Сили в пасової передачі
При монтажі та експлуатації пасової передачі в ній виникають силові фактори, так чи інакше знижують довговічність машини, агрегату або окремих вузлів і деталей. Основні навантаження на деталі і вузли викликаються натягом ременя, яке неминуче присутній як в непрацюючій передачі, так і при її холостому і робочому ході.
Попереднє натяг ременя
Для створення тертя між ременем і шківами ременя, після установки на передачу створюють попереднє натяг силою F0. Чим більше сила F0. тим вище тягова здатність передачі і її ККД. але менше довговічність ременя.
У стані спокою або холостого ходу передачі кожна гілка ременя натягнута однаково з силою F0 (див. Рис. 1а).
Натяг ременя в передачах здійснюють регулювальними пристроями, що дозволяють переміщати шківи відносно один одного, за допомогою пружин або сил тяжіння вузлів, натяжними роликами, установкою двигуна на хитку плиту, а також пристроями, що дозволяють автоматично змінювати натяг ременя в залежності від навантаження в передачі.
Робоча натяг ременя
При додатку робочого крутного моменту Т1 відбувається перерозподіл сил натягу в гілках ременя: провідна галузь додатково натягується до сили F1. а натяг веденої гілки зменшується до сили F2 (див. рис. 1б). З умови рівності моментів щодо осі обертання отримаємо рівняння:
де Ft = 2 × 10 3 Т1 / d1 - окружна сила на шківі, Н. Тут Т1 - в Н × м; d - в мм.
Загальна геометрична довжина ременя не залежить від навантаження і під час роботи передачі залишається незмінною. Додаткове подовження провідної галузі компенсується рівним скороченням веденої гілки. Отже, наскільки зростає сила натягу ведучої гілки ременя, на стільки ж знижується сила натягу веденої гілки, т. Е.
Вирішуючи спільно рівняння (1) і (2). отримуємо:
Натяг ременя відцентровою силою
При обегания ременем шківів на нього діє відцентрова сила Fv:
де: А - площа перерізу ременя, м 2. ρ - щільність матеріалу ременя, кг / м 3. v - швидкість ременя, м / сек.
Сила Fv відкидає ремінь від шківа, знижуючи тим самим сили тертя і навантажувальну здатність передачі.
Таким чином, сили натягу ведучої і веденої гілок ременя дорівнюватимуть:
- при роботі передачі: (F1 + Fv) і (F2 + Fv);
- на холостому ходу: (F0 + Fv).
Навантаження на вали і підшипники в пасової передачі
Сили натягу гілок ременя навантажують вали і підшипники. З трикутника Оab (див. Рис. 2) сумарна сила Fn. діюча на вали в непрацюючій передачі,
де α1 - кут обхвату.
Напрямок сили Fn приймають по лінії центрів шківів передачі. Зазвичай Fn в 2 ... 3 рази більше окружний сили Ft. що є істотним недоліком ремінних передач.
Ковзання ременя по шківах
У пасової передачі розрізняють два види ковзання ременя: пружне ковзання і буксування.
пружне ковзання
В процесі обегания ведучого шківа ременем сила його натягу зменшується від F1 до F2 (див. Рис.3). А так як деформація ременя пропорційна силі натягу, то при зменшенні останньої ремінь під дією сили пружності коротшає, долаючи опору сили тертя в контакті ременя зі шківом.
При цьому ремінь відстає від шківа - виникає пружне ковзання ременя по шківа.
На відомому шківі також відбувається ковзання, але тут сила натягу зростає від F2 до F1. ремінь подовжується і випереджає шків.
Пружне ковзання відбувається не на всій дузі обхвату α. а лише на частині її - дузі ковзання αc. яка завжди розташована з боку збігання ременя зі шківа.
Довжину дуги ковзання визначає умова рівноваги сил тертя на цій дузі і різниця сил натягу гілок, т. Е. Окружна сила Ft = F1 - F2.
При нормальній роботі пасової передачі αc1 = (0,5 ... 0,7) α.
З боку набігання ременя на шків є дуга спокою αn. на якій сила в ремені не змінюється, залишаючись рівною силі натягу набігає гілки, а сам ремінь рухається разом зі шківом без ковзання. Сума дуг αc і αn дорівнює дузі обхвату α.
Швидкості прямолінійних гілок v1 і v2 рівні окружним швидкостям шківів, на які вони набігають. Втрату швидкості (v1 - v2) визначає ковзання на провідному шківі, де напрямок ковзання не збігається з напрямком руху шківа (див. Рис. 3).
Таким чином, пружне ковзання ременя неминуче в пасової передачі, воно виникає в результаті різниці сил F1 і F2. навантажувальних провідну і відому гілки ременя. Пружне ковзання призводить до зниження швидкості і, отже, до втрати частини потужності, а також викликає електризацію, нагрівання і зношування ременя, скорочуючи його довговічність.
Пружне ковзання ременя характеризується коефіцієнтом ковзання ξ:
де v1 і v2 - окружні швидкості ведучого і веденого шківів.
При нормальному режимі роботи зазвичай ξ = 0,01 ... 0,02.
буксування паса
У міру зростання окружний сили Ft = F1 - F2 зменшується дуга спокою αn1. отже, зменшується і запас сил тертя.
При значного перевантаження дуга ковзання αc1 досягає значення дуги обхвату α1 і ремінь ковзає по всій поверхні торкання з провідним шківом, т. Е. Буксує. При буксовании ременя на провідному шківі ведений шків зупиняється - передача стає непрацездатною.
Криві ковзання ременя і ККД пасової передачі
Крива ковзання ременя (див. Рис. 4) встановлює зв'язок між корисним навантаженням і відносним ковзанням ξ в передачі. Вона відображає явища, що відбуваються в пасової передачі, і спільно з ККД характеризує її роботу в даних умовах.
Якщо величина коефіцієнта відносної навантаження (коефіцієнта тяги) φ знаходиться в межах від нуля до критичної позначки φк. в передачі має місце тільки пружне ковзання.
Одночасно зі збільшенням φ зростає і ККД передачі η.
При подальшому збільшенні коефіцієнта тяги робота передачі стає нестійкою (часткове буксування) і при досягненні граничного значення виникає повне буксування ременя по ведучому шківа.
Значення коефіцієнта тяги φ встановлені для кожного типу ременя. Робоче навантаження рекомендується вибирати поблизу критичної позначки.
ККД ремінних передач залежить від ступеня завантаженості передачі, від втрат на ковзання ременя по шківах, на опір повітря руху ременя і шківів, на тертя в підшипниках.
Найбільша частка втрат припадає на внутрішнє тертя в ремені при вигині, особливо для кліноременних передач. Ці втрати не залежать від навантаження, тому ККД ремінних передач при малих навантаженнях невисокий (великі відносні втрати).
Максимального значення ККД передачі досягає в зоні критичного значення коефіцієнта тяги φк.
При нормальних умовах роботи приймають:
- для передачі з плоским ременем η = 0,95 ... 0,97;
- для кліноременних і поліклинових передач η = 0,92 ... 0,95.
ККД кліноременних і поліклинових передач нижче через підвищених втрат на внутрішнє тертя в ремені і на ковзання ременів по шківах.