МЕХАНИКА РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Сила натяжения ремня. При движении ремень передает энергию с ведущего шкива на ведомый за счет сил сопротивления на поверхностях контакта. Поэтому натяжение ремня, создающее контактные давления между ремнем и шкнвом, является необходимым условием работы передачи и эксплуатации.

Если ремень надет на шкивы с натягом, то натяжение его ветвей будет одинаковым во всех сечениях. Поверхность контакта ремня со шкивами определяется углами обхвата .

Под действием движущегося момента в ведущей ветвн передачи натяжение достигает некоторой величины вследствие появления момента сопротивления а усилие в ведомой ветви уменьшится до величины При этом окружное усилие (полезная нагрузка ремня)

будет передаваться по всей дуге обхвата.

На первом участке дуге сцепления — за счет нарастающих тангенциальных сил сцепления (меньших полных сил трения) передается малая часть нагрузки, а сдвиговые деформации ремня приводят к небольшому относительному снижению его скорости.

В точке В силы сцепления становятся равными силам трения, происходит срыв и начинается скольжение ремня по дуге — дуге скольжения. На этой дуге с углом за счет нарастающих от точки В к точке С сил трения передается основная часть окружного усилия и имеет место значительное снижение окружной скорости.

Если использовать модель ремня в виде гибкой нити, то усилие (или напряжение) в ведущей ветви передачи можно снизить в ведомой ветви соотношением Эйлера. Условие равновесия (без учета центробежных сил) в радиальном направлении элемента иити, огибающей цилиндр (рис. 3),

и условие равновесия сил в окружном направлении

где — нормальная сила, действующая на элемент ремия от шкива; — нормальное давление на единицу длины; Т — натяжение ремия; — коэффициент треиня.

Из последнего соотношения

откуда (с учетом первого условия)

Если скольжение ремня происходит По всей дуге обхвата (граница буксования), то после интегрирования получим формулу Эйлера

Рис. 2. Схема взаимодействия ремня со шкивом

Усилия в ветвях нагруженной передачи связаны с усилием начального натяжения и рабочей окружной силой Р соотношениями

которые можно получить из условия, что удлинение ведущей ветви ремия равно укорочению ведомой ветви.

Из соотношений (3) следует:

Учитывая, что найдем

Из соотношения (5) следует, что нагрузочная способность передачи будет возрастать при увеличении предварительного натяжения ремня угла обхвата а; и связанного с ним угла скольжения (в расчетах

Рис. 3. Схема сил, действующих на элемент ремня

Рис. 4. Схема сил в сеченнн клинового ремня

принимают и коэффициента трения между ремнем и шкивами.

Коэффициент трения в формулах (2) и (5) соответствует передаче с плоским ремнем. В клиноременной передаче

Это соотношение несложно получить, положив, что вследствие натяжения ремня его элемент прижат к шкиву усилием (рис. 4). Тогда сила трения в окружном направлении

Если учесть, что для стандартных ремней угол клина , то Отсюда следует, что в клиноременной передаче сцепление ремня со шкивом почти в 3 раза выше, чем в передаче с плоским ремнем. Существенно. что при уменьшении угла а можно повысить приведенный коэффициент трения Однако при этом возникает опасность самозаклинивания ремия, которое приводит к быстрому его разрушению.

Благодаря высокому сцеплению ремня со шкивом клиноремениые передачи хорошо работают при углах обхвата (в некоторых конструкциях допускается . В передачах с плоским ремнем рекомендуется обеспечивать

Для увеличения угла обхвата на малом шкиве в передачах с большим передаточным числом применяют натяжные ролики.

Для увеличения тяговой способности передачи необходимо стремиться к использованию более прочных ремней, допускающих высокие начальные напряжения (например, капрон, нейлон и др.). Однако в этом случае возрастают нагрузки на опоры.

Менее эффективным оказывается использование ремней из материалов с высоким коэффициентом трения, что связано с возрастанием потерь на трение и перегревом ремня при упругом скольжении.

Кинематика передачи. Снижение скорости от (для ведущей ветви) до (для ведомой ветви) характеризуется относительным скольжением

Передаточное число

В расчетах передач принимают следующие значения

Тяговая способность передачи. На практике работу передачи принято оценивать по кривым скольжения, которые строят в координатах: относительное скольжение — коэффициент тяги (рис. 5).

По мере увеличения относительной нагрузки до некоторого значения наблюдается линейное нарастание скольжения ремня от упругих деформаций, сопровождаемые ростом КПД передачи из-за уменьшения влияния потерь вспомогательного хода.

Дальнейшее повышение нагрузки приводит к более интенсивному снижению скорости, что связано с увеличением дуги скольжения и ростом потерь скорости при набегании ремня

на шкивы. Однако передача устойчиво (без буксования) работает и в этой области, хотя КПД снижается из-за нарастания потерь энергии на треиие. Лишь при значении фтах начинается буксование передачи.

Оптимальным считают иагружеиие, соответствующее наибольшему КПД и некоторому запасу по сцеплению или перегрузке — для клиноременных передач,

0,5 — для плоскоременных передач), либо нагружение, соответствующее некоторой допустимой величине относительного скольжения.

Быстроходность передачи. Если положить, что ремень является вращающимся со скоростью кольцом, то окружные растягивающие напряжения в нем от центробежных сил

При Давление на всей дуге обхвата будет равно нулю, и передача не сможет передавать нагрузку. Окружная скорость на шкиве при этом

где — плотность материала ремия. Для ремня из капрона можно принять напряжение от начального напряжения

С увеличением быстроходности передачи возрастают потери энергии на трение. Расчеты показывают [3], что при окружной скорости на ведущем шкиве

потери энергии на треиие будут наибольшими. Режимов работы передачи со скоростью следует избегать из-за опасности перегрева ремия.

Нанвыгоднейшая скорость ремней обычно составляет а наибольшая допустимая Узкие клиновые ремни с улучшенным кордом могут работать при скоростях

Напряжения в ремнях. Изменение напряжений в точке ремня за одни пробег показано на рис. 6.

Рис. 5 Кривая скольжения и зависимомть КПД от коэффициента тяги в клиноременной передаче

При обегании шкива ремнем наибольшие напряжения испытывают наружные волокна:

где — напряжения соответственно от полезной нагрузки, центробежных сил и от изгиба ремня,

здесь — толщина ремня и диаметр меньшего шкива, Е — приведенный модуль упругости ремня, для прорезиненных ремней для капроновых ремней для клиновых кордтканевых ремней для клиновых кордшнуровых ремней

В передаче с передаточным числом и на протяжении одного пробега в ремне будут действовать два максимума напряжений разной длительности (см. рис. 6), а в передаче с — два одинаковых максимума напряжений

Рис. 6. Изменение напряжений в точке ремня за один пробег