6.1 Назначение и классификация

6 передачи гибкой связью

6.1 Назначение и классификация

Применяются для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга звеньями. Усилие от ведущего звена ведомому передается гибкими звеньями.

Применяется в качестве силовых (N = n ·100 кВт, U – до 10 при V _окр до 30м/с), а также в приборах и автоматах точной механики.

В качестве гибких звеньев применяют: ремни, шнуры, канаты, проволока и т.п.

В соответствии с типом применяемого гибкого звена различают передачи: ленточные, плоскоременные, клиноременные, канатные, цепные и другие.

Например, в приводах большинства оперативных устройств ременные передачи применяются во всех трех основных механизмах: печатающей головки, перемещения красящей ленты, протяжки бумаги.

По способу соединения гибкого звена с другими различают три вида передач (рис.6.1): с фрикционным сцеплением (а); непосредственным соединением (б); с зацеплением (в).

Рисунок 6.1 – Виды механизмов с гибкими звеньями

В передачах с фрикционным зацеплением гибкое звено 3 сцепляется с ведущим 1 и ведомым 2 звеньями за счет сил трения.

При непосредственном соединении гибкого звена 3 один его конец закреплен на ведущем звене 1, а другой на ведомом звене 2.

В передаче зацеплением окружное усилие от ведущего звена к ведомому звену передается тяговой цепью 3 (цепная передача) или зубчатым ремнем (зубчатоременная передача).

По взаимному расположению валов и направлению их вращения передачи бывают: открытые (а); перекрестные (б); полуперекрестные (в) (рис.6.2).

Рисунок 6.2 – Схемы передач с фрикционным сцеплением

Передачи гибкой связью могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношение со ступенчатым или плавным его изменением (рис.6.3).

Рисунок 6.3 – Схемы передач с переменным передаточным отношением

При одном ведущем звене могут быть передачи с несколькими ведомыми звеньями.

Для сохранения постоянства натяжения гибких звеньев применяют натяжные устройства: натяжные ролики и пружины, противовесы и др.

Достоинства: плавность работы, сравнительная простота; для передач с зацеплением по сравнению с фрикционными передачами: отсутствие проскальзывания гибкого звена, работа с меньшими давлениями на валы, более высокие тяговые характеристики.

Недостатки: непостоянство скорости из‑за проскальзывания или колебания мгновенного передаточного отношения из‑за неравномерного движения цепи или зубчатого ремня; для передач с непосредственным соединением – одностороннее ограниченное движение; для цепных передач – износ цепи и зубьев звездочек в связи с затрудненной смазкой, более высокий уровень шума.

6.2 Конструкции деталей

Ремни. Гладкие ремни должны иметь высокий коэффициент трения в паре с материалом, обладать высокой прочностью в условиях знакопеременных напряжений и износостойкостью.

Они изготовляются стальными, кожаными, хлопчатобумажными или хлопчатобумажными прорезиненными, из пластмассы на основе полиамидных смол, армированными кордом из капрона, лавсана и др.

Ремни часто изготовляют из нитриловых резин или неопрена. Первые обеспечивают хорошие упругие свойства и износостойкость, но плохо переносят атмосферу озона и ультрафиолетовое излучение, что часто имеет место в полиграфических процессах, неопреновые ремни имеют обратные свойства.

По конструкции ремни бывают плоскими, клиновыми, поликлиновыми и круглыми.

Различают ремни сшивные и бесшовные. Бесшовные ремни – наиболее совершенны и пригодны для работы на повышенных скоростях. Клиновые и поликлиновые – только бесшовные. Плоские сшивные ремни соединяются сшивкой, склейкой и металлическими соединениями (рис. 6.4).

Рисунок 6.4 – Способы сшивки ремней

Наиболее проста в конструктивном отношении передача с плоским ремнем; в ней можно применять шкивы меньших диаметров, т.е. передача наиболее компактна. Ее недостатки – относительно высокий уровень проскальзывания, а также большие силы в опорах.

Клиновые ремни применяют для увеличения нагрузочной способности и уменьшения проскальзывания. Состоят из кордотканевого прорезиненного слоя 1, работающего на растяжение; резинового или резинотканевого слоя 2, работающего на сжатие, и обертки 3 в виде нескольких слоев прорезиненной ткани, намотанной диагонально. Длины и размеры поперечного сечения стандартизованы (рис.6.5).

Рисунок 6.5 – Клиновой ремень

Давление на опоры клиноременной передачи примерно в полтора раза меньше, чем плоскоременной. Следствие этого – меньше потери в опорах и большая долговечность.

Зубчатые бесконечные плоские ремни отличаются наличием выступов на внутренней поверхности. Изготавливаются из резины или полиуретанового каучука, армированных стальным тросом или тросом из стекловолокна (рис.6.6). Основные размеры ремней определяются по их модулю

, где p ₀ – шаг.

и регламентированы отраслевыми стандартами.

Рисунок 6.6 – Зацепление зубчатого ремня со шкивом

Передачи с круглым ремнем (пассиком) используют в звукозаписывающих и видеозаписывающих приборах, системах контроля и т.п. В канавке шкива круглый ремень деформируется, чем достигается тот же эффект, что и при клиновом ремне.

Работают при меньших натяжениях по сравнению с другими видами ремней, допускают большие неточности взаимного положения шкивов, могут работать в разных плоскостях без скручивания, дешевле клиноременных.

Цепи и звездочки. Получили распространение такие цепи (рис. 6.7): втулочно-роликовые (а); пластинчатые втулочные, отличающиеся от втулочно-роликовых отсутствием роликов; зубчатые (б); фасоннозвенные (в); с круглыми звеньями (г); пластинчато-шарнирные (д) и другие.

Рисунок 6.7 – Виды цепей

Конструкция звездочек имеет большое сходство с конструкцией зубчатых колес, профиль зубьев определяется типом применяемых цепей. Звездочки изготавливают из чугуна или стали (рис.6.8).

Рисунок 6.8. Конструкции звездочек:

а – цельная; б – профиль зубьев; в - разъемная

6.3 Кинематика и геометрия передач

Передаточное отношение. Окружные скорости на ведущем и ведомом звеньях (рис.6.1) равны соответственно:

и .

Если принять, что V ₁= V ₂, то передаточное отношение

.

(6.1)

Однако, условие V ₁= V ₂ и формула (6.1) справедливы лишь для передачи с непосредственным соединением гибкого звена со шкивом. В ременной передаче ведущая и ведомая ветви гибкого звена при работе имеют разное натяжение, наблюдается упругое скольжение гибкого звена на шкивах, что изменяет передаточное отношение. Скольжение оценивается коэффициентом скольжения

, (ξ =0,005…0,02).

Следовательно,

, откуда

.

Геометрические параметры. Для открытой передачи (рис.6.2, а) при заданном межосевом расстоянии а длина гибкого звена

.

Угол обхвата α для клиноременной передачи рекомендуется принимать не менее 80º, для плоскоременной – не менее 120º.

Если применяются бесконечные ремни, то по найденный длине L подбирают в стандарте ближайший ремень и затем уточняют межосевое расстояние а.

Межосевое расстояние для передач с фрикционным сцеплением принимают не менее (1,5…2)(d ₁+ d ₂).

Для цепной передачи межосевое расстояние удобно выражать через шаг цепи t, который является основным параметром передачи. Обычно принимается ; максимально допустимое межосевое расстояние ; минимальное , мм.

При проектных расчетах задаются значением d₁ и из формулы (6.1) получают значение d ₂. Минимальный размер d _1min шкива зависит от толщины гибкого звена и его жесткости. Обычно для круглых ремней r _min=2 d при n =3000 об/мин и r _min=(2,5…4) d при больших n; для плоских ремней r _min=(12…25) δ; для клиновых ремней r _min = (2,5…4) h.

Кроме размеров r ₁ и r ₂ (d ₁ и d ₂) при геометрических расчетах определяют углы обхвата ремнем шкивов α₁ и α₂, а также длину ремня L. После того, как межосевое расстояние а определено из конструктивных соображений, значения α₁, α₂, и L можно рассчитывать по известным формулам [2].

6.4 Усилия и потери в передачах

Натяжение гибкого звена. Для обеспечения нормальной работы передачи с фрикционным сцеплением необходимо, чтобы между гибким звеном и шкивом было достаточное давление. Это обеспечивается натяжением гибкого звена. Разность натяжений ветвей ведущей и ведомой согласно формуле Эйлера равна суммарной силе трения, которая, в свою очередь, равна окружному усилию на шкиве

,

(6.2)

где F_тр - суммарная сила трения;

F ₁ и F ₂- натяжения ведущей и ведомой ветвей;

P - окружное усилие (, T – передаточныймомент);

- коэффициент, учитывающий изменение сцепления гибкого звена со шкивом в зависимости от материалов, угла обхвата, скорости и т.п.

Коэффициент тяги. В покое натяжение ветвей ременной передачи будет одинаковым – F ₀:

.

Учитывая равенство (6.2), получим

и .

Для силовых передач, кроме указанных усилий, существенным является натяжение от центробежных сил

,

где m – масса единицы длины ремня,

V - окружная скорость.

Коэффициент полезного действия ( h ). В передачах с фрикционным сцеплением потери обусловлены проскальзыванием гибкого звена (1‑2%), сопротивлением воздуха (примерно 1%) жесткостью ремня (1 1,5%) и трением в опорах валов. Полный h ременной передачи 0,94…0,97, передачи зубчатыми ремнями 0,92…0,98.

Коэффициент полезного действияцепной передачи зависит от передаваемого цепью усилия, способа и качества смазки и при обычных условиях находится в пределах 0,92…0,96.

6.5 Расчет на прочность

Цепные передачи. Нагрузочная способность и долговечность определяются типом цепи, количеством зубьев и числом оборотов меньшей звездочки. На износ элементов цепной передачи влияет средняя окружная скорость звездочки, которая не должна превышать 12 м/с для втулочнороликовых цепей и 16 м/с для зубчатых.

В качестве расчетной зависимости по износостойкости цепи принято условие [5]

,

где p – давление в шарнире;

P – окружнаясила;

F – проекцияопорной поверхности шарнира (F=Bd, d и B – диаметр ролика и ширина цепи);

[ p ] – допускаемое давление.

Нагрузка на ведущую ветвь цепи зависит от многих факторов, поэтому сила, которую может передать цепь, равна:

,

(6.3)

где F =0,28 t ²– для однорядных роликовых цепей (t – шагцепи);

m_p- коэффициент рядности цепи (при числе рядов цепи 1; 2; 3 соответствующие m_p =1; 1,7; 2,5);

K_э- коэффициент эксплуатации.

Коэффициент эксплуатации K_э может быть представлен в виде

, где учитывают коэффициенты:

K_д- динамические нагрузки (при спокойной работе, нагрузки с легкими толчками и ударами K_д =1; 1,2…1,5; 1,8 соответственно);

K_а- длину цепи (при а <25 t K_а= 1,25; a =(60…90) t K_а= 0,9);

K_н- наклон передачи к горизонту (при угле линии центров звездочек до 60º K_н =1, более 60º-до 1,25);

K_р- регулировку передачи (регулировка оси одной звездочки K_р= 1; передача с нерегулируемыми осями K_р= 1,25);

K_с- характер смазки (при непрерывной смазке K_с =0,8, капельной K_с =1, периодической K_с =1,5);

K_реж- режим работы (при односменной работе K_реж =1, двухсменном - K_реж =1,25, трехсменном - K_реж =1,45).

Учитывая, что средняя окружная скорость

,

где z- число зубьев звездочки;

n- частота вращения, об/мин;

t- шаг, мм;

передаваемая цепью мощность N=PV, кВт,из формулы (6.3) можно определить величину шага

.

Количество зубьев меньшей звездочки z ₁ рекомендуется определять по величине передаточного числа U по формуле

,

для передач с роликовыми цепями и зубчатыми

z ₁=35…17.

Максимальное число зубьев большой звездочки не должно превышать z ₁=120 из‑за опасности выхода цепи из зацепления со звездочкой.

Расстояние между центрами звездочек и длина цепи влияют на работоспособность передачи. Наиболее благоприятное для условий работы цепи межосевое расстояние можно определить по формуле a=(30…50)t.

Дата добавления: 2015-10-21