Расчеты ременных передач с клиновыми ремнями
Чтобы обеспечить эффективную передачу мощности, повысить надёжность работы узла и продлить срок службы ремней, передачу нужно проектировать на основе расчётов. Их главная задача — определить подходящее сечение ремней и их необходимое количество для конкретной передачи.
Число ремней, требуемое для передачи заданной мощности, находят по формуле. В ней:
- z- расчётное количество ремней (результат округляют в большую сторону до целого числа)
- N - мощность, которую должна передавать передача,
- N1- мощность, передаваемая одним ремнём,
- кф - коэффициент, учитывающий угол охвата
- кт - коэффициент режима работы,
- kL- коэффициент длины ремня
Для расчёта корректирующих коэффициентов нужны ключевые параметры передачи:
- тип ведущей и ведомой машин,
- необходимая передаваемая мощность (кВт),
- частота вращения ведущего вала (об/мин),
- частота вращения ведомого вала (об/мин),
- ·особенности условий эксплуатации передачи.
Если нужные значения коэффициентов или мощности одного ремня отсутствуют в справочных данных, их определяют методом линейной интерполяции.
Профиль клинового ремня подбирают с помощью специальных диаграмм, принимая во внимание экономическую целесообразность и габариты конструкции.
Для новых проектируемых приводов в большинстве случаев целесообразно использовать узкопрофильные (узкие) ремни: они позволяют снизить затраты и оптимизировать размеры привода. Классические (нормальнопрофильные) ремни применяют лишь в особых случаях — например, в плоско‑клиновых передачах или там, где приходится использовать шкивы с минимально возможным диаметром.
Выбранное сечение ремня должно соответствовать двум параметрам:
- частоте вращения меньшего шкива (nd, об/мин),
- расчётной мощности (N0 =N⋅kT, кВт).
Наилучшее сочетание эффективности передачи мощности и экономичности достигается при использовании шкивов увеличенного диаметра, обеспечивающих скорость движения ремня в диапазоне 25–30 м/с. Желательно не применять шкивы с минимальными диаметрами. При выборе диаметра малого шкива (dp) важно учитывать, что его уменьшение (при прочих неизменных параметрах) ведёт к росту касательной силы — а это повышает нагрузку на подшипники и валы. Узкопрофильные ремни способны передавать большую мощность по сравнению с классическими, но требуют увеличенных минимальных диаметров шкивов. При этом нужно соблюдать предельно допустимую скорость ремня: для узких профилей — не более 40 м/с, для классических — не более 30 м/с.
Если при подборе сечения по диаграмме точка пересечения параметров оказывается рядом с границей, разделяющей два смежных сечения, стоит рассмотреть оба варианта. Для этого выполняют расчёт передачи для каждого из сечений и выбирают тот вариант, который оказывается более экономичным и лучше соответствует предъявляемым требованиям.
Рис. 1. Диаграмма подбора величины сечения узко профильного ремня.
Рис. 2 Диаграмма подбора величины сечения нормально профильного ремня.
Коэффициент режима работы kт отражает влияние продолжительности ежедневной эксплуатации и типа приводной и рабочей машин. Его используют только для передач с двумя шкивами; он не учитывает иные особенности работы — например, наличие натяжных роликов либо особо тяжёлые условия (сильная запылённость, высокие температуры и прочие неблагоприятные факторы).
Поскольку невозможно предусмотреть все возможные комбинации «приводная машина — условия работы — ведомая машина», приведённые значения kт носят рекомендательный характер. В нестандартных ситуациях — при повышенном пусковом моменте, частой цикличности включений, резких ударных нагрузках, большой инерции приводимых в движение масс — значение коэффициента kт следует увеличить.
Оценка рабочей нагрузки передачи зачастую непростая задача: недостаточное внимание к этому вопросу может привести к ошибочному определению нагрузки и, как следствие, к неверному выбору конструктивных параметров передачи. Одна и та же передача при разных режимах нагрузки способна передавать различную мощность.
| Примеры приводных машин | Примеры ведомых машин | |||||
| — | Электродвигатели переменного тока и индукционные трехфазные двигатели нормально пускового момента (мах 2х номинальный момент) напр, синхронные двигатели и однофазные с расцепленной пусковой фазой, индукционные трехфазные двигатели с включанием переключателем звезда-треугольник или пускателем сбирательного кольца шунтовые двигатели постоянного тока, двигатели внутренного тока и турбины свыше 600 обор/мин. | Электродвигатели переменного тока индукционные двигатели высокого пускового момента (свыше чем 2 кратный номинальный момент) напр.однофазные двигатели высокого пуского момента, двигатели с последовательным возбуждением и двигатели со смешанным возбуждением постоянного тока, двигатели внутреннего тока и турбины ниже 600 обор./мин. | ||||
| Коэффициент режима работы кт | ||||||
| Для дневной продолжительности работы [h] | Для дневной продолжительности работы [h] | |||||
| ДоЮ | От 10 до 16 | более 16 | до 10 | от 10 до 16 | более 16 | |
| Лёгкие приводы: компрессоры (или вентиляторы, или помпы, или насосы, центробежные комперссоры, ленточные конвейеры для легких материалов, вентиляторы мощностью до 7,5 кВт | 1.0 | 1.1 | 1.2 | 1.1 | 1.2 | 1.3 |
| Средние приводы: печатные машины, мешалки, металлобрабатывающие станки (токарные и шлифовальные) валоприводы, насосы, поршневые компрессоры трех и более цилиндров, стиральные машины, ремни, прессы, ножницы, генераторы, цепные и ленточные конвейеры, вращающиеся и вибрационные решота (сита) вентиляторы и насосы мощностью свыше 7,5 кВт | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.2 | 1.3 | 1.4 |
| Тяжелые приводы: воздуходувки, машины для кирпичных заводов, бумагоделательные и текстильные машины, бильные мельницы, пилы, насосы, одно поршневые и двухцилиндрические компрессоры, брикетировочные станки, ковшовые, скребковые и шнековые конвейеры, распылители, возбудители. | - | 1.3 | 1.4 | 1.4 | 1.5 | 1.6 |
| Очень тяжелые приводы: домкраты, подъемники, каландры для резины, камнедробилки, шаровые, стержневые и трубные мельницы | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.5 | 1.6 | 1.8 |
Так как значение Nj определено на малом шкиве - угол охвата 180°, коэффициент угла кф поправляет значение мощности N, если угол охвата меньше 180°.
| Dp-dp | Угол охвата | Коэффициент угла кФ |
| A | ||
| 0.00 | 180° | 1.00 |
| 0.05 | 177° | 0.99 |
| 0.10 | 174° | 0.99 |
| 0.15 | 171° | 0.98 |
| 0.20 | 169° | 0.97 |
| 0.25 | 166° | 0.97 |
| 0.30 | 163° | 0.96 |
| 0.35 | 160° | 0.95 |
| 0.40 | 157° | 0.94 |
| 0.45 | 154° | 0.93 |
| 0.50 | 151° | 0.93 |
| 0.55 | 148° | 0.92 |
| 0.60 | 145° | 0.91 |
| 0.65 | 142° | 0.90 |
| 0.70 | 139° | 0.89 |
| 0.75 | 136° | 0.88 |
| 0.80 | 133° | 0.87 |
| 0.85 | 130° | 0.86 |
| 0.90 | 127° | 0.85 |
| 0.95 | 123° | 0.83 |
| 1.00 | 120° | 0.82 |
| 1.05 | 117° | 0.81 |
| 1.10 | 113° | 0.80 |
| 1.15 | 110° | 0.78 |
| 1.20 | 106° | 0.77 |
| 1.25 | 103° | 0.75 |
| 1.30 | 99° | 0.73 |
| 1.35 | 95° | 0.72 |
| 1.40 | 91° | 0.70 |
| 1.45 | 87° | 0.68 |
| 1.50 | 83° | 0.65 |
Коэффициент длины kL учитывает частоту изменений изгиба применяемого ремня. Он зависит от сечения и делительной длины ремня.
| РеменьSPZ | РеменьSPA | РеменьSPB | РеменьSPC | ||||
| LP | kL | LP | kL | LP | kL | LP | kL |
| 630 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000 2240 2500 2800 3150 3 550 - |
0.82 0.84 0.86 0.88 0.90 0.93 0.94 0.96 1.00 1.01 1.02 1.05 1.07 1.09 1.11 1.13 - |
800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000 2240 2500 2800 3150 3550 4000 4 500 - |
0.81 0.83 0.85 0.87 0.89 0.91 0.93 0.95 0.96 0.98 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.09 - |
1250 1400 1600 1800 2000 2240 2500 2800 3150 3550 4000 4500 5000 5600 6300 7100 8000 |
0.82 0.84 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10 1.12 1.14 |
2240 2500 2800 3150 3550 4000 4500 5000 5600 6300 7100 8000 9000 10000 11200 12 500 - |
0.83 0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10 1.12 1.14 - |
Ремень Z | Ремень А | Ремень В | Ремень 20 | ||||
| LP | kL | LP | kL | LP | kL | LP | kL |
424 449 474 494 524 554 584 624 654 704 734 824 924 1024 1144 1274 1424 1624 |
0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.99 1.00 1.03 1.06 1.08 1.11 1.14 1.17 |
662 742 832 932 1032 1152 1282 1432 1632 1732 1832 2032 2272 2532 2832 3182 4032 5032 |
0.81 0.82 0.85 0.87 0.89 0.91 0.93 0.96 0.99 1.00 1.01 1.03 1.06 1.09 1.11 1.13 1.20 1.25 |
942 1042 1142 1292 1442 1642 1842 2042 2282 2592 2842 3192 3592 4042 4542 5042 5642 6342 |
0.81 0.84 0.86 0.88 0.90 0.93 0.95 0.98 1.00 1.03 1.05 1.07 1.10 1.13 1.15 1.18 1.20 1.23 |
950 1050 1170 1300 1450 1650 2050 2300 2550 2850 3200 3600 4050 4550 5050 5650 6350 8050 |
0.77 0.79 0.80 0.82 0.84 0.87 0.91 0.93 0.96 0.98 1.00 1.03 1.06 1.08 1.12 1.14 1.18 1.24 |
Ремень С | Ремень 25 | Ремень D | Ремень E |
||||
LP | kL | LP | kL | LP | kL | LP | kL |
1461 1661 1861 2061 2301 2561 2861 3211 3611 3811 4061 4561 5061 5661 6361 7161 8061 10061 |
0.81 0.84 0.85 0.88 0.91 0.93 0.95 0.97 0.98 1.00 1.02 1.04 1.07 1.09 1.12 1.15 1.18 1.23 |
1314 1516 1864 2064 2304 2564 2864 3214 3614 4064 4S64 5064 5664 6364 7164 8064 10064 12564 |
0.76 0.79 0.82 0.84 0.86 0.88 0.91 0.93 0.95 0.98 1.00 1.03 1.05 1.08 1.11 1.13 1.19 1.25 |
3230 3630 4080 4580 5080 5680 6380 7180 7580 8080 8580 9080 9580 10080 11280 12580 14080 16080 |
0.86 0.89 0.91 0.93 0.96 0.98 1.00 1.03 1.05 1.06 1.07 1.08 1.10 1.11 1.14 1.17 1.20 1.22 |
4834 5084 5384 5684 6084 6384 6784 7184 7584 8084 8584 9084 9584 10084 11284 12584 14084 16084 |
0.91 0.92 0.94 0.95 0.96 0.97 0.99 1.00 1.01 1.02 1.03 1.05 1.06 1.07 1.10 1.12 1.15 1.18 |
Таблица 5. Номинальная мощность Nx переношена одним ремнем сечением SPZ(9,7x8)
Таблица 5. Номинальная мощность N1 переношена одним ремнем сечением SPA(12,7x10)
Формулы и обозначения для расчётов.
Для продления срока службы ременной передачи и предотвращения аварийных ситуаций рекомендуется:
- Регулярно проверять натяжение ремней — со временем ремни вытягиваются, и натяжение падает. Существуют как визуальные методы контроля (по прогибу ветви ремня под заданной нагрузкой), так и инструментальные (с помощью тензометров или специальных приборов).
- Контролировать соосность шкивов — перекос шкивов приводит к неравномерному износу ремня, его сползанию и преждевременному разрушению.
- Следить за состоянием рабочих поверхностей шкивов — износ канавок шкивов меняет профиль контакта с ремнём и снижает тяговую способность.
- Учитывать условия окружающей среды — высокая температура, запылённость, попадание масел или агрессивных жидкостей могут значительно сократить срок службы ремня. В таких условиях применяют ремни со специальными защитными покрытиями либо увеличивают запас прочности за счёт повышения коэффициентов в расчётах.
При использовании нескольких ремней в одной передаче важно учитывать, что на практике невозможно добиться абсолютно идентичных характеристик всех ремней (по длине, жёсткости, степени износа и т.п.). Из‑за этого нагрузка между ремнями распределяется неравномерно: одни ремни оказываются перегружены, другие — недогружены. Это снижает общий ресурс передачи и может привести к преждевременному выходу из строя отдельных ремней.
Чтобы компенсировать этот эффект и повысить надёжность, в расчётах применяют дополнительный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между ремнями. Кроме того, при числе ремней более 6–8 эффективность такой многоременной передачи заметно падает: усложняется монтаж, возрастает разброс параметров, а прирост передаваемой мощности становится непропорциональным количеству ремней. В таких случаях рациональнее перейти на ремень большего сечения либо использовать поликлиновую передачу.