Типы приводных ремней и подшипников и их применение

Подробная информация есть по ссылке https://vspodshipnik.ru/

Типы приводных ремней: конструкция и назначение

Ременные передачи применяются для передачи механической энергии между валами. Основным элементом такой передачи является ремень, который охватывает шкивы и передаёт крутящий момент за счёт сил трения или зацепления (в случае зубчатых ремней). Выбор типа ремня определяется требованиями к передаваемой мощности, частоте вращения, точности синхронизации и условиям эксплуатации.

Клиновые ремни: передача усилия трением

Клиновые ремни имеют трапециевидное поперечное сечение. Рабочими поверхностями являются боковые стороны ремня, которые контактируют с канавками шкивов. Угол клина стандартизирован и составляет 40°. Такая форма обеспечивает повышенное сцепление по сравнению с плоским ремнём при той же силе натяжения. Это достигается за счёт эффекта расклинивания — сила нормального давления на боковые поверхности превышает силу натяжения ветвей. Клиновые ремни изготавливаются из резины или полиуретана с кордом из полиэстера, кевлара или стекловолокна. Благодаря высокому коэффициенту трения они способны передавать значительные моменты при относительно компактных размерах шкивов.

В технической документации Drive Design Manuals (секция 3.2) отмечено, что клиновые ремни эффективно работают при передаточных числах до 1:10 и линейных скоростях до 30 м/с. При более высоких скоростях возрастает влияние центробежных сил, снижающих силу прижатия ремня к шкиву.

Клиновые ремни подразделяются на узкие (SPZ, SPA, SPB, SPC) и нормальные сечения (Z, A, B, C, D, E). Узкие серии позволяют передавать большую мощность при меньшей ширине. Для увеличения передаваемой мощности применяют поликлиновые ремни — они имеют несколько продольных клиньев на одной ленте и работают с многоручьевыми шкивами. Такая конструкция обеспечивает плавность хода и меньший износ за счёт более равномерного распределения нагрузки по ширине. Существуют также клиновые ремни с зубьями на внутренней стороне (зубчато-клиновые), которые повышают гибкость и снижают тепловыделение при малых диаметрах шкивов.

Зубчатые ремни: синхронный привод

Зубчатые ремни имеют на внутренней поверхности выступы (зубья), которые входят в зацепление с соответствующими впадинами на шкивах. Благодаря этому передача вращения происходит без проскальзывания, что гарантирует постоянное передаточное отношение. Данное свойство используется в приводах распределительных валов двигателей внутреннего сгорания, в станках с ЧПУ, принтерах и транспортерах, где требуется точное позиционирование. Зубчатые ремни классифицируются по форме зуба: трапециевидные (T, MXL, XL, L, H, XH, XXH) и полукруглые (HTD, STD, RPP). Трапециевидные зубья применяются в передачах с умеренными нагрузками. Полукруглые профили (HTD — High Torque Drive, STD — Super Torque Drive) обеспечивают лучшее распределение напряжений у основания зуба, что позволяет передавать более высокие крутящие моменты и снижает шум при работе. Основными параметрами зубчатого ремня являются шаг (расстояние между осями соседних зубьев), ширина ремня и количество зубьев. Наиболее распространённые значения шага: 2 мм, 3 мм, 5 мм, 8 мм, 14 мм. Материалы — неопрен (полихлоропрен) с кордом из стекловолокна или стали, полиуретан со стальным или кевларовым армированием. Полиуретановые ремни обладают повышенной износостойкостью и устойчивостью к химическим воздействиям, но требуют более точной установки шкивов.

Плоские и круглые ремни: гибкость и простота

Плоские ремни имеют прямоугольное поперечное сечение и работают со шкивами с гладкой цилиндрической или слегка выпуклой поверхностью. Передача крутящего момента осуществляется за счёт трения между внутренней поверхностью ремня и шкивом. Плоские ремни обеспечивают высокую гибкость, что позволяет использовать их на больших межосевых расстояниях (до 15 м и более) и при больших скоростях (до 100 м/с). Применяются в текстильном оборудовании, деревообрабатывающих станках, транспортерах. Современные плоские ремни изготавливают из полиамида, полиэстера или многослойного полиуретана с тканевым или стальным кордом. Они могут быть бесшовными (кольцевыми) или соединяться с помощью замков (механических или клеевых). Круглые ремни имеют форму шнура диаметром от 2 мм до 20 мм. Изготавливаются из полиуретана или резины, часто с кордом. Передают вращение между шкивами с канавками полукруглого или треугольного профиля. Круглые ремни просты в установке и замене, хорошо работают в условиях частых пусков и остановок, а также при наличии перекрещивающихся передач. Применяются в швейных машинах, маломощных приводах конвейеров, приводах устройств подачи. Основные ограничения — невысокая передаваемая мощность (как правило, до 3 кВт) и сравнительно низкий КПД (0,80-0,88) за счёт повышенного проскальзывания.

Виды подшипников и их характеристики

Подшипники — это опоры вращающихся или качающихся деталей, которые воспринимают нагрузки и обеспечивают относительное перемещение с минимальным трением. По принципу работы подшипники делятся на подшипники качения (шариковые и роликовые) и подшипники скольжения.

Шариковые и роликовые подшипники качения

Подшипники качения состоят из двух колец (наружного и внутреннего), тел качения (шариков или роликов) и сепаратора, который удерживает тела качения на равном расстоянии друг от друга. В зависимости от формы тел качения и геометрии дорожек качения различают несколько основных типов. Шариковые подшипники являются наиболее распространёнными. Шарики точечно контактируют с дорожками качения, что обеспечивает низкое сопротивление вращению. Радиальные шариковые подшипники воспринимают в основном радиальные нагрузки (перпендикулярные оси вала) и ограниченные осевые нагрузки (вдоль оси вала). Они предназначены для высоких и средних частот вращения. Шариковые подшипники могут быть однорядными (наиболее распространённая серия 62, 63) и двухрядными (серия 42, 43). Радиально-упорные шариковые подшипники (серия 72, 73) имеют контактные углы 15°, 25° или 40° и способны воспринимать значительные осевые нагрузки в одном направлении. Роликовые подшипники используют цилиндрические, конические, игольчатые или бочкообразные ролики. Цилиндрические роликовые подшипники (серия NU, N, NJ) выдерживают высокие радиальные нагрузки, но не воспринимают осевые (кроме специальных конструкций). Конические роликовые подшипники (серия 302, 303, 313) выдерживают комбинированные радиальные и осевые нагрузки и часто применяются в парах (сдвоенная установка). Игольчатые подшипники имеют ролики малого диаметра (иглы) и отличаются высокой грузоподъёмностью при малом радиальном габарите. Сферические роликовые подшипники (серия 222, 223) воспринимают высокие радиальные нагрузки и допускают несоосность валов (до 2-4°) за счёт бочкообразной формы роликов и сферической дорожки на наружном кольце.

Подшипники скольжения: особенности и применение

Подшипники скольжения не имеют тел качения. Вал вращается непосредственно во вкладыше (втулке), изготовленном из антифрикционного материала — бронзы, баббита, латуни, полимеров (капролон, ПТФЭ) или графита. Трение скольжения требует постоянного присутствия смазочного материала между валом и вкладышем. Подшипники скольжения работают в гидродинамическом или гидростатическом режиме. В гидродинамическом режиме при достаточной скорости вращения образуется масляный клин, который полностью разделяет поверхности металлов, обеспечивая низкое трение (коэффициент трения 0,001-0,01). Гидростатические подшипники (с внешним подводом масла под давлением) используются при пусках и малых скоростях. Основные преимущества подшипников скольжения — высокая несущая способность при больших диаметрах, низкий уровень шума, способность работать при очень высоких частотах вращения (турбины, центрифуги — до 100000 об/мин), устойчивость к ударным нагрузкам. Недостатки — сложность смазки, необходимость в высокой точности обработки вала и вкладыша, большие потери на трение при пуске.

Как выбрать подходящий тип для механизма

Выбор ремня и подшипника — многокритериальная задача. Необходимо учитывать характер нагрузки, скорость вращения, требуемую точность, условия окружающей среды, доступность обслуживания.

Учет нагрузок, скоростей и точности

Для ремней определяющими параметрами являются передаваемая мощность, частота вращения ведущего шкива и требуемое передаточное отношение. При малых межосевых расстояниях и необходимости синхронности предпочтительны зубчатые ремни. При высоких нагрузках и умеренных скоростях — многоручьевые или широкие клиновые ремни. Для очень высоких скоростей (>50 м/с) подходят плоские полиамидные ремни.

• Зубчатый ремень выбирают, когда критично отсутствие проскальзывания и точность углового положения (основной параметр — шаг и ширина).
• Клиновой ремень выбирают по мощности и частоте вращения (основной параметр — сечение и количество клиньев).
• Плоский ремень выбирают для больших межосевых расстояний и высоких скоростей (основной параметр — толщина и тип корда).

Для подшипников качения решающее значение имеют величина и направление нагрузки. При высоких радиальных нагрузках (свыше 10 кН) и отсутствии осевой составляющей оптимальны цилиндрические роликовые подшипники. При комбинированных нагрузках — конические роликовые или радиально-упорные шариковые. Для высоких частот вращения (свыше 10000 об/мин) предпочтительны шариковые подшипники с лёгкой серией (например, 60xx) и сепаратором из полиамида.

Влияние окружающей среды и смазки

Условия эксплуатации существенно влияют на выбор. Высокая влажность и наличие химически агрессивных сред требуют применения нержавеющих подшипников (сталь 440С) или подшипников с полимерными сепараторами. В запылённой среде необходимы закрытые подшипники с контактными уплотнениями (обозначение 2RS, ZZ). Для ремней высокая температура (выше +80°C) ограничивает применение стандартных резиновых ремней — нужны полиуретановые или специальные термостойкие. Смазка подшипников качения разделяется на пластичную (консистентную) и жидкую (масло). Пластичные смазки (литиевые, полимочевинные, силиконовые) используются при температурах от -40°C до +120°C и скорости до 3000 об/мин в зависимости от типа. При более высоких скоростях или температурах применяют масляную смазку (циркуляционную, картерную). Для подшипников скольжения масло подаётся принудительно (гидродинамическая смазка) или используется самосмазывающийся материал (полимерные втулки, графитовые вставки).

В справочнике SKF Rolling Bearings (издание 2020 года) указано, что при выборе смазки необходимо учитывать фактор скорости dm·n (произведение среднего диаметра подшипника на частоту вращения). Для пластичной смазки значение не должно превышать 300000-500000 мм·об/мин в зависимости от типа.

Эксплуатация и продление срока службы

Срок службы ремней и подшипников зависит не только от их конструкций и материалов, но и от правильности монтажа, настройки и обслуживания.

Диагностика износа ремней и подшипников

Износ клинового ремня проявляется в нескольких формах. Наиболее характерны: трещины на внутренней стороне (возникают при малых диаметрах шкивов или при перегрузках), истирание боковых поверхностей (снижение сечения — ремень садится глубже канавки), расслоение корда. Признаками износа зубчатого ремня являются: выкрашивание зубьев, износ их профиля (уменьшение высоты), растрескивание основания, разрушение армирующих нитей. Ремень следует заменить при обнаружении более двух видимых трещин на длине 100 мм или при потере более 10% ширины зуба. Диагностика подшипников качения включает оценку уровня вибрации, шума, температуры и зазора. Шум может указывать на дефекты дорожек качения (вмятины, выкрашивание — питтинг). Увеличение радиального зазора (более 0,05-0,10 мм для малых подшипников) свидетельствует об износе. Температура корпуса подшипника при стабильной работе не должна превышать +70…+80°C в зависимости от типа смазки. Визуальный осмотр после демонтажа позволяет выявить раковины (усталостное выкрашивание), наклёп, цвет побежалости (перегрев), коррозию.

Правила обслуживания и замены

1. Монтаж ремня выполняется при сведённых шкивах или с помощью натяжного ролика. Натягивать ремень на шкивы с помощью рычага не допускается — это повреждает корд.
2. Натяжение ремня проверяется прогибом (при нормированном усилии прогиб должен составлять 1-2% от длины ветви) с помощью тензометра или специального инструмента.
3. Подшипники запрессовываются на вал или в корпус только с усилием, приложенным к торцу запрессовываемого кольца. Молоток допускается использовать только с мягкой насадкой (медь, алюминий).
4. При замене подшипника обрабатывается посадочное место (вал и корпус) — контролируются размеры, шероховатость, допуски посадки (H7/j6, H7/k6).
5. Смазка подшипников качения добавляется при каждом плановом обслуживании. Интервал пополнения пластичной смазки зависит от dm·n и составляет от 500 до 5000 часов работы.
6. Ремень подлежит замене при появлении любых видимых повреждений, а также при перепробеге (превышении установленного производителем срока, обычно 3-6 лет в зависимости от условий).

Правильная эксплуатация ремённой передачи включает также проверку соосности шкивов (отклонение параллельности осей не более 0,5 мм на 1000 мм расстояния) и контроль их износа. Шкивы с изношенными канавками (уменьшение угла профиля более 0,5°) заменяются вместе с ремнём. Для подшипников помимо смазки важен контроль центровки валов (несоосность не должна превышать 0,05 мм для высокоскоростных механизмов) и отсутствие посторонних нагрузок от неуравновешенных вращающихся масс. Соблюдение регламентов обслуживания увеличивает срок службы компонентов не менее чем в 2-3 раза по сравнению с работой без обслуживания.

Видео