22.5. Напряжения в ремне

При работе ременной передачи напряжения по длине ремня рас­пределяются неравномерно (рис. 22.6). Различают следующие виды напряжений в ремне:

1. Напряжение σ₀ от силы предварительного натяжения. В состоянии покоя или при холостом ходе каждая ветвь ремня натянута силой F₀, следовательно,

где А — площадь поперечного сечения ремня.

2. Полезное напряжение σ_τ. Отношение окружной силы (полезной нагрузки) F_τ к площади поперечного сечения А называют полезным напряжением σ_τ:

σ_τ = F_τ/A. (22.14)

Рис. 22.6. Эпюра напряжений в ремне при работе передачи

Так как F_τ = F₁-F₂, то полезное напряжение σ_τ , является разностью напряжений в ведущей σ₁ , и ведомой σ₂ ветвях ремня при рабочем ходе на малой скорости (пока не сказывается влияние центробежных сил), т. е.

σ_τ = σ₁-σ₂.

Напряжения σ₁, в ведущей и σ₂ в ведомой ветвях от сил F₁ и F₂ [с учетом формул (22.8)] определяют так:

Величина σ_τ определяет 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. 22.6), так как радиус кри­визны ремня изменяется постепенно.

4. Напряжение от центробежной силы F_v [см. формулу (22.9)]

Влияние σ_v на работоспособность ременной передачи при v<25 м/с незначительно.

Наибольшее напряжение (см. эпюру на рис. 22.6)

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 а_п1 (см. рис. 22.6).

22.6. Тяговая способность и кпд ременных передач

Основными критериями работоспособности ременных передач являются: тяговая способность (надежность сцепления ремня со шкивом) и долго­вечность ремня (его свойство сопротивляться усталостному разрушению).

Расчет по тяговой способности является основным расчетом ремен­ных передач, обеспечивающим требуемую прочность ремней и переда­чу ими требуемой нагрузки.

Расчет на долговечность выполняют как проверочный.

Тяговая способность ременной передачи обусловлена сцеплением ремня со шкивами. Экспериментально исследуя тяговую способность, строят графики — кривые скольжения и КПД (рис. 22.8); на их базе разработан метод расчета ременных передач.

При постоянной силе F₀ предварительного натяжения кривые сколь­жения устанавливают связь между окружной силой F_t (тягой) и отно­сительным скольжением ξ. По оси абсцисс графика откладывают отно­сительную нагрузку, выраженную через коэффициент тяги φ:

по оси ординат — коэффициент скольжения ξ, и КПД η передачи. При испытании постепенно увеличивают полезную нагрузку F_t (коэффици­ент тяги φ ), сохраняя постоянным предварительное натяжение F₁ + F₂ = 2F₀ , замеряют окружные скорости шкивов и вычисляют коэф­фициенты скольжения; далее определяют КПД передачи.

При возрастании коэффициента тяги от нуля до критического значения φ_k наблюдается только упругое скольжение ремня по шкиву.

В этой зоне упругие деформации ремня приближенно подчиняются закону Гука, поэтому кривая скольжения близка к прямой.

Этот участок кривой характеризует устойчивую работу ремня. При дальнейшем увеличении коэффициента тяги от φ_k до φ_mах наблю­дают как упругое скольжение, так и частичное пробуксовывание, которое по мере увеличения φ растет. Работа передачи становится неустойчивой. При φ_mах окружная сила F_τ достигает значения макси­мальной силы трения, дуга покоя полностью исчезает, а дуга скольже­ния a_c1 (рис. 22.5) распространяется на весь угол обхвата а₁ — насту­пает полное буксование ремня на ведущем шкиве, ведомый шкив останавливается.

Согласно кривой скольжения передаваемую силу F_τ следует прини­мать вблизи значения φ_k, которому соответствует η_max. Работу передачи при φ > φ_k следует допускать только при кратковременных перегрузках, например в период пуска. Значения φ_k установлены экспериментально для каждого типа ремня.

Таким образом, кривая скольжения отражает явления, происходящие в ременной передаче, и совместно с кривой КПД характеризует ее работу в данных условиях.

Критерием рациональной работы ремня служит коэффициент тяги φ_k, значение которого определяет допускаемую окружную силу [F]_{t K}. Из фор­мулы (22.18)

[F]_{t K} =2φ_k F₀. (22.19)

Для плоских ремней φ_k =0,4...0,5; для клиновых и поликлиновых φ_k = 0.7...0,8.

КПД ременных передач зависит от степени загруженности переда­чи, от потерь на скольжение ремня по шкивам, на сопротивление воздуха движению ремня и шкивов, на трение в подшипниках. Наи­большая же доля потерь приходится на внутреннее трение в ремне при изгибе, особенно для клиноременных передач. Эти потери не зависят от нагрузки. Поэтому КПД передач при малых нагрузках невысок (ве­лики относительные потери). Он достигает максимума ц_тзх в зоне кри­тического значения φ_k (см. рис. 22.8). При нормальных условиях работы принимают: для передачи плоским ремнем ц = 0,95...0,97; для передачи клиновым и поликлиновым ремнями т) = 0,92...0,96.