Проектирование ременных передач

150 

Описание

Проектирование ременных передач (демоверсия)

        Ременная передача является одной из основных разновидностей механических передач с гибкой связью и состоит из ведущего и ведомого шкивов соединенных одним или несколькими ремнями. Кроме того в состав ременной передачи обязательным образом входят устройства для регулировки натяжения ремня, а в ряде случаев могут встраиваться дополнительные устройства, например для отключения передачи, для гашения динамических нагрузок, а также промежуточные детали и сборочные единицы для разгрузки вала на котором устанавливается шкив от нагрузок порождаемых ременной передачей .
В последние семьдесят лет, всвязи с широким использованием зубчатых передач, позволяющих создавать компактную конструкцию привода в целом, область применения ременных передач значительно сократилась, но тем не мене, они продолжают успешно применяться в ряде областей техники, в том числе:
– в технологическом оборудовании (металлообрабатывающих и ткацких станках, кривошипных прессах) для передачи вращения зубчатому приводу         исполнительного механизма от электродвигателя, что позволяет вынести последний в удобное для его подключения и обслуживания место, и тем самым освободить рабочую зону для эксплуатации и обслуживания (см. Рис. 1а, б, д),
– в транспортных средствах, прежде всего, в двигателях внутреннего сгорания для привода навесного оборудования (насосов, генераторов, см. Рис.1в),
– в сельскохозяйственных машинах, прежде всего комбайне, для привода        различных механизмов и агрегатов, расположенных на значительном удалении друг от друга (см. Рис. 1г),
– в составе фрикционных вариаторов, входящих в состав различных технических объектов.

 Рис 1 Примеры использования ременных передач в составе различных технических объектов

               На Рис 2 показаны основные конструктивные схемы ременных передач, отличающиеся направлением вращения ведущего и ведомого шкива и расположением в пространстве валов на которых они установлены. На Рис 2а ведущий и ведомый шкивы, установленные на валах расположенных параллельно вращаются в одном направлении, на Рис 2б за счет расположения ремня с переворотом, ведущий и ведомый шкивы, установленные на параллельно расположенных валах, вращаются в противоположную сторону, на Рис 2в ведущий и ведомый шкивы, установленные на скрещивающихся валах, вращаются в одном направлении (при расположении ремня с переворотом направление вращения ведомого шкива измениться на противоположное), на Рис 2г ведущий и ведомый шкивы установленные на пересекающихся валах вращаются в противоположные стороны.

Рис 2 Основные конструктивные схемы ременных передач

             При проектировании ременной передачи необходимо иметь ввиду ее конструкция должна обеспечивать свободное надевание ремня на шкивы и последующую его натяжку, обеспечивающую нормальную работу передачи, а кроме того конструкция привода должна позволять осуществлять подтяжку ремня, при его удлинении в процессе эксплуатации. В состав ременной передачи, особенно работающей с большими скоростями должны входить устройства демпфирующие вибрации, возникающие при ее эксплуатации. Для решения первой задачи, в состав передачи вводится устройство позволяющее регулировать расстояние меду осями ведущей и ведомой звездочек, которое обычно располагается в месте установки двигателя, а для решения второй задачи в состав передачи вводятся, так называемые, натяжные устройства.

 

Рис 3 Основные способы регулировки натяжения ремня

            На Рис 3а показана конструкция устройства для регулировки положения электродвигателя с ведущим шкивом, которое включает закрепленный на основании опорный кронштейн, в направляющих которого расположена подмоторная плита с закрепленным на ней электродвигателем, при этом его горизонтальное положение регулируется винтом, установленным в отверстии, выполненном в проушине опорного кронштейна. На Рис 3б показана конструкция устройства для регулировки положения электродвигателя с ведущим шкивом, которое включает, шарнирно установленную на корпусной детали подмоторную плиту, выполненную в виде коромысла, угловое положение которой вместе с        установленным на ней электродвигателем и ведущим шкивом ременной передачи регулируется путем вкручивания и выкручивания соответствующего винта также установленного шарнирно. На Рис 3в показана конструкция устройства для регулировки положения электродвигателя с ведущим шкивом, которое по конструкции аналогично предыдущему, но отличается тем, что угловое положение подмоторной плиты, выполненной в виде двуплечего рычага регулируется путем изменения усилия пружины, соединяющей одно плечо плиты с корпусной деталью посредствам винта. На Рис 3д показана конструкция натяжного устройства ременной передачи, которое содержит натяжной ролик, установленный на коромысле, которое шарнирно установлено на корпусной детали, при этом ролик прижат к ремню посредствам пружины, усилие которой регулируется посредствам винта расположенного в резьбовом отверстии кронштейна, также закрепленного на корпусной детали. На Рис 2е показана конструкция натяжного устройства ременной передачи выполненного на основе двух роликов, шарнирно установленных на корпусной детали и соединенных между совой посредствам упругой стяжки, таким образом, что они прижаты к обеим ветвям многовальной ременной передачи, а упругая стяжка представляет собою цилиндр в котором между гильзой и поршнем установлена пружина сжатия (см. разрез А – А на Рис 2е).

Основным элементом ременной передачи являются ремень, посредствам которого передается движение от ведущего шкива к ведомому(ым). Наибольшее распространение в машиностроении нашли следующие виды ремней.
1. Ремни приводные клиновые нормальных сечений по ГОСТ 1284.1-89, ГОСТ 1284.2-89, предназначенные для приводов станков, промышленных установок и сельскохозяйственных машин.
2. Ремни поликлиновые по ТУ 38 105 763 – 89, предназначенные для приводов     металлорежущих их станков, машин и другого оборудования, работающего на высоких скоростях и температурном интервале от – 30°С до 60°С.
3. Ремни зубчатые литьевые сборные полиуретановые и резиновые, с      металлокордом по ОСТ 38.05.114-76, предназначенные для эксплуатации в приводах на станках, промышленном оборудовании и приборах, металлорежущих станках и полуавтоматах, бытовых и промышленных машинах, кинопректорах.
4. Ремни клиновые широкие для вариаторов по ГОСТ 26379 – 84 предназначенные для вариаторов сельскохозяйственных машин, работающих в районах с          умеренным и тропическим климатом при температуре окружающего воздуха от -30 до +60С.
5. Многоручьевые узкие клиновые ремни по ТУ 38 405-51/ 3-3-238-90,    предназначеные для эксплуатации на комбайнах и других движущихся сельскохозяйственных машинах в условиях умеренного климата.
6. Ремни клиновые с формованным зубом на нижнем основании по ТУ 38.405-51/3-3-236-90, предназначенные для эксплуатации в приводах станков промышленного оборудования, двигателей автомобилей и стационарных сельскохозяйственных машин.
7. Ремни вентиляторные клиновые по ГОСТ 5813 – 93 предназначенные для пере-дачи движения от вала двигателя к агрегатам автомобилей тракторов и комбайнов.

          Из вышеперечисленных видов ремней наибольшее использования получили     клиновые ремни по ГОСТ 1284.1 – 89, которые работая со скоростью до 25 м/с успешно применяются в технологическом оборудовании и транспортных средствах для передачи движе-ния от электродвигателя к различным механизмам и агрегатам машины. Они серийно выпускаются шести видов сечений: Z(O), A, В (Б), С (В), Д (Г), Е (Д), длиной от 400 для сечения Z(O), до 14000мм. для сечения Е (Д). Вид сечения ремня и количество ремней, не-обходимых для передачи заданной мощности, определяется по ГОСТ 1284.3-89, в котором приводится мощность, передаваемая одним ремнем каждого сечения, в зависимости от его скорости движения.

        Для сборки клиноременной передачи и обеспечения компенсации растяжения ремня в процессе эксплуатации, она оснащается соответствующим механизмом, который должен обеспечивать регулировку межцентрового расстоянии в сторону уменьшения на 2% при длине ремня до и на 1% при длине болеем и в сторону увеличения на 5,5% от длины ремня L , а также натяжку ремня. Для обеспечения долговечной работы передачи необходимо диаметры шкивов выбирать таким образом чтобы скорость ремней сечением Z(O), A, В (Б), С (В) не превышала 25 м/сек, для ремней сечением Д (Г), Е (Д) не превышала 30 м/сек, а угол обхвата шкива ремнем был не менее 120 град. При этом необходимо учитывать, что уменьшение диаметра ведущего шкива D1клиноременной передачи приводит к нежелательному перегибу ремня, а увеличение ведомого шкивам D2 к увеличению скорости ремня. Длительная надежная работа ременной передачи в значительной степени зависит от натяжения ремня, поэтому в конструкторской документации ременной передачи его величина обязательно. Величина натяжения для клиновых ремней оговаривается ГОСТ 1284.3 – 89 и зависит от сечения ремня. Усилие натяжения ремня обеспечивается при сборке передачи путем регулировки, а в процессе эксплуатации периодически контролируется, а при необходимости регулируется.

Рис 5 Основные типы шкивов клиноременных передач

            Основным элементом ременной передачи являются шкивы, устанавливаемые на ведущем и ведомом валах и соединяемые для передачи крутящего момента ремнем(ями). Согласно ГОСТ 20893 – 89 для клиноременных передач рекомендуется применять шкивы трех типов: монолитные шкивы (см. Рис. 5а), шкивы с диском и ступицей (см. Рис. 5б) и шкивы со ступицей и спицами (см. Рис. 5в).

            Кроме того, согласно указанного стандарта, все перечисленные типы       шкивов имеют три исполнения.

Шкивы первого типа имеют следующие исполнения:
– с односторонне выступающей ступицей,
– с односторонней выточкой,
– с односторонней и выступающей ступицей.

Шкивы второго типа имеют следующие исполнения:
– со ступицей, выступающей с одного торца обода,
– о ступицей, укороченной с одного торца обода,
– со ступицей, выступающей с одного торца и укороченной с другого торца обода.

Шкивы третьего типа имеют следующие исполнения:
– со ступицей, выступающей с одного торца обода,
– со ступицей, укороченной с одного торца обода,
Для изготовления шкивов при скорости вращения обода V ≤ 5м/сек используется серый чугун марки СЧ 12 – 28, а при скорости от 5м/сек и до скорости 30 м/сек серые чугуны марки СЧ 15 – 32, СЧ 18 – 36, СЧ 21 – 40. Для изготовления шкивов обод которых вращается со скоростью более 30м/сек используются высокопрочные чугуны ВЧ 45 – 0, ВЧ 45 – 5, ВЧ40 – 10, а иногда и стальное литье. Для изготовления быстроходных шкивов обод которых вращается со скоростью V > 40 – 50 м/сек используются материалы с малым удельным весом – литье из алюминиевых сплавов, ДСП, текстолит, полиамид.

              Для обеспечения надежной работы шкива в составе ременной передачи к ряду его размеров и взаимному расположению рабочих и базовых поверхностей необходимо установить определенные требования по точности, основная часть которых оговаривается ГОСТ 20889-88. Эти размеры и поверхности шкива показаны на Рис 8.

Рис 8 Размеры и поверхности шкива обеспечивающие
его работоспособность в составе передачи

                Достаточно часто для создания компактной конструкции проектируемого технического объекта, ременную передачу, входящую в состав его механического привода, необходимо вписать в строго ограниченное пространство, например в нишу станины, или сместить в нужную сторону для улучшения компоновки агрегата, то приводит к применению шкивов имеющих оригинальную конструкцию, отличную от рекомендованной вышеуказанным стандартом.

   В полной версии статьи приведены примеры конструктивного
исполнения шкивов имеющих оригинальную конструкция

            Проектировочный расчет клиноременной передачи сводится к определению количества ремней k необходимых для передачи необходимой мощности, который выполняется согласно рекомендаций ГОСТ 1284.3 – 96. При этом диаметры ведущего и ведомого шкивов, расстояние между валами, на которых они установлены, и способ их крепления уже определены на этапе эскизной проработки конструкции ременной передачи.

           В высокоскоростных ременных передачах применяются поликлиновые ремни способные работать со скоростью до 40 м/с. Поликлиновой ремень (см. Рис. 16) представляет собою несколько клиновых ремней выполненных на одном плоском основании (ленте прямоугольного сечения) в котором расположен упрочняющий ремень корд, а клиновые рабочие поверхности ремня выполнены из твердой резины, что позволяет более равномерно распределить нагрузку между рабочими поверхностями и тем самым увеличить нагрузочную способность передачи. Технические характеристики поликлиновых ремней определены ТУ 38 105 763 – 89, согласно которым эти ремни имеют 8 типов сечений, при этом серийно выпускаются ремни сечений К, Л, М (см. таб. 1).

 

Рис 16 Внешний вид поликлинового ремня

        Зубчатый ремень представляет собою бесконечную плоскую ленту с зубьями на внутренней поверхности, (см. Рис. 17), при этом внутри плоской ленты размещается упрочняющий корд. Передачи с зубчатым ремнем позволяют передавать высокие нагрузки, обеспечивая синхронность вращения шкивов.

 

Рис 17 Внешний вид зубчатого ремня

          На Рис 18 приведены примеры использования зубчатых ремней в качестве привода различных технических объектов. На Рис 18а показана ременная передача, выполненная на основе комплекта из пяти зубчатых ремней, обеспечивающая передачу вращения от электродвигателя к исполнительному механизма технологического оборудования. На Рис 18б, в показаны примеры использования зубчатых ремней в качестве тягового органа конвейеров различного назначения. На Рис 18г показан пример использования зубчатого ремня для привода навесного оборудования двигателя внутреннего сгорания.

Рис 18 Примеры использования зубчатых ремней

     Основные размеры зубчатых ремней и шкивов определены ОСТ 38.05.114-76, который предусматривает ремни с модулем m = 1 – 10 мм и шагом t = 3,14 – 31,42 мм

               При сборке ременной передачи помимо установки ремней на шкивы обеспечивается их натяжение, гарантирующее передачу заданной мощности. Перед установкой ремней на шкивы проверяют соосность канавок ведущего и ведомого шкивов, для чего к их наружным торцам А и Б прикладывается линейка и замеряется зазор между линейкой и поверхностью смещенного вовнутрь шкива (см. Рис. 19). Для выравнивания канавок осуществляется подгонка прокладок В, установленных в месте шарнирного крепления подмоторной плиты на станине. Затем путем смещения оси электродвигателя (см. Рис. 3) межцентровое расстояние временной передаче уменьшается настолько, что ремни могут свободно устанавливаться в канавки шкивов, после чего выполняется натяжение ремней путем смещения оси электродвигателя в противоположную сторону.

Рис 19 Проверка соосности канавок ведущего и ведомого шкивов

            Величина усилия натяжения ремня регламентируется ГОСТ 1284.3 – 96. контролируется натяжение ремня по прогибу ветви f под воздействием силы Q (см. Рис. 20). Для контроля натяжения ременной передачи используются устройства, которые позволяют фиксировать величину прогиба при приложении к ветви ремня определенного усилия.

Рис 20 Схема контроля натяжения ремня

В полной версии статьи приведены примеры конструктивного
исполнения оригинальных устройств для натяжения ремня.

             В машинах имеющих несколько механизмов и агрегатов, приводимых в движение ременными передачами, например в зерноуборочном комбайне, возникает необходимость в процессе работы отключить некоторые из них. В этом случае в состав ременной передачи встраивается механизм включения.

В полной версии статьи приведены примеры конструктивного
исполнения различных устройств для включения
ременной передачи

             На базе ременной передачи строится конструкция одного из типов фрикционных вариаторов, которые используются в составе привода технологического оборудования (металлорежущих и ткацких станках), транспорта (снегоходов), сельскохозяйственных машин (зерноуборочных комбайнов). Для этого используются ремни клиновые широкие для вариаторов по ГОСТ 26379 – 84. Размеры указанных ремней приведены в таб. 2

При этом широкие клиновые ремни для вариаторов могут изготавливаться как с внутренними зубьями, так и без них.

В полной версии статьи приведены примеры конструктивного
исполнения различных клиновых вариаторов

Полная версия статьи включает 28 страниц и 33 рисунка

ЛИТЕРАТУРА

Игнатьев Н. П. Учебное пособие. Основы проектирования часть 2 Методика проектирования механизмов и систем. Азов 2011г

 

Для приобретения полной версии статьи добавьте ее в корзину

Стоимость полной версии статьи 150 руб