Теоретическая часть. Ременные передачи состоят из закрепленных на валах шкивов, и охватывающего их ремня (рис

Ременные передачи состоят из закрепленных на валах шкивов, и охватывающего их ремня (рис. 9.1). Крутящий момент с ведущего на ведомый вал передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вследствие его предварительного натяжения.

Основными геометрическими параметрами ременной передачи являются: угол между ветвями ремня; угол обхвата на малом шкиве; длина ремня ; межосевое расстояние ; диаметры шкивов d₁, d₂.

Рис. 9.1. Схема ременной передачи

Основными критериями работоспособности ременных передач являются тяговая способность и долговечность ремня, которая ограничивается разрушением ремня от усталости и зависит от эффективного числа цикла , где – число пробегов ремня, – ресурс работы передачи.

Основным расчетом ременных передач является расчет по тяговой способности, которая создается силой трения между ремнем и шкивом. Тяговая способность передачи характеризуется величиной максимально допустимой окружной силы - F_t, или полезного напряжения

, (9.1)

где - площадь сечения ремня.

Полезное напряжение возрастает с увеличением предварительного натяжения , т.е. увеличивается тяговая способность ременной передачи. В наибольшей степени полезное напряжение зависит от коэффициента трения между ремнем и шкивами и угла охвата малого шкива

. (9.2)

Изгибные напряжения ремня являются отрицательным фактором на тяговую способность, но самое главное, что напряжения изгиба являются главной причиной усталостного разрушения ремней. В ременных передачах следует различать два вида скольжения ремня по шкиву: упругое скольжение и буксование. Упругое скольжение наблюдается при любой нагрузке передачи, а буксование только при перегрузке. Работоспособность ременных передач принято характеризовать кривыми скольжения и КПД. Такие кривые являются результатом испытания ремней различных типов и материалов. На графиках по оси ординат отсчитывают относительное скольжение , КПД - в процентах, а по оси абсцисс – нагрузку передачи, которую выражают через коэффициент тяги - .

Относительное скольжение характеризует ту часть скорости, которая теряется из-за упругого скольжения ,

где , – окружные скорости на ведущем и ведом шкивах

Коэффициент тяги позволяет судить о том, какая часть предварительного натяжения ремня используется полезно для передачи нагрузки, т.е. характеризует степень загруженности передачи. На начальном участке кривой скольжения (рис. 9.2) от 0 до наблюдается только упругое скольжение. Так как упругие деформации ремня приближенно подчиняются закону Гука, этот участок близок к линейному. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к частичному, а затем и полному буксованию. В зоне от до наблюдается как упругое скольжение, так и буксование. При передача будет работать с недоиспользованием мощности; при работа передачи связана с большими потерями мощности, скорости и повышенным износом ремня. Рабочую нагрузку рекомендуют выбирать вблизи критического значения и слева от нее. Этому значению соответствует также максимальное значение КПД.

Рис. 9.2. Кривая скольжения и КПД

Величина зоны частичного буксования характеризует способность передачи воспринимать кратковременные перегрузки. Отношение для различных ремней:

Плоские кожаные и шерстяные 1,35 … 1,5

Прорезиненные 1,15 … 1,3

Хлопчатобумажные 1,25 … 1,4

Клиновые 1,5 … 1,6

В зоне упругого скольжения КПД падает с уменьшением нагрузки. В передачах с постоянным предварительным натяжением ремня это снижение связано в основном с увеличением относительных потерь в опорах валов (при холостом ходе = 0). Оптимальное значение К.П.Д должно составлять 0,9 – 0,96. Очевидно, значение и будет оптимально возможной нагрузкой для данной передачи, не вызывающей буксования.

В процессе работы на ремень действуют различные силы, определяющие его напряженное состояние. Значения растягивающих напряжений находятся в пределах 2…2,5 МПа; центробежных напряжений - 1,5…2,2 МПа и предварительных напряжений МПа - для плоскоременных передач и МПа - для клиноременных передач. Максимальные напряжения в ремне зависят от периодически изменяющихся напряжений изгиба ( ), значения которых могут быть в пределах 1,5…8 МПа. Именно они являются главной причиной усталостного разрушения ремней. Поэтому на практике величину ограничивают минимально допустимыми значениями D/h.

Суммарное максимальное напряжение будет всегда на ведущей ветви в месте набегания ремня на малый шкив

. (9.4)

Для плоскоременных передач (D₁- диаметр малого шкива):

ремни кожаные, шерстяные, хлопчатобумажные (D₁/h)≥25;

ремни прорезиненные (D₁/h)≥30.

Для клиноременных передач (h - высота сечения ремня):

тип ремня

О, А, Б, В (D₁/h)≥10

Г, Д, Е (D₁/h)≥25.

Для клиноременных передач следует выполнять следующее условие

2(D₁+D₂) ≥ 0.55(D₁+D₂)+h.

Долговечность ремней в значительной мере зависит от предварительного натяжения, причем с увеличением долговечность ремней резко снижается, поэтому рекомендуют принимать для клиновых ремней 1,5 МПа; для плоских – 1,8 МПа.

На долговечность ремня влияют не только величина напряжения, но и характер и частота пробегов ремня, которая зависит от скорости движения V и длины ремня L

. (9.5)

Чем больше скорость, тем меньше долговечность ремня, поэтому следует ограничивать частоту пробегов для плоских ремней ; для клиновых .