Конструкции и материалы элементов клиноременных передач

Основные элементы клиноременных передач — клиновые ремни и шкивы.

В станкостроении и общем машиностроении применяют в основном двухшкивные передачи, в автомобильном и тракторном двигателестроении — передачи с тремя и более шкивами. Число ремней в передаче (и соответственно канавок шкива) составляет от одного до нескольких десятков.

Передача мощности от одного вала к другому в клиноременных передачах происходит благодаря силе трения между рабочими поверхностями ремня и канавок шкива. Ремень при работе заклинивается между рабочими поверхностями канавок шкива и за счет этого может передать без буксования значительно большее окружное усилие, чем плоский ремень, при той же величине натяжения.

В современных клиноременных передачах применяют клиновые ремни (рис. 1), состоящие из тягового (несущего) слоя, резины слоя сжатия, резины слоя растяжения и тканевой обертки. Несущий слой образуется либо одним рядом кордшнуров диаметром от 1 до 2,75 мм (рис. 1, а) и разрывным усилием 40—165 даН (ремни кордшнуровой конструкции), или несколькими слоями кордткани прочностью 130—240 даН (рис. 1, б).

Кордтканевые ремни имеют относительно большую продольную и поперечную жесткость, хорошо выдерживают кратковременные перегрузки, но из-за большой толщины тягового слоя имеют малую стойкость к многократному изгибу на шкивах. Они применяются в основном в передачах со шкивами относительно большого диаметра, в передачах, работающих с перегрузками и вибрациями, и в передачах вариаторов, где большая поперечная жесткость предохраняет ремни от выворачивания на шкиве.

Ремни кордшнуровой конструкции более гибки в сравнении с кордтканевыми, что позволяет использовать их в передачах со шкивами малых диаметров, высокими скоростями и большими передаточными отношениями. Для изготовления кордшнуров и кордтканей современных клиновых ремней применяют исключительно химические волокна — синтетические (анид, капрон, лавсан) и искусственные (вискоза). Синтетические волокна превосходят вискозные по прочности, изгибоустойчивости и стойкости к истиранию.

Вискозное волокно в сравнении с полиамидными (анид, капрон) отличается более высоким модулем упругости и меньшим остаточным удлинением. Наиболее удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к материалу несущего слоя, корд- шнуры из полиэфирных волокон (типа лавсан), но их широкое применение сдерживается технологическими трудностями. Для клиновых ремней, требующих минимальной вытяжки в процессе работы, используют кордшнуры из стеклянного волокна, имеющего большую прочность и теплостойкость, но малую устойчивость к многократному изгибу, что не дает пока возможности достигнуть высоких показателей надежности этих ремней.

Слой сжатия и растяжения ремня изготовляется из резины твердостью 654-80 ед. по Шору, изготовленной на основе синтетического каучука, в основном, хлоропренового (типа наирит). Иногда для повышения жесткости ремня в резину слоя сжатия добавляют (в количестве 2—25%) волокнистые наполнители: очесы ватина, отходы текстильного производства.

Для работы на шкивах малых диаметров изготовляют ремни зубчатой конструкции, причем зубья в резине слоя сжатия могут быть получены как формованием, так и нарезкой.

Снаружи клиновой ремень обернут одним-двумя слоями оберточной ткани, изготовляемой из хлопкового, синтетического волокна или их смеси (80% хлопка и 20% капрона).

Для особых условий работы изготовляют в относительно небольших количествах ремни специальных конструкций: шестигранные (сдвоенные клиновые), поликлиновые, с двусторонним зубом и т. д. [24].

Размеры клиновых ремней определены ГОСТ 5813—64 «Ремни вентиляторные клиновые и шкивы для двигателей тракторов и комбайнов», ГОСТ 1284—68 «Ремни приводные клиновые» и ГОСТ 10286—62 «Ремни приводные клиновые и шкивы для сельскохозяйственных машин».

Основным размером, определяющим сечение ремня, является расчетная ширина bр (см. рис. 1), примерно соответствующая ширине поперечного сечения ремня (находящегося под натяжением) на уровне нейтральной линии. Положение ее на шкивах определяет расчетные диаметры шкивов, скорость ремня и передаточное отношение передачи.

В табл. 1 и 2 указаны размеры сечения клиновых ремней.

Таблица 1 Размеры сечения клиновых вентиляторных ремней, мм (ГОСТ 5813—64)

Таблица 2 Размеры сечения клиновых приводных ремней, мм (ГОСТ 1284—68 и 10286—62)

В зависимости от соотношения между шириной верхнего основания bo и высотой h различают ремни нормальных сечений и узких. Для вариаторов изготовляют специальные широкие ремни, не охватываемые указанными выше стандартами.

Разработка узких клиновых ремней стала возможной после внедрения в производство химических волокон, в сравнении с хлопком более прочных и изгибоустойчивых. Узкие ремни могут передать ту же мощность при меньшей ширине поперечного сечения, что дает возможность уменьшить габариты передач. Узкие ремни широко применяются в автомобильном и тракторном двигателестроении, где обеспечивают значительно больший ресурс передачи, чем ремни нормальных сечений. Разработан и проходит промышленные испытания параметрический ряд узких клиновых ремней для промышленного оборудования.

Стандартами предусмотрен широкий диапазон длин ремней — от 400 до 18 000 мм с градацией по. ряду. предпочтительных чисел, что позволяет охватить практически все возможные значения межцентровых расстояний.

Шкивы клиноременных передач изготовляют в основном металлическими литыми из чугуна или штампованными из стального листа. Рабочие поверхности канавок подвергают механической обработке. Шероховатость рабочих поверхностей должна быть не ниже 6 класса (ГОСТ 2789—73).

В последнее время получают все большее распространение шкивы из пластмасс. Они дешевле и легче металлических, не подвергаются коррозии. Такие шкивы имеют однако существенные недостатки. Технология изготовления штампованных и литых пластмассовых шкивов не обеспечивает довольно жестких допусков на размеры канавок шкива и посадочных мест. Применение механической обработки снижает долговечность шкивов, так как при обработке снимается верхняя, наиболее прочная часть материала. Кроме того, пластмасса имеет меньшую теплопроводность, чем металл, и потому на поверхности контакта ремня со шкивом значительно повышается температура, что снижает долговечность ремня. Наконец, пластмассовые шкивы неэлектропроводны. Возникающее в процессе трения ремня и шкива статическое электричество накапливается на шкиве, что приводит к электрическим разрядам, недопустимым при работе во взрывоопасной среде.

Предпочтительные расчетные диаметры шкивов Dp и допускаемые отклонения по ГОСТ 1284—68 указаны в табл. 3. Под расчетным диаметром понимается диаметр цилиндра, по которому

Таблица 3 Предпочтительные расчетные диаметры Dp шкивов и предельные допустимые отклонения

Проходит расчетная длина ремня. Ширина канавки на ширине расчетного диаметра равна номинальной расчетной ширине ремня.
Размеры канавок шкива должны возможно более строго соответствовать размеру изогнутого на нем ремня и для каждого вида клиноременных передач устанавливаются соответствующим стандартом.

Особое значение имеет соблюдение размеров канавок и расчетного диаметра шкива для шкивов многоручьевых передач, так как отклонение размеров от номинальных ведет к нарушению равномерности распределения нагрузки между ремнями, а в некоторых случаях даже к возникновению замкнутого силового потока, когда часть ремней не только не воспринимает полезную нагрузку, но создает дополнительную нагрузку на остальные ремни.

Все шкивы, предназначенные для работы при скоростях ремня свыше 5 м/с, статически балансируются.