Материал: 7 РЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА 2014

63

РеменнЫЕ передачИ (2014)

1.Введение

Ременная передача (РП) — это передача механической энергии при помощи гибкого элемента (ремня) за счёт сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни).

История ременного привода ведет свое начало с далеких времен античности. Их роль выполняли пеньковые канаты, которые были весьма недолговечны отчасти из-за низкого качества обработки деревянных роликов. Пеньковый канат был заменен кожаным плоским ремнем только в XVII веке. Это были полоски грубо выделанной кожи, сшитые в кольца суровыми нитками. Поскольку кожа имеет свойство растягиваться, то для предотвращения проскальзывания ремня на шкивах конструкторы ввели в ременной привод натяжной ролик. Благодаря этому элементу увеличивался и угол обхвата. РП широко использовали в качестве привода прялок, токарных и точильных станков, а позже посредством ремней передавали вращение от паровой машины сразу на несколько десятков станков в цехах ткацких и машиностроительных предприятий. РП сыграли огромную роль в развитии техники, однако с появлением недорогих и компактных электродвигателей они постепенно ушли в тень. Конструкторы и изобретатели решили, что куда проще снабдить каждый механизм индивидуальным электроприводом. Во многих случаях это было справедливо, и только в автомобилях, дорожной, сельскохозяйственной и другой транспортной технике полностью отказаться от РП не удалось. Потом для повышения несущей способности ременной передачи рабочую поверхность ремня начали выполнять в виде клина. Отсюда и пошло название - клиноременная передача. Это стало отправной точкой широкого применения ремней в технике, в том числе и в автомобильной. Ведь ремень позволяет от одного привода привести во вращение сразу несколько механизмов. Для компактных современных автомобилей, у которых мало места под капотом, это очень важно. В автомобилях ремни используют для приводов насосов охлаждающей жидкости, генераторов, компрессоров, кондиционеров, насосов гидроусилителей рулевого управления и некоторых других навесных устройств. За время своей эволюции ременная передача претерпела огромное количество усовершенствований и модернизаций. В ходе их рос передаваемый крутящий момент, увеличивалась скорость работы передачи, расширялся температурный диапазон ее полноценного функционирования, увеличивался срок службы. Каждый шаг в развитии делался благодаря появлению новых материалов, совершенствованию конструкции привода.

Кроме этого, во многих моделях современных двигателей с помощью ремней приводят в действие механизмы газораспределения (ГРМ), топливные и масляные насосы.

РП привлекают конструкторов следующими достоинствами:

1. Чрезвычайно просты по конструкции и дёшевы:

- отсутствие корпуса и смазочной системы

- простота обслуживания (отработанные клиновые ремни можно быстро и легко заменить с минимальным временем простоя машины),

- простота эксплуатации (передаточное отношение можно легко изменить, применяя ступенчатые шкивы и перекладывая ремень с одних ступеней на другие,

- при использовании РП в вариаторах, достигается бесступенчатое регулирование).

2. Работают плавно и практически бесшумно,

3. Предохраняют от резких колебаний (вибраций) нагрузки и ударов

4. Защищают от перегрузок за счет проскальзывания ремня по шкиву;

5. Способны передавать большие мощности (в случае клиновых, зубчатых и поликлиновых передач – до 400 кВт ,500 кВт и 1000 кВт соответственно)

6. Работают при высоких оборотах (до 30-50 м/с для клиновых и до 100 м/с для поликлиновых передач);

7. Передача движения на значительные расстояния (большая свобода подбора межосевого расстояния)

8. Мало чувствительны к взаимоустановки валов.

9. Делают возможным разделение мощности, то есть перенос привода с одного вала на другие. 

Главные из недостатков:

1. Относительно невысокий срок службы,

2. Высокие нагрузки на валы и опоры из-за натяжения ремня;

3. Неизбежное проскальзывание ремня (не относится к зубчатым ремням);

4. Опасность попадания масла на ремень;

5. Большие габариты передачи;

6. Потребность в натяжных устройствах;

2. Классификация рп

1. По конструкции (профилю) ремней.

РП в процессе развития техники совершенствовались, плоский ремень с прялок, точильных и токарных станков эволюционировал в клиновые, поликлиновые, многопрофильные и зубчатые ремни.

Конструкция приводного ремня постоянно развивается, и на сегодняшний день он представляет собой высокотехнологичный продукт, соответствующий условиям работы современных агрегатов.

Ремни должны обладать:

--высокой прочностью при переменных напряжениях,

--износостойкостью,

--максимальным коэф. трения на рабочих поверхностях,

--минимальной изгибной жесткостью

--максимальной поперечной жесткостью

Клиновые - имеют поперечное сечение в виде трапеции и осуществляют передачу крутящего момента боковыми поверхностями. Для изготовления ремней применяют специальные маслобензостойкие резины. Корд служит для увеличения прочности ремня, уменьшения его растяжения при установке и в процессе эксплуатации. Ремни с кордом из кевлара имеют высокую прочность, практически не вытягиваются (модуль упругости при растяжении E=2500 МПа, в отличие от E=300…600 МПа для корда из других волокон). Для увеличения гибкости ремней их могут изготавливать с ребрами (зубьями) на внутренней поверхности (клиновые зубчатые). Все клиновые ремни плохо переносят "обратный перегиб", при котором растягиваются внутренние слои. Для передачи большого крутящего момента при сохранении небольших диаметров шкивов на автомобильных двигателях применяют передачу со сдвоенными шкивами и ремнями одного размера.

Поликлиновые ремни имеют на внутренней стороне несколько продольных клиновидных выступов (клиньев, ручейков), за счет чего могут передавать больший крутящий момент, чем клиновые. Меньшая высота поперечного сечения обеспечивает большую гибкость, как при "прямом" так и при "обратном" изгибе. Позволяют приводить во вращение все навесное оборудование двигателя одним поликлиновым ремнем. Срок службы таких ремней в 2-3 раза больше, чем клиновых.

Многопрофильные ремни состоят из двух – четырех клиновых, соединенных между собой тканевым слоем и применяются вместо комплектов клиновых ремней.

Круглые ремни выполняют резиновыми диаметром от 3 до 12 мм, используются для передачи небольших мощностей в приборах и бытовой технике.

Зубчатые ремни применяемые для привода ГРМ и вспомогательных агрегатов в зависимости от конфигурации зубьев шестерен имеют либо скругленные либо трапецеидальные зубья. И та и другая формы обеспечивают относительную бесшумность работы привода. Благодаря практически нерастяжимому каркасу ремень (подобно зубчатой передаче) точно синхронизирует вращение ведущего и ведомого валов и при этом оказывает минимальную нагрузку на подшипники. Последнее очень важно, так как натяжные ролики и подшипники валов приводимых ремнем агрегатов по сути есть слабое звено в ременной передаче.

2. По расположению валов и наличию натяжных роликов

3. Расчетная геометрия контура передачи

3.1. Двухшкивная передача.

Межосевое расстояние α в проектном расчёте может быть выбрано:

1. По заданным требованиям к конструкции передачи;

2. По требованию минимальных габаритов α_min= 0,5d_w1(1+i)+10 мм

3. По рекомендуемой частоте пробегов [U]=3…5 сек^-1, определяют необходимую длину ремня L= πd_w1∙n₁/60[U] и далее расстояние α.

Поправки на межосевое расстояние:

Для учета плюсового допуска на длину ремня

и его вытяжку при эксплуатации: x=0,02∙L∙sin0,5∙α_w1.

Для учета минусового допуска на длину ремня, усадку при хранении и обеспечения свободного надевания ремня на шкивы: y=0,0125∙L∙sin0,5∙α_w1.

3.2 Передача с натяжным шкивом

Предварительный расчет ведется для условной двухшкивной передачи без натяжного шкива с ремнем длиной L по формулам, указанным выше.

4. Кинематические и силовые соотношения

Скорость ремня v=πn₁d_w1 /60000. Ремни допускают скорость до 35 (45) м/с.

Передаточное отношение: i=n₁ /n_{2 .}

Относительное скольжение: ξ=1– d_w2 /(d_w1∙i)

В расчётах принимается ξ=0,02...0,05

Окружная сила F_t=F₁– F₂=2000T₁ /d_w1

F₀ , F₁ и F₂ - сила начального натяжения ремня, ведущей и ведомой ветвей под нагрузкой;

Это уравнение устанавливает изменение натяжения ветвей в зависимости от нагрузки T₁, но не показывают нам тяговую способность передачи, которая связана с силой трения между ремнём и шкивом.

Такая связь установлена Л.Эйлером с помощью дифференциального анализа.

Полученные формулы устанавливают связь натяжения ремней с передаваемой нагрузкой F_t , коэффициентом трения f и углом обхвата α.

Они позволяют вычислить минимальное предварительное натяжение ремня F_o, при котором уже станет возможной передача требуемого вращающего усилия F_t.

4.1 Скольжение в передаче