Calculation of V-belt transmissions for agricultural machinery with automatic adjustment of belt tension

Abstract

The calculation method for V-belt transmission with automatic adjustment of belt tension is suggested.

Full Text

УДК 621.852 ТСМ № 9-2014 Расчет клиноременных передач сельхозмашин с автоматическим натяжением ремня Канд. техн. наук Н.П. Баловнев, инж. Л.А. Дмитриева (Университет машиностроения (МАМИ), dm@mami.ru) Аннотация. Предложена методика расчета клиноременной передачи с автоматическим натяжением ремня. Номинальную мощность, передаваемую одним ремнем, и величину предварительного натяжения ремней рекомендовано не назначать по ГОСТу 1284.3-96, а определять по полученным зависимостям с учетом особенностей передачи. Ключевые слова: клиновой ремень, самонатяжная передача, предварительное натяжение, передаваемая мощность, натяжной ролик. В приводах большинства современных с.-х. машин, например зерноуборочных комбайнов, передаваемая нагрузка меняется в значительных пределах [1]. В этом случае целесообразно использовать самонатяжные передачи, обеспечивающие натяжение ремня пропорционально передаваемой нагрузке, что повысит долговечность ремня и снизит потери при сохранении достаточной тяговой способности. К таким передачам относятся уже достаточно распространенные передачи с подпружиненным натяжным роликом, расположенным внутри или вне контура ремня (рис. 1, а, б). Однако такие передачи предполагают дополнительный перегиб ремня, что негативно сказывается на его ресурсе, а в справочной и научно-технической литературе нет четких рекомендаций по их расчету и проектированию, учитывающих как положительные, так и отрицательные стороны. Расчет клиноременных передач, регламентируемый отечественной нормативно-технической документацией, распространяется на передачи открытого типа с автоматическим натяжением за счет перемещения одного из шкивов передачи (рис. 1, в) или с натяжением за счет его упругости (рис. 1, г), т.е. на передачи с двумя шкивами. Для таких передач он сводится к определению расчетной мощности в условиях эксплуатации, кВт: , (1) а также количества ремней в передаче: где - номинальная передаваемая мощность, кВт; - номинальная мощность, передаваемая одним ремнем при угле обхвата и спокойном режиме работы по ГОСТу 1284.3-96 «Ремни приводные клиновые нормальных сечений. Передаваемые мощности», кВт; - коэффициент, учитывающий угол обхвата на малом шкиве; - коэффициент, учитывающий длину ремня; - коэффициент динамичности и режима работы; - коэффициент, учитывающий количество ремней в передаче. Предварительное натяжение, Н, находят из выражения: где - скорость ремня, м/с; - погонная масса ремня, кг/м. В работах [2, 3] показано, что формулы (1) и (2) соответствуют расчету по максимальному напряжению с учетом долговечности ремня, предусмотренному документами ISO, а данные ГОСТа 1284.3-96 по хорошо коррелируются с зависимостями, приведенными в этих работах. Однако следует заметить, что значения найдены для соотношения натяжений ветвей ремня . Для этого же соотношения дана формула (3) и определены значения коэффициентов и . Там же показано, что для передач с подпружиненным натяжным роликом соотношение натяжений ветвей ремня может быть увеличено до , а в работе [4] это предположение подтверждено результатами сравнительных испытаний передач с различными способами натяжения ремня. Выражения для определения исходной мощности, кВт, одного ремня при работе в открытой передаче с использованием результатов работы [3] при произвольном значении примут вид: - для ремней нормального сечения - для ремней узкого сечения где - площадь поперечного сечения ремня, мм2; - расчетная длина ремня, м; - расчетная ширина ремня, мм; - диаметр меньшего шкива, мм; - коэффициент, учитывающий разную степень изгиба на малом и большом шкивах. В этих выражениях, полученных для двухшкивной передачи, коэффициент , установленный на основе линейной гипотезы суммирования повреждений, должен быть скорректирован, поскольку объект исследований - трехшкивная передача. Коэффициент предлагается назначать по рис. 2, обозначив его . Кривая также построена с учетом линейной гипотезы суммирования повреждений [3]. Формулы (4) и (5) с учетом коэффициента , учитывающего понижение сопротивления усталости ремня за один пробег из-за наличия натяжного ролика, принимают вид: - для ремней нормального сечения - для ремней узкого сечения Коэффициент может быть определен с учетом рис. 3: где - максимальное суммарное напряжение в ремне, МПа; - текущее напряжение в сечении ремня во время его нахождения на ведомой ветви, МПа; - текущее напряжение в сечении ремня во время обегания натяжного шкива, МПа; - полезное напряжение в ремне, МПа; - окружная сила, Н; - приведенный модуль упругости ремня при изгибе, МПа; - высота профиля сечения ремня, мм; - плотность ремня, кг/мм3; - расчетный диаметр натяжного ролика, мм; - показатель степени кривой усталости для клиновых ремней. Таким образом, при подборе типоразмера ремня для самонатяжных передач с подпружиненным натяжным роликом номинальную мощность следует определять по формулам (6) или (7), а не назначать по ГОСТу 1284.3-96. При этом соотношение натяжений ветвей ремня может быть увеличено до [5]. Количество ремней следует находить по выражению (2), но с некоторой корректировкой коэффициентов. Поскольку длина ремней нормального сечения входит в выражение (6) в явном виде, то коэффициент, учитывающий влияние длины ремня . Для узких клиновых ремней назначают согласно [3]. Коэффициент , учитывающий угол обхвата меньшего шкива, в ГОСТе 1284.3-96 приводится из расчета Однако, как было сказано выше, для рассматриваемых передач значение должно быть иным. Его следует определять по выражению [5]: Коэффициент режима работы назначают по таблице. Коэффициент , учитывающий количество ремней, принимают по ГОСТу 1284.3-96. Коэффициенты режима работы и перегрузки Режим работы Характер нагрузки Электродвигатель переменного и постоянного тока Двигатель внутреннего сгорания Число смен работы ремней 1 2 3 1 2 3 Легкий Спокойная нагрузка; кратковременная перегрузка до 120% 1,2 1 1,1 1,4 1,1 1,2 1,5 Средний Умеренные колебания; кратковременная перегрузка до 150% 1,5 1,1 1,2 1,5 1,2 1,4 1,6 Тяжелый Значительные колебания; кратковременная перегрузка до 200% 2 1,2 1,3 1,6 1,3 1,5 1,7 Предварительное натяжение, Н, для передач с подпружиненными натяжными роликами при расчете по максимальным напряжениям следует определять по выражению [2]: где - коэффициент, учитывающий кратковременные перегрузки. При выражение (10) принимает вид: Коэффициент следует назначать с учетом запаса по тяговой способности по формуле: Коэффициент запаса по тяговой способности для передачи, изображенной на рис. 1, а, следует принимать равным 1,25, а для передачи на рис. 1, б - равным 1,2. Выводы 1. В приводах с.-х. машин с переменным режимом нагружения следует применять самонатяжные клиноременные передачи с подпружиненным натяжным роликом. 2. При проектировании таких передач исходную номинальную мощность, передаваемую одним ремнем, следует не назначать по стандарту, а определять по предлагаемым зависимостям при . 3. Корректирующие коэффициенты и величина предварительного натяжения ремней также должны быть определены с учетом особенностей передачи по предложенным зависимостям. 4. Изложенная методика применима для ремней как нормального, так и узкого сечения.