Ременная передача – это передача гибкой связью (рис. 5.2), состоящая из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и надетого на них ремня 3 . В состав передачи могут также входить натяжные устройства и ограждения. Возможно использование нескольких ведомых шкивов и нескольких ремней. Шкивы жестко закреплены на ведущем и ведомом валах.

Основное назначение – передача механической энергии с понижением частоты вращения.

По принципу действия различают передачи трением (большинство передач) и зацеплением (зубчато-ременные). В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают ременные передачи: плоские, клиновые , поликлиновые, круглые, квадратные. Клиновые, поликлиновые, зубчатые и быстроходные плоские ремни изготавливают бесконечно замкнутыми. Плоские ремни преимущественно выпускают конечными – в виде длинных лент.

Достоинства ременных передач трением: отсутствие смазочной системы, простота и низкая стоимость конструкции, предохранение от резких колебаний нагрузки и ударов, возможность передачи движения на значительные расстояния, защита от перегрузки за счет проскальзывания ремня по шкиву, плавность и низкая шумность работы.

Недостатки: малая долговечность ремней в быстроходных передачах; значительные габариты; непостоянство передаточного отношения (из-за проскальзывания ремней на шкивах); необходимость защиты ремня от попадания масла; значительные силы, действующие на валы и опоры.

Для определения передаточного отношения ременной передачи принимают, что ремень не вытягивается и не проскальзывает на шкивах. Такое допущение не вносит существенной погрешности в расчеты, поскольку линейная скорость [м/с] любой точки, лежащей на поверхности вращающегося тела (в нашем случае - ведущего шкива), определяется как

где – угловая скорость, рад/с; - диаметр шкива, м; - число оборотов в минуту, об/мин.

Так как любая точка ремня, совпадающая с рассматриваемой точкой ведущего шкива, движется с той же линейной скоростью (а значит, и те точки ремня, которые контактируют с ведомым шкивом, и совпадающие с ними точки ведомого шкива имеют ту же линейную скорость).

Соответственно также определяется и линейная скорость любой точки обода ведомого шкива: При этом отношение линейных скоростей и ведомого, и ведущего шкивов равно , или и, следовательно, или .

Передаточное отношение передачи выражается отношением диаметров ведомого и ведущего шкивов:

Углы и (см. рис. 5.2), соответствующие дугам, по которым касаются ремень и шкив, называются углами обхвата .

Поскольку ременная передача передает вращение за счет сил трения между ремнем и шкивом, ее работоспособность существенно зависит от углов обхвата, определяющим из которых является угол обхвата на меньшем шкиве. Его величина в первую очередь зависит от расстояния между центрами шкивов (межосевое расстояние) и передаточного отношения. Практика показала, что плоскоременная передача работает нормально, если угол обхвата не менее 120 градусов. Это требование выполняется, если соблюдаются следующие условия: межосевое расстояние не меньше удвоенной суммы диаметров шкивов.

Можно обеспечить работоспособность плоскоременной передачи и при больших передаточных отношениях, применив натяжной ролик 4 (см. рис. 5.3), который увеличит угол обхвата на меньшем шкиве.

Предельная окружная скорость плоскоременной передачи в зависимости от материала ремня лежит в пределах 20…40 м/с.

Более совершенным видом передачи движения гибкой связью является клиноременная, где на ободе шкивов сделаны канавки, в которые входит ремень, имеющий в поперечном сечении форму трапеции. В этих передачах полезная нагрузка передается за счет сил трения между боковыми поверхностями ремня и канавок шкивов. Трапециевидное сечение ремня за счет расклинивания увеличивает его сцепление со шкивом и повышает тяговую способность передачи. Это дает возможность осуществления более высоких передаточных отношений (до 7 и даже до 10), возможность применения при малых межцентровых расстояниях.

Если для плоскоременной передачи межцентровое расстояние

то для клиноременной передачи , что позволяет одной передачей осуществить вращение нескольких ведомых валов без применения натяжных роликов.

На кинематических схемах ременные передачи имеют соответствующие условные обозначения (на рис. 5.4, а с плоским, а на рис. 5.4, б - с клиновым ремнями).

В последнее время стали широко применяться зубчато-ременные передачи. На рабочей поверхности ремня имеются выступы - зубья, которые входят в зацепление с аналогичными зубьями на шкивах. Такие передачи работают без скольжения, что обеспечивает постоянство передаточного отношения.

В некоторых случаях применяют более сложную ременную передачу - многоступенчатую (рис. 5.5), состоящую из нескольких ступеней (пар шкивов).

Передаточные отношения отдельных ступеней ( , , ) выражаются через соотношения диаметров ведомых () и ведущих () шкивов. Применительно ко всей передаче - диаметр ведущего шкива, а - диаметр ведомого шкива, однако их отношение не будет искомым передаточным отношением всей передачи, так как эти шкивы не связаны единым ремнем.

Определим требуемое соотношение, приняв во внимание, что ведущий вал (не шкив!) каждой последующей ступени одновременно является ведомым валом предыдущей.

Передаточное отношение первой пары шкивов

Передаточное отношение второй пары шкивов

Так как шкивы диаметром и закреплены на одном валу, .

Передаточное отношение третьей пары шкивов

а , следовательно, .

Передаточное отношение всей передачи

Таким образом, передаточное отношение ременной многоступенчатой передачи равно произведению передаточных отношений отдельных ее ступеней.

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.

Недостатки:

• большие размеры шкивов;
• 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, n 1 = 1410 мин -1 и n 2 = 700 мин -1 .

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

T1 = 9550P 1: n 1 = 9550 х 3 х 1000: 1410 = 20,3 Нм.

Из справочных таблиц выбирается диаметр ведущего шкива d 1 = 63 мм с профилем SPZ.
Скорость ремня определяется так:

V = 3,14d 1 n 1: (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 = d 1 u х (1 - e y) = 63 х 1410 х (1-0,01) : 700 = 125,6 мм.

Результат приводится к ближнему значению из стандартного ряда: d 2 = 125 мм.
Расстояние между осями и длину ремня находят из следующих формул:

a = 1,2d 2 = 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:

[P] = P 0 K a K p K L K u .

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 = P 1: ([P]C z) = 3: (0,92 х 0,9) = 3,62 ≈ 4.

Сила натяжения ремня составляет: F 0 = σ 0 A = 3 х 56 = 168 H, где площадь сечения А находится по таблице справочника.

Окончательно нагрузка на валы от всех четырех ремней составит: F sum = 2F 0 z 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 < U d ,
где V - скорость, м/с; l - длина, м; U d - допускаемая частота (<= 10 - 20 для клиновых ремней).

3. Расчет зубчатых ремней. Главным параметром является модуль: m = p: n, где p - окружной шаг.

Величина модуля зависит от угловой скорости и мощности: m = 1,65 х 10-3 х (P 1: w 1) 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: z 2 = uz 1 .

Межосевое расстояние зависит от диаметров шкивов: a = (0,5...2) х (d 1 + d 2).

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.

Современная промышленность, машиностроение и прочие отрасли применяют в своей работе разнообразные механизмы. Они обеспечивают работу агрегатов, транспортных средств, моторов и т. д. Одним из востребованных, часто применяемых устройств является клиноременная передача .

Представленный механизм включает в себя несколько категорий конструкций. Они отличаются геометрическими параметрами, назначением, подходом к выполнению возложенных на механизм задач. Что собой представляют представленные приборы, будет рассмотрено далее.

Общая характеристика

предполагает использование особого способа приведения в действие всего механизма. При этом применяется энергия, производимая в процессе вращательного момента. Это обеспечивает ременная передача. Она использует механическую энергию, которую впоследствии передает другому механизму.

Такая конструкция состоит из ремня и минимум двух шкивов. Первый из названных конструкционных элементов изготавливается чаще всего из резины. Ремень клиноременной передачи изготавливается из материала, который прошел специальную обработку. Это позволяет представленному элементу быть устойчивым к средним и небольшим механическим воздействиям, повышенным температурам.

Среди ременных передач клиноременная является самой востребованной. Эту конструкцию сегодня достаточно часто применяют при производстве автомобилей, а также прочих разновидностей транспортных средств.

Особенности конструкции

Конструкция представленной разновидности передачи механической энергии включает в себя клиноременные шкивы и ремень. Последний из этих элементов обладает клинообразной формой. Шкивы выполнены в виде дисков из металла. Они имеют ответвления, равномерно распределенные по окружности. Они удерживают ремень в требуемом положении на поверхности шкивов.

Лента может быть двух типов. Она может иметь зубья или обладает абсолютно гладкой поверхностью. Выбор зависит от назначения механизма. Раньше представленная конструкция применялась во многих системах различных категорий транспортных средств.

Сегодня представленный тип передачи механической энергии применяется в водяных насосах и генераторах машин. В тяжелой автомобильной технике подобная система устанавливается с целью приведения в движение гидроусилителей руля. Эта система обладает гидронасосом. Именно в нем используется подобная конструкция. Также клиноременные передачи устанавливают в компрессорах воздушного типа. Они предназначены для усилителей системы тормозов транспортного средства.

Требования к элементам конструкции

Обладают относительно небольшой толщиной. Это позволяет значительно сократить габариты, занимаемые системой. Однако этот факт требует особого подхода к организации геометрии шкива. Чтобы лента с него не соскакивала, внешняя поверхность дисков имеет специальные канавки. Они удерживают ремень в пазах.

Размер самого шкива подбирается в соответствии с передаточным соотношением. Если необходимо создать ведомый шкив будет больше ведущего элемента конструкции. Существует и обратное соотношение.

При изготовлении ленты ремня применяются специальные мягкие материалы, которые не должны терять своих эксплуатационных качеств при любых погодных условиях. В мороз и жару ремень остается гибким. Именно по этой причине не допускается установка вместо специальной ленты иного материала. Это приведет к поломке агрегата.

Разновидности

Может быть выполнена в нескольких конфигурациях. Различают несколько популярных типов представленных механизмов. Одной из самых простых является открытая система. Шкивы при этом вращаются в одном направлении, оси перемещаются параллельно.

Если же диски будут двигаться в противоположные стороны при сохранении параллельности полос, появляется перекрестная разновидность системы. Если же оси перекрещиваются, это будет полуперекрестная разновидность.

Если оси пересекаются, возникает угловая передача. Она применяет ступенчатые шкивы. Такая конструкция позволяет влиять на скорость под углом ведомого вала. Скорость ведущего шкива при этом остается постоянной.

Передача с холостым шкивом позволяет прекратить движение ведомого шкива при продолжении вращения ведущего вала. Передача с натяжным роликом способствует самостоятельному натяжению ремня.

Ремень

Относятся к категории тяговых элементов конструкции. Он должен обеспечить отдачу требуемой энергии без пробуксовки. Лента должна обладать повышенной прочностью, износоустойчивостью. Полотно должно хорошо сцепляться с внешней поверхностью дисков.

Ширина ремней может значительно отличаться. При изготовлении применяются прорезиненные хлопчатобумажные, шерстяные материалы, кожа. Выбор зависит от условий эксплуатации техники.

Лента может быть выполнена из кордткани или кордшнура. Это наиболее надежные, гибкие и быстроходные разновидности.

Современное машиностроение сегодня часто применяет Их еще называют полиамидными. На их поверхности предусмотрено 4 выступа. Они сцепляются с соответствующими элементами на шкивах. Они хорошо себя зарекомендовали в высокоскоростных передачах, механизмах с небольшим расстоянием между шкивами.

Расчетный диаметр шкива

Начинают с определения диаметра шкива. Для этого необходимо взять два ролика цилиндрической формы. Диаметр их составляет величину Д. Это значение устанавливается для каждого размера сечения канавки. При этом контакт роликов проходит на уровне диаметра.

Два ролика представленного типа необходимо поместить в канавку. Поверхности должны соприкоснуться. Между касательными плоскостями, которые образуют ролики, необходимо замерять расстояние. Они должны проходить параллельно относительно шкива.

Для расчета диаметра диска применяется особая формула. Она выглядит так:

Д = РК - 2Х, где РК - расстояние, которое замеряется между роликами, мм; Х - расстояние от диаметра диска до касательной, подходящей к ролику (проходит параллельно оси диска).

Расчет передачи

Производится по установленной методике. При этом определяется показатель передаваемой мощности механизма. Она рассчитывается по следующей формуле:

М = Мном. * К, где Мном. - номинальная мощность, которую потребляет привод при работе, кВт; К - коэффициент динамической нагрузки.

При проведении расчетов во внимание берется показатель, вероятность распределения которого в стационарном режиме составляет не более 80%. Коэффициент нагрузки и режима представлены в специальных таблицах. При этом можно определить скорость для ремня. Она будет составлять:

СР = π * Д1 * ЧВ1/6000 = π * Д2 * ЧВ2/6000, где Д1, Д2 - диаметр меньшего и большего шкива (соответственно); ЧВ1, ЧВ2 - частота вращения меньшего и большего диска. Диаметр меньшего шкива не должен превышать расчетную предельно допустимую скорость ремня. Она составляет 30 м/с.

Пример расчета

Чтобы вникнуть в методику расчета, необходимо рассмотреть технологию проведения этого процесса на конкретном примере. Допустим, необходимо определить передаточное число клиноременной передачи. При этом известно, что мощность ведущего диска составляет 4 кВт, а его скорость (угловая) равняется 97 рад./с. При этом ведомый шкив имеет этот показатель на уровне 47,5 рад./с. Диаметр меньшего шкива составляет 20 мм, а большего - 25 мм.

Чтобы определить передаточное отношение, необходимо брать в расчет ремни с нормальным показателем сечения, изготовленные из кордткани (размер А). Расчет выглядит так:

ПЧ = 97/47,5 = 2,04

Определив по таблице диаметр шкивов, было установлено, что меньший вал имеет рекомендуемый размер 125 мм. Больший вал при скольжении ремня 0,02 будет равен:

Д2 = 2,04*1,25(1-0,02) = 250 мм

Полученный результат полностью соответствует требованиям ГОСТа.

Пример расчета длины ремней

Длина ремня клиноременной передачи также может быть определена при использовании представленного расчета. Сначала нужно рассчитать расстояние между осями дисков. Для этого применяется формула:

Отсюда можно найти расстояние между валами:

Д = (2*300 + (250-125)²+1,57(250+125))/4*300 = 120,5 см

Внутренняя длина ремня при размере А согласно ГОСТу равняется 118 см. При этом расчетная длина ленты должна составлять 121,3 см.

Расчет эксплуатации системы

Определяя размеры клиноременной передачи, необходимо рассчитать основные показатели ее эксплуатации. Для начала необходимо установить скорость, с которой будет вращаться лента. Для этого применяется определенный расчет. Данные для него были приведены выше.

С = 97 * 0,125 / 2 = 6,06 м/с

При этом шкивы будут вращаться с различной скоростью. Меньший вал будет оборачиваться с таким показателем:

СВм = 30 * 97 / 3,14 = 916 мин - ¹

Исходя из представленных расчетов в соответствующих справочниках, определяется предельная мощность, которую можно передать при использовании представленного ремня. Этот показатель равняется 1,5 кВт.

Чтобы проверить материал на долговечность, необходимо произвести простой расчет:

Э = 6,06/1,213 = 5.

Полученный показатель допустим ГОСТом, по которому изготавливается представленный ремень. Его эксплуатация будет достаточно продолжительной.

Недостатки конструкции

Применяется во многих механизмах и агрегатах. Эта конструкция имеет массу достоинств. Однако у нее есть и целый перечень недостатков. Они отличаются большими размерами. Поэтому не для всех агрегатов подходит представленная система.

При этом ременная передача отмечена малой несущей способностью. Это влияет на эксплуатационные характеристики всей системы. При использовании даже самых современных материалов срок эксплуатации ремня оставляет желать лучшего. Он стирается, разрывается.

Передаточное число является величиной непостоянной. Это связано со скольжением ремня плоской формы. На валы при использовании представленной конструкции оказывается высокое механическое воздействие. Также нагрузка действует на их опоры. Это обусловлено необходимостью натягивать предварительно ремень. При этом применяются дополнительные элементы в конструкции. Они гасят колебания линии, удерживая полосу на поверхности шкивов.

Положительные стороны

Обладает массой достоинств, поэтому ее сегодня применяют в различных агрегатах достаточно часто. Подобная конструкция обеспечивает высокую плавность работы. Система функционирует практически бесшумно.

При неточностях при установке шкивов это отклонение компенсируется. Это особенно заметно по углу перекрещивания, который определяется между дисками. Нагрузка компенсируется в процессе проскальзывания ремня. Это позволяет несколько продлить срок эксплуатации системы.

Передача ременного типа компенсирует пульсации, которые возникают при работе двигателя. Поэтому можно обойтись без установки упругой муфты. Чем проще конструкция, тем лучше.

Смазывать представленный механизм не потребуется. Экономия проявляется в отсутствии необходимости приобретать расходные материалы. Шкивы и ремень можно легко заменить. Стоимость представленных элементов остается приемлемой. Смонтировать систему просто.

При использовании этой системы получается создать регулируемое передаточное отношение. Механизм имеет возможность работать на высоких скоростях. Даже при обрыве ленты остальные элементы системы остаются целыми. Валы при этом могут находиться на значительном удалении друг от друга.

Рассмотрев, что собой представляет клиноременная передача, можно отметить ее высокие эксплуатационные характеристики. Благодаря этому, представленную систему сегодня используют во многих агрегатах.

Фрикционные передачи предназначены для передачи вращательного движения (передачи энергии). Основаны такие передачи на использовании силы трения между колёсами фрикционного механизма. При рассмотрении фрикционных передач различают три вида трения между деталями:

Сухое трение - осуществляется при взаимном относительном движении двух очищенных и высушенных твёрдых тел, находящихся в естественном контакте друг с другом;

Граничное трение - при таком виде передачи на соприкасающиеся детали наносится тонкий слой специальной смазки известной молекулярной структуры;

Жидкостное трение - при таком виде передачи непосредственного соприкосновения деталей не происходит, а поверхности катков разделены слоем смазки, и трение зависит от вязкостного сопротивления самой смазки.

Для фрикционных передач характерно наличие дополнительного элемента - пружины, которая создаёт необходимую силу прижатия катков.

Катки прижимаются друг к другу силой Fпр, в месте контакта катков создаётся сила трения Ff достаточная для окружной силы Fr (окружное усилие). Для нормальной работы передачи должно выполняться условие Ff >= Fr. Несоблюдение этого условия приводит к буксованию и быстрому износу катков. Величина Ff должна быть больше величины Fr на величину коэффициента запаса сцепления B, который принимают равным B = 1,25...2,0. Значения коэффициента трения f между катками в среднем:

сталь или чугун по коже или ферродо (ферродо - название фрикционного термостойкого композитного материала) насухо f = 0,3;

то же в масле f = 0,1;

сталь или чугун по стали или чугуну насухо f = 0,15;

то же в масле f = 0,07.

Виды фрикционных передач
Фрикционные передачи такого типа бывают как открытые, так и закрытые. В открытых передачах сцепление обычно сухое, а в закрытых сцепление осуществляется в масле или другой фрикционной жидкости.


Во фрикционных передачах имеется как минимум два колеса, одно из которых является ведущим (передающим), а второе ведомым (принимающим). Отношение диаметров ведущего колеса (D1 на рисунке) к ведомому колесу (D2 на рисунке) называется передаточным отношением i = D1/D2.
Если i > 1 то передача считается повышающей, то есть число оборотов колеса D2 больше числа оборотов колеса D1 на величину i. Но при этом теряется мощность и на колесе D2 она ниже чем на колесе D1, примерно на величину i. Например, если диаметр D1 = 100 мм, а диаметр D2 = 50 мм, то I = 100/50 = 2. Соответственно если колесо D1 имеет частоту вращения 1000 об/мин, то частота вращения колеса D2 будет 1000 * 2 = 2000 об/мин.
Если величина I
При расчётах конических передач геометрические диаметры принимаются равными средним диаметрам колёс - D1 и D2 на рисунке.
Часто при расчётах фрикционных передач используют величину - угловая скорость. Угловая скорость измеряется в величинах - радиан/секунда, то есть за 1 секунду колесо делает поворот на 1 радиан. 1 радиан = 57,2958 градусов. Следовательно, при частоте вращения 1 об/сек угловая скорость будет 6,2832 рад/сек.

Для расчёта геометрических, кинематических и силовых соотношений во фрикционных передачах удобно воспользоваться онлайн калькулятором на сайте "Метизы"

К достоинствам фрикционных передач можно отнести:

Простота изготовления тел качения;

Равномерность вращения и бесшумность работы;

За счёт возможностей проскальзывания передача обладает предохранительными свойствами.
Недостатки фрикционных передач:

Проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и потери энергии;

Необходимость обеспечения прижима с использованием пружин.

Ременные передачи

В общем виде, ременная передача, состоит из ведущего и ведомого шкивов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и соединенных ремнём, надетым на шкивы с натяжением. Вращение ведущего шкива преобразуется во вращение ведомого благодаря трению, развиваемому между ремнем и шкивами.

Простые ременные передачи

Изображение	Обозначение / Комментарий
	Передача с круглым профилем ремня. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт совпадения формы сечения ремня и углубления на шкиве, при этом, позволяет сократить толщину шкива. Используется такая передача, в основном в миниатюрных приборах точной автоматики, таких как лентопротяжные механизмы, верньеры, системы автоматизированного регулирования. Ремни в таких передачах часто называют пассики. Пассики обычно изготавливаются из резины.
	Плоскоременная передача. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт ширины ремня. Передача простая в изготовлении, но требует широких шкивов и строгой параллельности их осей.
	Трапецеидальная (или клиноременная) передача имеет профиль ремня в виде трапеции с углом в 40°. Имеет хорошее сцепление при небольшой ширине ремня. Такие передачи часто используют в высоконагруженных силовых установках, таких, например как электропривод металлорежущих станков, лифтов, конвейеров и тому подобных. Часто, для увеличения сцепления и повышения надёжности на шкивах делается несколько канавок под ремни и на шкивы одевается несколько ремней. Повреждение одного из ремней не приведёт к критическому сбою в работе всей передачи. Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизированы по ГОСТ 1284.1-89 и ГОСТ 1284.2-89.

Для натяжения ремней (чаще плоских) используют подвижную станину, в которой закреплено одно из колёс передачи:

Широкое распространение получили механизмы натяжения ремня подпружиненным роликом:

К достоинствам ременных передач можно отнести:

простота изготовления и обслуживания;

плавность работы, бесшумность;

малая стоимость;

возможность работы с высокими частотами вращения;

возможность автоматического предохранения от перегрузки за счет проскальзывания ремня;

отсутствие какой либо смазки;

возможность передачи движения на значительные расстояния.

К недостаткам можно отнести:

повышенные нагрузки на валы и опоры;

необходимость применения натяжителя ремня;

низкая долговечность ремня.

Передаточное число в ременных передачах рассчитывается как отношение диаметра ведущего шкива к ведомому i = D1/D2. Если в передаче участвует большее число колёс, например три, то расчёт передаточных отношений, а соответственно и числа оборотов, ведется относительно ведущего шкива.

Например, примем для шкивов следующие диаметры: D1 = 120 мм, D2 = 30 мм и D3 = 160 мм.
Пусть шкив D1 будет ведущим. Тогда:
i1 = D1/D2 = 120/30 = 4;
i2 = D1/D3 = 120/160 = 0,75.

Примем число оборотов ведущего шкива равным 1200 об/мин. Тогда число оборотов второго шкива n2 = 1200 * 4 = 4800 об/мин, третьего шкива n3 = 1200 * 0,75 = 900 об/мин.

Для расчёта передач удобно воспользоваться расчётными формулами на сайте

Классификация передач. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные, клиноременные, круглоременные, поликлиноременные (рис. 69). Плоскоременные передачи по расположению бывают перекрестные и полуперекрестные (угловые), рис. 70. В современном машиностроении наибольшее применение имеют клиновые и поликлиновые ремни. Передача с круглым ремнем имеет ограниченное применение (швейные машины, настольные станки, приборы).

Разновидность ременной передачи является Зубчатоременная , передающая нагрузку путем зацепления ремня со шкивами.

Рис. 70. Виды плоскоременных передач: а – перекрестная, Б – полуперекрестная (угловая)

Назначение. Ременные передачи относится к механическим передачам трения с гибкой связью и применяют в случае если необходимо передать нагрузку между валами, которые расположены на значительных расстояниях и при отсутствии строгих требований к передаточному отношению. Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и соединенных ремнем (ремнями), надетым на шкивы с натяжением. Вращение ведущего шкива преобразуется во вращение ведомого благодаря трению, развиваемому между ремнем и шкивами. По форме поперечного сечения различают Плоские , Клиновые , Поликлиновые и Круглые приводные ремни. Различают плоскоременные передачи - Открытые , которые осуществляют передачу между параллельными валами, вращающимися в одну сторону; Перекрестные, Которые осуществляют передачу между параллельными валамиПри вращении шкивов в противоположных направлениях; в Угловых (полуперекрестных) плоскоременных передачах шкивы расположены на скрещивающихся (обычно под прямым углом) валах. Для обеспечения трения между шкивом и ремнем создают натяжение ремней путем предварительного их упругого деформирования, путем перемещения одного из шкивов передачи или с помощью натяжного ролика (шкива).

Преимущества. Благодаря эластичности ремней передачи работают плавно, без ударов и бесшумно. Они предохраняют механизмы от перегрузки вследствие возможного проскальзывания ремней. Плоскоременные передачи применяют при больших межосевых расстояниях и, работающие при высоких скоростях ремня (до 100М/с ). При малых межосевых расстояниях, больших передаточных отношениях и передаче вращения от одного ведущего шкива к нескольким ведомым предпочтительнее клиноременные передачи. Малая стоимость передач. Простота монтажа и обслуживания.

Недостатки. Большие габариты передач. Изменение передаточного отношения из-за проскальзывания ремня. Повышенные нагрузки на опоры валов со шкивами. Необходимость устройств для натяжения ремней. Невысокая долговечность ремня.

Сферы применения. Плоскоременная передача проще, но клиноременная обладает повышенной тяговой способностью и вписывается в меньшие габариты.

Поликлиновые ремни - плоские ремни с продольными клиновыми выступами-ребрами на рабочей поверхности, входящими в клиновые канавки шкивов. Эти ремни сочетают достоинства плоских ремней - гибкость и клиновых - повышенную сцепляемость со шкивами.

Круглоременные передачи применяют в небольших машинах, например машинах швейной и пищевой промышленности, настольных станках, а также различных приборах.

По мощности ременные передачи применяются в различных машинах и агрегатах при 50КВ Т, (в некоторых передачах до 5000КВт ), при окружной скорости - 40М/с , (в некоторых передачах до 100М/с ), по передаточным числам 15, КПД передач: плоскоременные 0,93…0,98, а клиноременные – 0,87…0,96.

Рис. 71 Схема ременной передачи.

Силовой расчет. Окружная сила на ведущем шкиве

. (12.1)

Расчет ременных передач выполняют по расчетной окружной силе с учетом коэффициента динамической нагрузки И режима работы передачи:

Где - коэффициент динамической нагрузки, который принимается =1 при спокойной нагрузке, =1,1 – умеренные колебания нагрузки, =1.25 – значительные колебания нагрузки, =1,5 – ударные нагрузки.

Начальную силу натяжения ремня F O (предварительное натяжение) принимают такой, чтобы ремень мог сохранять это натяжение достаточно длительное время, не подвергаясь большой вытяжке и не теряя требуемой долговечности. Соответственно этому начальное напряжение в ремне для плоских стандартных ремней без автоматических натяжных устройств =1,8МПа ; с автоматическими натяжными устройствами = 2МПа ; для клиновых стандартных ремней =1,2...1,5МПа ; для полиамидных ремней = 3...4МПа .

Начальная сила натяжения ремня

Где А - Площадь поперечного сечения ремня плоскоременной передачи либо площадь поперечного сечения всех ремней клиноременной передачи.

Силы натяжения ведущей И ведомой S2 Ветвей ремня в нагруженной передаче можно определить из условия равновесия шкива (рис. 72).

Рис. 72. Схема к силовому расчету передачи.

Из условия равновесия ведущего шкива

(12.4)

С учетом (12.2) окружная сила на ведущем шкиве

Натяжение ведущей ветви

, (12.6)

Натяжение ведомой ветви

. (12.7)

Давление на вал ведущего шкива

. (12.8)

Зависимость между силами натяжения ведущей и ведомой ветвей приближенно определяют по формуле Эйлера, согласно которой натяжений концов гибкой, невесомой, нерастяжимой нити, охватывающей барабан связаны зависимостью

Где - коэффициент трения между ремнем и шкивом, - угол обхвата шкива.

Среднее значение коэффициента трения для чугунных и стальных шкивов можно принимать: для резинотканевых ремней =0,35, для кожаных ремней = 0,22 и для хлопчатобумажных и шерстяных ремней = 0,3.

При определении сил трения в клиноременной передаче в формулы вместо – коэффициента, трения надо подставлять приведенный коэффициент трения для клиновых ремней

, (12.10)

Где - угол клина ремня .

При совместном рассмотрении приведенных силовых соотношений для ремня получим окружную силу на ведущем шкиве

, (12.11)

Где - коэффициент тяги, который определяется по зависимости

Увеличение окружного усилия на ведущем шкиве можно достичь увеличением предварительного натяжения ремня либо повышением коэффициента тяги, который повышается с увеличением угла обхвата и коэффициента трения.

В таблицах со справочными данными по характеристикам ремней указаны их размеры с учетом необходимых коэффициентов тяги.

Геометрический расчет. Расчетная длина ремней при известном межосевом расстоянии и диаметрах шкивов (рис.71):

Где . Для конечных ремней длину окончательно согласовывают со стандартными длинами по ГОСТ. Для этого выполняют геометрический расчет согласно схемы показанной на рис.73.

Рис.73. Схема к геометрическому расчету ременной передачи

По окончательно установленной длине плоскоременной или клиноременной открытой передачи действительное межосевое расстояние передачи пои условии, что

Расчетные формулы без учета провисания и начальной деформации ремня.

Угол обхвата ведущего шкива ремнем в радианах:

, (12.14)

В градусах .

Порядок выполнения проектного расчета. Для ременной передачи при проектном расчете по заданным параметрам (мощность, момент, угловая, скорость и передаточное отношение) определяются размеры ремня и приводного шкива, которые обеспечивают необходимую усталостную прочность ремня и критический коэффициент тяги при максимальном КПД. По выбранному диаметру ведущего шкива из геометрического расчета определяются остальные размеры:

Проектный расчет плоскоременной передачи по тяговой способности производят по допускаемому полезному напряжению, Которое определяют по кривым скольжения. В результате расчета определяется ширина ремня по формуле:

, (12.15)

Где - окружная сила в передаче; - допустимая удельная окружная сила, которая соответствует максимальному коэффициенту тяги, которая определяется при скорости ремня =10 м/с и угле обхвата =1800; - коэффициент расположения передачи в зависимости от угла наклона линии центров к горизонтальной линии: =1,0, 0,9, 0,8 для углов наклона =0…600, 60…800, 80…900; - коэффициент угла обхвата шкива ; - скоростной коэффициент: ; - коэффициент режима работы, который принимается: =1,0 спокойная нагрузка; =0,9 нагрузка с небольшими изменениями, =0,8 – нагрузка с большими колебаниями, =0,7 – ударные нагрузки.

Для расчета предварительно по эмпирическим формулам определяется диаметр ведущего шкива

, (12.16)

Где - передаваемая мощность в кВт, - частота вращения.

Диаметр ведущего шкива округляется до ближайшего стандартного.

Принимается тип ремня, по которому определяется допустимая удельная окружная сила по таблице 12.1.

Таблица 12.1

Параметры плоских приводных ремней

Расчетную ширину ремня округляют до ближайшей стандартной ширины по табл.12.2.

Таблица 12.2 Стандартная ширина плоских приводных ремней

	20, 25,32, 40, 50, 63, 71, 80, 90, 110, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280…
	30, 60, 70, 115, 300…

Таблица 12.3 Ширина обода шкива плоскоременной передачи.

Проектный расчет клиноременной передачи по тяговой способности производят по допускаемой мощности передаваемой одним ремнем выбранного поперечного сечения, которое также определяют по кривым скольжения. В результате расчета определяется количество ремней выбранного сечения по формуле:

, (12.17)

Где - допускаемая мощность, передаваемой одним поперечного сечения; - коэффициент угла обхвата шкива: ; - коэффициент длины ремня: ; - коэффициент, который учитывает неравномерность нагружения между ремнями .

Для расчета по формуле (12.17) предварительно по эмпирическим зависимостям определяется тип поперечного сечения ремня (рис.74), а по нему предварительно принимается диаметр ведущего шкива по передаваемой мощности и частоте вращения, согласно таблице 12.3.

Таблица 12.4

Мощность N 0, которая передается одним клиновым ремнем при α =180o, длине ремня ℓ 0 спокойном нагружении и передаточном отношении U = 1

	d 1, мм	Р0 (кВт) при скорости ремня υ, м/с
l 0=1320мм
l 0=1700мм
l 0=2240мм
l 0=3750мм
l 0=6000мм

Перевод системы обозначений сечений клиновых ремней по ГОСТ 1284 в международные стандарты: О – Z, А – A, Б – B, В – C, Г – D, Д – E, Е – E0

Межосевое расстояние может быть задано в исходных данных, либо приниматься в диапазоне

,

Где - высота, выбранного сечения ремня.

В результате геометрического расчета передачи уточняются значения параметров определяются расчетная длина ремня , которая округляется до ближайшего стандартного значения, согласно таблице 12.5.Таблица 12.5

Стандартная длина клиновых ремней

Длина , мм	Сечение ремня
400; 425; 450; 475; 500; 530	*
560; 600; 630; 670; 710; 750	*	*
800; 850; 900; 950; 1000; 1060	*	*	*
1120; 1180; 1250; 1320; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900; 2000; 2120; 2240; 2360;2500	*	*	*	*
2650; 2800; 3000; 3150; 3350; 3550; 3750; 4000		*	*	*
4250; 4500; 4750; 5000; 5300; 5600; 6000			*	*
6300; 6700; 7100; 7500; 8000; 8500; 9000; 9500; 10000; 10600				*

Расчетное число клиновых ремней округляют до ближайшего большего целого числа.

Проверочный расчет на долговечность. Долговечность ремня определяется его сопротивлением усталости при циклическом нагружении. Сопротивление усталости определяется числом циклов нагружений, которое возрастает с увеличением при скорости ремня и уменьшении его длины. Для обеспечения долговечности ремня в пределах 1000…5000 часов работы проверяется число пробегов ремня в секунду, которое соответствует числу нагружений в секунду

Где - скорость ремня, - длина ремня; 15,0

Таблица 12.7

Таблица 12.7

Размеры и параметры клиновых ремней

	Обозначение	сечения, мм				F , мм2
Нормального сечения