25. Силы и напряжения в ременных передачах: действие центробежных сил

Для создания трения между ремнем и шкивом ремню после установки на шкив создают предварительное натяжение силой F 0 . Чем больше F 0 , тем выше тяговая спо- собность передачи. В состоянии покоя или холостого хода передачи каждая ветвь ремня натянута одинако- во с силой F 0 (рис.13.3, а). При приложении рабо- чего вращающего момен- та T 1 происходит пере- распределение сил натя- жения в ветвях ремня: ведущая ветвь дополни- тельно натягивается до силы F 1 , а натяжение ведомой ветви уменьшается до F 2 (рис. 13.3, б). Из условия равновесия моментов внешних сил относительно оси вращения

Общая геометрическая длина ремня не зависит от на- грузки и во время работы передачи остается неизменной. Дополнительное удлинение ведущей ветви компенсируется равным сокращением и ветви. Следовательно, насколько возрастает сила натяжения ведущей ветви ремня, настолько же снижается сила натяжения ведомой ветви, т. е.

При обегании ремнем шкивов в ремне возникает центро- бежная сила, Н:

где А — площадь сечения ремня, м 2 ; ρ — плотность материала ремня, г/м 3 , v — скорость ремня, м/с. Сила F v , отбрасывая ремень от шкива, уменьшает силу предварительного натяжения F 0 , понижая тем самым силы трения и нагрузочную способность передачи.Таким образом, силы на- тяжения ведущей и ведомой ветвей ремня: при работе передачи F 1 + F v и F 2 + F v , соответственно, а для холо- стого хода F 0 + F v . Нагрузка на валы и под- шипники. Силы натяжения ветвей ремня нагружают валы и подшипники. Из тре- угольника Оав ( рис. 13.4) равнодействующая сила

где α 1 — угол обхвата. Направление силы F n принимают линии центров шкивов передачи. Обычно F n в 2...3 раза больше окружной силы F t , что является серьезным недостатком ременных передач.

При работе ременной передачи напряжения по длине ремня распределены неравномерно (рис. 13.6). Различают следующие виды напряжений в ремне: 1. Напряжение σ ₀ от силы предварительного натяжения. В состоянии покоя или при холостом ходе (без передачи нагрузки) каждая ветвь ремня натянута силой F 0 , следовательно,

где А — площадь поперечного сечения ремня.

2. Полезное напряжение σ t. Отношение окружной силы в передаче (полезной нагрузки) F t к площади поперечного сечения А называют полезным напряжением σ t :

Так как F t = F 1 – F 2 [ см. формулу 13.6)], то полезное напряжение является разностью напряжений в ведущей σ 1 и ведомой σ 2 ветвях ремня при рабочем ходе на малой скорости (пока не сказывается влияние центробежных сил), т. е.

Напряжения в ведущей σ 1 и ведомой σ 2 ветвях от сил F 1 и F 2 :

Значением σ t оценивают тяговую способность ременной передачи. 3. Напряжение изгиба σ и возникает в ремне при огибании им шкивов. В местах набегания ремня на шкивы и сбегания ремня не происходит резких скачков напряжений (см. рис. 13.6), так как радиус кривизны ремня изменяется постепенно. Напряжения изгиба

где δ — толщина ремня; Е — модуль продольной упругости материала ремня. Из формулы (13.15) следует, что наибольшее напряжение изгиба в ремне возникает на малом шкиве d 1 (см. рис. 13.6). Обычно, по соображениям компактности передачи, стремятся принимать небольшие значения d 1 . Как видно, при этом возникают большие напряжения изгиба σ и , которые могут в несколько раз превышать все другие напряжения. На практике значение σ _U1 ограничивают минимально допустимым для каждой толщины δ значением d 1 (или отношением d 1 /δ). Напряжение изгиба, изменяясь по отнулевому циклу, является главной причиной усталостного разрушения ремня. На тяговую способность передачи σ и не влияет. 4. Напряжение от центробежной силы σ_v Наибольшее напряжение

Напряжение изгиба обычно значительно превышает все другие составляющие наибольшего напряжения. Максимальное напряжение действует в поперечном сечении ремня в месте его набегания на малый шкив и сохраняет свою величину на всей дуге покоя α n1