Ременные передачи

Ременные передачи получили широкое распространение в приводах металлорежущих станков благодаря целому ряду преимуществ по сравнению с другими видами механических передач: плавности, бесшумности передачи движения при значительном межцентровом расстоянии и др.

В приводах современного технологического оборудования наиболее широко применяются клиновые, поликлиновые и зубчатые (плоскозубчатые) ременные передачи. Использование передач плоским ремнем ограничено, как правило, их заменяют поликлиновыми ремнями.

При выборе типа ременной передачи необходимо оценивать ее по следующим критериям: скорость ремня; долговечность, требуемая точность передачи, допустимые габариты; величина передаваемого крутящего момента.

Клиноременная передача - является самой распространенной среди ременных передач в приводах технологического оборудования, в частности, в металлорежущих станках. Эта передача проста и надежна в эксплуатации. Широкое распространение передачи объясняется достаточно высокой предельной скорость ремня (до 25 м/с), отсутствием повышенных требований по точности к величине колебаний передаваемых крутящих моментов, отсутствием ограничивающих требований к габаритным размерам.

Заданная мощность в клиноременной передаче может быть пе­редана большим числом ремней малого сечения или мальм числом ремней большего сечения. Предпочтение следует отдать исполнению ремней с меньшим сечением, Не рекомендуетсяприменять шкивы ши­риной больше двух его наружных диаметров.

К недостаткам передачи клиновым ремнем относятся: большая высота ремня, что приводит к внутренним деформациям и нагреву; неравномерность высоты ремня по его длине; неодинаковые условия работы ремней в многоручьевой передаче из-за отклонений по длине ремней. Поэтому в точных станках, а также в станках, где скорость ремня выше 25 м/с, применяют другие виды передач.

Передача поликлиновым ремнем - является наиболее подходящей заменой клиноременной передаче в случае предъявления к передаче повышенных требований по плавности работы, долговечности и при ограниченном габаритном размере.

Основные преимущества поликлиновой передачи по сравнению с клиноременной следующие:

- для передачи равной мощности ширина привода поликлиновым ремнем может быть сокращена более чем в 2 раза;

- минимальные диаметры шкивов для поликлиновых ремней значительно меньше;

- поликлиновые ремни не требуют подбора в комплекты;

- долговечность поликлинового ремня выше, так как усилия на отдельные элементы и опоры распределяются равномерно в отличие от клиновых ремней, где в связи с неизбежными отклонениями по длине натяжение и нагрузки на отдельные клиновые ремни в групповом приводе распределяются неравномерно, что приводит к преждевременному выходу их из строя. Кроме того, большая контактная поверхность поликлинового ремня со шкивом (при равной ширине поликлинового и клинового ремней) позволяет снизить удельные нагрузки на шкивы и ремни и увеличить срок их службы;

- в передаче поликлиновым ремнем уменьшаются вибрации ремня и крутильные колебания ведомой системы.

Передача зубчатым ремнем используется при повышенных требованиях к синхронизации вращения валов и необходимости передачи высоких крутящих моментов.

Плоскозубчатые ременные передачи за счет зацепления зубьев ремня с зубьями шкива могут работать с малым начальным натяжением и обеспечивают компактность привода станков.

Передача зубчатым ремнем используется не только в приводах главного движения, но и в приводах подач станков с ЧПУ.

На рис. показана широко применяемая схема а) закрепления шкива 2 на валу 3 с помощью шайбы 1. Однако при больших часто­тах вращения шайбу требуется центрировать (для уменьшения центро­бежных сил), что обеспечивается конструкцией по схеме б).

Валы

Форма вала зависит от 1) конструктивного построения механизма; 2) от располагаемых на нем деталей; 3) от величины и направления действия нагрузки; 4) особенностей сборки.

Гладкие валы экономичнее и технологичнее ступенчатых (меньше отход в стружку, возможность безцентрового шлифования и т.д.). Но

- трудность крепления и базирования устанавливаемых на них деталей;

- общее увеличение диаметра (выбор Ø по наиболее опасному месту);

- «протаскивание» детали через поверхности, предназначенные для монтажа на них других деталей.

делают применение гладких валов не всегда оправданным.

Для грубого, предварительного определения Ø вала удобно пользоваться формулой

, мм

где N - мощность, передаваемая валом, кВт;

n – частота вращения вала, об/мин.

Чаще всего находят применение двухопорные валы.

В большинстве случаев валы должны быть зафиксированы в опорах от осевых перемещений. По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на

• фиксирующие

• плавающие.

В фиксирующих опорах ограничено осевое перемещение вала в одном или обоих направлениях.

В плавающей опоре осевое перемещение вала в любом направлении не ограничено. Фиксирующая опора воспринимает радиальную и осевую силы, а плавающая опора - только радиальную. В плавающей опоре применяют обычно радиальные подшипники.

Возможны две схемы осевого фиксирования валов:

1) Осевая фиксация вала обеспечивается в одной опоре, а другая опора при этом может плавать. В плавающей опоре применяют обычно радиальные подшипники. Эта схема применяет при любом расстоянии между опорами вала.

Эта схема применяется в случае

- скоростных передач и

- для длинных валов, т.к. плавание одной опоры устраняет опасность расклинивания опор и их осевого перенапряжения при разогреве вала или корпуса.

Назначая фиксирующую и плавающую опоры, стремятся обеспечить примерно равную нагруженность подшипников и наименьшие силы трения в плавающей опоре.

При температурных колебаниях плавающий подшипник перемещается в осевом направлении на величину удлинения (укорочения) вала. Так как это перемещение может происходить под нагрузкой, поверхность отверстия корпуса изнашивается. Поэтому при действии на опоры вала только радиальных сил в качестве плавающей выбирают менее нагруженную опору.

Если выходной конец вала соединяют муфтой с валом другого узла, в качестве фиксирующей принимают опору вблизи выходного конца вала.

2) опоры выполняют одинаковые функции и для них возможно одинаковое решение. В этом случае осевая фиксация вала обеспечивается работой двух опор, причем в каждой опоре в одном направлении. Эти схемы применяют с определенными ограничениями по расстоянию между опорами, что связано с изменением зазоров в подшипниках вследствие нагрева деталей при работе. При нагреве самих подшипников зазоры в них уменьшаются; при нагреве вала его длина увеличивается. Из-за увеличения длины вала осевые зазоры в подшипниках также уменьшаются. Чтобы не происходило защемления вала в опорах, предусматривают при сборке осевой зазор а. Значение зазора должно быть несколько больше ожидаемой тепловой деформации подшипников и вала. В зависимости от конструкции узла и условий эксплуатации а =0, 15... 1, 0 мм.

Эту схему применяют для коротких валов в тихоходных механизмах.

При установке в опорах радиальных подшипников отношение l/d ~ 8... 10.

В опорах этой схемы могут быть применены и радиально-упорные подшипники. Так как эти подшипники более чувствительны к изменению осевых зазоров, то соотношение между величинами и d для них является более жестким и не должно превышать l/d ~ 6...8. Меньшие значения относят к роликовым, большие - к шариковым радиально-упорным подшипникам. По схеме не рекомендуется применять радиально-упорные подшипники с углом контакта а = 25... 40°.

Конструктивно целесообразно заменять бурты и перепады диаметров на валах пружинными кольцами (ГОСТ 13942-80), которые вставляются в кольцевые проточки на валах.

Недопустима установка подшипников на шлицевую часть вала, что вызывает колебания из-за меняющейся жесткости внутреннего кольца подшипника.

При проектировании валов (особенно определении их диаметров) необходимо принимать во внимание не только прочностные расчёты, но и жесткостные характеристики. Не учет последних может приводить к быстрому выходу из строя всего узла.

Опоры.

В станках находят применение подшипники качения всех типов

-шариковые;

- роликовые цилиндрические;

-роликовые качения;

-игольчатые.

При выборе типа подшипника анализируется следующие факторы:

1) Влияние направления и величины нагрузки и частоты вращения. При направлении нагрузки, перпендикулярном к оси подшипника, например, в опорах валов с прямозубыми цилиндрическими колесами, следует применять, как правило, радиальные подшипники.

Для восприятия усилий, направленных вдоль оси подшипника, приспособлены упорные подшипники. Если осевое усилие незначительно, оно может восприниматься радиально – упорным или даже соответственно подобранным радиальным подшипником при Р_ос < 20% неиспользованной .

При действии на опору одновременно радиального и осевого усилий (валы с коническими зубчатыми колесами, червячные валы и т.д.) можно применять в зависимости от величины осевого усилия:

- комбинацию из радиальных подшипников и упорного (при )

- радиально-упорные шариковые или конические роликовые ()

- радиальные шариковые с предварительным натягом ()

2) Влияние требуемой точности вращения и точности осевого положения вала.

Допустимые повороты внутреннего кольца относительно наружного:

Радиальный

однорядный - угол 0, 25^о

шариковый

Радиальный

шариковый - угол 2^о

двухродный

сферический

Радиально-упорный - 2…5 мкм на

шариковый ширине подшипника

Радиальный

роликовый подшипник - 2…3 мкм на

с короткими цилиндрическими ширине подшипника

роликами

Шариковые упорные - 2…3 мкм по диаметру шаров

Вследствие многочисленности и разнообразия факторов, влияющих на выбор посадок подшипников качения в станках, он до некоторой степени – в довольно узких, однако, границах - произволен.

Эти границы определяются во многом следующими обстоятельствами. Если внутреннее кольцо посадить на вращающийся вал даже с малым зазором, будет происходить обкатка этого кольца на валу, и поверхность последнего, более мягкая будет задираться или изнашиваться, металл вала будет выдавливаться в сторону, образуя на валу поясок, затрудняющий смену подшипника. Медленное проворачивание наружного кольца в неподвижном корпусе может быть даже благоприятным для долговечности подшипника, т.к. при этом в нагруженную зону попадают различные участки дорожки качения этого кольца.

Следовательно, если вращается вал, то более тугой должна быть посадка внутреннего кольца на вал. Причем, чем больше нагрузка подшипника и чем меньше частота вращения вала, тем более тугой должна быть посадка внутреннего кольца и тем менее тугой посадка наружного. Поэтому для подшипников тяжелых серий нужна при прочих равных условиях посадка внутреннего кольца более тугая, чем для подшипников легких и средних серий.

В тех случаях, когда долговечность подшипника значительно ниже нормальной, например, из-за недостатка места для подшипника достаточно большого размера, приходится, имея в виду необходимость замены его, несколько уменьшать натяг посадки вала, но посадочная поверхность должна быть закалена и тщательно прошлифована.