Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Филиал «СЕВМАШВТУЗ» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» в г. Северодвинске

А.И. Бабкин

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КЛИНОРЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ

Учебно-методическое пособие для курсового проектирования

Северодвинск

2006

УДК 621.81

А.И. Бабкин. Проектирование клиноременных передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск, РИО Севмашвтуза, 2006. – 43 с.

Ответственный редактор: к.т.н., доцент А.В. Руденко.

Рецензенты: к.т.н., доцент Д.В. Кузьмин;

к.т.н., начальник ЦНИЛ НТП НИТИЦ ФГУП «ПО «Севмаш» Н.П. Коломеец

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов технических специальностей, выполняющих курсовой проект «Проектирование общепромышленного привода» при изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования».

Учебно-методическое пособие содержит описание клиноременных передач, их конструкции, методику проектирования, конструкцию клиновых ремней и рекомендации по их выбору. В пособии даны рекомендации по проектированию шкивов. Здесь же представлены все необходимые для проектирования справочные данные.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Севмашвтуза.

Isbn 5-7723-0680-4  Севмашвтуз, 2006 г.

Оглавление

1 Описание клиноременных передач 3

1.1 Общие сведения 3

1.2 Конструкция клиновых ремней 4

2 Проектирование клиноременных передач 6

2.1 Исходные данные 6

2.2 Расчет параметров передачи 6

2.3 Проектирование шкивов клиноременных передач 12

Приложения 16

Список литературы 43

1 Описание клиноременных передач

1.1 Общие сведения

Ременные передачи относятся к механическим передачам, передающих нагрузку (обычно между параллельными валами) с помощью сил трения. Она состоит из ведущего и ведомого шкивов и промежуточного звена – ремня. В основном используется как понижающая передача. Обязательное условие нормальной работы ременной передачи – предварительное натяжение ремня для создания достаточных сил трения между шкивами и ремнем.

Передаточное число ременных передач – 1,5…5.

Достоинства ременных передач:

• простота конструкции, невысокая стоимость изготовления и эксплуатации;

• плавность и бесшумность работы – позволяет использовать передачу при высоких скоростях;

• эластичность ремня, смягчающая рывки, и возможность пробуксовки – позволяет использовать ременную передачу как предохранительный элемент при перегрузке;

• возможность передачи нагрузки на значительное расстояние (до 15 м);

• отсутствие смазки.

Недостатки ременных передач:

• значительные габариты – в несколько раз больше, чем зубчатые;

• неизбежность упругого проскальзывания ремня, как следствие – невозможность получения постоянного передаточного отношения, невозможность применения в точных кинематических механизмах;

• невысокая долговечность ремней – обычно 300…800 часов работы;

• необходимость применения натяжных устройств;

• значительная нагрузка на валы и опоры из-за предварительного натяжения ремня;

• необходимость защиты ремня от попадания масла и влаги.

Ременные передачи бывают:

• с плоскими ремнями;

• с круглыми ремнями;

• с клиновыми и поликлиновыми ремнями.

Плоскоременные передачи применяют как простейшие, испытывающие минимальные напряжения изгиба. В настоящее время применяются в передачах небольшой мощности, но с большими скоростями движения ремня (до 50 м/сек), в основном в приборостроении.

Круглоременные передачи применяются в маломощных низкоскоростных передачах, в основном в приборостроении и бытовой технике.

Наибольшее распространение имеют клиноременные передачи. Они обладают повышенной тяговой способностью (примерно в 3 раза выше по сравнению с плоскоременной передачей с такой же площадью контакта ремня со шкивом) и, следовательно, меньшими габаритами, позволяют передавать вращение на несколько валов одновременно без применения натяжного ролика, допускают передаточное отношение до 6…8. Однако шкивы для них сложнее, должны иметь клиновые канавки, они менее быстроходны (скорость ремня до 30 м/сек) и имеют КПД на 1-2 % меньше. Основная область применения клиноременных передач – привода от электродвигателей малой и средней мощности (обычно не более 50 кВт).

В последнее время получают распространение поликлиновые ремни, работающие на шкивах с клиновыми канавками. При одинаковой мощности ширина поликлинового ремня в 1,5-2 раза меньше ширины комплекта обычных клиновых ремней. Благодаря более высокой гибкости можно применять шкивы меньшего диаметра, чем для клиноременной передачи. Кроме того, поликлиноременные передачи более быстроходны (до 40-50 м/сек) и допускают большие передаточные отношения (до 15).

Далее в пособии будут описываться только передачи с клиновыми ремнями.

1.2 Конструкция клиновых ремней

Клиновые ремни – это ремни трапецеидального сечения с боковыми рабочими сторонами, работающими на шкивах с канавками соответствующего профиля.

Клиновой ремень состоит из:

1) корда – основного несущего слоя, расположенного примерно по центру тяжести сечения ремня;

2) резиновых слоев, расположенных над и под несущим слоем (кордом), условно называемых слоями растяжения и сжатия;

3) обертки ремня в виде нескольких слоев прорезиненной ткани, намотанной диагонально.

Корд выполняют из химических волокон: вискозы, капрона, лавсана. По конструкции корда ремни подразделяют кордотканевые и кордошнуровые.

В кордотканевых ремнях (рис. 1а) корд выполнен в виде нескольких слоев кордоткани с основой из крученых шнуров и тонких редких нитей утка.

В кордошнуровых ремнях (рис. 1б) корд состоит из одного слоя кордошнура, намотанного по винтовой линии и заключенного в слой мягкой резины для уменьшения трения.

	а	б
Рис. 1. Конструкция клиновых ремней: 1 – слой кордоткани; 2 – кордошнур; 3 – резина; 4 – слой прорезиненной ткани (обертка)

Кордотканевые ремни обладают большей долговечностью чем кордошнуровые, но их нельзя применять для шкивов с минимально разрешенными диаметрами. Кордошнуровые ремни более гибкие и их применяют при необходимости использования шкивов минимальных диаметров.

Слой растяжения ремней выполняют из резины средней твердости. Слой сжатия выполняют из более твердой резины. Слои растяжения для увеличения поперечной жесткости ремня могут включать по несколько слоев ткани, с нитями расположенными под углом 45º к оси ремня. Слои ткани в основном применяют в широких вариаторных ремнях.

2 Проектирование клиноременных передач

2.1 Исходные данные

Исходные данные для проектирования клиноременной передачи:

• номинальная передаваемая мощность ;

• передаточное отношение u;

• частота вращения на валах передачи n₁ и n₂;

• предварительное межосевое расстояние а;

• режим работы.

2.2 Расчет параметров передачи

2.2.1 Выбор сечения ремней

Сечения ремней подбираются в зависимости от передаваемой мощности и частоты вращения передачи. В качестве частоты вращения n подставляется частота вращения меньшего шкива (большая из n₁ и n₂).

Сечения ремней A, B(Б), C(В), D(Г), E(Д), подбирают в соответствии с графиком на рисунке 2. Ремни сечения Z(О) применяют при передаваемых мощностях до 2 кВт, сечения EO(Е) – при мощностях свыше 200 кВт.

Рис. 2. Подбор сечения ремней

2.2.2 Расчетная схема передачи

Схема расчета двухшкивной передачи приведена на рис. 3. При использовании натяжного ролика применяются схемы, представленные на рис. 5а и 5б.

Рис. 3. Расчетная схема двухшкивной ременной передачи

2.2.3 Геометрический расчет передачи

2.2.3.1 Расчетные диаметры шкивов выбирают в соответствии с требованиями ГОСТ 20889-88. Диаметр меньшего шкива должен быть не меньше минимального расчетного диаметра, указанного в таблице 1 приложения. Диаметррекомендуется принимать возможно большего значения, что повышает долговечность передачи, но при этом следует помнить, что чем больше диаметр, тем выше скорость ремня, которая не должна превышать предельно допустимой скорости ремня 30 м/сек.

Расчетный диаметр большего шкива:

,

где  – коэффициент относительного скольжения ( = 0,010,02).

Рекомендуется принять  = 0,01 – для клиновых кордошнуровых ремней,  = 0,02 – для клиновых кордотканевых ремней.

Номинальные расчетные диаметры шкивов должны соответствовать указанному ряду (ГОСТ 20889-88): 50, (53), 56, (60), 63, (67), 71, (75), 80, (85), 90, (95), 100, (106), 112, (118), 125, (132), 140, (150), 160, (170), 180, (190), 200, (212), 224, (236), 250, (265), 280, (300), 315, (335), 355, (375), 400, (425), 450, 475, 500, (530), 560, (600), (620), 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), (3150), (3550), (3750), (4000). Размеры, указанные в скобках, применяются в технически обоснованных случаях.

Расчетный диаметр большего шкива округляется до указанного выше значения, после чего уточняется передаточное число ременной передачи:

.

2.2.3.2 Линейная скорость ремня v, м/сек:

.

Если линейная скорость ремня v меньше 30 м/сек, то принимаются рассчитанные диаметры и, в противном случае необходимо уменьшить диаметры шкивов.

2.2.3.3 Межосевое расстояние a определяется конструктивными особенностями привода. Оно выбирается исходя из главного критерия – оптимальной компоновки привода. Под этим подразумевается рациональное расположение узлов и агрегатов привода, обеспечивающее минимальные габариты, но при этом обеспечивающее удобство сборки, монтажа, эксплуатации и обслуживания. Что бы добиться этого необходимо выполнить прорисовку привода с учетом масштаба. Расстояние между редуктором и электродвигателем, в зависимости от их габаритов, должно быть 100-200 мм.

Рекомендуемое межосевое расстояние a лежит в пределах:

.

Если межосевое расстояние не попадает в этот диапазон, рекомендуется изменить компоновку привода или изменить диаметры шкивов и.

Длина ремня L_р для двухшкивной передачи (рис. 2а) определяется после определения межцентрового расстояния а:

.

Длину ремня следует округлить до стандартной (табл. 1 приложения, примечание 3) и снова уточнить межцентровое расстояние:

.

Рис. 4. Устройства для натяжения ремня.

Для компенсации возможных отклонений в длине ремня от номинала, вытяжки их в процессе эксплуатации, а также для свободного надевания новых ремней, при конструировании передачи должна быть предусмотрена регулировка межцентрового расстояния на 1,5% в сторону уменьшения () и 3% в сторону увеличения (). Наиболее простые конструкции натяжных устройств показаны на рисунке 4.

2.2.3.4 Угол обхвата ремнем меньшего шкива в градусах:

при ,

при .

а

б

Рис. 5. Расчетные схемы трехшкивной ременной передачи

2.2.4 При использовании натяжных роликов применяются схемы, представленные на рис. 5. Диаметр натяжного ролика для рисунка 5а должен быть не меньше минимального расчетного диаметра для данного типа ремня, указанного в таблице 1 приложения, диаметрдля рисунка 5б должен быть в 1,35 раза больше .

Геометрический расчет трехшкивной клиноременной передачи представлен в таблице 1.

Таблица 1

Геометрический расчет трехшкивной клиноременной передачи

	Расчетная формула
	для рис. 5а	для рис. 5б
Исходные данные	диаметры шкивов – d, координаты центров шкивов – x, y.
Межцентровое расстояние	; ;
Углы наклона ветвей к линиям, соединяющим центры шкивов, рад	; ;	; ;
Углы наклона ветвей к оси x, рад	; ;
Углы обхвата шкивов, рад	; ;	; ;
Длина ремня

Применения натяжных роликов рекомендуется избегать. При необходимости установки роликов их следует располагать внутри контура передачи во избежание знакопеременных перегибов ремня.

2.2.5 Расчетная передаваемая мощность P, в киловаттах:

,

где – номинальная мощность на ведущем шкиве, кВт;

–коэффициент динамичности нагрузки и режима работы (табл. 2 приложения).

2.2.6 Необходимое число ремней в приводе K:

,

где – номинальная мощность, кВт, передаваемая одним ремнем определенного сечения и длине при угле обхватаи спокойном режиме работы (табл. 4 приложения);

–коэффициент, учитывающий угол обхвата (табл. 2);

–коэффициент, учитывающий длину ремня (табл. 3 приложения);

–коэффициент, учитывающий число ремней. Предварительно принимается =1. После определения в первом приближении числа ремнейK, коэффициент уточняется по таблице 3, а число ремнейK уточняется во втором приближении.

Таблица 2

Коэффициент , учитывающий угол обхвата

Угол обхвата , град	220	210	200	190	180	170	160	150	140	130	120	110	100	90
	1,08	1,06	1,04	1,02	1,00	0,98	0,95	0,92	0,89	0,86	0,82	0,78	0,74	0,69

Минимальный угол обхвата ремня шкивом рекомендуется брать не менее 90º.

Таблица 3

Коэффициент , учитывающий число ремней

Число ремней в передаче	2	3	4	5-6	Св. 6
	0,80-0,85	0,77-0,82	0,76-0,80	0,75-0,79	0,75

Рекомендуется применять ременные передачи с числом ремней не более 7, предельное число ремней – 12. Слишком большое число ремней вынуждает использовать широкие шкивы, которые дают большое плечо изгибающего момента, действующее на валы и опоры. Кроме того, при больших комплектах ремней труднее подобрать ремни одной длины. Также следует помнить, что при обрыве одного ремня необходимо менять весь комплект ремней, из-за их вытяжки.

2.2.7 Сила предварительного натяжения ветви одного ремня в ньютонах для передач с закрепленными центрами вычисляют по формуле:

,

где – погонная масса ремня, кг/м.

Для передач с автоматическим натяжением расчет ведется по формуле:

.