Зубчатые ременные передачи работают с пониженным уровнем шума при высоких скоростях, имеют малую вытяжку, что упрощает конструкцию натяжного устройства передачи. Зубчатые ремни передают крутящий момент при зацеплении зубьев ремня с зубьями шкивов. Односторонний зубчатый ремень представляет собой плоский ремень с зубьями на внутренней поверхности.
Зубья могут иметь трапецеидальный или криволинейный, например полукруглый, профиль. При работе зубчато-ременной передачи, после входа в зацепление зубьев ремня в шкивы, происходит полный контакт поверхностей зубьев ремня и шкива. Однако при входе и выходе ремня из зацепления со шкивом наблюдается деформирование зубьев ремня и скольжение последних по поверхности зубьев шкива. Это приводит к потерям мощности передачи и износу зубьев ремня.
Для работы в сложных контурах передач с несколькими ведомыми органами применятся двусторонние зубчатые ремни. Двухсторонние зубчатые ремни позволяют менять направление вращения нескольких синхронизированных шкивов с помощью одного ремня. Работая зацеплением, без скольжения, они обеспечивают синхронное вращение валов. Зубчатые ременные передачи применяют для передачи мощности до 100 кВт. Они работают в диапазоне скоростей от 5м/с до 80 м/с, передаточные числа до 12, обладают большим КПД до 0,98.
Тянущий слой зубчатого ремня, как правило, из металлического троса или синтетических волокон, заключен в резиновый массив на основе бутадиен-нитрильных каучуков, наирита или полиуретана. Зубья для повышения их износостойкости покрывают нейлоновой или другой тканью. Для кинематических передач применяют ремни с тянущим шнуровым слоем из стекловолокна или полиэфирного волокна. Материал ремней стоек к воздействию масел. Зубчатые ремни применяются в передачах станков, промышленных и бытовых установок, приборах, а также в механизмах автомобильных двигателей. Главная особенность зубчато-ременных передач - синхронность и возможность передачи высоких нагрузок при небольших начальных натяжениях. Это позволяет уменьшить нагрузку на опоры валов и подшипники механизма передачи.
|
Условно зубчатые приводные ремни можно представить в виде гибкой зубчатой рейки, свернутой в кольцо. Соответственно и шкив такой передачи будет аналогом обычного зубчатого колеса. Приводные ремни зубчатого исполнения могут иметь как внутренний, так и наружный зуб, а также быть двустороннего исполнения одновременно.
При проектировании ременной передачи, прежде чем выбрать тип приводного ремня, нужно четко определиться с условиями работы механизма, с характером и динамикой его нагрузки, с ответственностью его работы в составе цепи всего оборудования, с требованиями по надежности и безопасности. Каждый тип ременной передачи рассчитан на свои условия эксплуатации и нагрузки. Необоснованный выбор клинового приводного ремня или зубчатого вместо плоского приведет к удорожанию всего узла. А если применить плоскоременную передачу вместо ременной зубчатой, можно не выйти на требуемые показатели мощности и производитель-ности.
а б
Рис. 3 Конструкция зубчатого ремня
Размеры ремня и параметры передачи зависят от модуля m - основного конструктивного параметра передачи: m = р/π, где р - шаг ремня, мм, рис.3 а, б.
|
Требуемое значение модуля вычисляют, исходя из усталостной прочности зубьев ремня
m=kVP1Cp / n1, где:
Р1 — номинальная мощность на ведущем валу, кВт;
Ср — коэффициент динамичности и режима работы (Ср = 1,3... 2,4);
n-1 — частота вращения малого шкива, мин-1;
k = 35 — для ремней с трапецеидальной формой зубьев,
k = 25 — для ремней с полукруглой формой зубьев.
Полученное значение модуля округляют до стандартного значния: 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 7; 10.
Основные размеры зубчатого ремня показаны на рис.3. а,б: Н - толщина ремня, h (h1) - высота зуба, R1 — радиус профиля зуба.
Число z1 зубьев меньшего шкива принимают на основе данных в зависимости от модуля m и частоты вращения n1. Число зубьев большого шкива z2 = zlu. где u — передаточное число. Диаметры делительных окружностей шкивов, измеряемые по расположению осей тянущих тросов: d1 = mzl; d2 =mz2. В соответствии с выбранным межосевым расстоянием и шагом р вычисляют число zp зубьев ремня, которое затем выбирают из стандартного ряда. Определяют расчетную длину ремня: Lp =zpp. Расчетная сила, передаваемая зубчатым ремнем, Н:
Fp =2·103CpT1 / d1.
Ширину b ремня вычисляют из условия износостойкости. Для передачи без натяжного ролика
b= ψFр / (zоh[р]), где
ψ - коэффициент неравномерности распределения окружной силы между зубьями по дуге обхвата ψ = 1,1... 1,2; zo = z1α / 360o · число зубьев ремня, находящихся в зацеплении с малым шкивом;
α1 — угол обхвата на малом шкиве;
h — высота зуба, мм;
[р] — допустимое среднее давление на зубьях ремня, МПа:
[Р]= kmσв / (φt , где
km = 1,7 при значениях модуля m≤ 3мм и km = 2,1 при m ≥ 4 мм;
|
σв — временное сопротивление связи материала зубьев с каркасом, МПа: при стальном металлотросе (стеклокорде) σв = 3... 4 МПа, при латунированном - σв = 5... 7 МПа.
Расчетное число циклов нагружения (ресурс) зубьев ремня при переменном режиме нагружения
Nк = 60z1 zp-1 ∑[ti n1i (Fpi / Fp )], где
z1 — число зубьев меньшего шкива;
zp — число зубьев ремня;
Fpi, ti, n1i — соответственно расчетная сила (Н), время работы (ч) и частота вращения (мин-1) меньшего шкива на i-м режиме;
Fp — максимальная из длительно действующих расчетных сил (Н).
Коэффициент, учитывающий снижение прочности адгезионной связи материала зубьев ремня с каркасом из-за нагрева вследствие внутреннего трения,
φt =
при условии φt ≥ 1.
Рассчитанную ширину b ремня округляют до ближайшего большего стандартного размера. Шкивы выполняют с рабочей шириной на один модуль большей, чем ширина ремня. На малом шкиве выполняют фланец, удерживающий ремень от бокового спадания, а в передачах с вертикальным расположением осей валов и при u ≥ 3 делают фланцы на обоих, шкивах.
Сила Fв, направлена по линии центров и численно значительно меньше, чем в передаче клиновым ремнем:
Fв = (1,1... 1,З) Fр
Предварительное нaтяжение Fo в передаче необходимо для устранения зазоров в зацеплении и обеспечения правильного набегания ремня на шкивы. Оно должно быть больше значения натяжения от центробежной силы, чтобы под действием последней не нарушалось зацепление ремня со шкивом. С этой целью применяют прижимной ролик.