Зубчатые ремни

Ременная передача — один из наиболее эффективных приводов, обеспечивающих надежную связь между валами двигателя и исполнительного механизма. Зубчатый ремень работает в таком же режиме, как приводная цепь, но практически бесшумно. Прорезанные на ремне зубья входят в зацепление с впадинами на шкиве, что исключает проскальзывание привода, как случается с клиновидными ремнями. Это позволяет использовать ременную передачу в машинах, где требуется как большое усилие передачи энергии, так и точность положения ведущего и ведомого шкивов (например, в системах ГРМ автомобиля).

Ременная передача входит в число приводов, отличающихся наибольшей эффективностью, и также служит для обеспечения надёжной связи между валами двигателя и исполнительного механизма. Работа зубчатого ремня происходит в том же режиме, что и у приводной цепи, однако шума почти не вызывает. Проскальзывание привода исключается благодаря прорезанным на ремне зубьям, входящим в зацепление с впадинами на шкиве. Таким образом, появляется возможность применения ременной передачи в механизмах, нуждающихся в высокой точности положения шкивов и большого усилия передачи энергии

Зубчатые ремни долговечны, устойчивы к коррозии, хорошо выдерживают как переменную, так и постоянную нагрузку, а также не нуждаются в обслуживании. Ременная зубчатая передача применяется в различных механизмах. Причиной возникновения большого числа модификаций является работа ремней в большом диапазоне скоростей и нагрузок. Отличаться модификации могут по следующим признакам:

используемый материал;
длина;
параметрами зуба;
назначением;
направлением вращения;
наличием элементов для транспортировки сыпучих грузов;
допустимой скоростью перемещения.

Материалы изготовления

Материал тяги должен соответствовать определённым требованиям. Важно обращать внимание на такие характеристики как:

эластичность;
прочность;
твёрдость, требуемая для нарезки зуба;
стойкость к возгоранию ;
сохранение гибкости в широком температурном диапазоне;
сопротивление действию воды, растворителей, ультрафиолета и ГСМ.

Исходя из вышеперечисленных требований, наиболее подходящими будут полиуретан и резина.

Корды

Однако должная прочность и стойкость к растяжению не гарантируется самими материалами, что немаловажно для сохранения шага зуба. Армирование ремней происходит при помощи особой нитяной прослойкой, называющейся корд. Порядок расположения нитей не допускает деформации ремня в продольном, угловом и поперечном направлении, а также способствует снижению силы истирания.

Армирование ремней подразумевает использование разнообразных синтетических и натуральных нитей, не ухудшающие гибкость привода. К ним относятся:

арамид;
нейлон;
полиэстер;
стекловолокно;
углеволокно;
кевлар;
шёлк.

Для шкивов значительного диаметра, испытывающих большие нагрузки, используются ремни, корд которых выполнен из стали. Их гибкость слабее, однако, они имеют значительно большую прочность, по сравнению с приводами с нитяным армированием (редким могут встречаться синтетические материалы, в отношении своей прочности, немного уступающие стали).

При рассмотрении структуры ремня, можно прийти к тому, что корд является главным слоем. Сама структура ремня представляет собой три следующих слоя:

массив ремня;
корд;
рабочая поверхность.

Соединение слоёв происходит в процессе вулканизации, из-за чего границы между ними не наблюдается, по этой причине качественные зубчатые ремни не расслаиваются при критических нагрузках. Прочность ремень приобретает за счёт несущего слоя в качестве которого выступает корд.

Профиль

Помимо силы зацепления шкива и ремня от формы зуба зависит скорость вращения. Распределение нагрузки, которой подвергается зуб, должно происходить равномерно на корд и массив материала, что увеличивает долговечность работы и уменьшает риск разрыва. К наиболее используемым профилям зуба относятся:

полукруглый;
криволинейный;
трапециевидный.

Сильными сторонами полукруглого профиля являются его гибкость, хорошее распределение нагрузки и меньшая шумность. Также ремень с полукруглым профилем зуба способен выдерживать большие рабочие нагрузки в стабильном и периодическом режимах, с возможной разницей до 40%.

В промежутке между полукруглым и трапециевидным профилями свою позицию занимают ремни криволинейного профиля. Технические возможности и сложность производства средние, однако, разницу можно ощутить лишь при работе с приводом имеющим зубья примерно равных размеров. При варьировании профиль и шаг ремней, существует возможность получения почти идентичных результатов.

Трапециевидный зуб позволяет обеспечить хороший контакт со шкивом и минимальные потери передачи усилия. Неравномерное распределение нагрузки на несущую часть выступает ощутимым недостатком. Большие скорости вращения зачастую приводят к появлению вибраций, неблагоприятных для работы точных механизмов. ISO предусматривают такие профиля ременного привода как:

BM – полукруглый с желобком для снижения шума;
С – трапецеидальный;
LT- трапецеидальный с закругленным ребром;
R – полукруглый.

При осуществлении выбора ремня для автомобиля или другого механизма зарубежного производства нужно учитывать различие между гибким приводом по ГОСТ и выполненным в соответствии с европейским и американским стандартами. В большинстве случаев даже самые небольшие различия в профиле, модуле или шаге могут привести к серьёзным поломкам, что в особенности касается двигателей внутреннего сгорания и высокодобротных механизмов.

Шаг и модуль

Шаг ремня является одним из основных параметров привода и показывает расстояние между центрами соседних зубьев. Соответствие шага ремня профилю шкива должно быть идеальным. Так зуб полностью зайдёт во впадину на шкиве и примет нагрузку всей своей площадью. Равномерная передача усилия на основание поможет исключить как возможность проскальзывания, так и разрыва привода.

От шага зуба зависит и установление приведённой удельной силы, или тяговой возможности ремня, являющейся величиной силы, приходящейся на 1 мм ширины привода. К примеру, для ремня шагом 7 мм приведённая сила равна 32 Н/мм. Важность ширины ремня состоит в том, что при её увеличении увеличивается и нагрузка, которую этот ремень сможет выдержать. В случае, когда дело доходит до приобретения ремня следует учесть, что на маркировке может быть указана либо дюймовая, либо метрическая система измерения.

Открытые ремни

К открытым зубчатым ремням относятся приводы идентичные бесконечным, соединённым в замкнутую окружность, по всем параметрам, кроме длины. Продажа конечных ремней происходит в бухтах, которые самостоятельно соединяются на механизме привода. Что того, чтобы производить монтаж выпускаются специальные пластины для фиксации. Профиль и шаг зуба открытых и бесконечных ремней не имеет отличий, благодаря чему их использование становится возможным на стандартных шкивах.

Выгода бесконечных ремней заключается в том, что благодаря ним можно оснастить линейные приводы, а шкивы в этих приводах находятся на расстоянии значительно большем, чем размеры базовых конечных ремней.

Замкнутые ремни

Выпуск замкнутых ремней из полиуретана имеет широкий размерный диапазон. Крайне важно правильно осуществить стыковку концов зубчатой ленты. В условиях завода для того, чтобы произвести фиксацию прибегают к использованию сособых стыковых механизмов. В ходе подготовки ленту разрезают по торцам в виде зубчатого профиля и производят совмещение выступов одного среза со впадинами выступа, находящегося напротив. Ответные части должны полностью соответствовать друг другу.

Пройдя совмещение полиуретановая лента направляется в нагревательную камеру станка, где полимер становится мягче и плотно, без деформации приводных зубьев, сжимается. По прохождению охлаждения стык будет почти не виден. Большим недостатком представленного способа соединения является тот факт, что ткань корда остаётся разорванной, из-за чего прочность ремня значительно снижается. В спецификации привода указывается предельно допустимое усилие натяжения.

Замкнутые бесшовные ремни

Резиновые и полиуретановые ремни, бесшовные ремни, не имеют недостатка прочности, свойственного варианту, представленному выше. При соединении тела ремня, происходит спайка корда. Такие ремни имеют более сложную технологию производства, так изготовление корда происходит на ткацком оборудовании в виде рукава указанного диаметра. После этого происходит покрытие основы резиновой смесью и вулканизация, а в альтернативном случае осуществляется заполнение полиуретаном. В обоих случаях происходит формирование зубчатой части профиля.

Нарезка ремней по ширине ремни происходит как на заводе и соответствует ГОСТ (или ISO), альтернативным вариантов является поставка заказчику в виде рукава. Нарезка на месте происходит по мере надобности, что зависит от особенностей оборудования, где предполагается использование привода. Исполнение бесшовных гибких тяг:

мягкие (эластичные);
полуэластичые;
полужёсткие;
жёсткие.

Нередко, с целью повышения прочности и устойчивости к износу, производят покрытие полос слоем силикона или термопласта

Функциональные различия

Использование зубчатых ременных приводов распространено во многих сферах промышленности и техники, включая высокоточные механизмы. Этим показывает важность классифицирования ремней по назначению.

Протяжные ремни

К протяжным зубчатым ремням относятся ремни, для передачи усилия и транспортировки определённых материалов. Отличием от стандартных приводных выступают:

наличие специального покрытия на поверхности;
профилированием внешней стороны;
перфорация, проточки, выступы на зубчатой и наружной частях.

Внешнюю поверхность покрывают такими веществами как: кожа, полиуретан, резина, красная мягкая резина Linatex, поливинилхлорид. Покрытие позволяет исключить возможное растяжение и проскальзывание ремня, улучшает защиту от химических реагентов, увеличивает стойкость к температурам и защищает от влаги и пыли.

На поверхности протяжных ремней возможно формирование перегородок, поперечной и продольной проточек, зубчатого или конического рельефа. В целях обеспечения захвата транспортирующих веществ или улучшения характеристик ремня осуществляется механическая обработка.

Транспортирующие ремни с бесшовным покрытием

Зачастую для этого типа ремней используется полиуретан и сплошное наружное покрытие в виде бесшовного полимерного слоя. Эластичные полимеры, используемые в качестве покрытия, могут выделяться высоким коэффициентом трения к перемещаемому материалу. Применение транспортирующих зубчатых ремней с бесшовным покрытием нашли в упаковочном оборудовании транспортных и технологических линиях, . Главные достоинства таких ремней, это отсутствие швов, хорошая гибкость и небольшой вес.

Транспортирующие ремни с перегородками

К данному типу зубчатых ремней относятся специализированные ремни, использующиеся для чёткого позиционирования деталей транспортируемых в ходе упаковки или производства . Нередко находят применение в станках с ЧПУ. Внешняя часть ремня покрыта перегородками, выступами или захватами другого рода, по размеру в точности соответствующими конкретному виду изделий. Выпуск ремней осуществляется с фиксированными литыми или фрезерованными перегородками и сменными, закрепляемыми при помощи особых планок.

Различия по расположению зубьев

Конфигурация зубьев может зависеть от множества параметров, к которым относятся : форма шкива, производство тяги, требования по надёжности передачи усилия, точности позиционирования и центровки, силе тяги. Виды конфигураций:

шевронной;
прямой;
со смещением;
комковатой;
косой.

Ремень с особой формой зуба может устанавливаться лишь в том случае, если шкивы обладают необходимой нарезкой поверхности.

Стандартные ремни с прямым расположением зубьев

Считаются самым востребованным видом, зубья стандартных зубчатых ремней с прямым расположением зубов имеют вид параллельных выступов, располагающихся по всей ширине ремня. Если несколько ослабить привод, то это может привести к соскальзыванию ремня со шкива, из-за чего возможен неравномерный износ, или обрыв. Для предупреждения подобных ситуаций, в схеме привода применены особые шкивы с доковыми дисками, выступающими над плоскостью зубчатой нарезки. Ограничение бокового смещения ремня происходит благодаря дискам (или же ребордам) , а избыточная сила трения в этом случае не создаётся. Нанесение вреда полосе ребордой имеет место лишь в тех случаях, когда соосность шкивов и натяжных роликов нарушена.

Самоцентрирующиеся ремни

Работа значительной части технических устройств сильно зависит от точного позиционирования привода. Для этого выбираются самоцентрирующиеся ремни, как правило, с шевронным зубом. Распределение нагрузки происходит так, что ремень всё время занимает позицию в центре, чётко по осевой линии. К использованию шкивов с ребордами в этом случае не прибегают, однако очень важно точно подобрать контактные пары.

Зубчатые ролики и шкивы

В комплект зубчато-ременного привода входят ролики и шкивы. На вал двигателя или редуктора насаживается ведущий шкив, затем входит в зацепление с ремнем, осуществив передачу на него приводного усилия. Ведомый шкив соединен с валом исполнительного механизма, приводимого им в действие. От условий к изменению скорости вращения и коэффициенту передачи тяги необходимых для соблюдения зависит то, как будут отличаться размеры шкивов. Однако, на обоих шкивах шаг и профиль зубьев должны в точности отвечать характеристикам приводного ремня

Глубина впадин на шкиве должна находиться на уровне нейтральной части зуба ремня, что именуется как делительная окружность. Максимальный диаметр шкива соответствует глубине впадины на насечке гибкой тяги. Благодаря этому разделению получается исключить возможность повышенного сопротивления, возникающего вследствие воздействия сил трения, при этом обеспечив захват исключительно рабочих поверхностей зубьев.

Чтобы исключить соскальзывание ремня на шкив, его можно оборудовать одним или двумя боковыми дисками. Так ширина ремня должна в точности подходить спецификации механизма. Производство большей части шкивов происходит в соответствии с конкретными стандартами и найти для них тягу несложно. Однако существуют и шкивы, создававшиеся под определённый вид ремня, как правило, выпуском подобной пары занимается один производитель, что характерно для оборудования и техники премиум сегмента.

Для множества приводов характерно, когда одна тяга задействует группу шкивов, вращающих валы отдельных синхронно работающих узлов механизма. Примером тому может стать автомобильный двигатель, в нём один привод осуществляет передачу усилия на газораспределительный механизм, помпу системы охлаждения и кондиционер, или другой агрегат. В качестве материала для изготовления шкивов чаще всего используются сталь, чугун, алюминий, менее распространено использование цветных металлов, к числу которых относятся латунь, медь, титан.

Ролики

Роликами называются детали передачи, служащие для натяжения и направления движения ремня . Большая часть роликов имеет гладкую рабочую поверхность, однако иногда можно встретить и зубчатые варианты. Монтируют ролик на подшипнике, оборудуют натяжной пружиной, или осуществляют жёсткую фиксацию на кронштейне. Ключевая задача ролика состоит в том, чтобы придать ремню нужное натяжение и направление, исключив при этом излишнее сопротивления, последствиями которого могут стать перегрев тяги и разрыв.

Натяжение

Эффективность и надёжность работы системы ременно-зубчатого привода возможна лишь тогда, когда натяжение ремня осуществляется равномерно и постоянно. В результате этого получается оптимальное зацепление зубьев шкива и тяги, а проскальзывание исключается. Для натяжения применяют кинематические схемы подразумевающие:

смещение одного из шкивов или роликов;
использование специальных пружинных натяжителей;
ручное изменение длины ремня;
использование силы тяжести — таким образом, один из узлов будет свободно висеть на ремне, натягивая его.

Если натяжение привода осуществляется должным образом, то благодаря этому получается добиться максимального КПД и выработки полного ресурса, предусмотренного производителем.