Клиновые и вариаторные ремни: виды и особенности применения

Подробная информация есть по ссылке https://vse-remni.ru

Устройство и классификация ремней

Ременные передачи применяются в механизмах, где требуется передать вращение между валами, расположенными на расстоянии. В отличие от зубчатых и цепных передач, ремень работает за счет трения или геометрического зацепления, что снижает ударные нагрузки и позволяет сглаживать колебания. Классификация ремней основана на форме поперечного сечения, конструкции силового каркаса и способе передачи усилия. Основные типы — клиновые и вариаторные. Их различают по профилю, материалам и условиям эксплуатации. Клиновые ремни имеют трапециевидное сечение и работают в канавках шкивов. Вариаторные ремни предназначены для бесступенчатого изменения передаточного числа, поэтому их конструкция рассчитана на работу с коническими шкивами переменного диаметра. При выборе типа ремня учитывают нагрузку, скорость вращения, межосевое расстояние и требования к плавности хода. В тематических публикациях по ременным передачам можно найти сравнительные данные по допускаемым нагрузкам и ресурсу.

Особенности клиновых ремней

Клиновой ремень состоит из нескольких слоев. Внутренний слой — резиновый или полимерный корд, воспринимающий растягивающие усилия. Снаружи расположена обкладка из тканого материала, защищающая от истирания и воздействия масла. Боковые поверхности ремня являются рабочими: именно они контактируют со стенками канавки шкива и передают крутящий момент силой трения. Профиль клинового ремня стандартизован. Поперечное сечение имеет форму трапеции с углом 36–40 градусов в зависимости от типа. Основные размеры — ширина, высота и угол наклона боковых сторон — определяются государственными и международными стандартами. Например, распространены сечения Z, A, B, C, D для классических ремней и узкие сечения SPZ, SPA, SPB, SPC, рассчитанные на более высокие скорости и нагрузки. Материал корда может быть полиэфирным, арамидным или стальным. В ремнях с полиэфирным кордом достигается стабильность длины при температурных колебаниях. Арамидный корд применяется в тяжелонагруженных приводах, где важна минимальная вытяжка. Стальной корд увеличивает прочность, но требует точной установки шкивов из-за низкой эластичности. Клиновые ремни используются в приводах вентиляторов, компрессоров, станков, сельскохозяйственной техники и автомобильных агрегатах. Они передают усилие на шкивы с одной или несколькими канавками. При наличии нескольких ремней в одной передаче их подбирают комплектами, чтобы длина была одинаковой.

Особенности вариаторных ремней

Вариаторный ремень устроен иначе. Его основа — стальные корды, уложенные в несколько слоев, и эластичные элементы между ними. Такая многослойная структура обеспечивает высокую гибкость в поперечном направлении и жесткость в осевом. Ремень должен изгибаться вокруг шкивов малого диаметра без потери прочности. Ширина вариаторного ремня больше его высоты. Боковые кромки контактируют с рабочими поверхностями конических шкивов, которые могут сдвигаться и раздвигаться в осевом направлении. Изменяя положение конусов, оператор или автоматическая система меняет рабочий диаметр шкивов, а вместе с ним и передаточное число. Ремень при этом перемещается по радиусу вверх или вниз. Внутренняя структура вариаторных ремней может включать резиновые блоки, надетые на стальной трос, или металлические пластины, соединенные гибкими элементами. Вторая конструкция используется в ремнях для снегоходов, квадроциклов и некоторых станках. Резиновые вариаторные ремни распространены в мотороллерах и маломощной технике. Условия работы вариаторного ремня сложнее, чем клинового. Ему приходится передавать нагрузку при постоянно меняющемся радиусе изгиба. Поэтому требования к точности угла бокового скоса и чистоте кромок высокие. Допуск на ширину ремня обычно составляет доли миллиметра, иначе ремень будет проскальзывать или заклинивать в конусах.

Принципы работы передач с ремнями

Передача вращения ремнем основана на разности сил натяжения ведущей и ведомой ветвей. Ведущий шкив через трение увлекает ремень, а ремень, в свою очередь, приводит во вращение ведомый шкив. Величина передаваемого крутящего момента зависит от силы натяжения, коэффициента трения и угла обхвата. Для нормальной работы необходимо, чтобы ремень был натянут с определенным усилием. При недостаточном натяжении возникает проскальзывание, нагрев и ускоренный износ. При избыточном натяжении перегружаются подшипники валов, а сам ремень растягивается и расслаивается. Оптимальное натяжение определяется по прогибу ветви при нажатии или по измерению собственной частоты колебаний. В передачах с клиновыми ремнями тяговое усилие создается боковыми поверхностями ремня, прижатыми к стенкам канавки. Благодаря клиновому эффекту сила сцепления выше, чем у плоских ремней при той же ширине. Канавка шкива имеет угол 34–38 градусов, а угол профиля ремня — 36–40 градусов. Разница углов необходима для того, чтобы ремень не заклинивало и он мог самоустанавливаться.

Взаимодействие ремня и шкива

При вращении ремень входит в канавку и выходит из нее с изгибом. В зоне контакта боковые кромки ремня деформируются, возникают нормальные силы и силы трения. Шкивы для клиновых ремней изготавливают из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. Чугунные шкивы обеспечивают стабильное сцепление при работе в условиях запыленности. Алюминиевые применяются там, где важна масса узла. Шкив для клинового ремня имеет канавку с определенным профилем. Для разных сечений ремней требуются разные размеры канавок. Использование ремня в шкиве с неподходящей канавкой приводит к тому, что ремень касается дна, а не боковых стенок, и передача момента прекращается. Поэтому при замене ремня проверяют состояние канавок и их геометрию. У вариаторных шкивов отсутствуют канавки в классическом виде. Конические поверхности сходятся под углом от 18 до 26 градусов, образуя клиновидный зазор. Ремень зажимается между двумя конусами с каждой стороны. Усилие прижатия конусов создается пружинами, центробежными грузами или гидравлическим приводом в зависимости от реализации. При работе вариатора след от ремня на конической поверхности должен быть одинаковым с обеих сторон. Если одна сторона изношена сильнее, ремень перекашивается и теряет контакт. Это снижает КПД и приводит к быстрому разрушению ремня. Обычно причиной перекоса становится разность осевого усилия или люфт в подшипниках.

Регулирование скорости в вариаторах

Бесступенчатое регулирование скорости достигается одновременным изменением рабочего диаметра ведущего и ведомого шкивов. При сближении конусов ведущего шкива ремень выталкивается на больший радиус, а на ведомом шкиве конусы раздвигаются, позволяя ремню опуститься на меньший радиус. Передаточное число увеличивается. При обратном движении конусов число уменьшается. Управление конусами в простых вариаторах выполняется механически с помощью рукоятки. В автоматических системах применяются центробежные регуляторы, реагирующие на частоту вращения ведущего вала. С ростом оборотов грузы расходятся и сдвигают конусы ведущего шкива, уменьшая передаточное число. Ведомый шкив поджат пружиной, которая создает силу натяжения ремня. В вариаторах с гидравлическим управлением подача масла в цилиндры конусов позволяет плавно изменять передаточное число под нагрузкой без остановки привода. Такие системы применяются в промышленных установках и трансмиссиях транспортных средств. Гидравлика обеспечивает высокую точность позиционирования ремня и стабильную силу зажатия. Вариаторная передача имеет ограничение по передаваемому крутящему моменту из-за риска пробуксовки ремня на малых радиусах. Для повышения тяговой способности увеличивают ширину ремня или число клиновых элементов. Однако большие габариты ведут к росту потерь на трение в шарнирах. Поэтому вариаторные ремни применяют в приводах мощностью до нескольких десятков киловатт.

Выбор и эксплуатация ремней

Подбор ремня начинается с расчета профиля по мощности и частоте вращения ведущего шкива. Для каждой мощности существует допустимый диапазон скоростей и усилий. Узкий ремень при высокой нагрузке нагревается и быстро разрушается, широкий ремень при малой нагрузке работает с избыточным натяжением, что также сокращает ресурс. Длину ремня измеряют по нейтральной линии сечения. Для клиновых ремней существует диапазон расчетных длин от нескольких сотен миллиметров до нескольких метров. При заказе указывается внутренняя или расчетная длина, которая зависит от межосевого расстояния и диаметров шкивов. Несоответствие длины приводит к невозможности натяжения или к недостаточному углу обхвата. Эксплуатация ременной передачи требует соблюдения соосности шкивов. Смещение осей более чем на 0,5 градуса вызывает неравномерный износ ремня и повышенный шум. Для проверки соосности используют линейку, лазерный указатель или отвес. Регулировку производят перемещением двигателя или натяжного ролика.

Критерии подбора по нагрузке и шкивам

Основными критериями выбора являются передаваемая мощность, частота вращения ведущего шкива и диаметр шкива. Чем меньше диаметр шкива, тем сильнее изгиб ремня и выше усталостные напряжения. Для каждого сечения существует минимально допустимый диаметр шкива, при котором ресурс ремня остается приемлемым. Нагрузка на ремень увеличивается с ростом мощности и снижением скорости. При выборе клинового ремня составляют расчетную схему, где учитывают коэффициент динамичности, зависящий от типа двигателя и рабочей машины. Для приводов с рывками и частыми пусками вводят коэффициент запаса. При подборе вариаторного ремня учитывают диапазон передаточных чисел. Если разница между максимальным и минимальным числом больше 5, ремень будет работать с чрезмерным перегибом на малых шкивах. Угол между ветвями ремня также ограничен: при малом межосевом расстоянии ремень оказывается в неблагоприятных условиях. Материал шкива влияет на коэффициент трения. Чугунные шкивы обеспечивают стабильное сцепление, шкивы из алюминия требуют более высокого натяжения из-за меньшего коэффициента трения. Поверхность шкива должна иметь шероховатость в пределах Ra 1,6–3,2 мкм. Заполированная до зеркального блеска поверхность снижает тяговую способность.

Проверка натяжения и состояния

Натяжение ремня проверяется при остановленном приводе измерением прогиба средней ветви под действием заданной силы. Для этого используется динамометр или пружинный кантер. Нормативный прогиб для клиновых ремней составляет 10–15 миллиметров на каждый метр межосевого расстояния. Для вариаторных ремней значение меньше из-за большей жесткости. При прослушивании работающей передачи шипение или свист указывает на пробуксовку. Такой режим вызывает нагрев до температуры, при которой резина начинает разлагаться. После остановки потемневшие боковые поверхности и запах жженой резины подтверждают перегрев. В этом случае натяжение увеличивают, предварительно проверив соосность шкивов. Периодичность проверки зависит от условий эксплуатации. В запыленных помещениях ремни осматривают каждые 100–200 часов работы. При работе в нормальной атмосфере достаточно ежесменного визуального осмотра. Натяжение регулируют при отклонении более чем на 10% от номинального усилия прогиба. В вариаторных передачах дополнительно контролируют усилие сжатия конусов. Если пружины ослабли, ремень начинает проскальзывать даже при нормальном натяжении. Для проверки измеряют усилие, необходимое для раздвигания конусов при остановленном двигателе. У гидравлических систем проверяют давление масла в соответствии с паспортными данными.

Характерные неисправности и их причины

Любой ремень со временем теряет работоспособность. Процесс старения ускоряется под воздействием тепла, озона и солнечного света. Даже при правильной эксплуатации клиновой ремень служит от 1000 до 5000 часов в зависимости от нагрузки и скорости. Вариаторные ремни имеют меньший ресурс из-за более сложных условий изгиба.

Признаки износа клиновых ремней

Износ клинового ремня заметен по изменению формы поперечного сечения. При нормальной работе боковые поверхности приобретают гладкий глянцевый вид. Появление ворсистости и мелких трещин на кромках указывает на интенсивное трение о стенки канавки. Трещины на внутренней поверхности ремня возникают при резких перегибах или при работе на шкиве слишком малого диаметра. Сначала появляются отдельные микротрещины, затем они объединяются в сплошную сетку. Если ремень не заменить, происходит обрыв корда. Расслоение ремня проявляется в виде отслаивания обкладки от корда. Причина обычно в попадании масла на ремень или в шкив. Масло разрушает резину, снижает коэффициент трения и вызывает скольжение. Механические повреждения кромок появляются при попадании абразивных частиц в канавку. Растянутый ремень, который не поддается натяжению, требует замены. Удлинение корда у полиэфирных ремней не превышает 1,5% от первоначальной длины. Если межосевое расстояние увеличено до предела, но прогиб все равно велик, ремень следует заменить.

Особенности износа вариаторных ремней

У вариаторных ремней изнашиваются боковые кромки, взаимодействующие с коническими поверхностями. При нормальной работе кромки имеют ровную матовую поверхность без заусенцев. Появление блестящих участков на одной стороне говорит о перекосе конусов. Отдельный случай — излом внутренних кордов. При работе на предельных радиусах ремень испытывает многократные перегибы, вызывающие усталостное разрушение проволоки. Обнаружить этот дефект можно только после снятия ремня: он становится заметно мягче на ощупь, хотя внешняя поверхность выглядит целой. Выкрашивание резины между кордами происходит при длительной перегрузке. Ремень начинает шуметь, вибрировать, пиковая температура достигает значений выше 120 градусов Цельсия. Материал дубеет и теряет эластичность. Такие ремни заменяют независимо от остаточной ширины. При замене вариаторного ремня важно проверить износ рабочих поверхностей конусов. Кольцевая выработка на конических шкивах не позволяет ремню перемещаться по радиусу, из-за чего заклинивает механизм изменения передаточного числа. Шкивы с канавками глубиной более 0,5 миллиметра шлифуются или заменяются.

Правильная эксплуатация ременной передачи означает следующее: ремень натянут в пределах нормы, шкивы соосны, канавки и поверхности конусов не имеют заметной выработки, а температура в зоне контакта не превышает допустимых для данного материала значений. Только при этих условиях обеспечивается заявленный ресурс.

Видео