Нагрузка на валы и опоры

Силы натяжения ветвей ремня (за исключением F_V) передаются на валы и опоры (рис.11.6). Равнодействующая нагрузка определяется как

.

Равнодействующая R в 2…3 раза больше окружной силы F_t.

Основные преимущества ременной передачи:

1. Возможность передачи момента между валами, расположенными на значительном расстоянии;

2. Плавность и бесшумность работы;

3. Предохранение механизмов от перегрузок вследствие проскальзывания;

4. Малая стоимость.

Основные недостатки ременной передачи:

1. Большие габариты;

2. Непостоянство передаточного числа вследствие проскальзывания;

3. Повышенные нагрузки на валы из-за натяжения ремня;

4. Малая долговечность;

Напряжения в ремне

Наибольшие напряжения действуют в ведущей ветви ремня (рис 11.7):

1) ,

где - полезное напряжение; - напряжение от предварительного натяжения; - площадь поперечного сечения ремня;

2) - напряжение от центробежных сил;

3) s_и-изгибные напряжения, возникают в той части ремня, которая огибает шкив.

Согласно закону Гука изгибные напряжения определяются в виде

s_и = Ee.

Здесь E – модуль упругости материала ремня;

- относительное удлинение нагруженных волокон ремня при чистом изгибе,

где y– расстояние от нейтрального слоя, r– радиус кривизны нейтрального слоя.

Для ремня, огибающего шкив , , , тогда

.

Суммарное максимальное напряжение в ведущей ветви в месте набегания ремня на малый шкив .

Эпюра распределения напряжений по длине ремня имеет вид, показанный на рис. 11.7.

Критерии работоспособности ременных передач

Основные критерии работоспособности:

1) тяговая способность;

2) прочность;

3) усталостная долговечность.

Виды разрушений ремня:

1) буксование ремня сопровождается разогревом и износом;

2) усталостное разрушение ремня – разрыв за счет накопления усталости;

3) статическое разрушение – разрыв ремня.

Согласно формулам Эйлера, необходимое натяжение ремня

, отсюда .

Отношение называется коэффициентом тяги, тогда - критический коэффициент тяги.

Если j =j₀, то ремень начинает буксовать. Это выражение теоретическое, а на практике j₀ определяют опытным путем. Так как j и e ~ F_t, то e ~ j.

В настоящее время работоспособность ременной передачи характеризуют кривыми скольжения e = f(j) и КПД h = f(j) (рис.11.8). Также кривые являются результатом испытаний ремней различных типов. По оси ординат отложено относительное скольжение e и КПД, а по оси абсцисс – нагрузка передачи, которую выражают через коэффициент тяги j. На начальном участке кривой скольжения от 0 до j₀ наблюдается только упругое скольжение. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к частичному, а затем и полному буксованию. Рабочую нагрузку рекомендуется выбирать вблизи критического значения j₀ слева от него. Этому значению соответствует и максимальное значение h = 0,96…0,97. Долговечность ремня зависит не только от величины напряжений, но и от характера и частоты цикла изменения этих напряжений.

Из рис.11.9 видно, что напряжения в ремне изменяются по пульсирующему знакопеременному циклу, что приводит к усталостному разрушению ремня. Частота цикла напряжений равна частоте пробегов ремня:

,

где V – окружная скорость, l – длина ремня.

Чем выше частота l_П, тем меньше долговечность ремня, поэтому введены ограничения на частоту пробегов ремня l_П=3…5 для плоских ремней и l_П=10…20 для клиновидных ремней. Кроме того с увеличением l_П увеличивается температура ремня. Это также приводит к снижению прочности.

Рис. 11.9

Лекция №12

Валы и оси

Все детали, совершающие вращательное движение, вращаются вокруг некоторых геометрических осей. На практике эти геометрические оси воплощаются в реальные детали – валы и оси.

Оси предназначены для поддержания вращающихся деталей и обеспечения их геометрической оси вращения. Они могут быть как вращающимися, так и неподвижными и воспринимают только напряжение изгиба.

Валы, в отличие от осей, предназначены, кроме перечисленных функций, и для передачи крутящих моментов от одной детали к другой и испытывают напряжения изгиба и кручения. Валы и оси вращаются относительно опор, называемых подшипниками. Различают валы прямые, коленчатые и гибкие. Наибольшее распространение имеют прямые валы. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Гибкие валы допускают передачу вращения при больших перегибах оси.

По конструкции различают валы и оси, гладкие и фасонные. По виду поперечного сечения валы и оси могут быть сплошными и полыми. Применение пустотелых валов позволяет существенно снизить их вес при сохранении равной прочности и жесткости вала.

Изучить самостоятельно: конструкции осей и валов; материалы для изготовления осей и валов.