Просмотр содержимого документа
«Механические передачи трением»
Тема 5
Механические передачи трением
ПЛАН ЛЕКЦИИ ТЕМА 5
Классификация механических передач
- Передача вращательного движения производится одним из следующих способов:
- непосредственным соприкосновением двух тел, одно из которых связано жестко с ведущим, а другое — с ведомым валом;
- посредством гибких тел, сцепляющихся с телами, жесткосвязанными с ведущим и ведомым валами.
- Первый из этих способов осуществляется в передачах фрикционной, зубчатой и червячной, второй — в передачах ременной и цепной.
- Передача вращательного движения может производиться с увеличением или уменьшением угловой скорости вращения, а также без ее изменения.
Классификация механических передач и их назначение
- Передачи по принципу работы разделяются на:
- Передачи зацеплением:
- с непосредственным контактом (зубчатые и червячные);
- с гибкой связью (цепные, зубчато-ременные).
- Передачи трением (сцеплением трущихся поверхностей):
- с непосредственным контактом поверхностей (фрикционные);
- с гибкой связью (ременные).
-
Передаточное число и передаточное отношение
- Отношение угловых скоростей вращения обоих валов называется передаточным отношением. Передаточное отношение может быть, следовательно, выражено отношением угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала или наоборот.
- Передаточное отношение в направлении силового потока, т. е. отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого, называется передаточным числом.
Фрикционные передачи
- Передают движение за счёт сил трения ( лат. frictio – трение ). Простейшие передачи состоят из двух цилиндрических или конических роликов - катков.
- Главное условие работы передачи состоит в том, что момент сил трения между катками должен быть больше передаваемого вращающего момента. Передаточное отношение цилиндрической фрикционной передачи определяют как отношение частот вращения или диаметров тел качения.
- U = n 1 / n 2 = D 2 /[ D 1 ( 1- )] ,
- где ε – коэффициент скольжения ( 0,05 - для передач "всухую"; 0,01 – для передач со смазкой и большими передаточными отношениями).
Использование материалов презентации
Использование данной презентации, может осуществляться только при условии соблюдения требований законов РФ об авторском праве и интеллектуальной собственности, а также с учетом требований настоящего Заявления.
Презентация является собственностью авторов. Разрешается распечатывать копию любой части презентации для личного некоммерческого использования, однако не допускается распечатывать какую-либо часть презентации с любой иной целью или по каким-либо причинам вносить изменения в любую часть презентации. Использование любой части презентации в другом произведении, как в печатной, электронной, так и иной форме, а также использование любой части презентации в другой презентации посредством ссылки или иным образом допускается только после получения письменного согласия авторов.
.
Схема фрикционной передачи
Поскольку всё это следствие высоких контактных напряжений сжатия, то в качестве проектировочного выполняется расчёт по допускаемым контактным напряжениям [29]. Здесь применяется формула Герца-Беляева, которая, собственно говоря, и была выведена для этого случая. Исходя из допускаемых контактных напряжений, свойств материала и передаваемой мощности определяются диаметры фрикционных колёс
Расчет фрикционных передач
- Поскольку всё это следствие высоких контактных напряжений сжатия, то в качестве проектировочного выполняется расчёт по допускаемым контактным напряжениям . Здесь применяется формула Герца-Беляева, которая, собственно говоря, и была выведена для этого случая. Исходя из допускаемых контактных напряжений, свойств материала и передаваемой мощности определяются диаметры фрикционных колёс :
Фрикционные передачи
- Основные требования к материалам фрикционных колёс:
- высокая износостойкость и поверхностная прочность;
- высокий коэффициент трения (во избежание больших сил сжатия);
- высокий модуль упругости (чтобы площадка контакта, а значит и потери на трение были малы).
- Достоинства фрикционных передач:
- простота тел качения;
- равномерность вращения, что удобно для приборов;
- возможность плавного регулирования скорости;
- отсутствие мёртвого хода при реверсе передачи.
- Недостатки фрикционных передач :
- потребность в прижимных устройствах;
- большие нагрузки на валы, т.к. необходимо прижатие дисков;
- большие потери на трение;
- повреждение катков при пробуксовке;
- неточность передаточных отношений из-за пробуксовки.
Ременные передачи
Являются разновидностью фрикционных передач, где движение передаётся посредством специального кольцевого замкнутого ремня. Ременные передачи применяются для привода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода от маломощных двигателей внутреннего сгорания .
Схема ременной передачи
ОСНОВНЫЕ СЕЧЕНИЯ РЕМНЕЙ
- Ремни имеют различные сечения:
- а) плоские, прямоугольного сечения;
- б) трапециевидные, клиновые;
- в) круглого сечения;
- г) поликлиновые.
- Достоинства ременных передач :
- передача движения на средние расстояния;
- плавность работы и бесшумность;
- возможность работы при высоких оборотах;
- дешевизна.
- Недостатки ременных передач:
- большие габариты передачи;
- неизбежное проскальзывание ремня;
- высокие нагрузки на валы и опоры из-за натяжения ремня;
- потребность в натяжных устройствах;
- опасность попадания масла на ремень;
- малая долговечность при больших скоростях.
Виды натяжения ремней
- Для создания трения ремень надевают с предварительным натяжением F o . В покое или на холостом ходу ветви ремня натянуты одинаково. При передаче вращающего момента Т 1 натяжения в ветвях перераспределяются: ведущая ветвь натягивается до силы F 1 , а натяжение ведомой ветви уменьшается до F 2 . Составляя уравнение равновесия моментов относительно оси вращения имеем – T 1 + F 1 D 1 /2 – F 2 D 2 /2 = 0 или F 1 – F 2 = F t , где F t – окружная сила на шкиве F t = 2 T 1 / D 1 .
Силы в ветвях ремня
- При холостом ходе и с нагрузкой
СИЛЫ В ВЕТВЯХ РЕМНЯ
ХОЛОСТОЙ ХОД С НАГРУЗКОЙ
Общая длина ремня не зависит от нагрузки , следовательно, суммарное натяжение ветвей остаётся постоянным: F 1 + F 2 = 2 F o . Таким образом, получаем систему двух уравнений c тремя неизвестными:
- F 1 = F o + F t /2 ; F 2 = F o – F t /2 .
- Эти уравнения устанавливают изменение натяжения ветвей в зависимости от нагрузки F t , но не показывают нам тяговую способность передачи, которая связана с силой трения между ремнём и шкивом. Такая связь установлена Л.Эйлером с помощью дифференциального анализа.
Основы теории и расчета ременных передач К определению сил в ремне :
Рассмотрим элементарный участок ремня dφ . Для него dR – нормальная реакция шкива на элемент ремня, fdR – элементарная сила трения. По условию равновесия суммы моментов
rF + rfdR – r(F + dF) = 0 .
- Сумма горизонтальных проекций сил:
- dR – Fsin(dφ/2) – (F+dF)sin(dφ/2) = 0 .
- Отбрасывая члены второго порядка малости и помня, что синус бесконечно малого угла равен самому углу, Эйлер получил простейшее дифференциальное уравнение: dF / F = f dφ .
- Интегрируя левую часть этого уравнения в пределах от F 1 до F 2 , а правую часть в пределах угла обхвата ремня получаем: F 1 = F 2 e fα .
- Теперь стало возможным найти все неизвестные силы в ветвях ремня:
- F 1 = F t e fα /( e fα - 1 ); F 2 = F t /( e fα - 1 );
- F o = F t ( e fα + 1 ) / 2( e fα - 1 ).
- При круговом движении ремня на него действует центробежная сила
- F v = ρSv 2 , где S - площадь сечения ремня.
Напряжения в ремне
- В ремне действуют следующие напряжения:
- предварительное напряжение (от силы натяжения F o ) o = F o / S ; "полезное" напряжение (от полезной нагрузки F t ) п = F t / S ; напряжение изгиба и = δ Е / D
- предварительное напряжение (от силы натяжения F o ) o = F o / S ; "полезное" напряжение (от полезной нагрузки F t ) п = F t / S ; напряжение изгиба и = δ Е / D
- предварительное напряжение (от силы натяжения F o ) o = F o / S ; "полезное" напряжение (от полезной нагрузки F t ) п = F t / S ; напряжение изгиба и = δ Е / D
- предварительное напряжение (от силы натяжения F o ) o = F o / S ;
- "полезное" напряжение (от полезной нагрузки F t ) п = F t / S ;
- напряжение изгиба и = δ Е / D
( δ – толщина ремня, Е – модуль упругости ремня, D – диаметр шкива);
- ( δ – толщина ремня, Е – модуль упругости ремня, D – диаметр шкива);
- ( δ – толщина ремня, Е – модуль упругости ремня, D – диаметр шкива);
- ( δ – толщина ремня, Е – модуль упругости ремня, D – диаметр шкива);
- напряжения от центробежных сил
- напряжения от центробежных сил
- напряжения от центробежных сил
- напряжения от центробежных сил
v = F v / S .
- v = F v / S .
- v = F v / S .
- v = F v / S .
- Наибольшее суммарное напряжение возникает в сечении ремня в месте его набегания на малый шкив
max = o + п + и + v .
- При этом напряжения изгиба не влияют на тяговую способность передачи, однако являются главной причиной усталостного разрушения ремня .
Силы натяжения ветвей ремня
- Силы натяжения ветвей ремня (кроме центробежных) воспринимаются опорами вала. Равнодействующая нагрузка на опору
- F r ≈ 2 F o cos ( β /2) .
- Обычно эта радиальная нагрузка на опору в 2 … 3 раза больше передаваемой ремнём вращающей силы.
Порядок проектного расчета плоскоременной передачи
- 1.Выбирают тип ремня.
- 2.Определяют диаметр малого шкива D 1 = ( 110…130 )( N / n ) 1/3 , где N –мощность, КВТ , n –частота вращения, об/мин.
- 3.Выбирают межосевое расстояние, подходящее для конструкции машины 2 ( D 1 + D 2 ) ≤ a ≤15м .
- 4.Проверяют угол обхвата на малом шкиве:
- α 1 =180 о -57 о ( D 2 - D 1 ) / a , рекомендуется [ α 1 ] ≥150 о , при необходимости на ведомой нити ремня применяют натяжной ролик, который позволяет даже при малых межосевых расстояниях получить угол обхвата более 180 о .
- 5.По передаваемой мощности N и скорости v ремня определяют ширину b ≥ N /( vz [ p ]) и площадь ремня F ≥ N /( v [ k ]) , где [ p ] –допускаемая нагрузка на 1мм ширины прокладки, [ k ] – допускаемая нагрузка на единицу площади сечения ремня.
- 6.Подбирают требуемый ремень по ГОСТ .
- 7.Проверяют ресурс передачи
- N =3600 vz ш T .
- 8.Вычисляют силы, действующие на валы передачи
- F R = F o cos ( β /2) .
Порядок проектного расчета клиноременной передачи
- 1.Выбирают по ГОСТ профиль ремня. Большие размеры в таблицах ГОСТ соответствуют тихоходным, а меньшие – быстроходным передачам.
- 2.Определяют диаметр малого шкива.
- 3.Выбирают межосевое расстояние, подходящее для конструкции машины 0,55 ( D M + D б ) + h ≤ a ≤ 2 ( D 1 + D 2 ) , где h – высота сечения ремня.
- 4.Находят длину ремня и округляют её до ближайшего стандартного значения.
- 5.Проверяют частоту пробегов ремня и если она выше допустимой, то увеличивают диаметры шкивов или длину ремня.
- 6. Окончательно уточняют межосевое расстояние.
- 7. Определяют угол обхвата на малом шкиве
- α 1 = 180 о -57 о ( D 2 - D 1 )/ a , рекомендуется [α 1 ] ≥ 120 о .
- 8. По тяговой способности определяют число ремней.
- 9. При необходимости проверяют ресурс.
- 10. Вычисляют силы , действующие на валы передачи.
Материалы и конструкции шкивов
ПЛОСКОРЕМЕННЫЕ ШКИВЫ
СТАЛЬНЫЕ И
ЛЕГКОСПЛАВНЫЕ ЛИТЫЕ
ЧУГУННЫЕ ЛИТЫЕ
- Шкивы плоскоременных передач имеют: обод, несущий ремень, ступицу, сажаемую на вал и спицы или диск, соединяющий обод и ступицу.
- Шкивы обычно изготавливают чугунными литыми, стальными, сварными или сборными, литыми из лёгких сплавов и пластмасс. Диаметры шкивов определяют из расчёта ременной передачи, а потом округляют до ближайшего значения из ряда R 40 . Ширину шкива выбирают в зависимости от ширины ремня .
- Чугунные шкивы примеряются при скоростях до
- 30 - 45 м / с.
- Стальные сварные шкивы применяются при скоростях 60 – 80 м / с.
- Шкивы из легких сплавов перспективны для быстроходных передач до 100 м /c .
- Шкивы малых диаметров до 350 мм имеют сплошные диски.
- Шкивы больших диаметров – ступицы переменного сечения.
Клиноременные шкивы
Клиноременные шкивы выполняются из тех же материалов, что и плоскоременные .
КЛИНОРЕМЕННЫЕ ШКИВЫ
Материалы клиновых ремней
- Материалы клиновых ремней в основном те же, что и для плоских. Выполняются прорезиненные ремни с тканевой обёрткой для большего трения, кордотканевые (многослойный корд) и кордошнуровые ремни (шнур, намотанный по винтовой линии), ремни с несущим слоем из двух канатиков. Иногда для уменьшения изгибных напряжений применяют гофры на внутренней и наружных поверхностях ремня. Клиновые ремни выпускают бесконечными (кольца). Угол клина ремня 40 о .
Ременные вариаторы
- Ременные вариаторы получили широкое применение (сельхозмашины, станки и др.) благодаря простой конструкции и невысокой стоимости.
- Промышленность выпускает мотор-вариаторы и автономные вариаторы. Их недостатки обусловлены значительными габаритами и сравнительно небольшим диапазоном регули рования.
- В вариаторах с плоским ремнем скорость регулируется в узких пределах" за счет осевого перемещения ремня.
- Они имеют невысокую тяговую способность, большие габариты, поэтому применяются редко.
- Клиноременные вариаторы более компактны, надежны в эксплуатации и имеют больший диапазон регулирования .
- На рис. 1 показаны типичные схемы вариаторов, состоящих из двух раздвижных конусов {раздвижных шкивов) и клинового ремня (обычного или специального, вариаторного).
- Скорость регулируют путем изменения диаметров одного (рис. 1, а) или одновременно двух (рис. 1, б) шкивов при осевом смещении конических дисков.
- Если в передаче регулируется один шкив, то при этом принудительно изменяется межосевое расстояние.
Схемы клиноременных вариаторов (рис1,а,б)
Контрольные вопросы
- За счёт каких сил передают движение фрикционные передачи ?
- Каковы достоинства и недостатки фрикционных передач ?
- Какой деталью выделяются ременные передачи среди фрикционных ?
- Какие силы действуют в ремне ?
- Какие нагрузки действуют на опоры валов колёс ременной передачи ?
В чем преимущество клиноременных вариаторов перед плоскоременными ?