Краткие сведения о клиноременных передачах

Лабораторная работа №6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КЛИНОРЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Цель работы – научиться определять экспериментальными и расчетными методами необходимые технические и эксплуатационные параметры передачи в действующем технологическом оборудовании.

Содержание работы

1. Ознакомиться с устройством и особенностями работы клиноре­менных передач.

2. Изобразить расчетно-кинематическую схему клиноременной передачи (по образцу рис. 14) с указанием на ней основных геомет­рических, кинематических и силовых параметров и их значений, схему поперечного сечения ремня и канавок шкива (по образцу рис. 15) с указанием на ней конструктивных размеров параметров, определенных в работе.

3. Определить замерами и расчетами основные геометрические, кинематические (скоростные) и энергетические (силовые) параметры клиноременной передачи.

4. Результаты измерений и расчетов указать на схеме (по образцу рис. 14) и занести в итоговую таблицу (по образцу табл. 16).

5. Оформить отчет в соответствии с общими требованиями к отчетам по лабораторным работам, а также требованиями к содержанию отчета по лаб. работе №6.

Лабораторное оборудование и инструменты:

1. Клиноременная передача зубчато-фрикционной лебедки. Защитный кожух и 2 ремня сняты для замеров параметров.

2. Штангенциркуль с нутро- и глубиномером (типа «колумбус»).

3. Рулетка длиной 3 м.

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 бо́льшие 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 φ₀> 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 F₀, 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 V₁ одинаковые. В дальнейшем на дуге обхвата α₁ (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 V₂ одинаковые. Затем на дуге обхвата α₂ (участок 3–4) появляется дуга скольжения γ₂, 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 γ₂.

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 α₁ он отстает от ведущего шкива, а на дуге обхвата α₂ 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.