Передаваемая мощность силовых
ременных передач практически достигает
50 кВт, хотя известны плоскоременные передачи
мощностью и 1500 кВт. Скорость ремня v = 5 - 30 м/с (в сверхскоростных
передачах v = 100 м/с). В механических
приводах ременная передача используется
чаще всего как понижающая передача. Максимальное
передаточное отношение Umax = 5 – 6 для
передач без натяжного ролика и Umax = 6 – 10 для
передач с натяжным роликом, допускают
кратковременную перегрузку до 200%.
Достоинства:
- возможность расположения ведущего
и ведомого шкивов на больших расстояниях
(более 15 метров) (что важно, например, для
сельскохозяйственного машиностроения);
- плавность хода, бесшумность
работы передачи, обусловленные
эластичностью ремня;
- малая чувствительность
к толчкам и ударам, а также к
перегрузкам, способность пробуксовывать;
- возможность работы с
большими угловыми скоростями;
- предохранение механизмов
от резких колебаний нагрузки вследствие
упругости ремня;
- возможность работы при
высоких оборотах;
- простота конструкции
и дешевизна.
Недостатки:
- непостоянство передаточного числа вследствие проскальзывания
ремней;
- постепенное вытягивание
ремней, их недолговечность;
- необходимость постоянного
ухода (установка и натяжение
ремней, их перешивка и замена
при обрыве и т. п.);
- сравнительно большие
габаритные размеры передачи;
- высокие нагрузки на
валы и опоры из-за натяжения
ремня;
- опасность попадания
масла на ремень;
- малая долговечность
при больших скоростях (в пределах
от 1000 до 5000 ч);
- необходимость натяжного
устройства.
Цепные передачи.
Общие сведения
Передачу механической энергии
между параллельными валами, осуществляемую
с помощью двух колес — звездочек 1 и 2 и
охватывающей их цепи 3, называют цепной
передачей (рис. 5). Служат для передачи вращения
между удаленными друг от друга параллельными
валами.
Рисунок 5. Цепная передача: 1 — ведущая звездочка; 2 — ведомая звездочка;3 — цепь; 4 — натяжное
устройство
Цепная передача, как и ременная,
принадлежит к числу передач с гибкой
связью. Гибким звеном в этом случае является
цепь, входящая в зацепление с зубьями
звездочек. Цепь состоит из соединенных
шарнирами звеньев, которые обеспечивают
подвижность или «гибкость» цепи. Зацепление
обеспечивает ряд преимуществ по сравнению
с ременной передачей.
Цепную передачу можно классифицировать
как передачу зацеплением с гибкой связью (ременная —
трением с гибкой связью). Зацепление позволяет
обойтись без предварительного натяжения
цепи. В конструкции цепных передач для
компенсирования удлинения цепи при вытяжке
и обеспечения эксплуатационной стрелы
провисания f ведомой ветви
иногда предусматривают специальные натяжные
устройства (см. рис.5). Кроме перечисленных
основных элементов, цепные передачи включают
смазочные устройства и ограждения.
Угол обхвата звездочки цепью
не имеет такого решающего значения, как
угол обхвата шкива ремнем в ременной
передаче.
Цепные передачи можно использовать
как при больших, так и при малых межосевых
расстояниях. Они могут передавать мощность
от одного ведущего звена 1 нескольким
звездочкам 2 (рис.2).
Рисунок 5. Схема многозвенной
передачи: 1 — ведущая звездочка; 2 — три ведомых
звездочки
Рисунок 6. Многозвенная передача
Классификация
Цепные передачи разделяют
по следующим основным признакам:
По типу цепей: с роликовыми ; с втулочными
; с зубчатыми.
По числу рядов роликовые цепи
делят на однорядные и многорядные
По числу ведомых звездочек: нормальные двухзвенные;
специальные — многозвенные.
По расположению звездочек:
горизонтальные; наклонные; вертикальные.
5. По способу регулирования провисания
цепи: с натяжным устройством; с натяжной
звездочкой.
6. По конструктивному исполнению: открытые,
закрытые.
Рисунок 7. Установка с цепной
передачей
Достоинства и недостатки
Достоинства:
- большая прочность стальной
цепи по сравнению с ремнем позволяет
передать цепью большие нагрузки с постоянным
передаточным числом и при значительно
меньшем межосевом расстоянии (передача
более компактна);
- возможность передачи
движения одной цепью нескольким
звездочкам;
- по сравнению с зубчатыми
передачами — возможность передачи
вращательного движения на большие расстояния
(до 7 м);
- меньшая, чем в ременных
передачах, нагрузка на валы;
- сравнительно высокий
КПД (
>> 0,9 ÷ 0,98);
- отсутствие скольжения;
- малые силы, действующие на
валы, так как нет необходимости в большом
начальном натяжении;
- возможность легкой замены
цепи.
Недостатки:
- сравнительно высокая
стоимость цепей;
- невозможность использования
передачи при реверсировании
без остановки;
- передачи требуют установки
на картерах;
- сложность подвода смазочного
материала к шарнирам цепи;
- скорость движения цепи,
особенно при малых числах
зубьев звездочек, не постоянна,
что вызывает колебания передаточного
отношения. Основной причиной этого недостатка
является то, что цепь состоит из отдельных
звеньев и располагается на звездочке
не по окружности, а по многоугольнику.
В связи с этим скорость цепи при равномерном
вращении звездочки не постоянна. На рис.
8 показаны скорости шарниров цепи и зубьев
звездочки. В данный момент, когда шарнир А находится в
зацеплении, скорость шарнира
и окружная скорость звездочки
в точке, совпадающей с центром, шарнира, равны.
Разложим эту скорость на две составляющие:
направленную вдоль ветви цепи, и
перпендикулярную к цепи. Движение ведомой
звездочки определяется скоростью
. Поскольку величина угла
изменяется в пределах от
(момент входа в зацепление шарнира А) до
(момент входа в зацепление шарнира В), то изменяется и
скорость
, а это является причиной непостоянства
передаточного отношения i и дополнительных
динамических нагрузок в передаче.
- повышенный шум, особенно
на высоких скоростях, вследствие
удара звена цепи при входе
в зацепление и дополнительные динамические
нагрузки из-за многогранности звездочек; Со
скоростью
связаны поперечные колебания ветвей
цепи. В момент входа в зацепление шарнира В с зубом С вертикальные
составляющие их скоростей
и
, направлены навстречу друг другу, соприкосновение
шарнира с зубом сопровождается ударом.
Последовательные удары являются причиной
шума передачи и paзpyшения шарниров цепи
и зубьев звездочек. Для ограничения вредного
влияния ударов выработаны рекомендации
по выбору шага цепи в зависимости от частоты
вращения ведущей звездочки.
- они работают в условиях отсутствия
жидкостного трения в шарнирах и, следовательно,
с неизбежным их износом, существенным
при плохом смазывании и попадании пыли
и грязи. За один пробег в каждом шарнире
совершаются четыре поворота: два на ведущей
и два на ведомой звездочках. Эти повороты
вызывают износ втулок и валиков шарниров.
Износ цепи и зубьев звездочек связан
и с перемещением шарниров по профилю
зуба в процессе зацепления. Это приводит
к вытягиванию цепи, для устранения последствий
которого требуется применение натяжных
устройств. Для уменьшения износа необходимо
следить за удовлетворительной смазкой
шарниров.
- они требуют более высокой
точности установки валов, чем клиноременные
передачи, во избежание соскакивания цепи
со звездочки и более сложного ухода —
смазывания, регулировки.
Основным недостатком цепной
передачи по сравнению с ременной при
использовании в данной машине, является
отсутствие проскальзывания. В аварийных
ситуациях на рабочих органах машины (затор
бутылок на поворотных звёздах вследствие
нарушения центрации) могут возникнуть
большие напряжения которые могут привести
к выходу из строя привода. Так же при больших
скоростях цепные передачи являются дополнительным
источником шума. Использование ременной
передачи позволит уменьшить вероятность
выхода из строя привода машины а так же
снизить уровень шума.
РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
3.1.1. Исходные данные для
проектирования
Исходными данными для проектировочного
расчета являются значения чисел оборотов приводного электродвигателя
АИРС80-2S2У3 ГОСТ 19523-81 и исполнительного устройства
Передаточное отношение рассчитываемого
привода
С учетом рекомендуемого значения
передаточного отношения для ременных
передач принимаем
тогда для редуктора передаточное отношение
составит
Принимаем передаточное отношение
для первой (быстроходной) ступени
тогда передаточное отношение
второй ступени составит
Для дальнейших расчетов передаваемых
мощностей и крутящих моментов с учетом
промежуточных механических потерь необходимо
задаться значениями коэффициентов полезного
действия:
– к.п.д. ременной передачи;
– к.п.д. муфты;
– к.п.д. подшипников;
– к.п.д. зубчатой пары.
Частота вращения входного
(ведущего) вала редуктора
Частота вращения промежуточного
вала
Частота вращения выходного
(ведомого) вала
Крутящий момент на двигателе
Крутящий момент на промежуточном
валу
Крутящий момент на выходном
валу
3.1.2. Проектирование ременной
передачи
Расчетный диаметр ведущего
шкива для резинотканевых и капроновых
с полиамидным покрытием ремней
где - мощность
на валу шкива.
В соответствии с рекомендациями
ГОСТ 17383-73 принимаем
Тогда диаметр большего шкива
Окружная скорость ремня на
шкиве
Минимальное расстояние между
осями шкивов
Длина ремня составит
Принимаем по ОСТ 1769-84 ближайшее
стандартное значение и пересчитаем межосевое
расстояние
Угол обхвата на меньшем шкиве
составит
Допускаемое окружное усилие
на ремне определяется по зависимости
,
где
номинальное
удельное окружное усилие [2],
коэффициент,
учитывающий вид передачи,
коэффициент,
учитывающий угол обхвата ,
коэффициент,
учитывающий режим работы,
коэффициент,
учитывающий влияние центробежных
сил.
Минимальная ширина ремня
По рекомендациям справочной
литературы [2] принимаем
толщина резинотканевого ремня
для шкива диаметром 100 мм с двумя кордовыми
прокладками принимается равной
Усилие предварительного натяжения
ремня
где коэффициент тяги для резинотканевых
ремней.
Сила, нагружающая валы передачи
- Расчет цилиндрической зубчатой передачи
- Материалы зубчатых колёс
Основным материалом для изготовления
зубчатых колёс служат термически обрабатываемые
стали. По сравнению с другими материалами
они в наибольшей степени обеспечивают
контактную прочность и прочность зубьев
на изгиб.
В зависимости от твёрдости
стальные зубчатые колёса разделяют на
две группы: твёрдостью HB (с объёмной
закалкой, закалкой токами высокой частоты,
цементацией, азотированием); твёрдостью HB (зубчатые
колёса нормализованные или улучшенные).
Данные о материалах представлены
в таблице 1
Элемент передачи |
Марка
стали |
Термообработка |
Твёрдость сердцевины НВ, МПа |
Шестерня |
45Х |
Улучшение |
260 |
Колесо зубчатое |
35ХM |
Улучшение |
240 |
Таблица 1. Механические
характеристики материалов зубчатых колёс
- Определение геометрических и кинематических параметров быстроходной ступени редуктора.
Допускаемые контактные напряжения 1 для шестерни
и 2 для колеса определяют
по общей зависимости (но с подстановкой
соответствующих параметров для шестерни
и колеса), учитывая влияние на контактную
прочность долговечности (ресурса), шероховатости
сопрягаемых поверхностей зубьев и окружной
скорости:
где 70
- предел контактной усталости поверхностей
зубьев соответствующий базовому числу
циклов напряжений шестерни или колеса,
МПа,
–
твёрдость материала шестерни/колеса;
;
;
– коэффициент
долговечности, рассчитанный для шестерни
и колеса по зависимости
- базовое
число циклов напряжений, соответствующее
пределу выносливости материала
шестерни и колеса соответственно:
–
суммарное число циклов напряжения
шестерни и колеса соответственно:
,
,
где и – частоты вращения
входного и промежуточного валов, об/мин, ч — ресурс работы
редуктора, число зацеплений зуба
за один оборот, коэффициент приведения
нагрузки для режима Н 1,000.
Показатель степени кривой
усталости для
– коэффициент
запаса прочности для зубчатых
колёс с однородной структурой
материала;
– коэффициент,
учитывающий влияние исходной
шероховатости сопряжённых поверхностей
зубьев (можно принять ;
– коэффициент,
учитывающий влияние окружной
скорости , причём меньшие его значения
соответствуют более низким окружным
скоростям. Ориентировочное значение
окружной скорости
(3.27)
Так как принимается для
дальнейших расчётов
– коэффициент,
учитывающий влияние смазочного
материала.
– коэффициент,
учитывающий размер зубчатого
колеса.
Тогда по зависимости (4.25)
Для цилиндрических передач
с прямыми зубьями допускаемое напряжение
равно меньшему из допускаемых напряжений
шестерни и колеса