной передаче для окончательно установленной длины ремня определяют по формуле:

Угол обхвата ремнем малого шкива

Практически γ не превышает π/ 6, поэтому приближенно принимают sin γ = γ (рад) , тогда:

Для проскоременных передач рекомендуют α₁ ≥ 150°, для клиноременных и поликлиновых передач α₁ ≥ 110°.

Передаточное отношение ременной передачи:

где: ξ – коэффициент скольжения в передаче, который при нормальной работе равен ξ = 0,01…0,02.

Что такое ременная передача? Расчет ременной передачи

Ременная передача — это механизм переноса энергии с помощью приводного ремня, использующего силы трения или зацепления. Величина передаваемой нагрузки зависит от натяжения, угла обхвата и коэффициента трения. Ремни огибают шкивы, один из которых ведущий, а другой — ведомый.

Достоинства и недостатки

Ременная передача имеет следующие положительные свойства:

• бесшумность и плавность в работе;
• не требуется высокая точность изготовления;
• проскальзывание при перегрузках и сглаживание вибраций;
• нет необходимости в смазке;
• небольшая стоимость;
• возможность ручной замены передачи;
• легкость монтажа;
• отсутствие поломок привода при обрыве ремня.

• большие размеры шкивов;
• нагрузка на валы;
• нарушение передаточного отношения при проскальзывании ремня;
• небольшая мощность.

В зависимости от вида ремень бывает плоским, клиновым, круглым и зубчатым. Этот элемент ременной передачи может объединять преимущества нескольких типов, например, поликлиновый.

Области использования

1. Привод ременной передачи с плоским ремнем применяется на станках, пилорамах, генераторах, вентиляторах, а также везде, где требуется повышенная гибкость и допускается проскальзывание. Для высоких скоростей используются синтетические материалы, для меньших — кордтканевые или прорезиненные.
2. Ременная передача с клиновыми ремнями применяется для сельскохозяйственной техники и автомобилей (вентиляторная), в тяжелонагруженных и высокоскоростных приводах (узкая и нормального сечения).
3. Вариаторы нужны там, где скорость вращения промышленных машин регулируется бесступенчато.
4. Приводы с зубчатыми ремнями обеспечивают наилучшие характеристики передач в промышленности и в бытовой технике, где требуются долговечность и надежность.
5. Круглоременные применяются для малых мощностей.

Материалы

Материалы подбираются к условиям эксплуатации, где основное значение имеют нагрузка и тип. Они бывают следующими:

• плоские — кожаные, прорезиненные со сшивкой, цельнотканевые из шерсти, хлопчатобумажные или синтетические;
• клиновые — армирующий слой в центре с резиновой сердцевиной и тканая лента наружи;
• зубчатые — несущий слой из металлического троса, полиамидного шнура или стекловолокна в основе из резины или пластмассы.

Поверхности ремней покрываются тканями с пропиткой для повышения износостойкости.

Плоские ремни ременных передач

Типы передач бывают следующими:

1. Открытые — с параллельными осями и вращением шкивов в одном направлении.
2. Шкивы со ступенями — можно изменить обороты ведомого вала, при этом у ведущего они постоянные.
3. Перекрестные, когда оси параллельны, а вращение происходит в разных направлениях.
4. Полуперекрестные — оси валов скрещиваются.
5. С натяжным роликом, увеличивающим угол обхвата шкива меньшего диаметра.

Ременная передача открытого типа применяется для работы при высокой скорости и с большим межосевым расстоянием. Высокие КПД, нагрузочная способность и долговечность позволяют использовать ее в промышленности, в частности для сельскохозяйственных машин.

Клиноременная передача

Передача характеризуется трапециевидным поперечным сечением ремня и соприкасающимися с ним поверхностями шкивов. Передаваемые усилия при этом могут быть значительными, но ее КПД — небольшой. Клиноременная передача отличается небольшим расстоянием между осями и высоким передаточным числом.

Зубчатые ремни

Передача применяется для высокой скорости при небольшом расстоянии между осями. Она обладает одновременно преимуществами ременных и цепных приводов: работа при высоких нагрузках и с постоянным передаточным отношением. Мощность 100 кВт может обеспечивать преимущественно зубчатая ременная передача. Обороты при этом являются очень высокими — скорость ремня достигает 50 м/с.

Шкивы

Шкив ременной передачи бывает литым, сварным или сборным. Материал выбирают в зависимости от оборотов. Если он изготовлен из текстолита или пластмассы, скорость составляет не более 25 м/с. Если она превышает 5 м/с, требуется статическая балансировка, а для быстроходных передач — динамическая.
В процессе работы у шкивов с плоскими ремнями происходит износ обода от проскальзывания, надлом, трещины, поломка спиц. В клиноременных передачах изнашиваются канавки на рабочих поверхностях, ломаются буртики, происходит разбалансировка.

Если вырабатывается отверстие ступицы, его растачивают, а затем запрессовывают втулку. Для большей надежности ее делают одновременно с внутренним и наружным шпоночными пазами. Тонкостенную втулку устанавливают на клей и крепят болтами через фланец.

Трещины и изломы заваривают, для чего шкив сначала разогревают для устранения остаточных напряжений.

При обтачивании обода под клиновидный ремень допускается, что частота вращения может изменяться до 5% от номинальной.

Расчет передач

Все расчеты для любых типов ремней основаны на определении геометрических параметров, тяговой способности и долговечности.

1. Определение геометрических характеристик и нагрузок. Расчет ременной передачи удобно рассмотреть на конкретном примере. Пусть нужно определить параметры ременного привода от электрического двигателя мощностью 3 кВт к токарному станку. Частоты вращения валов составляют, соответственно, n₁ = 1410 мин -1 и n₂ = 700 мин -1 .

Выбирается обычно узкий клиновой ремень как наиболее часто используемый. Номинальный момент на ведущем шкиве составляет:

T1 = 9550P₁ : n₁ = 9550 х 3 х 1000 : 1410 = 20,3 Нм.

Из справочных таблиц выбирается диаметр ведущего шкива d₁ = 63 мм с профилем SPZ.
Скорость ремня определяется так:

V = 3,14d₁n₁ : (60 х 1000) = 3,14 х 63 х 1410 : (60 х 1000) = 4,55 м/с.

Она не превышает допустимую, которая составляет 40 м/с для выбранного типа. Диаметр большого шкива составит:

d2 = d₁u х (1 — e_y) = 63 х 1410 х (1-0,01) : 700 = 125,6 мм.

Результат приводится к ближнему значению из стандартного ряда: d₂ = 125 мм.
Расстояние между осями и длину ремня находят из следующих формул:

a = 1,2d₂ = 1,2 х 125 = 150 мм;
L = 2a + 3,14d_cp + ∆ 2 : a = 2 х 150 + 3,14 х (63 + 125) : 2 + (125 — 63) 2 : (4 х 150) = 601,7 мм.

После округления до ближайшего значения из стандартного ряда получается окончательный результат: L= 630 мм.

Межосевое расстояние изменится, и его можно снова пересчитать по более точной формуле:

a = (L — 3,14d_cp) : 4 + 1 : 4 х ((L — 3,14d_cp) 2 — 8∆ 2 ) 1/2 = 164,4 мм.

Для типовых условий передаваемая одним ремнем мощность определяется по номограммам и составляет 1 кВт. Для реальной ситуации ее надо уточнить по формуле:

После определения коэффициентов по таблицам получается:

[P] = 1 х 0,946 х 1 х 0,856 х 1,13 = 0,92 кВт.

Требуемое количество ремней определяется делением мощности электродвигателя на мощность, которую может передавать один ремень, но при этом еще вводится коэффициент С_z = 0,9:

z = P₁ : ([P]C_z) = 3 : (0,92 х 0,9) = 3,62 ≈ 4.

Сила натяжения ремня составляет: F₀ = σ₀A = 3 х 56 = 168 H, где площадь сечения А находится по таблице справочника.

Окончательно нагрузка на валы от всех четырех ремней составит: F_sum = 2F₀z cos(2∆/a) = 1650 H.

2. Долговечность. В расчет ременной передачи входит также определение долговечности. Она зависит от сопротивления усталости, определяемого величиной напряжений в ремне и частотой их циклов (количество изгибов в единицу времени). От появляющихся при этом деформаций и трения внутри ремня происходят разрушения усталости — надрывы и трещины.

Один цикл нагрузки проявляется в виде четырехкратного изменения напряжений в ремне. Частота пробегов определяется из такого соотношения: U = V : l 1/3 .

Поскольку он стандартизован, расчетная величина приводится к ближайшему значению ряда. Для высоких скоростей берутся повышенные значения.

Число зубьев ведомого шкива определяется по передаточному числу: z₂ = uz₁.

Межосевое расстояние зависит от диаметров шкивов: a = (0,5. 2) х (d₁ + d₂).

У ремня число зубьев будет равно: z_p = L : (3,14m), где L — ориентировочная расчетная длина ремня.

После выбирают ближнее стандартное число зубьев, затем определяют точную длину ремня из последнего соотношения.

Нужно также определить ширину ремня: b = F_t : q, где F_t — окружная сила, q — удельное натяжение ремня, выбираемое по модулю.

Нагрузка на валы составит: R = (1. 1,2) х F_t.

Заключение

Работоспособность ременных передач зависит от типа ремней и условий их эксплуатации. Правильный расчет позволит выбрать надежный и долговечный привод.

Расчет диаметра шкивов

Ременная передача передает крутящий момент с ведущего вала на ведомый. В зависимости от передаточного числа она может повышать или понижать обороты. Передаточное число зависит от соотношения диаметров шкивов — приводных колес, связанных ремнем. При расчете параметров привода нужно также учитывать мощность на ведущем валу, скорость его вращения и общие габариты устройства.

Устройство ременной передачи, ее характеристики

Ременная передача представляет собой пару шкивов, соединенных бесконечным закольцованным ремнем. Эти приводные колеса, как правило, располагают в одной плоскости, а оси делают параллельными, при этом приводные колеса вращаются в одном направлении. Плоские (или круглые) ремни позволяют изменять направление вращения за счет перекрещивания, а взаимное расположение осей- за счет использования дополнительных пассивных роликов. При этом теряется часть мощности.

Клиноременные приводы за счет клиновидной формы поперечного сечения ремня позволяют увеличить площадь зацепления его со шкивом ременной передачи. На нем делается канавка по форме клина.

Зубчатоременные приводы имеют зубцы равного шага и профиля на внутренней стороне ремня и на поверхности обода. Они не проскальзывают, позволяя передавать большую мощность.

Для расчета привода важны следующие основные параметры:

• число оборотов ведущего вала;
• мощность, передаваемую приводом;
• потребное число оборотов ведомого вала;
• профиль ремня, его толщина и длина;
• расчетный, наружный, внутренний диаметр колеса;
• профиль канавки (для клиноременного);
• шаг передачи (для зубчатоременного)
• межосевое расстояние;

Вычисления обычно проводят в несколько этапов.

Основные диаметры

Для расчета параметров шкивов, а также привода в целом, применяются различные значения диаметров, так, для шкива клиноременной передачи используются:

Для вычисления передаточного числа используется расчетный диаметр, а наружный-для расчета габаритов привода при компоновке механизма.

Для зубчатоременной передачи D_расч отличается от D_нар на высоту зубца_.
Передаточное число также рассчитывается, исходя из значения D_расч.

Для расчета плоскоременного привода, особенно при большом размере обода относительно толщины профиля, часто принимают D_расч равным наружному_.

Расчет диаметра шкива

Вначале следует определить передаточное число, исходя из заложенной скорости вращения ведущего вала n1 и потребной скорости вращения ведомого вала n2/ Оно будет равно:

Если уже имеется в наличии готовый двигатель с приводным колесом, расчет диаметра шкива по передаточному отношению i проводится по формуле:

Если же механизм проектируется с нуля, то теоретически подойдет любая пара приводных колес, удовлетворяющих условию:

На практике расчет ведущего колеса проводят, исходя из:

• Размеров и конструкции ведущего вала. Деталь должна надежно крепится на валу, соответствовать ему по размету внутреннего отверстия, способу посадки, крепления. Предельно минимальный диаметр шкива обычно берется из соотношения D_расч ≥ 2,5 D_вн
• Допустимых габаритов передачи. При проектировании механизмов требуется уложиться в габаритные размеры. При этом учитывается также межосевое расстояние. чем оно меньше, тем сильнее сгибается ремень при обтекании обода и тем больше он изнашивается. Слишком большое расстояние приводит к возбуждению продольных колебаний. Расстояние также уточняют, исходя из длины ремня. Если не планируется изготовление уникальной детали, то длину выбирают из стандартного ряда.
• Передаваемой мощности. Материал детали должен выдержать угловые нагрузки. Это актуально для больших мощностей и крутящих моментов.

Окончательный расчет диаметра окончательно уточняют по результату габаритных и мощностных оценок.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Расчет передаточного числа ременной передачи

Очередь просмотра

Очередь

• Удалить все
• Отключить

YouTube Premium

Хотите сохраните это видео?

• Пожаловаться

Пожаловаться на видео?

Понравилось?

Не понравилось?

Текст видео

Дополнительная информация по шкивам:

Расчёт длинны приводного ремня. Онлайн калькулятор: http://automotogarage.ru/equipment/me.

Расчёт и подбор натяжного ролика для приводного ремня: http://automotogarage.ru/equipment/me.

Расчёт диаметров шкивов ремённой передачи с применение плоского ведомого шкива. Онлайн калькулятор: http://automotogarage.ru/equipment/me.

Есть у нас ещё несколько статей с онлайн калькуляторами, рекомендуем ознакомиться:

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ

Грузоподъемность лебедки: F=10КН

Скорость подъема v=1.2 м/с

Диаметр барабана D=200 мм

Угол наклона ременной передачи

Ресурс работы привода L=3000 ч

Типовой режим нагружения-2I.

1. Определим требуемую мощность

КПД клиноременной передачи=0,96

КПД червячной передачи=0,9

2. Найдем угловую скорость и число оборотов в мин барабана

3. Подбор двигателя. Предпочтительные варианты:

а) двигатель 4A160S2 с числом оборотов 3000

б) двигатель 4A160S4 с числом оборотов 1500

Номинальная частота вращения:

а) n_ном =3000*(1-0,021)=2937 об/мин

б) n_ном =1500*(1-0,023)=1465 об/мин

Выбираем двигатель с числом оборотов 1500 4A160S4(четырехполюсный) и считаем передаточное число привода:

Возьмем из списка передаточных чисел червячного редуктора u₁ =8, тогда передаточное число клиноременной передачи равно:

Полученный двигатель имеет следующие размеры:

L1=110 мм, d1=48 мм

Кинематическая схема привода:

2. РАСЧЕТ КЛИНОРЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

1. По номограмме в зависимости от частоты вращения меньшего шкива n₁ (в нашем случае n ₁ = n_дв =1465 об/мин) и передаваемой мощности Р= Р _дв =14,6 КВт принимаем сечение клинового ремня Б. Вращающий момент:

2. Диаметр меньшего шкива определяют по эмпирической формуле:

Диаметр большего шкива

Принимаем d₂ =360 мм

3. Уточняем передаточное отношение

При этом угловая скорость вала будет:

Расхождение с тем, что было получено по первоначальному расчету,

что менее допускаемого на плюс-минус 3 %

Следовательно, окончательно принимаем диаметры шкивов d₁ =224мм, d₂ =360мм.

4. Межосевое расстояние

Принимаем предварительно близкое значение

5. Расчетная длина ремня определяется по формуле:

Принимаем по стандарту ГОСТ 1284.1-80 значение длины ремня 2240 мм

6. Уточняем значение межосевого расстояния

При монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,01L=0.01*2240=22,4мм для облегчения надевания ремней на шкивы и возможность увеличения его на 0.025L=0.025*2240=56мм для увеличения натяжения ремней.

7. Угол обхвата меньшего шкива

8. Коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации передачи:

Коэффициент, учитывающий влияние длины ремня:

Коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата: С

Коэффициент, учитывающий число ремней С_z =0.95

9. Число ремней в передаче

Р =6,6 из таблицы 7.8, принимаем число ремней равным 3.

10. Натяжение ветви клинового ремня находим по формуле:

Коэффициент, учитывающий центробежную силу:

11. Давление на валы

12. Ширина шкивов

13. Найдем долговечность ремней

Ресурс работы привода считается по формуле:

Работы по переборке электродвигателя подходят к завершению. Приступаем к расчёту шкивов ремённой передачи станка. Немного терминологии по ремённой передаче.

Главными исходными данными у нас будут три значения. Первое значение это скорость вращения ротора (вала) электродвигателя 2790 оборотов в секунду. Второе и третье это скорости, которые необходимо получить на вторичном валу. Нас интересует два номинала 1800 и 3500 оборотов в минуту. Следовательно, будем делать шкив двухступенчатый.

Заметка! Для пуска трёхфазного электродвигателя мы будем использовать частотный преобразователь поэтому расчётные скорости вращения будут достоверными. В случае если пуск двигателя осуществляется при помощи конденсаторов, то значения скорости вращения ротора будут отличаться от номинального в меньшую сторону. И на этом этапе есть возможность свести погрешность к минимуму, внеся поправки. Но для этого придётся запустить двигатель, воспользоваться тахометром и замерить текущую скорость вращения вала.

Наши цели определены, переходим выбору типа ремня и к основному расчёту. Для каждого из выпускаемых ремней, не зависимо от типа (клиноременный, поликлиновидный или другой) есть ряд ключевых характеристик. Которые определяют рациональность применения в той или иной конструкции. Идеальным вариантом для большинства проектов будет использование поликлиновидного ремня. Название поликлиновидный получил за счет своей конфигурации, она типа длинных замкнутых борозд, расположенных по всей длине. Названия ремня происходит от греческого слова «поли», что означает множество. Эти борозды ещё называют по другому – рёбра или ручьи. Количество их может быть от трёх до двадцати.

Поликлиновидный ремень перед клиноременным имеет массу достоинств, таких как:

• благодаря хорошей гибкости возможна работа на малоразмерных шкивах. В зависимости от ремня минимальный диаметр может начинаться от десяти – двенадцати миллиметров;
• высокая тяговая способность ремня, следовательно рабочая скорость может достигать до 60 метров в секунду, против 20, максимум 35 метров в секунду у клиноременного;
• сила сцепления поликлинового ремня с плоским шкивом при угле обхвата свыше 133° приблизительно равна силе сцепления со шкивом с канавками, а с увеличением угла обхвата сила сцепления становится выше. Поэтому для приводов с передаточным отношением свыше трёх и углом обхвата малого шкива от 120° до 150° можно применять плоский (без канавок) больший шкив;
• благодаря легкому весу ремня уровни вибрации намного меньше.

Принимая во внимание все достоинства поликлиновидных ремней, мы будем использовать именно этот тип в наших конструкциях. Ниже приведена таблица пяти основных сечений самых распространённых поликлиновидных ремней (PH, PJ, PK, PL, PM).

Формула расчета передаточного числа ременной передачи. Типы передач вращательного движения

Обычно клиноременная передача представляет собой от­крытую передачу с одним или несколькими ремнями. Рабочими поверх­ностями ремня являются его боковые стороны.

По сравнению с плоскоременными клиноременные передачи обла­дают большей тяговой способностью, имеют меньшее межосевое рас­стояние, допускают меньший угол обхвата малого шкива и большие пе­редаточные числа (и 2:

С z . 0,95 0,90 0,85

Во избежание значительной неравномерности распределения нагруз­ки между ремнями не рекомендуется в одной передаче использовать бо­лее 8 ремней нормального сечения и 12 узких ремней; число ремней мел­ких сечений не следует брать больше 6.

R = 2F 0 z sin(a 1 /2), где F o — натяжение ветви одного ремня; a 1 — угол обхвата малого шкива.

Величину F 0 натяжения ветви одного ремня вычисляют по формуле

F 0 =(0,85РС р С z)/zνC a + θν 2

где v — окружная скорость ремня; θ- коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил:

Сечение ремня. Z А В С D E E0

θ, Н*с 2 /м 2 0,06 0,1 0,18 0,3 0,6 0,9 1,5

Передачи с узкими и поликлиновыми ремнями рассчитывают по ана­логичной методике. Таблицы мощностей, передаваемых одним узким ремнем и поликлиновым ремнем с 10 ребрами, имеются в учебных посо­биях по курсовому проектированию деталей машин.

При расчете поликлиновых ремней определяют число ребер z по формуле

где Р — передаваемая мощность на ведущем валу; Р р — мощность, пере­даваемая ремнем с 10 ребрами.

Расчет долговечности клиновых ремней нормальных сече­ний установлен ГОСТ 1284.2-89. Средний ресурс L h ср ремней в эксплуатации для среднего режима работы устанавливается 2000 ч. При легких, тяжелых и очень тяжелых режимах работы расчетный ре­сурс вычисляют по формуле

L hp = L h ср K 1 K 2

где К 1 — коэффициент режима работы, равный: для легкого режима — 2,5; для тяжелого режима — 0,5; для очень тяжелого режима — 0,25; К 2 — коэффициент, учитывающий климатические условия эксплуатации, рав­ный: для районов с холодным и очень холодным климатом — 0,75; для остальных районов — 1,0.

Режим работы для конкретных машин устанавливают по ГОСТу. Так, например, для станков с непрерывным процессом резания (токарные, сверлильные, шлифовальные) режим работы полагается легким; для фре­зерных, зубофрезерных станков режим работы полагается средним; стро­гальные, долбежные, зубодолбежные и деревообрабатывающие стан­ки работают в тяжелом режиме; очень тяжелый режим работы полага­ется для подъемников, экскаваторов, молотов, дробилок, лесопильных рам и др.

1.1 Общие сведения

Ременные передачи – это передачи гибкой связью (рис. 14.1), состоящие из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и надетого на них ремня 3. В состав передачи могут также входить натяжные устройства и ограждения. Возможно применение нескольких ремней и нескольких ведомых шкивов. Основное назначение – передача механической энергии от двигателя передаточным и исполнительным механизмам, как правило, с понижением частоты вращения.

ременной передача шкив вал

1.1.1 Классификация передач

По принципу работы различаются передачи трением (большинство передач) и зацеплением (зубчатоременные). Передачи зубчатыми ремнями по своим свойствам существенно отличаются от передач трением и рассматриваются особо в 14.14.

Ремни передач трением по форме поперечного сечения разделяются на плоские, клиновые, поликлиновые, круглые, квадратные.

Условием работы ременных передач трением является наличие натяжения ремня, которое можно осуществить следующими способами:

предварительным упругим растяжением ремня;

перемещением одного из шкивов относительно другого;

автоматическим устройством, обеспечивающим регулирование натяжения в зависимости от передаваемой нагрузки.

При первом способе натяжение назначается по наибольшей нагрузке с запасом на вытяжку ремня, при втором и третьем способах запас на вытяжку выбирают меньше, при четвертом — натяжение изменяется автоматически в зависимости от нагрузки, что обеспечивает наилучшие условия для работы ремня.

Клиновые, поликлиновые, зубчатые и быстроходные плоские изготовляют бесконечными замкнутыми. Плоские ремни преимущественно выпускают конечными в виде длинных лент. Концы таких ремней склеивают, сшивают или соединяют металлическими скобами. Места соединения ремней вызывают динамические нагрузки, что ограничивает скорость ремня. Разрушение этих ремней происходит, как правило, по месту соединения.

1.1.2 Схемы ременных передач

Передачи с одним ведомым валом

с параллельными осями валов

с непараллельными осями валов

с одинаковым направлением вращения

с обратным направлением вращения

Передачи с несколькими ведомыми валами

Примечания: 1. Схемы 1, 3, 5 — передачи с двумя шкивами; схемы 2, 4, 6, 7, 8, 9 — передачи с натяжными или направляющими роликами.2. Обозначения: вщ — ведущий шкив; вм — ведомый шкив: HP — натяжной или направляющий ролик

1.2 Достоинства и недостатки

Возможность передачи крутящим моментом между валами, расположенными на относительно большом расстоянии

Плавность и бесшумность работы передачи

Непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания ремня

Предельность нагрузки, самопредохранение от перегрузки. Способность ремня передать определенную нагрузку, свыше которой происходит буксование (скольжение) ремня по шкиву

Повышение нагрузки на валы и подшипники

Возможность работы с высокими скоростями

Невысокий КПД (0,92.. .0,94)

Простота устройства, небольшая стоимость, легкость технического обслуживания

Необходимость защиты ремней от попадания

Необходимость защиты ремней от попадания воды

Электризация ремня и поэтому недопустимость работы во взрывоопасных помещениях

Ременные передачи в основном применяются для передачи мощности до 50 кВт (зубчатыми до 200, поликлиновыми до 1000 кВт)

1.3 Область применения

Ремни должны обладать достаточно высокой прочностью при действии переменных нагрузок, иметь высокий коэффициент трения при движении по шкиву и высокую износостойкость. Ременные передачи применяются для привода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода от маломощных двигателей внутреннего сгорания. Наибольшее распространение в машиностроении находят клиноременные передачи (в станках, автотранспортных двигателях и т. п.). Эти передачи широко используют при малых межосевых расстояниях и вертикальных осях шкивов, а также при передаче вращения несколькими шкивами. При необходимости обеспечения ременной передачи постоянного передаточного числа и хорошей тяговой способности рекомендуется устанавливать зубчатые ремни. При этом не требуется большего начального натяжения ремней; опоры могут быть неподвижными. Плоскоременные передачи применяются как простейшие, с минимальными напряжениями изгиба. Плоские ремни имеют прямоугольное сечение, применяются в машинах, которые должны быть устойчивы к вибрациям (например, высокоточные станки). Плоскоременные передачи в настоящее время применяют сравнительно редко (они вытесняются клиноременными). Теоретически тяговая способность клинового ремня при том же усилии натяжения в 3 раза больше, чем у плоского. Однако относительная прочность клинового ремня по сравнению с плоским несколько меньше (в нем меньше слоев армирующей ткани), поэтому практически тяговая способность клинового ремня приблизительно в два раза выше, чем у плоского. Это свидетельство в пользу клиновых ремней послужило основанием для их широкого распространения, в особенности в последнее время. Клиновые ремни могут передавать вращение на несколько валов одновременно, допускают umax = 8 – 10 без натяжного ролика.

Круглоременные передачи (как силовые) в машиностроении не применяются. Их используют в основном для маломощных устройств в приборостроении и бытовых механизмах (магнитофоны, радиолы, швейные машины и т. д.).

1.4 Кинематика ременных передач

Окружные скорости (м/с) на шкивах:

где d1 и d2 – диаметры ведущего и ведомого шкивов, мм; n1 и n2 – частоты вращения шкивов, мин-1.

Окружная скорость на ведомом шкиве v2 меньше скорости на ведущем v1 вследствие скольжения:

Обычно упругое скольжение находится в пределах 0,01…0,02 и растет с увеличением нагрузки.

1.4.1Силы и напряжения в ремне

Окружная сила на шкивах (Н):

где T1 – вращающий момент, Н м, на ведущем шкиве диаметром d1, мм; P1 – мощность на ведущем шкиве, кВт.

С другой стороны, Ft = F1 — F2, где F1 и F2 — силы натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня под нагрузкой. Сумма натяжений ветвей при передаче полезной нагрузки не меняется по сравнению с начальной: F1 + F2 = 2F0. Решая систему двух уравнений, получаем:

F1 = F0 + Ft/2, F2 = F0 – Ft/2

Сила начального натяжения ремня F0 должна обеспечивать передачу полезной нагрузки за счет сил трения между ремнем и шкивом. При этом натяжение должно сохраняться долгое время при удовлетворительной долговечности ремня. С ростом силы несущая способность ременной передачи возрастает, однако срок службы уменьшается.

Соотношение сил натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня без учета центробежных сил определяют по уравнению Эйлера, выведенному им для нерастяжимой нити, скользящей по цилиндру. Записываем условия равновесия по осям x и y элемента ремня с центральным углом da. Принимаем, что

где dFn – нормальная сила реакции, действующая на элемент ремня от шкива; f –коэффициент трения ремня по шкиву. Из имеем:

Подставим значение в пренебрегая членомв связи с его малостью. Тогда

После потенцирования имеем:

где e – основание натурального логарифма, b — угол, на котором происходит упругое скольжение, при номинальной нагрузке .

Полученная зависимость показывает, что отношение F1/F2 сильно зависит от коэффициента трения ремня на шкиве и угла . Но эти величины являются случайными, в условиях эксплуатации могут принимать весьма различные значения из числа возможных, поэтому силы натяжения ветвей в особых случаях уточняют экспериментально.

Обозначая и учитывая, что, имеем

Ремни обычно неоднородны по сечению. Условно их рассчитывают по номинальным (средним) напряжениям, относя силы ко всей площади поперечного сечения ремня и принимая справедливым закон Гука.

Нормальное напряжение от окружной силы Ft:

где A – площадь сечения ремня, мм2.

Нормальное напряжение от предварительного натяжения ремня

Нормальные напряжения в ведущей и ведомой ветвях:

Центробежная сила вызывает нормальные напряжения в ремне, как во вращающемся кольце:

где s ц – нормальные напряжения от центробежной силы в ремне, МПа; v1 – скорость ремня, м/с; — плотность материала ремня, кг/м3.

При изгибе ремня на шкиве диаметром d относительное удлинение наружных волокон ремня как изогнутого бруса равно 2y/d, где y – расстояние от нейтральной линии в нормальном сечении ремня до наиболее удаленных от него растянутых волокон. Обычно толщина ремня . Наибольшие напряжения изгиба возникают на малом шкиве и равны:

Максимальные суммарные напряжения возникают на дуге сцепления ремня с малым (ведущим) шкивом:

Эти напряжения используют в расчетах ремня на долговечность, так как при работе передачи в ремне возникают значительные циклические напряжения изгиба и в меньшей мере циклические напряжения растяжения из-за разности натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня.

Основные геометрические параметры и — диаметры ведущего и ведомого шкивов; а — межосевое расстояние; В — ширина шкива; L — длина ремня; — угол обхвата;- угол между ветвями ремня (рис.6).

Рис. Основные геометрические параметры ременных передач

Углы и, соответствующие дугам, по которым происходит касание ремня и обода шкива, называют углами обхвата. Перечисленные геометрические параметры являются общими для всех типов ременных передач.

1.5.1 Расчет геометрических параметров

1. Межосевое расстояние

где L — расчетная длина ремня; D1 и D2 — диаметры ведущего и ведомого шкивов.

Для нормальной работы плоскоременной передачи должно соблюдаться условие:

при этом а должно быть не более 15 м.

2. Расчетная длина ремня

на сшивку добавляют еще 100-300 мм.

3. Диаметр ведущего шкива (малого), мм

где — мощность на ведущем валу, кВт;- угловая скорость ведущего вала, рад/с.

4. Диаметр ведомого шкива

(5)

где и — передаточное число; — коэффициент скольжения.

При диаметре D > 300 мм шкивы изготовляют с четырьмя-шестью спицами. Для шкивов, имеющих отклонения от стандартных размеров, производят расчет на прочность. Обод рассчитывают на прочность как свободно вращающееся кольцо под действием сил инерции; спицы рассчитывают на изгиб.

1.5.2 Допускаемые углы обхвата ременных передач

Вследствие вытяжки и провисания ремня при эксплуатации углы обхвата измеряются приближенно:

В формуле выражение

где — угол между ветвями ремня (для плоскоременной передачи ( при α=40°

Расчет клиноременной передачи

В приводах различных машин и механизмов ременные передачи находят очень широкое применение благодаря своей простоте и дешевизне при проектировании, изготовлении и эксплуатации. Передаче не нужен корпус в отличие от червячной или зубчатой передачи, не нужна.

. смазка. Ременная передача бесшумна и быстроходна. Недостатками ременной передачи являются: значительные габариты (в сравнении с той же зубчатой или червячной передачей) и ограниченный передаваемый крутящий момент.

Наибольшее распространение получили передачи: клиноременные, с зубчатым ремнем, вариаторные широкоременные, плоскоременные и круглоременные. В предлагаемой вашему вниманию статье мы рассмотрим проектировочный расчет клиноременной передачи, как самой распространенной. Итогом работы станет программа, реализующая пошаговый алгоритм расчета в программе MS Excel.

Для подписчиков блога внизу статьи, как обычно, ссылка на скачивание рабочего файла.

Предлагаемый вниманию алгоритм реализован на материалах ГОСТ 1284.1-89, ГОСТ 1284.3-96 и ГОСТ 20889-80. Эти ГОСТы находятся в свободном доступе в Сети, их необходимо скачать. При выполнении расчетов мы будем пользоваться таблицами и материалами выше перечисленных ГОСТов, поэтому они должны быть «под рукой».

Что, собственно говоря, предлагается? Предлагается систематизированный подход к решению вопроса проектировочного расчета клиноременной передачи. Вам не нужно детально изучать вышеперечисленные ГОСТы, вам просто необходимо строго последовательно по шагам выполнять предложенную ниже инструкцию – алгоритм расчета. Если вы не занимаетесь постоянно проектированием новых ременных передач, то со временем порядок действий забывается и, восстанавливая в памяти алгоритм, каждый раз приходится затрачивать значительное время. Пользуясь предложенной ниже программой, вы сможете быстрее и эффективнее выполнять расчеты.

Проектировочный расчет в Excel клиноременной передачи.

Если у вас на компьютере не установлена программа MS Excel, то расчеты можно выполнить в программе OOo Calc из пакета Open Office, которую всегда можно свободно скачать и установить.

Расчет будем выполнять для передачи с двумя шкивами – ведущим и ведомым, без натяжных роликов. Общая схема клиноременной передачи изображена на представленном чуть ниже этого текста рисунке. Запускаем Excel, создаем новый файл и начинаем работать.

В ячейках со светло-бирюзовой заливкой пишем исходные данные и данные, выбранные пользователем по таблицам ГОСТов или уточненные (принятые) расчетные данные. В ячейках со светло-желтой заливкой считываем результаты расчетов. В ячейках с бледно-зеленой заливкой помещены мало подверженные изменениям исходные данные.

В примечаниях ко всем ячейкам столбца D даны пояснения, как и откуда выбираются или по каким формулам рассчитываются все значения.

Начинаем «шагать» по алгоритму — заполняем ячейки исходными данными:

1. Коэффициент полезного действия передачи КПД (это КПД ременной передачи и КПД двух пар подшипников качения) пишем

в ячейку D2: 0,921

2. Предварительное значение передаточного числа передачи u’ записываем

в ячейку D3: 1,48

3. Частоту вращения вала малого шкива n1 в об/мин пишем

в ячейку D4: 1480

4. Номинальную мощность привода (мощность на валу малого шкива) P1 в КВт заносим

в ячейку D5: 25,000

Далее в диалоговом режиме пользователя и программы выполняем расчет ременной передачи:

5. Вычисляем вращательный момент на валу малого шкива T1 в н*м

в ячейке D6: =30*D5/(ПИ()*D4)*1000 =164,643

T1 =30* P 1 /(3,14* n 1 )

6. Открываем ГОСТ1284.3-96, назначаем по п.3.2 (таблице 1 и таблице 2) коэффициент динамичности нагрузки и режима работы Cp и записываем

в ячейку D7: 1,0

7. Расчетную мощность привода Р в КВт, по которой будем выбирать сечение ремня считаем

в ячейке D8: =D5*D7 =25,000

P = P1 * Cp

8. В ГОСТ1284.3-96 выбираем по п.3.1 (рис.1) типоразмер сечения ремня и заносим

в объединенную ячейку C9D9E9: C(B)

9. Открываем ГОСТ20889-80, назначаем по п.2.2 и п.2.3 расчетный диаметр малого шкива d1 в мм и записываем

в ячейку D10: 250

Желательно не назначать расчетный диаметр малого шкива равным минимально возможному значению. Чем больше диаметр шкивов, тем дольше прослужит ремень, но тем больше будут габариты у передачи. Здесь необходим разумный компромисс.

10. Линейная скорость ремня v в м/с, рассчитывается

в ячейке D11: =ПИ()*D10*D4/60000 =19,0

v =3.14* d1 * n1 /60000

Линейная скорость ремня не должна превышать 30 м/с!

11. Расчетный диаметр большого шкива (предварительно) d2’ в мм рассчитывается

в ячейке D12: =D10*D3 =370

d2’ = d 1 * u’

12. По ГОСТ20889-80, назначаем по п.2.2 расчетный диаметр большого шкива d2 в мм и пишем

в ячейку D13: 375

13. Уточняем передаточное число передачи u

в ячейке D14: =D13/D10 =1,500

u = d2 / d1

14. Рассчитываем отклонение передаточного числа окончательного от предварительного delta в % и сравниваем с допустимым значением, приведенным в примечании

в ячейке D15: =(D14-D3)/D3*100 =1,35

delta =( u — u’)/ u’

Отклонение передаточного числа желательно не должно превышать 3% по модулю!

15. Частоту вращения вала большого шкива n2 в об/мин считаем

в ячейке D16: =D4/D14 =967

n2 = n1 / u

16. Мощность на валу большого шкива P2 в КВт определяем

в ячейке D17: =D5*D2 =23,032

P2 = P1 * КПД

17. Вычисляем вращательный момент на валу большого шкива T2 в н*м

в ячейке D18: =30*D17/(ПИ()*D16)*1000 =227,527

T2 =30* P 2 /(3,14* n 2 )

18. Далее определяем минимальное межцентровое расстояние передачи a min в мм

в ячейке D19: =0,7*(D10+D13) =438

a min =0,7*( d 1 + d 2 )

19. Рассчитываем максимальное межцентровое расстояние передачи a max в мм

в ячейке D20: =2*(D10+D13) =1250

a max =2*( d 1 + d 2 )

20. Из полученного диапазона и опираясь на конструктивные особенности проекта назначаем предварительное межцентровое расстояние передачи a’ в мм

в ячейке D21: 700

21. Теперь можно определить предварительную расчетную длину ремня Lp’ в мм

в ячейке D22: =2*D21+(ПИ()/2)*(D10+D13)+(D13-D10)^2/(4*D21) =2387

Lp’ =2* a’ +(3,14/2)*( d1 + d2 )+(( d2 — d1 )^2)/(4* a’ )

22. Открываем ГОСТ1284.1-89 и выбираем по п.1.1 (таблица 2) расчетную длину ремня Lp в мм

в ячейке D23: 2500

23. Пересчитываем межцентровое расстояние передачи a в мм

в ячейке D24: =0,25*(D23- (ПИ()/2)*(D10+D13)+((D23- (ПИ()/2)*(D10+D13))^2-8*((D13-D10)/2)^2)^0,5) =757

a =0,25*( Lp — (3,14/2)*( d1 + d2 )+(( Lp — (3,14/2)*( d1 + d2 ))^2-8*(( d2 — d1 ) /2)^2)^0,5)

24. Далее считаем угол обхвата ремнем малого шкива A в градусах

в ячейке D25: =2*ACOS ((D13-D10)/(2*D24))/ПИ()*180 =171

A =2*arccos (( d2 — d1 )/(2* a ))

25. Определяем по ГОСТ 1284.3-96 п.3.5.1 (таблицы 5-17) номинальную мощность, передаваемую одним ремнем P0 в КВт и записываем

в ячейку D26: 9,990

26. Определяем по ГОСТ 1284.3-96 п.3.5.1 (таблица18) коэффициент угла обхвата CA и вводим

в ячейку D27: 0,982

27. Определяем по ГОСТ 1284.3-96 п.3.5.1 (таблица19) коэффициент длины ремня CL и пишем

в ячейку D28: 0,920

28. Предполагаем, что число ремней будет 4. Определяем по ГОСТ 1284.3-96 п.3.5.1 (таблица20) коэффициент числа ремней в передаче CK и записываем

в ячейку D29: 0,760

29. Определяем расчетное необходимое число ремней в приводе K’

в ячейке D30: =D8/D26/D27/D28/D29 =3,645

K’ = P /( P0 * CA * CL * CK )

30. Окончательно определяем число ремней в приводе K

в ячейке D31: =ОКРВВЕРХ(D30;1)=4

K =округление вверх до целого ( K ’ )

Мы выполнили проектировочный расчет в Excel клиноременной передачи с двумя шкивами, целью которого было определение основных характеристик и габаритных параметров на основе частично заданных силовых и кинематических.

Буду рад видеть ваши комментарии, уважаемые читатели.

Чтобы получать информацию о выходе новых статей вам следует подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или вверху страницы.

Введите адрес своей электронной почты, нажмите на кнопку «Получать анонсы статей», подтвердите подписку в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту .

С этого момента к вам на почту примерно раз в неделю будут приходить небольшие уведомления о появлении на моем сайте новых статей. (Отказаться от подписки можно в любой момент.)

Прошу УВАЖАЮЩИХ труд автора скачать файл ПОСЛЕ ПОДПИСКИ НА АНОНСЫ СТАТЕЙ.

ОСТАЛЬНЫМ можно скачать просто так. — никаких паролей нет!

Ссылка на скачивание файла: raschet-klinoremennoy-peredachi (xls 63,0KB).