Цели и задачи курсового проектирования

В.А. Самсонов

Детали машин

И основы конструирования

Методические указания

и задания для выполнения курсового проекта

по направлению подготовки бакалавриата

35.03.06 «Агроинженерия»

профиль «Технический сервис в агропромышленном комплексе»

Смоленск 2015г.

УДК 621.81.(631.3.02) (076)

ББК 34.44 я 73

С17

Рецензент: Михайлов В.А. заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики филиала МЭИ в г. Смоленске, к.т.н., доцент

Самсонов, В.А.

С17 Детали машин и основы конструирования: методические указания и задания для выполнения курсового проекта / В.А. Самсонов. – Смоленск: ФГОУ ВО «Смоленская ГСХА». – 2015. – 71 с.

Рассмотрены цели, задачи и содержание курса, изложены требования по оформлению пояснительной записки и графической части проекта. Рекомендована последовательность выполнения проекта. Даны теоретические основы расчета клиноременных и зубчатых передач, варианты индивидуальных заданий, справочные материалы и конструкции различных типов редукторов.

Предназначено для студентов очного и заочного отделения, обучающихся по направлению подготовки35.03.06 «Агроинженерия».

Профиль:«Технический сервис в агропромышленном комплексе»,

Печатается по решению методического совета ФГБОУ ВО «Смоленская ГСХА» (протокол № от 20 г.)

ББК 34.44 я 73

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….4

1 Цели и задачи курсового проектирования……………………………...5

1.1 Цель курсового проектирования………………………………………5

1.2 Задачи курсового проектирования……………………………………5

2 Содержание курсового проекта………………………………………..5

2.1 Общие указания к выполнению курсового проекта………………….5

2.2 Требования к выполнению курсового проекта………………………7

3 Задание для курсового проекта………………………………………..7

3.1 Расчетная часть проекта…………………………………………….….9

3.2 Графическая часть проекта……………………………………………10

3.3 Кинематические схемы приводов…………………………………….11

4 Выбор электродвигателя………………………………………………14

5 Ременная передача……………………………………………………..22

5.1 Общие сведения………………………………………………………..22

5.2 Расчет клиноременной передачи……………………………………...23

5.3 Конструкции шкивов…………………………………………………..35

5.4 Пример расчета ременной передачи………………………………….38

6 Расчет основных параметров для каждой ступени редуктора……...43

7 Пример расчета косозубой цилиндрической передачи редуктора, работающего при постоянной нагрузке……………………...………48

8 Предварительная компоновка редуктора………………………….…52

Приложение А………………………………………………………….57

Приложение Б………………………………………………………….59

Приложение В………………………………………………………….61

Приложение Г………………………………………………………….63

Приложение Д……………………….…………………………………63

Приложение Е………………………………………………………….64

Приложение Ж…………………………………………………………66

Приложение З………………………………………………………….67

Приложение И…………………………………………………………68

Приложение К…………………………………………………………69

Список рекомендуемой литературы…………………………………70

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по деталям машин завершает цикл общеинженерной подготовки и является первой самостоятельной конструкторской работой студента. При его выполнении закрепляются знания по курсу «Детали машин и основам конструирования», развивается умение использовать для практических приложений сведения из ранее изученных дисциплин: начертательной геометрии и инженерной графики, теоретической механики и теории механизмов и машин, сопротивления материалов материаловедения и технологии конструкционных материалов, а также технических условий изготовления и приобретаются навыки работы со справочной литературой, государственными стандартами. Суммируя сведения из перечисленных дисциплин, студенты приобщаются к деятельности инженеров и исследователей, начинают понимать значение общетеоретических и общеинженерных дисциплин. Все это способствует развитию самостоятельности и творческого подхода к поставленным проблемам.

Методические указания состоят из восьми разделов и 10 приложений, где изложены цели и задачи курсового проектирования, указания и требования к выполнению курсового проекта, требования к его выполнению, основные разделы расчетно-пояснительной записки, объем и содержание графической части проекта, а также примеры конструктивного выполнения цилиндрических редукторов, рекомендованных к разработке.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1 Цель курсового проектирования – развитие у студентов инженерного мышления, в том числе умения использовать предшествующий опыт изучения общетехнических дисциплин, формулировать новые идеи, моделировать, используя аналоги. Свойственная курсовому проекту по деталям машин многовариантность решений при одном и том же задании развивает у студентов мыслительную деятельность и инициативу. Развитие эвристических подходов является одной из составляющих качественного скачка, который предстоит совершить студентам при выполнении этого проекта.

1.2 Задачи курсового проектирования по деталям машин —
развитие умения разрабатывать техническую документацию для облечения
в материальную форму синтезируемой или заданной схемы механизма,
учитывая требования, предъявляемые к прочности, работоспособности,
технологичности, эксплуатационным расходам и т. д. Черчение, наряду
с устной речью, письменностью, математическими описаниями,
является важнейшим средством коммуникации, которым обязаны владеть,
выпускники технических специальностей. Базируясь на исходных предпосылках из курса начертательной геометрии и инженерной графики, в процессе самостоятельной работы над курсовым проектом по деталям машин, студенты овладевают свободным чтением и выполнением чертежей неограниченной сложности.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

2.1 Общие указания к выполнению курсового проекта

В соответствии сгосударственным общеобразовательным стандартом объектом курсового проекта являются механические передачи для преобразования вращательного движения, а также вращательного в поступательное. Наиболее распространенными объектами в курсовом проекте являются цилиндрические, конические, червячные передачи и передачи с гибкой связью.

Такой выбор связан с большой распространенностью и важностью их в современной технике. Весьма существенным является и то, что в механическом приводе с упомянутыми передачами наиболее полно представлены основные детали, кинематические пары и соединения, изучаемые в курсе «Детали машин и основы конструирования». Возьмем для примера привод с передачами гибкой связью и зацеплением. Здесь имеем зубчатые колеса, валы, оси, подшипники, соединительные муфты, соединения резьбовые, сварные, штифтовые, вал-ступицу, корпусные детали, уплотнительные и другие устройства. При проектировании привода находят практическое приложение такие важнейшие сведения из курса, как расчеты по тяговой способности ремня, на контактную и объемную прочность, выбор материалов и термообработок, масел, посадок, параметров шероховатости поверхности и т. д.

Данные задания по деталям машин предназначаются для студентов очного и заочного обучения инженерно-технологического факультета, изучающих курс "Детали машин и основы конструирования". По указанной дисциплине студенты выполняют курсовой проект. При разработке рабочих чертежей в ходе выполнения курсового проекта необходимы навыки по назначению допусков, посадок поверхностей деталей, поэтому для правильного выполнения чертежей следует предварительно изучить курс «Метрология, стандартизация и сертификация», обращая особое внимание на разделы «Взаимозаменяемость и технические измерения».

Тема курсового проекта является комплексной и представляет собой расчет и проектирование привода общего назначения, состоящего из электродвигателя, клиноременной и редуктора. Общее конструктивное исполнение редукторов каждой кинематической схемы представлено в приложениях.

В методических указаниях излагается порядок оформления курсового проекта, последовательность расчета, некоторые приемы конструирования с применением стандартов и приводятся справочные данные, необходимые при расчете и конструировании.

2.2 Требования к выполнению курсового проекта

Курсовой проект (далее – КП) должен состоять их графической и расчетной части. Расчетная часть проекта оформляется в виде расчетно-пояснительной записки (далее – ПЗ). ПЗ выполняется на листах писчей бумаги формата А4 и оформляется в соответствии с требованиями ЕСКД к текстовым документам. Графическая часть КП выполняется на чертежной бумаге карандашом или с помощью компьютерной графики, масштаб выбирается в зависимости от габаритных размеров конструкции или детали. Эскизная компоновка выполняется на миллиметровой бумаге в масштабе 1:1.

Общими требованиями к ПЗ являются: краткость и логическая последовательность изложения материала; точность формулировок, исключающих возможность неоднозначного толкования; наличие расчетных схем, эскизов, графиков; обоснование выбора материалов, расчетных коэффициентов и допускаемых напряжений со ссылкой на литературный источник.

Общим требованием к чертежам является полное их
соответствие ГОСТам ЕСКД.

ПЗ должна содержать:

– титульный лист;

– содержание;

– кинематическую схему и исходные данные для расчета;

– перечень пунктов задания, подлежащих выполнению;

– основную расчетную часть;

– список использованной литературы.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Исходными данными для конструкторского проекта являются кинематические схемы электропривода общего назначения, изображенные на рисунках 3.1 – 3.3, и параметры приводов, представленные в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные для курсового проекта

По первой букве фамилии

Показатели

А-Б

В-Д

Е-З

И-Л

М-О

П-С

Т-Ф

Х-Ч

Ш-Э

Ю-Я

Схемапривода, рис.

По последней цифре шифра

Параметры

Р_вых, кВт

0,62

0,9

1,28

1,85

3,45

3,2

3,6

1,9

1,3

2,8

Режим работы*

Срок службы в годах**

Число смен работы

Разработать чертеж шкива

Ве- ду- щий

Ве- до- мый

Ве- ду- щий.

Ве- до- мый

Ве- ду- щий

Ве- до- мый.

Ве- ду- щий

Ве- до- мый

Ве- ду- щий

Ве- до- мый

По сумме двух последних цифр шифра

Схема

Параметры, об/мин

1 или 18

2 или 17

3 или 16

или

5 или 14

6 или 13

7 или 12

8 или 11

9 или 10

Рис. 1, 2, 3, 4

n_вых

u_p

11,2

12,5

22,4

I–я ступень редуктора (быстроходная)

Косозубая

Прямозубая

II–я ступени редуктора (тихоходная)

Прямозубая

* Т – тяжелый режим, С – средний режим, Л – легкий режим работы

** При определении срока службы в часах принимать количество рабочих дней в году равным 300, продолжительность одной смены равной 8 часов.

Конкретный вариант задания для выполнения курсового проекта выбирается в зависимости от первой и второй букв фамилии студента и его учебного шифра (номера зачетной книжки). Например, исходными данными для КП студенту Сидорову И.П., имеющему шифр (номер зачетной книжки) 08029, будут:

– кинематическая схема привода (рис. 3.3):

– мощность на выходном валу привода Р_вых = 2.8 кВт;

– частота вращения выходного вала привода п_вых = 35 об/мин;

– передаточное число редуктора и_р = 14;

– режим работы – Т (тяжелый);

– срок службы в годах – 3 года;

– работа двухсменная.

3.1 Расчетная часть проекта

Порядок расчета курсового проекта по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» следующий:

1. Привести кинематическую схему привода и исходные данные для расчета (см. табл. 1).

2. Определить потребную мощность привода и подобрать электродвигатель.

3. Определить передаточные числа:

• привода U_пр;

• ременной передачи U_рп = U₁₂;

• распределить передаточное число редуктора по отдельным ступеням (U_ред =U_БU_T, где U_Б - передаточное число быстроходной ступени, U_T - передаточное число тихоходной ступени).

4. Определить расчетные параметры для всех ступеней привода:

• мощность на каждом валу Р_I, Р_II, Р_III и P_IV (кВт);

• частоту вращения каждого вала п_I, п_II, п_III и n_IV (об/мин);

• вращающие моменты на каждом валу Т_I, Т_II, Т_III и T_IV (Нм).

5. Рассчитать клиноременную передачу:

• привести кинематическую схему передачи;

• определить сечение ремня;

• определить диаметры ведущего и ведомого шкивов, вычислить угол обхвата ведущего (меньшего) шкива;

• определить расчетную мощность передачи, приходящуюся на один ремень;

• определить расчетную длину ремня и подобрать ремень стандартной длины;

• определить число ремней для привода, средний рабочий ресурс ремня и суммарное число ремней на весь срок службы привода;

разработать рабочий чертеж шкива (согласно заданию на курсовой проект).

6. Рассчитать зубчатые передачи:

• выбрать материал для деталей зубчатых передач, назначить твердость рабочих поверхностей зубьев (с учетом обеспечения равнопрочности элементов конструкции), определить ресурс передачи и допускаемые напряжения;

• провести расчет передач редуктора, определив их размеры;

• определить силы, действующие в зацеплении;

• выполнить компоновочный эскиз редуктора;

• провести выбор подшипников качения конструктивно;

• разработать чертежи деталей (согласно заданию на проект);

3.2 Графическая часть проекта

Графическая часть проекта состоит из пяти листов чертежей формата А3 (размеры одного листа 420×297 мм). В зависимости от размеров деталей их чертежи могут быть выполнены на листах формата А4 (размеры одного листа 297×210).

1. Лист № 1 «Компоновочная схема редуктора». Компоновочный эскиз выполняется в масштабе 1:1по выполненным расчетным данным. Пример выполнения компоновочного эскиза приведен в главе 8.

Пример чертежа редуктора (для каждой из кинематических схем) приведен в приложении А, Б и В.

2. Лист № 2 «Рабочий чертеж шкива». Включает в себя чертеж ведущего (или ведомого) шкива ременной передачи (согласно заданию на курсовой проект);

Чертежи выполняются на отдельных листах формата A3. Рабочий чертеж должен быть выполнен в полном соответствии с требованиями ЕСКД: деталь должна быть представлена в нужном количестве изображений с нанесением размеров и их отклонений, шероховатости поверхности и требований к материалу детали.

Примеры выполнения чертежей приведены в Приложении Ж.

Все чертежи складываются в соответствии с требованиями ЕСКД и подшиваются в конце пояснительной записки курсового проекта.

Титульный лист расчетно-пояснительной записки приведен в Приложении З.

3.3 Кинематические схемы приводов

Рисунок 3.1 – Кинематическая схема привода с развернутым цилиндрическим редуктором (Схема № 1).

Рисунок 3.2 – Кинематическая схема привода с соосным цилиндрическим редуктором (Схема № 2)

Рисунок 3.3 – Кинематическая схема привода с развернутым цилиндрическим редуктором и сдвоенной тихоходной ступенью (Схема № 3)

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

4.1 Исходные данные должны строго соответствовать заданию.

4.2 В КП должны быть даны ответы на все пункты задания и приведено обоснование выбора конструктивных элементов привода и его узлов.

4.2.1 Мощность на валу электродвигателя передается всем приводом,

состоящим из клиноременной передачи и редуктора. Ее значение определяют по потребной мощности

где Р – требуемая мощность электродвигателя, кВт;

Р _вых – требуемая мощность на выходном валу привода, кВт;

η_общ – общий КПД привода.

η₁₂ η₃₄ η₅₆– соответственно КПД первой, второй и третьей ступени привода.

В зависимости от схемы задания КПД ступени могут быть приняты для:

—клиноременной передачи, η = 0,95...0,96;

—зубчатой передачи с цилиндрическими колесами, η = 0,98;

—зубчатой передачи с цилиндрическими колесами, сдвоенной η = 0,97;

Приведенные значения КПД являются приближенными и учитывают потери в подшипниках.

4.2.2 По найденному значению Р подбирается электродвигатель (см. табл. 4.1). Должно быть выполнено условие Р₁> Р. Обычно выбирается ближайшее большее значение. Частота вращения вала электродвигателя выбирается из условия обеспечения заданного передаточного числа редуктора и допустимого значения передаточного числа клиноременной или цепной передачи (см. табл. 4.2). Номинальная мощность электродвигателя Р_х является расчетной. Значение расчетной мощности для каждого вала привода определяется с учетом соответствующего значения КПД.

Габаритные и присоединительные размеры электродвигателя выбираются по табл. 4.3.

Таблица 4.1

Трехфазные асинхронные короткозамкнутые обдуваемые двигатели

общепромышленного применения серии 4А> ГОСТ 19523-74

(частичное извлечение), типы и основные параметры при

номинальной нагрузке

Тип двигателя	Мощность	Асинхронная частота вращения л,, об/мин	Отношение вращающего моментах номинальному
максимального	начального пускового	минимального
		з	⁴

Синхронная частота вращения 3000 об/мин

4А71А2УЗ	0,75		2.2	2,0	1,2
4А7Ш2УЗ	1,10		2,0	1,2
4А80А2УЗ	1,50	2S50	2,0	1,2
4А80В2УЗ	2,20		2,0	1,2
4А9012УЗ	3,00		2,0	1,2
4А10052УЗ	4,00		2,0	1,2
4А10012УЗ	5,50		2,0	1,2
4АП2М2УЗ	7,50		2,0	1,0
4А132М2УЗ	11.00		1,6	1,0
4А1$0$2УЗ	15,00		1,4	1,0

Синхронная частота вращения 1500 об/мин

(4А71В4УЗ	0,75	2,2	2,0	1,6
4А80А4УЗ	1,10	2,0	1,6
4А80В4УЗ	1.5	2,0	1,6
4А90Ь4УЗ	2,2	2,0	1,6
4А1004УЗ	3,0	2fi	1,6
4А1004УЗ	4.0	2,0	1,6
4АП2М4УЗ	5,5	2,0	1,6
4А1324УЗ	7,5	2,0	1,6
4А132М4УЭ	11,0	2,0	1,6
4А1604УЗ	15,0	1,4	1,0

Продолжение таблицы 4.1

Синхронная частота вращения 1000 об/мин

4А30А6УЗ	0.75	2.2	2,0	1,6
4А80Б6УЗ	1,10	2,0	1,6
4A90L6Y3	1,5	2,0	1.6
4A100L6Y3	2.2	2,0	1,6
4А112МА6УЗ	3,0	2.0	1.6
4АП2МВ6УЗ	4.0	2,0	1.6
4A132S6Y3	5.5	2,0	1.6
1 4А132М6УЗ	7.5	2.0	1.6
4А16086УЗ	11,0	2,0	1,2	1,0
4А160М6УЗ	15,0	1,2	1,0

Таблица 4.2

Рекомендуемые значены передаточных чисел для одной ступени передач
Тип передачи	Твердость зубьев	Значения u
		наиболее
		употреби-	наибольшие
		тельные
Зубчатая цилиндрическая
закрытая:
тихоходная ступень во всех редукторах	HB350	2,5...5	6.3
	HRC40...56	2,5...5	6,3
	HRC56...63	2...4	6.3
быстроходная ступень в редукторах	НB 350	3.15...5
ло развернутой схеме	HRC40...56	3.15...6	7.1
	HRC 56...63	2,5…4	6,3
быстроходная ступень в соосном редукторе	НВ 350	4...63
	HRC40...56	4...6,3
	HRC56...63	3,15.,.5
Зубчатая цилиндрическая	НВ 350	4...S
Открытая:
Зубчатая коническая закрытая	HB350	I...4	6.3
	>НВ350	1...4
Червячная закрыты		16...50
Цепная		1,5...5
Клнноременная		2…4

Таблица 4.3

Размеры вала, мм, асинхронных короткозамкнутых двигателей

серии 4А (исполнение М100) по ГОСТ 19523-74

(частичное извлечение)

Тип двигателя	Диаметр вала, d,мм		Тип двигателя	Диаметр вала, d,мм
4А71		4A100L
4А80А		4A112M
4А80В		4A132S
4А90L		4A132M
4A100S		4A160S

1.2.3. Передаточное число привода определяется из выражения

где п _дв– асинхронная частота вращения вала электродвигателя; п _вых–заданная частота вращения выходного вала привода.

Поскольку передаточное число редуктора и _ропределено заданием, то передаточное число клиноременной передачи u _рпопределяется из выражения:

4.2.4 Максимально допустимые значения передаточного числа клиноременной передачи могут быть приняты до 8... 10.

Однако при таких больших значениях и ведомый шкив может оказаться слишком большим, а угол обхвата ведущего шкива а — слишком маленьким, поэтому рекомендуется ориентироваться на оптимальные значения передаточных чисел, приведенные в табл. 4.2.

Если передаточные числа превышают оптимальные значения, следует выбрать электродвигатель той же мощности с меньшей частотой вращения. При разбивке по ступеням передаточного числа редуктора следует руководствоваться рекомендациями, приведенными в табл. 4.4.

Общее передаточное число редуктора определяется из выражения

где u_Б – первая быстроходная ступень редуктора;

u _т– вторая тихоходная ступень редуктора.

4.2.5 Определяют расчетные параметры для ступеней привода. К расчетным параметрам (нагрузочным характеристикам) привода относят:

• расчетная мощность на валах привода:

где – мощность выбранного электродвигателя;

η₁₂, η₃₄, η₅₆– КПД соответствующих ступеней привода.

• частота вращения валов привода

; ; ; .

Здесь п _дв—асинхронная частота вращения двигателя; — частоты вращения соответствующих валов привода;

• вращающие моменты на валах

Таблица 4.4

Рекомендуемые значения передаточных чисел для отдельных ступеней двухступенчатых редукторов

Вид редуктора	Передаточное число	Быстроходная ступень	Тихоходная ступень u _т
Цилиндрический редуктор с развернутой схемой	8...25
Цилиндрический соосный редуктор	8...25

; ; ; ;

где Р – кВт; п – об/мин; T – Нм.

4.2.6 Определение расчетной нагрузки

За расчетную нагрузку для зубьев зубчатых передач принимают максимальное значение удельной нагрузки, распределенной по линии контакта зубьев. Однако при расчете удобнее эту нагрузку выражать через передаваемый крутящий момент. Поэтому при проектном расчете размеры передач определяют через основные заданные характеристики передачи: вращающий момент и передаточное число.

Когда привод проектируется без указания его конкретного назначения, следует считаться с тем, что потребитель может загрузить передачи на полную мощность электродвигателя, и расчет передачи следует вести по номинальному моменту Т _ном, определенному исходя из номинального момента электродвигателя T _дв Расчетные параметры на каждом из валов привода удобно свести в таблицу (табл. 4.5).

Таблица 4.5

Номер вала	Р, кВт	n, об/мин	Т, Нм
I
II
III
IV

4.2.7 Материалы зубчатых колец

Зубчатые колеса силовых редукторов обычно изготовляются из углеродистой или легированной стали. Меньшее из зубчатых колес пары, находящейся в зацеплении, обычно называют шестерней, а большее — колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу.

Контактная прочность, обуславливающая размеры передачи, определяется главным образом твердостью поверхности зубьев. В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев стальные зубчатые колеса можно разделить на две группы:

I — Колеса с твердостью до НВ350. Для получения такой твердости колеса подвергаются нормализации или улучшению (закалке с высоким отпуском).

II— Колеса с твердостью выше НВ350 (при этом твердость обычно замеряется по шкале Роквелла — HRC). Для получения такой твердости колеса подвергаются объемной или поверхностной закалке, а также цементации, цианированию, азотированию.

Таблица 4.6

Характеристики механических свойств некоторых сталей
Марка стали	Максимальные Размеры, мм	НВ (Включая сердцевину)	НRC (поверхность)	Термическая обработка
D	S
	Любые	163…192	-	Нормализация
	Любые	179…207	-	Нормализация
			235…262 269…302	- -	Улучшение Улучшение
40Х 40Х 40Х			235…262 269…302 269…302	- - 45…50	Улучшение Улучшение Улучшение + Закалка ТВЧ
40ХН 40XН 40ХН			235...262 269...302 269... 302	48...53	Улучшение Тоже Улучшение + закалка ТВЧ

При выборе материалов следует обеспечить для шестерни более высокие механические характеристики, чем для колеса. Этого можно достигнуть подбором различных марок стали или различной термообработкой.

Если твердость рабочих поверхностей зубьев хотя бы одного из зубчатых колес пары Н < НВ350, то зубчатые колеса считаются прирабатывающимися.

Для ускорения прирабатываемости и выравнивания долговечности зубчатой пары с ведомым колесом, имеющим твердость до НВ350, среднюю твердость рабочей поверхности зубьев шестерни следует назначать выше твердости колеса. Обычно

или

Для косозубых передач твердость НВ _сррабочих поверхностей зубьев шестерни следует принимать максимально возможной.

Для неприрабатывающихся зубчатых передач с твердыми рабочими поверхностями зубьев обоих колес (свыше HRC45) твердость зубьев шестерни и колеса можно выбирать одинаковой.

Следует помнить, что получение нужных механических свойств стали зависит не только от температурного режима термообработки, но и от габаритов заготовки.

РЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА

5.1 Общие сведения

Ременная передача — это передача гибкой связью (рис. 5.1), состоящая из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и надетого на них ремня 3. В состав передачи могут также входить натяжные устройства. Возможно применение нескольких ремней и нескольких ведомых шкивов. Основное назначение — передача механической энергии от двигателя передаточным и исполнительным механизмам, как правило, с понижением частоты вращения и повышением вращающего момента.

Рисунок 5.1 – Передача гибкой связью

По принципу работы различаются передачи трением (большинство передач) и зацеплением (зубчато-ременные). Передачи зубчатыми ремнями по своим свойствам существенно отличаются от ременных передач трением.

Ремни передач трением по форме поперечного сечения разделяются на плоские, клиновые, поликлиновые, круглые, квадратные (рис. 5.2). Клиновые, поликлиновые, зубчатые и быстроходные плоские изготовляют бесконечными замкнутыми. Плоские ремни преимущественно выпускают конечными в виде длинных лент. Концы таких ремней склеивают, сшивают или соединяют металлическими скобами. Места соединения ремней вызывают динамические нагрузки, что ограничивает скорость ремня. Разрушение этих ремней

Рисунок 5.2 – Форма поперечного сечения ремней

происходит, как правило, по месту соединения.

Достоинства: ременных передач трением: возможность передачи движения на значительные расстояния; возможность работы с высокими скоростями; плавность и малошумность работы; предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки и ударов; защита от перегрузки за счет проскальзывания ремня по шкиву; простота конструкции; отсутствие смазочной системы; низкая стоимость.

Недостатки: значительные габариты; значительные силы, действующие на валы и опоры; непостоянство передаточного отношения; малая долговечность ремней в быстроходных передачах; необходимость защиты ремня от попадания масла.

5.2 Расчет клиноременной передачи

Основной деталью передачи является приводной бесконечный ремень. Размеры нормальных поперечных сечений ремней и их расчетная длина на уровне нейтральной линии приведены на рис. 5.3 и в табл. 5.1

Ремень каждого сечения способен передавать максимально допустимую мощность при определенных значениях частоты вращения ведущего (меньшего) шкива, его диаметра, передаточного числа и окружной скорости ремня.

Выбор необходимого сечения ремня осуществляется по рис.5.4 в зависимости от передаваемой мощности и частоты вращения ведущего шкива.

Рисунок 5.3 – Форма поперечного сечения клинового ремня

Параметры ремнейТаблица 5.1

Обозначение сечения	W _p, мм	W, мм	T _o, мм	Площадь сечения, мм²	Масса 1м длины, кг/м	Минимальный диаметр ведущего шкива
0(2Г)	8,5		6,0		0,06
А (А)	11,0		8,0		0,105
Б (5)	14,0		10,5		0,18
В(С)	19,0		13,5		0,30
Гф)	27,0		19,0		0,62
Д(Е)	32,0		23,5		0,92
Е(ЕО)	42,0				1,5
Ряд стандартных длин ремней L _p(мм): 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550,4000, 4500, 5000, 6000.

Примечания: 1. В скобках указаны обозначения сечения ремней в международной системе.

2. Примеры условных обозначений:

Ремень сечения В с длиной L = 2500 мм, с кордной тканью в несущем слое для работы в умеренном климате: Ремень В-2500 Т ГОСТ 1284.1-80 — ГОСТ 1284.3-80;

3. Тоже с кордшнуром: Ремень В-2500 Ш ГОСТ 1284.1-80 —
ГОСТ 1284.3-80.

Расчетные диаметры ведущих шкивов d ₁и d ₂должны быть не менее минимальных значений, указанных в табл. 1. В целях повышения срока службы ремней рекомендуется применять шкивы с диаметрами d ₁ > d _min (d ₂ > d _min ) из стандартного ряда, приведенного в табл. 5.2.

Расчетные диаметры шкивов Таблица 5.2

Обозначение	Величина
D ₁, мм (d ₂, мм)	63,71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160,180, 200, 224,250, 280, 315, 355,400, 450, 500, 560, 630, 710, 800,900,1000

Примечание. При передаваемых мощностях Р ₁ < 2 кВт применяют ремни сечением О.

Расчетный диаметр ведомого (большего) шкива d₂ определяют предварительно без учета скольжения по формуле:

d ₂ =d ₁× U, мм,

где U — принятое передаточное отношение.

Полученное значение d ₂округляют до ближайшего стандартного и уточняют передаточное отношение с учетом коэффициента относительного скольжения = 0,01:

Рисунок 5.4 – Частотно-силовая характеристика ремней

Уточненное значение передаточного числа должно отличаться от ранее принятого не более чем на ± 5%.

С целью уменьшения габаритов передачи целесообразно принимать передаточное число ременной передачи U = 2...3, предельное значение U = 5.

Предварительно значение межосевого расстояния открытой передачи (см. рис. 5.1) принимают в диапазоне:

, мм

a_max = + , мм,

где Т ₀— высота сечения ремня.

К расчету принимают промежуточное значение:

, мм

Ориентировочно межосевое расстояние можно принимать по рекомендации табл. 5.3 (в зависимости от величины передаточного числа U).

Ориентировочные межосевые расстояния

Таблица 5.3


u
а	1,5 ₂	1,2 ₂	d₂	0,95 ₂	0,9 ₂	0,85 ₂

По принятому межосевому расстоянию определяют расчетную длину ремня:

Полученную расчетную длину ремня L _p ' округляют до ближайшего стандартного значения по табл. 5.1, а затем уточняют межосевое расстояние:

, мм,

где L_p — стандартная расчетная длина ремня, измеренная по нейтральному слою, мм.

Параметры w и у вычисляются по формулам:

, мм; , мм².

Значительное влияние на тяговую способность клиноременной передачи оказывает угол обхвата а ремнями ведущего шкива, который определяется по формуле:

Существенное влияние на долговечность и тяговую способность ременной передачи оказывает количество ремней. При определении числа ремней необходимо учитывать следующие обстоятельства.

Заданная мощность Р₁ на валу ведущего шкива может быть передана как одним, так и несколькими ремнями. С увеличением числа ремней уменьшается мощность, приходящаяся на один ремень. Это дает возможность назначить для передачи ремень с меньшим сечением. При этом уменьшаются диаметры шкивов и межосевое расстояние и, тем самым, могут быть получены оптимальные габариты передачи.

Предельное число ремней ограничивается условием их равномерной загрузки и не превышает восьми. Если по расчету получается Z > 8, то необходимо принять большее сечение ремня или увеличить диаметры шкивов.

Однако уже при Z > 5 в большинстве случаев габариты передачи становятся менее оптимальными, поскольку ее размеры растут в сторону увеличения ширины шкивов быстрее, чем уменьшается межосевое расстояние и диаметры шкивов.

Число ремней Z округляемое до целого большего значения, определяют по формуле:

где Р ₁— мощность на валу ведущего шкива, кВт. Если шкив установлен на валу двигателя, то Р₁ — мощность двигателя;

С₂ — коэффициент, учитывающий число ремней в комплекте (табл. 5.4):

Значения коэффициента С_z Таблица 5.4
Число ремней в комплекте Z	Cz
2...3 4...6 >6	0,95 0,90 0,85

Мощность, передаваемая одним ремнем Р_p в условиях эксплуатации при заданном режиме работы:

, кВт,

где Р ₀— номинальная мощность эталонной стандартной передачи, состоящей из одного ремня при а = 180°, U = 1, и базовой длине ремня L _p;

С _α, С _p ,C _L— коэффициенты (табл. 5.6, 5.8, 5.10).

Величина мощности Р ₀выбирается по табл. 5.5, 5.7 и 5.9. Исходными данными при этом являются диаметр ведущего шкива d ₁ частота его вращения n ₁ сечение ремня и передаточное число U. Для промежуточных значений n ₁ и U номинальную мощность вычисляют методом линейной интерполяции.

Коэффициент С _α, учитывающий влияние угла обхвата α°, выбирают по табл. 5.6.

Коэффициент C _Lучитывающий длину ремня L, находят по табл. 5.8.

Коэффициент С _p учитывающий влияние режима работы, определяют по табл. 5.10.

Окружная скорость ремня определяется по формуле:

, м/с.

Значение окружной скорости ремня влияет на натяжение каждой ветви одного ремня S₀, и, как следствие, на нагрузки, действующие на валы и опоры ременной передачи.

Начальное натяжение каждой ветви одного ремня S₀ определяется по формуле:

, H,

где v — скорость ремня, м/с.

Значение коэффициента , учитывающего влияние центробежных сил, принимают в зависимости от сечения ремня по табл. 5.11.

Необходимость создания предварительного натяга и последующее нагружение ременной передачи, вызванное действием внешнего момента Т₁ приводят к появлению большой по величине F_r, приложенной к сопряженным с ременной передачей валам (рис. 5.5).

Рисунок 5.5 – Силы на валах передачи

В работающей передаче сила F_r представляет собой результирующую сил натяжения S_t и S₂, направленную по радиусу к центру вращения вала и по модулю равную:

где Z — количество ремней в ременной передаче.

Таблица 5.5 Номинальная мощность Р _о(кВт), передаваемая одним ремнем сечения О при L _р= 2240 мм (частичное извлечение из ГОСТ 1284.3-80)
d₁, мм	U	Частота вращения меньшего шкива n₁, мин ^-1
		1200 \| 1450 \|1600
	1,20 1,50 >3,00	0,39 0,40 0,42	0,45 0,46 0,48	0,54 0,56 0,58	0,63 0,66 0,68	0,69 0,71 0,73	0,82 0,84 0,87	0,94 0,97 1,00	1,05 1,08 1,11	1,14 1,18 1,22
	1,20 1,50 >3,00	0,47 0,49 0,50	0,55 0,56 0,58	0,66 0,68 0,71	0,77 0,80 0,82	0,84 0,86 0,89	1,00 1,03 1,06	1,15 1,18 1,22	1,28 1,32 1,36	1,40 1,45 1,49
	1,20 1,50 >3,00	0,56 0,58 0,60	0,65 0,67 0,69	0,79 0,82 0,84	0,93 0,96 0,99	1,00 1,03 1,07	1,20 1,23 1,39	1,37 1,42 1,46	1,53 1,58 1,63	1,67 1,73 1,78
	1,20 1,50 >3,00	0,65 0.67 0,70	0,75 0,78 0,80	0,92 0,95 0,98	1,07 1,11 1,14	1,16 1,20 1,24	1.39 1,43 1,48	1,59 1,64 1,69	1,77 1,83 1,89 2,04 2,11 2,17	:,93 1,99 2,05
>112	1,20 1,50 >3,00	0,76 0,78 0,81	0,88 0,91 0,94	1,07 1,10 1,14	1,25 1,29 1,33	1,35 1,40 1,44	1,61 1,66 1,72	1,84 1,90 1,96	2,04 2,11 2,17	2,21 2,28 2,35
v, м/с	5 10 15

При заданных значениях мощности Р ₁и числе оборотов п ₁принятые клиновые ремни передачи должны обеспечить необходимую тяговую способность в течение определенного срока службы до наступления разрушения. Длительность этого срока Т _ср(средний ресурс ремней в эксплуатации) по ГОСТ 1284.2-80 установлена (для среднего режима работы и умеренного климата) в 2000 часов.

Таблица 5.6

Значения коэффициента С _α
Угол обхвата α, град.
Коэффициент С _α	0,98	0,95	0,92	0,89	0,86	0,82	0,73	0,68

Таблица 5.7

Номинальная мощность P_о (кВт), передаваемая одним ремнем

сечения А при L _р= 2240 мм (частичное извлечение

из ГОСТ 1284.3-80)

d ₁, мм	U	Частота вращения меньшего шкива n _1,мин^–1

	1,20 1,50 >3,00	0,88 0,91 0,94	1,01 1,05 1,08	1,22 1,25 1,30	1,41 1,45 1,50	1,52 1,57 1,62	2,10 2,17 2,24	2,19 2,27 2,34	2,34 2,42 2,49

	1,20 1,50 >3,00	1,07 1,11 1,14	1,23 1,27 1,31	1,49 1,54 1,59	1,72 1,78 1.84	1,86 1,92 1,98	2,58 2,67 2,75	2,69 2,78 2,87	2,86 2,96 3,05
	1,20 1,50 >3,00	1,28 1,32 1,36	1,47 1,52 1,57	1,77 1,83 1,89	2,06 2,13 2,19	2,22 2,29 2,36	3,07 3,17 3,27	3,19 3,30 3,40	3,38 3,49 3,60
	1,20 1,50 >3,00	1,51 1,56 1,60	1,74 1,79 1,85	2,10 2,17 2,24	2,43 2,51 2,59	2,62 2,71 2,79	3,60 3,71 3,83	3,72 3,85 3,97	3,91 4,03 4,16
	1,20 1,50 >:3,00	1,81 1,87 1,93	2,09 2,15 2,22	2,52 2,60 2,69	2,92 3,02 3,11	3,14 3,24 3,35	4,22 4,36 4,50	4,35 4,49 4,63	4,48 4,63 4,78
>180	1,20 1,50 >3,00	2,10 2,17 2,24	2,43 2,51 2,59	2,93 3,03 3,12	3,38 3,50 3,61	3,63 3,75 3,87	4,76 4,92 5,07	4,86 5,02 5,18	4,90 5,05 5,22
v, м/с	10 20 25

Таблица 5.8

Значения коэффициента С_L

Расчетная длина ремня L _p, мм	Сечение ремня	Расчетная длина ремня L _p, мм	Сечение ремня
О	А	Б	В	А	Б	В
	0,69	-	-	-		0,99	0,93	-
	0,74	0,79	-	-		1,01	0,95	0,86
	0,76	0,81	-	-		1,03	0,98	0,88
	0,79	0,83	-	-		1,06	1,00	0,91
	0,81	0,85	-	-		1,09	1,03	0,93
	0,82	0,87	0.82	-		1,11	1,05	0,95
	0,84	0,89	0,84	-		1,13	1,07	0,97
	0,86	0,91	0,86	-		1,15	1,09	0,99
	0,90	0,96	0,88	-		1,17	1,13	1,02
	0,92	0,98	0,90	-		-	1,15	1,04

Таблица 5.9

Номинальная мощность Р_о (кВт), передаваемая одним ремнем

сечения Б при L _р= 2240 мм (частичное извлечение

из ГОСТ 1284.3–80)

d ₁, мм	U	Частота вращения меньшего шкива п ₁, мин^–1

	1,20 1,50 >3,00	1,54 1,59 1,64	1,85 1,81 1,86	1,82 1,88 1,93	2,07 2,13 2,20	2,35 2,42 2,50	2,50 2,58 2,66
	1,20 1,50 >3,00	1,95 2,01 2,08	2,20 2,30 2,37	2,31 2,39 2,46	2,64 2,72 2,82 \| 3,21	3,01 3,10 3,21	3,21 3,32 3,42
	1,20 1,50 >3,00	2,48 2,57 2,65	2,84 2,94 3,03	2,96 3,05 3,15	3,39 3,50 3,61	3,87 4,00 4,13	4,13 4,27 4,40
	1,20 1,50 >3,00	3,01 3,11 3,21	3,45 3,56 3,67	3,59 3,70 3,82	4,11 4,25 4,38	4,70 4,85 5,01	5,01 5,17 5,38
	1,20 1,50 >3,00	3,53 3,64 3,76	4,04 4,17 4,30	4,20 4,34 4,48	4,82 4,97 5,13	5,49 5,67 5,85	5,84 6,03 6,22
	1,20 1,50 3,00	4,13 4,27 4,40	4,73 4,89 5,04	4,92 5,08 5,24	5,63 5,81 6,00	6,39 6,60 6,81	6,77 7,00 7,22
	1,20 1,50 >3,00	4,77 4,93 5,08	5,46 5,63 5,81	5,67 5,86 6,04	6,47 6,68 6,89	7,30 7,58 7,82	7,74 8,00 8,25
>280	1,20 1,50 3,00	5,49 5,67 5,85	6,26 6,47 6,67	6,50 6,72 6,93	7,42 7,66 7,91	8,30 8,57 8,84	8,69 8,97 9,26
v, м/с 10 15

Расчетный ресурс ремней вычисляется по формуле

, ч,

где К ₁– коэффициент режима работы