Ремни и ременная передача

Ремни и ременная передача является одним из самых популярных способов передачи мощности, помимо зубчатых передач, цепных передач, муфт валов и ходовых винтов. Использование этих высокоэффективных механических приводов растет с каждым годом.

Благодаря многочисленным достижениям в технологии ремней, теперь они могут удовлетворить требования высокой мощности, будучи чрезвычайно безопасными, эффективными и долговечными. В этой статье мы подробно рассмотрим различные типы современных ременных приводов и типы ремней.

Что такое ременная передача?

Ременная передача представляет собой фрикционный привод, который передает мощность между двумя или более валами с помощью шкивов и эластичного ремня. Она может работать в широком диапазоне скоростей и потребляемой мощности и быть очень эффективной.

Что касается стоимости, ременная передача значительно дешевле, чем зубчатая и цепная. Установка и обслуживание дешевле. Шкивы ременного привода изнашиваются незначительно по сравнению со звездочками цепного привода при длительном использовании.

В отличие от большинства цепных и зубчатых приводов, ременный привод может выдерживать некоторую степень смещения. Однако правильное выравнивание увеличивает срок службы. Чрезмерная несоосность является причиной таких проблем, как неправильное прохождение ремня, неравномерный износ шкива, шумная работа и износ краев ремня. Интенсивность этих проблем прямо пропорциональна ширине пояса.

Отслеживание ремня относится к способности ремня располагаться по центру шкива и не смещаться ни в одну из сторон во время работы. Шкивы с утолщением могут облегчить проблемы со смещением ремня.

Также стоит отметить, что ременная передача обычно снижает скорость вращения вала. По этой причине ведущий шкив обычно меньше ведомого шкива. Это обеспечивает больший угол охвата ведомого шкива, что полезно для фрикционных приводов. Конструкторы также могут использовать натяжной ролик для увеличения угла охвата и поддержания рекомендуемого натяжения ремня.

Натяжение и провисание ремня

Ремень подвергается натяжению, когда его натягивает ведущий шкив. Это натяжение ремня, в дополнение к статическому натяжению ремня, отвечает за передачу механической силы. Высокое натяжение ремня предотвращает накопление тепла, проскальзывание и проблемы с выравниванием, поскольку относительное движение между ремнем и шкивами практически отсутствует.

С другой стороны, ведущий шкив отталкивает ремень в сторону ведомого шкива. Это приводит к провисанию ремня. Таким образом, ременная передача создает в ремне переменные нагрузки. Если эти нагрузки не учитывать в процессе проектирования, может произойти преждевременный выход ремня из строя. Усталость является причиной большего количества отказов ремня, чем любая другая проблема.

Ослабленную сторону легко отличить от стороны, находящейся под напряжением. Какая бы сторона ремня ни подходила к ведущему шкиву, она находится под натяжением. Другая сторона — слабая сторона.

Типы ременных передач

Как обсуждалось выше, современные ременные приводы способны работать в широком диапазоне скоростей и потребностей в передаче мощности. Это побудило к дальнейшим исследованиям и разработкам, предоставив нам множество различных конструкций ременных приводов. Все инженеры должны быть знакомы с различными типами, чтобы облегчить осознанный выбор при выборе ременного привода для своего применения.

Мы можем разделить ременные приводы на семь основных типов:

• Открытый ременный привод
• Замкнутый или перекрестный ременный привод
• Быстрый и свободный конический шкив
• Ступенчатый конусный шкив
• Привод натяжного шкива
• Ременная передача на четверть оборота
• Составной ременный привод

Открытый ременный привод

Это самый простой тип ременной передачи, в котором два или более шкива соединены ремнем, обернутым вокруг них. Когда мощность подается на ведущий вал, он вращает ведущий шкив. Ремень движется вместе с ним и вращает один или несколько ведомых шкивов.

В открытом ременном приводе оба шкива вращаются в одном направлении. При горизонтальном расположении шкивов натянутая сторона ремня находится внизу, а провисшая сторона — вверху, что увеличивает угол контакта ремня со шкивами.

Поперечный ременный привод

Этот тип привода используется, когда два шкива должны вращаться в противоположных направлениях или требуется больший угол охвата для передачи мощности. В перекрестной ременной передаче (также известной как витая или закрытая ременная передача) после прохождения через верхнюю часть ведомого шкива ремень контактирует с ведущим шкивом снизу. Таким образом, форма ремня напоминает цифру 8.

Между двумя шкивами ремень соприкасается сам с собой, и трение приводит к износу ремня. Этого можно избежать, разместив шкивы на максимально допустимом расстоянии и запустив систему на малых скоростях.

Привод с перекрестным ремнем может передавать большую мощность при тех же размерах шкива и межосевом расстоянии, поскольку угол контакта больше. Однако требуется более длинный ремень, о чем свидетельствует его перекрестное расположение.

Ступенчатый конусный шкив

В этом типе ременной передачи используется ведомый шкив различных диаметров. Поскольку шкив напоминает ступенчатый конус, он известен как привод шкива со ступенчатым конусом.

Этот привод используется, когда ведомый вал необходимо вращать с разной скоростью. Скорость ведомого вала может быть увеличена или уменьшена за счет смещения ремня на меньший или больший диаметр шага на шкиве соответственно.

Распространенными решениями для этого типа привода являются токарные и сверлильные станки. Ступенчатый конический шкив позволяет использовать один и тот же приводной двигатель для получения различных выходных скоростей.

Быстрый и свободный конический шкив

Как следует из названия, этот привод состоит из двух шкивов — быстрого и свободного. Оба этих шкива установлены на ведомом валу.

Быстрый шкив соединен шпонкой с ведомым валом, поэтому он вращается с той же скоростью, что и вал. Свободный шкив установлен без шпонки, поэтому он свободно вращается относительно вала. Этот шкив не способен передавать мощность.

Чтобы удерживать ослабленный шкив на своем месте, используется чугунная втулка с буртиком на одном конце. Это предотвращает любые осевые перемещения. Диаметр свободного шкива меньше диаметра быстрого шкива, что позволяет ремню провисать.

Этот привод позволяет немедленно запускать и останавливать ведомый вал без изменения скорости ведущего вала. Когда необходимо передать мощность, ремень смещается со свободного шкива на быстрый шкив, а когда его необходимо остановить, ремень смещается обратно на свободный шкив.

Быстрые и свободные приводы с коническими шкивами находят применение в тех случаях, когда один линейный вал приводит в движение несколько ведомых валов. Переключение на незакрепленный шкив останавливает передачу мощности без необходимости остановки ведущего вала, который может одновременно приводить в действие другие валы.

Привод натяжного шкива

Размеры меньшего шкива определяют максимальное усилие, которое может передать система ременного привода. Но что, если оба шкива маленькие? Меньшие шкивы приводят к меньшей площади контакта между поверхностью ремня и шкивом. Если диаметр шкива слишком мал для полноценного контакта с поверхностью ремня, мощность передачи снижается.

С другой стороны, если требуется, чтобы шкивы располагались очень близко друг к другу, угол охвата меньшего шкива уменьшается. Это ограничивает его пропускную способность.

Решением для вышеупомянутых случаев является использование опорного колеса или натяжного ролика. В механических системах опорное колесо относится к элементу машины, который управляет или направляет другой элемент.

Натяжной ролик расположен на провисшей стороне ремня. Они улучшают работу ременного привода, так как снижают вибрацию, поддерживая ремень.

Натяжные шкивы могут увеличить угол охвата меньших шкивов, в конечном итоге увеличивая площадь поверхности между приводным ремнем и шкивом.

Ременная передача на четверть оборота

Большинство ременных передач могут работать только с параллельными валами. Но так может быть не всегда. В ситуациях, когда вращающиеся валы находятся под прямым углом, мы можем использовать четвертьоборотные ременные передачи.

Ременные приводы на четверть оборота (также известные как прямоугольные ременные приводы) имеют ремень, который проходит вокруг двух перпендикулярных валов после поворота на четверть оборота. Чтобы ремень оставался на месте, ширина шкива должна быть как минимум на 40 % шире поперечного сечения ремня.

В некоторых случаях используются направляющие или натяжные шкивы, чтобы обеспечить лучшее отслеживание ремня и предотвратить его соскальзывание.

Составной ременный привод

Обычным применением ременных передач является снижение скорости вращения вала. Это одна из причин, по которой большинство ременных приводов передают движение от меньшего шкива к большему шкиву. Но иногда передаточное число, достигаемое одним набором шкивов, может оказаться недостаточным. В таких случаях конструкторы могут выбрать составные ременные передачи, поскольку они позволяют достичь более высоких передаточных чисел.

Составной ременный привод состоит из более чем двух валов с несколькими шкивами, соединенными шпонкой по крайней мере с одним из валов. Ведущий шкив передает мощность от одного вала к другому через несколько валов.

Эта установка улучшает передаточное отношение, не требуя большего ведомого шкива или слишком большого дополнительного пространства.

Типы ремней

Как и в случае с ременными приводами, конструкции ремней также были адаптированы для различных применений. Каждый из них предлагает различные преимущества по сравнению с другими в определенных ситуациях. Мы рассмотрим пять самых популярных типов ремней, используемых сегодня в ременных передачах. Вот эти пять типов:

• Круглый ремень
• Плоский ремень
• Клиновой ремень
• Зубчатый ремень
• Звеньевой ремень

Круглый ремень

Круглые ремни имеют круглое поперечное сечение и входят в U-образные или V-образные канавки шкива. Они также известны как бесконечные приводные, бесконечные круглые и кольцевые ремни.

Круглые ремни используются для управления движением, а также для передачи энергии. Эти ремни находят применение в линейных валах, промышленных конвейерах, упаковочном оборудовании, копировальных машинах, принтерах и т. д.

В тех случаях, когда ремни должны сильно скручиваться и вращаться, контактируя при этом с несколькими шкивами, очень подходят круглые ремни. Благодаря своей природе эти ремни могут передавать мощность и обеспечивать трение с любой части своей круглой поверхности.

Некоторые другие полезные свойства круглых ремней:

• Доступны в различных размерах, цветах и ​​текстурах
• Нет изнашивания
• Экономичный
• Прочный и долговечный
• Легко очистить
• Подходит для различных форм шкивов
• Бесследный
• Может быть усилен для большей прочности
• Такие характеристики, как устойчивость к истиранию и ультрафиолетовому излучению, могут быть улучшены по мере необходимости.

Плоский ремень

Плоские ремни являются одним из наиболее распространенных типов промышленных ремней. Эти ремни имеют прямоугольное поперечное сечение и во время работы опираются на плоские шкивы. Они передают мощность с одной или обеих сторон в зависимости от конструкции. Плоские ремни находят применение во многих промышленных машинах, таких как компрессоры, сепараторы, вентиляторы, ленточные конвейеры, лесопилки, водяные насосы и станки, такие как шлифовальные машины.

Кожаный ремень изначально использовался в плоских ремнях. Но со временем, с открытием новых материалов, таких как каучук и синтетические полимеры, использование кожаных ремней несколько уменьшилось.

Плоские ремни лучше всего работают с корончатыми или коническими шкивами.

Некоторые отличные характеристики плоских ремней:

• Плоский ремень может передавать большую мощность при высоких скоростях ремня.
• Низкий уровень шума
• Высокий КПД (до 98%)
• Малые потери при изгибе благодаря малому поперечному сечению при изгибе
• Высокая гибкость
• Нет необходимости в канавках
• Долгий срок службы, так как они достаточно хорошо справляются с пылью и грязью
• Может быть усилен для большей прочности

Клиновой ремень

Плоские ремни не подходят для задач, где межцентровое расстояние между шкивами мало. В таких областях их в значительной степени заменили клиновые ремни. Фактически, клиновые ремни сегодня являются наиболее распространенным типом ремней.

Ремень AV имеет трапециевидное (V-образное) поперечное сечение, которое входит в аналогичную канавку на шкивах. Поскольку клиноременные приводы имеют большую площадь контакта между шкивом и секцией ремня (нижняя часть + 2 стороны), они могут передавать большую мощность при тех же размерах.

Клиновые ремни находят применение в различных станках, таких как токарные станки, дрели, фрезерные станки и электроинструменты. Они также широко используются в непромышленных приложениях.

Для более полного понимания клиновых ремней существует два специальных типа, которые нуждаются в дальнейшем объяснении. Это шестигранные ремни и крафтбанды.

Шестигранный ремень — это то, что мы получили бы, если бы склеили верхнюю поверхность двух клиновых ремней. В результате получается ремень шестиугольной формы, который может вклиниваться в шкивы с обеих сторон. Другое подходящее название шестигранного ремня — двойной клиновой ремень. Они идеально подходят для задач с одним или несколькими обратными изгибами.

Kraftbands — это особый тип клинового ремня, который выглядит так, как будто несколько клиновых ремней соединены друг с другом верхними краями. Он может работать как несколько ремней в одном, увеличивая площадь контакта для передачи мощности. До пяти клиновых ремней могут соединяться в одну крафт-ленту.

Ниже приведены некоторые важные особенности клиновых ремней:

• Доступны в широком диапазоне размеров, прочности и материалов
• Высокая мощность передачи при высоких скоростях ленты
• Бюджетный
• Простая установка
• Компактное расположение
• Может сочетаться со шкивами с несколькими канавками для получения многих эксплуатационных преимуществ.
• Меньший КПД, чем у плоских ремней, из-за эффекта заклинивания шкивов.

Зубчатый ремень

Хотя плоские, круглые и клиновые ремни превосходно передают движение, они имеют некоторые ограничения. Например, ни в одном из них нельзя устранить проскальзывание ремня. В тех случаях, когда требуется отсутствие проскальзывания, мы должны использовать зубчатые ремни.

Зубчатый ремень представляет собой ремень с принудительной передачей, которому не требуется трение для передачи мощности. Он передает усилие через зубья, аналогичные цепным или зубчатым передачам , но с гораздо более низким уровнем шума и без необходимости чрезмерной смазки.

Ремни имеют зубья на зацепляющей стороне ремня. Эти зубья входят в соответствующие канавки, выточенные на шкиве. Зубчатые ремни вообще не проскальзывают и используются в тех случаях, когда соблюдение точного времени и положения имеет решающее значение. В результате эти ремни также известны как зубчатые ремни или синхронные ремни. Они обычно используются в автомобильных и мотоциклетных двигателях для привода распределительных валов.

Звеньевой ремень

Звеньевой ремень — это особый тип ремня, состоящий из множества отдельных звеньев. Эти звенья можно прикреплять и отсоединять по мере необходимости, чтобы изменить длину ремня. Звенья обычно изготавливаются из полиуретана и армируются многослойной тканой полиэфирной тканью.

Звенья ремней аналогичны бесконечным ремням и не требуют специальных шкивов для работы. Они имеют такие же показатели мощности и скорости, как и бесконечные ремни аналогичного размера. Их легко и быстро установить, так как машину не нужно разбирать.

Ремни со звеньями дороже, чем другие альтернативы, что может ограничивать их использование в местах с ограниченным бюджетом. Тем не менее, они предлагают отличные характеристики гашения вибрации и могут противостоять факторам окружающей среды намного лучше, чем резиновые ремни.

Выбор ременной передачи

Чтобы выбрать правильный ремень для правильного применения, необходимо учитывать множество факторов. Эти факторы помогают нам определить характеристики ремня и шкива, необходимые для конструкции ременного привода. Вот некоторые из этих важных факторов:

• Требования к передаче энергии
• Разделение вала
• Сервисная среда
• Ограничения по пространству
• Тип ведомой нагрузки
• Коэффициент скорости

Требования к передаче энергии

Ремни могут передавать мощность в самых разных областях применения. Нам нужны точные данные с соответствующим коэффициентом безопасности, чтобы определить тип ремня, который лучше всего подходит для применения.

Разделение вала

У каждого ременного привода есть оптимальное расстояние, на котором он работает лучше всего. Небольшое расстояние между валами предполагает использование привода натяжного шкива, в то время как большие расстояния позволяют использовать открытый ременный привод для экономии средств.

Сервисная среда

Факторы рабочей среды, такие как масло, влага, высокие температуры, пыль, снег и т. д., могут влиять на многие параметры, такие как износ ремня, срок службы ремня, материал, функционирование и проскальзывание. При выборе ременного привода необходимо учитывать условия эксплуатации, в которых ремень должен выдерживать удовлетворительный срок службы.

Ограничения по пространству

Ограниченное доступное пространство может подтолкнуть нас к более компактным сборкам. Компактные установки с шестигранными ремнями или составными приводами могут значительно сократить пространство, необходимое для ременного привода.

Тип ведомой нагрузки

Грузы, приводимые в движение ремнями, могут быть рывковыми, ударными или реверсивными. В процессе выбора необходимо выбирать ремни и шкивы, способные выдерживать такие нагрузки, чтобы обеспечить совместимость.

Коэффициент скорости

Большинство ременных приводов имеют передаточное отношение больше единицы, что означает, что ведомый шкив больше ведущего шкива. Чтобы достичь этого соотношения скоростей, конструкторы могут либо увеличить размер ведомого шкива, либо уменьшить размер ведущего шкива.

Но в обоих есть определенные ограничения. Увеличение размера ведомого шкива увеличивает затраты и требования к пространству. Уменьшить размер ведущего шкива можно только до определенной степени, поскольку ремень должен иметь возможность изгибаться и оборачиваться вокруг ведущего шкива. Маленькие шкивы увеличивают удлинение внешних волокон ремня, усугубляя износ ремня и увеличивая ожидаемый срок службы.

Кроме того, оба шкива не должны быть слишком маленькими, так как это приведет к высокой скорости ремня, что также отрицательно скажется на сроке службы ремня.

Преимущества

• Ременные приводы вполне доступны благодаря низкой стоимости компонентов и высокому КПД.
• Они могут передавать мощность на большие расстояния, в отличие от зубчатых колес, муфт и ходовых винтов.
• По сравнению с цепными приводами они работают более плавно и тихо.
• Они могут поглощать удары и вибрации
• Защита от перегрузки за счет проскальзывания ремня
• Легкий и относительно прочный
• Низкие затраты на техническое обслуживание

Недостатки

• Проскальзывание ремня может изменить отношение скоростей
• Они оказывают большую нагрузку на подшипники и валы.
• Конечный диапазон скоростей
• Короткий срок службы при неправильном уходе
• Им нужен натяжной ролик или некоторая регулировка межосевого расстояния, чтобы компенсировать растяжение и износ ремня.

Заключение

Ременные приводы сегодня очень распространены в промышленности. Они используются как в легких, так и в тяжелых условиях во многих различных конфигурациях.

Круглые и зубчатые ремни могут измерять малейшие относительные перемещения в таких приложениях, как управление движением, энкодеры и прецизионное производство. Плоские, клиновые и зубчатые ремни широко используются в качестве приводных ремней. Они также находят широкое применение в качестве погрузочно-разгрузочного оборудования.

Ременные приводы предпочтительны в этих приложениях из-за их характерных особенностей, таких как низкая стоимость, малый вес, надежность, гибкость, долговечность, простота установки и обслуживания. Как правило, они также могут быть установлены в труднодоступных местах.

Хотя у них есть определенные недостатки. Часто ремни не подлежат ремонту и должны быть заменены. Их напряжение необходимо время от времени регулировать. И большинство материалов для ремней чувствительны к окружающей среде и химическим веществам, таким как масла и смазочные материалы.

Таким образом, следует уделить должное внимание и внимание при выборе системы ременного привода, которая максимально совместима с конкретным приложением.