какое должно быть минимальное соотношение диаметра огибаемого шкива ролика

Расчет диаметра шкивов

Ременная передача передает крутящий момент с ведущего вала на ведомый. В зависимости от передаточного числа она может повышать или понижать обороты. Передаточное число зависит от соотношения диаметров шкивов — приводных колес, связанных ремнем. При расчете параметров привода нужно также учитывать мощность на ведущем валу, скорость его вращения и общие габариты устройства.

Устройство ременной передачи, ее характеристики

Ременная передача представляет собой пару шкивов, соединенных бесконечным закольцованным ремнем. Эти приводные колеса, как правило, располагают в одной плоскости, а оси делают параллельными, при этом приводные колеса вращаются в одном направлении. Плоские (или круглые) ремни позволяют изменять направление вращения за счет перекрещивания, а взаимное расположение осей- за счет использования дополнительных пассивных роликов. При этом теряется часть мощности.

Клиноременные приводы за счет клиновидной формы поперечного сечения ремня позволяют увеличить площадь зацепления его со шкивом ременной передачи. На нем делается канавка по форме клина.

Зубчатоременные приводы имеют зубцы равного шага и профиля на внутренней стороне ремня и на поверхности обода. Они не проскальзывают, позволяя передавать большую мощность.

Для расчета привода важны следующие основные параметры:

Вычисления обычно проводят в несколько этапов.

Основные диаметры

Для расчета параметров шкивов, а также привода в целом, применяются различные значения диаметров, так, для шкива клиноременной передачи используются:

Для вычисления передаточного числа используется расчетный диаметр, а наружный-для расчета габаритов привода при компоновке механизма.

Для зубчатоременной передачи D_расч отличается от D_нар на высоту зубца_.
Передаточное число также рассчитывается, исходя из значения D_расч.

Для расчета плоскоременного привода, особенно при большом размере обода относительно толщины профиля, часто принимают D_расч равным наружному_.

Расчет диаметра шкива

Вначале следует определить передаточное число, исходя из заложенной скорости вращения ведущего вала n1 и потребной скорости вращения ведомого вала n2/ Оно будет равно:

Если уже имеется в наличии готовый двигатель с приводным колесом, расчет диаметра шкива по передаточному отношению i проводится по формуле:

Если же механизм проектируется с нуля, то теоретически подойдет любая пара приводных колес, удовлетворяющих условию:

На практике расчет ведущего колеса проводят, исходя из:

Окончательный расчет диаметра окончательно уточняют по результату габаритных и мощностных оценок.

Источник

Расчет диаметра шкива клиноременной передачи

как правильно рассчитать диаметры шкивов, чтобы ножевой вал деревообрабатывающего станка вращался со скоростью 3000…3500 оборотов в минуту. Частота вращения электрического двигателя 1410 оборотов в минуту (двигатель трехфазный, но будет включен в однофазную сеть (220 В) с помощью системы конденсаторов. Ремень клиновой.

Диаметр шкива, в зависимости от частоты вращения вала и линейной скорости шкива, определяют по формуле:

где D1 — диаметр шкива, мм; V — линейная скорость шкива, м/с; n — частота вращения вала, об/мин.

Легко подсчитать, что для шкива на валу электродвигателя с частотой вращения 1400 об/мин, минимальный диаметр шкива (повышающая передача) при линейной скорости ремня 10 м/с составит около 136 мм.

Диаметр ведомого шкива вычисляют по следующей формуле:

где D1 и D2 — диаметры ведущего и ведомого шкивов, мм; ε — коэффициент скольжения ремня, равный 0,007…0,02; n1 и n2 — частота вращения ведущего и ведомого валов, об/мин.

Так как значение коэффициента скольжения весьма мало, то поправку на скольжение можно и не учитывать, то есть вышестоящая формула приобретет более простой вид:

Минимальное расстояние между осями шкивов (минимальное межцентровое расстояние) составляет:

где Lmin — минимальное межцентровое расстояние, мм; D1 и D2 — диаметры шкивов, мм; h — высота профиля ремня.

Чем меньше межцентровое расстояние, тем сильнее изгибается ремень при работе и тем меньше срок его службы. Целесообразно принимать межцентровое расстояние больше минимального значения Lmin, причем делают его тем больше, чем ближе значение передаточного отношения к единице. Но во избежание чрезмерной вибрации применять очень длинные ремни не следует. Кстати, максимальное межцентровое расстояние Lmax легко вычислить по формуле:

Lmax

Источник

Какое должно быть минимальное соотношение диаметра огибаемого шкива ролика

Работы по переборке электродвигателя подходят к завершению. Приступаем к расчёту шкивов ремённой передачи станка. Немного терминологии по ремённой передаче.

Главными исходными данными у нас будут три значения. Первое значение это скорость вращения ротора (вала) электродвигателя 2790 оборотов в минуту. Второе и третье это скорости, которые необходимо получить на вторичном валу. Нас интересует два номинала 1800 и 3500 оборотов в минуту. Следовательно, будем делать шкив двухступенчатый.

Заметка! Для пуска трёхфазного электродвигателя мы будем использовать частотный преобразователь поэтому расчётные скорости вращения будут достоверными. В случае если пуск двигателя осуществляется при помощи конденсаторов, то значения скорости вращения ротора будут отличаться от номинального в меньшую сторону. И на этом этапе есть возможность свести погрешность к минимуму, внеся поправки. Но для этого придётся запустить двигатель, воспользоваться тахометром и замерить текущую скорость вращения вала.

Наши цели определены, переходим выбору типа ремня и к основному расчёту. Для каждого из выпускаемых ремней, не зависимо от типа (клиноременный, поликлиновидный или другой) есть ряд ключевых характеристик. Которые определяют рациональность применения в той или иной конструкции. Идеальным вариантом для большинства проектов будет использование поликлиновидного ремня. Название поликлиновидный получил за счет своей конфигурации, она типа длинных замкнутых борозд, расположенных по всей длине. Названия ремня происходит от греческого слова «поли», что означает множество. Эти борозды ещё называют по другому – рёбра или ручьи. Количество их может быть от трёх до двадцати.

Поликлиновидный ремень перед клиноременным имеет массу достоинств, таких как:

Принимая во внимание все достоинства поликлиновидных ремней, мы будем использовать именно этот тип в наших конструкциях. Ниже приведена таблица пяти основных сечений самых распространённых поликлиновидных ремней (PH, PJ, PK, PL, PM).

Рисунок схематичного обозначения элементов поликлиновидного ремня в разрезе.

Как для ремня, так и для ответного шкива имеется соответствующая таблица с характеристиками для изготовления шкивов.

Минимальный радиус шкива задаётся не спроста, этот параметр регулирует срок службы ремня. Лучше всего будет если немного отступить от минимального диаметра в большую сторону. Для конкретной задачи мы выбрали самый распространённый ремень типа «РК». Минимальный радиус для данного типа ремней составляет 45 миллиметров. Учтя это, мы будем отталкиваться ещё и от диаметров имеющихся заготовок. В нашем случае имеются заготовки диаметром 100 и 80 миллиметров. Под них и будем подгонять диаметры шкивов.

Начинаем расчёт. Приведём ещё раз наши исходные данные и обозначим цели. Скорость вращения вала электродвигателя 2790 оборотов в минуту. Ремень поликлиновидный типа «РК». Минимальный диаметр шкива, который регламентируется для него, составляет 45 миллиметров, высота нейтрального слоя 1,5 миллиметра. Нам нужно определить оптимальные диаметры шкивов с учётом необходимых скоростей. Первая скорость вторичного вала 1800 оборотов в минуту, вторая скорость 3500 оборотов в минуту. Следовательно, у нас получается две пары шкивов: первая 2790 на 1800 оборотов в минуту, и вторая 2790 на 3500. Первым делом найдём передаточное отношение каждой из пар.

Формула для определения передаточного отношения:

Первая пара 2790 / 1800 = 1.55
Вторая пара 2790 / 3500 = 0.797

Далее по следующей формуле определяем диаметр большего шкива:

D2 = 45×1.55 + 2×1.5x(1.55 – 1) = 71.4 мм

Для удобства расчётов и подбора оптимальных диаметров шкивов можно использовать онлайн калькулятор.

Инструкция как пользоваться калькулятором. Для начала определимся с единицами измерений. Все параметры кроме скорости указываем в милиметрах, скорость указываем в оборотах в минуту. В поле «Нейтральный слой ремня» вводим параметр из таблицы выше столбец «PК». Вводим значение h0 равным 1,5 миллиметра. В следующем поле задаём скорость вращения валя электродвигателя 2790 оборотов в минуту. В поле диаметр шкива электродвигателя вводим значение минимально регламентируемое для конкретного типа ремня, в нашем случае это 45 миллиметров. Далее вводим параметр скорости, с которым мы хотим, чтобы вращался ведомый вал. В нашем случае это значение 1800 оборотов в минуту. Теперь остаётся нажать кнопку «Рассчитать». Диаметр ответного шкива мы получим соответствующем в поле, и оно составляет 71.4 миллиметра.

Примечание: Если необходимо выполнить оценочный расчёт для плоского ремня или клиновидного, то значением нейтрального слоя ремня можно пренебречь, выставив в поле «ho» значение «0».

Теперь мы можем (если это нужно или требуется) увеличить диаметры шкивов. К примеру, это может понадобится для увеличения срока службы приводного ремня или увеличить коэффициент сцепления пара ремень-шкив. Также большие шкивы иногда делают намеренно для выполнения функции маховика. Но мы сейчас хотим максимально вписаться в заготовки (у нас имеются заготовки диаметром 100 и 80 миллиметров) и соответственно подберём для себя оптимальные размеры шкивов. После нескольких переборов значений мы остановились на следующих диаметрах D1 – 60 миллиметров и D2 – 94,5 миллиметров для первой пары.

D2 = 60×1.55 + 2×1.5x(1.55 – 1) = 94.65 мм

Для второй пары D1 – 75 миллиметров и D2 – 60 миллиметров.

D2 = 75×0.797 + 2×1.5x(0.797 – 1) = 59.18 мм

Далее мы приступаем к изготовлению шкивов. Всем удачной работы!

Дополнительная информация по шкивам:

Мы начали первые экспиременты и уже подготовили первую часть материала: Тест ремённого привода. Поликлиновидный ремень. Так же выпустили обучающий короткометражный видеофильм.

Источник

Требования к шкивам

Дата публикации 24 Dec 2013

Минимально допустимые диаметры шкивов, как правило, указываются в нормативной документации на ремни и назначаются из условия обеспечения заданного ресурса ремней, оговоренного в нормативной документации на соответствующий тип ремней.

Величина рабочего диаметра шкива, с которым входит в контакт ремень, влияет на напряжения, развивающиеся в ремне при изгибе на шкиве. Эти напряжения являются одним из компонентов силового циклического воздействия на ремень, приводящего в конечном итоге к его разрушению.

Если проследить величины деформаций наиболее нагруженных воло­кон клиновых ремней при их изгибе на шкиве минимального диаметра, то можно обратить внимание, что по мере увеличения поперечного сечения клиновых ремней величина допустимых деформаций изгиба уменьшается. Деформации е (в %) вычисляются по известной формуле.

Деформации для клиновых ремней из­меняются по мере увеличения поперечного сечения ремней в пределах от 4,5 до 1,6%. Это связано с особенностью внутреннего строения полимерных материалов, к которым относится резина, являющаяся одним из основных материалов ремня. Де­формация резины по фазе отстает от приложенного к ней напря­жения, что обусловливает гистерезйсные потери энергии деформации.

Разность между энергией, затраченной на нагрузку полимера (пло­щадь под кривой О А) и выделяющейся энергии разгрузки (площадь под кривой еА) является потерянной энергией, которая превращается в тепло и расходуется на нагрев массы ремня. Увеличение поперечного сечения и массы ремней вызывает рост тепловыделений, а поверхность ремней, через которую выделяется тепло, увеличивается медленнее чем масса, поэтому в конечном итоге температура ремней во время работы растет при увеличении их сечения. Вместе с тем, известно, что долго­вечность материалов убывает с ростом рабочей температуры.

При увеличении диаметра шкива для клинового ремня сечения С (В) со 160 до 280 мм наработка повышается примерно в 20 раз, при этом повышается и тяговая способность ремня. Так, увеличение диаметра шкива с 80 до 180 мм для ремня сечения С (В) и со 120 до 240 мм для ремня сечения В (Б) повышает коэффициент тяги Ґ с 0,59 до 0,72.

Аналогичная зависимость имеет место и для других типов ремней. По проспектным данным фирмы «Гудрич» (США) с увеличением толщи­ны ремня плоских кордтканевых ремней нарезной конструкции допусти­мая величина деформации изменяется от 5,2% при толщине ремня 4 мм (3 прокладки) до 2,5% при толщине

14 мм (10 прокладок). Приведен­ные значения деформаций рассчитаны по данным каталога фирмы при частоте вращения 500 мин для минимально допустимых диаметров шкивов. С увеличением частоты вращения до 8000 мин 1 допустимая деформация должна быть снижена до 1,5%.

Таким образом, минимально допустимый диаметр шкива связан с допустимой величиной деформации изгиба ремня и числом циклов деформаций в минуту. Отсюда принята распространенная рекомендация выбирать минимально допустимые диаметры шкивов для плоских ремней по соотношению диаметра шкива к толщине ремня D/8 для заданной частоты вращения шкивов.

Допустимые величины деформаций зависят от конструкции и мате­риала ремня. Ремни на основе кордшнура могут работать на шкивах меньшего диаметра, чем кордтканевые. Влияние материалов, из которых изготовлен ремень, на допустимые величины деформации изгиба стано­вится ясным, если учесть, что деформации связаны с напряжением через характеристику материала, которой в наиболее простом случае является модуль упругости Е.

В общем виде связь напряжения с деформацией в резине описывается наследственной теорией упругости, которая учитывает предысторию нагружения и релаксацию напряжения или ползучесть (развитие дефор­мации во времени).

Более подробно об указанной связи напряжения с деформацией можно ознакомиться в соответствующей литературе.

Различные материалы имеют различную стоимсть к циклическим деформациям.

Влияние материала на величину допустимых напряжений изгиба можно проследить на ремнях, изготовленных на основе ориентирован­ной полиамидной пленки. По данным каталога фирмы «Хабасит» (Швейцария) допустимые величины деформаций изгиба для ремней с одним из видов покрытия, предназначенных для нормальных условий эксплуатации, находятся в пределах от 5% (толщина ремней 0,7-1,3 мм) до 2,3% (толщина ремней 2,8 мм). У аналогичных ремней с другим видом покрытия (ремни, предназначенные для более тяжелых условий эксплуатации) при изменении их толщины от 4,7 до 1,8%, т.е. при равной толщине 2,8 мм допустимая деформация для разных материалов различается почти в 2 раза.

Таким образом, для снижения воздействия изгибных деформаций необходимо диаметр минимального шкива передачи принимать возмож­но большим, особенно в случае быстроходных передач и передач, работающих в тяжелых условиях. В некоторых случаях при правильно выбранных диаметрах шкивов в быстроходных передачах с плоскими ремнями при скоростях более 40 м/мин наблюдается повышенное сколь­жение. Последнее связано с возникновением воздушной подушки между ремнем и шкивом, что сопровождается повышенным шумом. Устране­ние воздушной подушки возможно путем нанесения на поверхность шкивов продольных канавок, обеспечивающих выход воздуха, захваты­ваемого ремнем при его работе.

Стандартами допускается применение шкивов меньших диаметров, чем допустимо для данного типа ремня. Обычно это связано с ограниченными габаритами передач, что характерно для приводов сельскохозяйственных машин. Однако уменьшение диаметра шкивов неизбежно ведет к существенному снижению ресурса.

Сила трения в ременных передачах является одним из определяющих показателей качества передачи, т.е. свойства материалов по­верхности ремня и шкива имеют решающее влияние на тяговую спо­собность передачи. Отсюда возникает ряд требований к этим поверх­ностям.

Чистота обработки рабочих поверхностей шкивов должна быть по возможности наивысшей. Обычно чистота обработки рабочей поверх­ности шкивов назначается на уровне 3,2-2,0 по ГОСТ 2789-73 и международному стандарту МС ИСО 254 (1981 г.), что достигается чистовой обработкой на металлорежущих станках. Более грубая обра­ботка, большая шероховатость поверхности шкивов не улучшает усло­вия трения, как это можно было бы предположить, так как в этом случае площадь поверхности соприкосновения ремня со шкивом гораздо мень­ше. Кроме того, при более грубой обработке резко повышается износ поверхностей ремня и шкива. Износ рабочей поверхности шкивов особенно неблагоприятно сказывается на работе клиноременной пере­дачи, ремень которой в результате износа поверхности шкива изменяет свое положение в канавке шкива (переходит на меньший диаметр). Вследствие выпучивания рабочей поверхности клинового рем­ня при его изгибе, появления «бочкообразности» по соответствую­щей кривизне вырабатывается поверхность шкива, что приводит к интенсивному износу самого ремня.

Интенсивный износ поверхности ремня имеет место и из-за дефектов поверхности шкивов (забоин, раковин). Однако шкивы, имевшие дефек­ты поверхности, могут эксплуатироваться после ремонта с помощью сварки, пайки медью, заделки эпоксидными композициями с последую­щей зачисткой до выше указанной чистоты.

Поверхность ремня также должна быть гладкой, что обеспечивается соответствующей чистотой обработки поверхности пресс-форм.

Резко снижается тяговая способность (вплоть до полного отказа передачи) при наличии на поверхности шкива или ремня даже следов смазки или других загрязнений, снижающих силу трения между ремнем и шкивом. К числу загрязнений можно также отнести различные антикоррозионные покрытия, в том числе и слой краски. При попадании горючесмазочных материалов на ременную передачу, вследствие повы­шения скольжения, резко повышается температура ремня, что снижает его долговечность. Кроме того, контакт поверхности ремня с горюче­смазочными материалами вызывает набухание слоев резины, даже резины на основе маслостойкого хлоропренового каучука. Набухание снижает прочность резин. Попадание смазки на привод в мощных передачах, к которым можно отнести вариаторный привод ходовой части комбайнов, вызывает столь высокий разогрев ремней, что в практике наблюдались случаи их самовозгорания.

Следует отметить влияние на долговечность передачи соответствия углов клина поперечного сечения клинового ремня углу клина ка­навки шкива.

Как упоминалось ранее, при изгибе ремня по радиусу, равному половине расчетного диаметра шкива, поперечное сечение ремня искажается, боковые грани выпучиваются. Теоретически, исходя из учета деформаций, развивающихся в волокнах изогнутого ремня (в волокнах выше нейтральной линии поперечного сечения ремня-растягивающих, ниже нейтральной линии-сжимающих), боковая поверхность описы­вается кривой второго порядка.

Криволинейность боковой поверхности ремня определяет различие углов между касательными к ней на различных уровнях поперечного сечения. Максимальное различие углов между касательными к боковой поверхности ремня, свулканизованного в челюстном прессе на линейной пресс-форме, возникает при его изгибе на шкиве с минимально допус­тимым диаметром и достигает 4-5°. Изменение угла между касатель­ными на уровне нейтральной линии сечения изогнутого ремня по отношению к углу клина прямолинейных участков ремня достигает 8°.

При натяжении за счет деформации боковых поверхностей ремень принимает форму, соответствующую форме клина канавки шкива, однако при этом удельное давление боковых поверхностей ремня на рабочую поверхность канавки шкива распределяется неравномерно. Ремень способен прирабатываться к углу клина канавки шкива. Вместе с тем, неравномерное распределение давления вызывает неравномерный износ как поверхностей ремня, так и поверхностей канавки шкива.

Как показывает практика, наиболее благоприятные условия для работы привода создаются при совпадении угла клина канавки шкива и угла между линиями, касающимися боковой поверхности сечения изогнутого ремня на уровне нейтральной линии угла клина ремня. Допустимо и даже благоприятно уменьшение угла клина канавки шкива по сравнению с углом ремня на 2-3°, что создает заклинивающий эффект и улучшает тяговую способность передачи.

Как показали эксперименты, расчет изменения угла клина ремня при изгибе под различными радиусами по методике, основанной на анализе деформаций волокон поперечного сечения ремня, дает несколько зани­женные результаты, что связано с особенностями конструкций ремней, которые не учитываются указанной методикой.

Наилучшие результаты при выборе угла клина канавки шкива обеспечиваются при экспериментальной оценке изменения углов клина ремня при изгибе его от прямолинейной формы до радиуса шкива минимально допустимого диаметра.

Во всех случаях существенное отклонение углов клина канавки шкивов от угла клина поперечного сечения ремня вызывает ускоренный износ как поверхности канавок шкивов, так и рабочих поверхностей ремня. Ресурс ремня при работе на изношенной поверхности канавок снижается почти в два раза. Кроме того, уменьшение угла клина канавки шкива более чем на 2-3° по сравнению с углом клина ремня, изогнутого по радиусу шкива, способствует чрезмерному заклиниванию ремня, что вызывает ускоренный износ большего основания ремня и отслоение слоя сжатия. Увеличение угла клина канавки шкива вызывает опасность неустойчивой работы ремня и, как следствие этого, возможность переворачивания.

Изменение угла клина ремня при его изгибе учитывается как оте­чественными стандартами при проектировании утла клина канавки шкивов, так и зарубежными. Для клиновых ремней, в зависимости от назначаемого расчетного диаметра шкивов, угол канавки унифицирован и принимается равным 34, 36, 38 и 40°.

Следует отметить, что выше шла речь о ремнях, не имеющих зубьев в слое сжатия, которые снижают изгибную жесткость ремней и способст­вуют охлаждению ремня при работе. Наличие зубьев (пазов) у клиновых ремней практически исключает деформацию материала слоя сжатия при изгибе ремня, и угол клина ремня изменяется при изгибе очень мало. Шкивы клиноременных вариаторов, в связи с особенностями передачи, обычно имеют один угол клина между дисками. Угол клина канавки шкивов и дисков вариатора выбирают либо для среднего расчетного диаметра, на котором работает ремень, либо для минимального, так как режим работы ремня в последнем случае наиболее тяжелый, а кроме того, в этом случае обеспечивается максимальный диапазон изменения частоты вращения ведомого вала.

С учетом ранее сказанного для вариаторных ремней было бы целесообразно использовать шкивы с изменяющимся углом клина по высоте канавки. Такие рекомендации дают авторы, рассматривающие вариаторные передачи, однако на практике профилированная рабо­чая поверхность вариаторных шкивов используется крайне редко из-за сложности их изготовления.

Источник