Разница между плоскоременной передачей и клиноременной передачей

Машину можно определить как совокупность механизмов, способных выполнять определенную задачу за счет увеличения энергии. Большинство машин приводится в действие механической силой, которая представляет собой не что иное, как крутящий момент вращающегося вала. Первичный двигатель используется для преобразования другой формы энергии в механическую энергию. Например, электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Однако такие первичные двигатели расположены вдали от узла машины, и поэтому желательна другая система трансмиссии. Здесь возникает роль механической системы передачи энергии, которая передает движение, крутящий момент и мощность от приводного элемента (например, первичного двигателя) к ведомому элементу (например, машинному агрегату). Для этой цели используются четыре механических привода:зубчатый, ременный, цепной и канатный.

Ременная передача — это фрикционная передача, в которой движение и мощность передаются посредством трения. Здесь сначала устанавливаются два шкива с ведущим и ведомым валами. Затем бесконечный ремень частично наматывается на шкивы, поддерживая соответствующее натяжение. Ременный привод подходит для передачи мощности на небольшие и большие расстояния и может по своей природе защитить систему от перегрузки и вибрации. Поскольку сила трения между шкивом и ремнем способствует передаче мощности, мощность ременной передачи в основном ограничивается характеристиками трения, углом контакта и начальным натяжением. Одним из способов увеличения пропускной способности является увеличение охвата или угла контакта. Это можно сделать, заменив открытый ременный привод на поперечный ременный привод, если разрешено иное.

Еще одним способом повышения мощности передачи является увеличение площади контакта между ремнем и шкивом. Это реализуется за счет использования клиноременной передачи. В плоском ременном приводе используется соединенный ремень прямоугольного сечения, в котором только одна плоская поверхность ремня остается в контакте со шкивом. Хотя его мощность невелика, он в основном используется для передачи электроэнергии на большие расстояния. Он может иметь два расположения — открытое и перекрестное. Клиновой ремень использует бесконечный ремень трапециевидного сечения со шкивами, имеющими соответствующие V-образные канавки. Здесь две боковые поверхности ремня остаются в контакте со шкивом, что увеличивает передаточную способность и уменьшает проскальзывание. Однако он особенно удобен, когда ведущий и ведомый валы находятся на небольшом расстоянии друг от друга. Различия между плоскоременной и клиноременной передачей приведены ниже в виде таблицы.

Таблица:разница между плоскоременной и клиноременной передачей

Конфигурация ремня: Плоский ремень шарнирно соединен в одной точке, образуя бесконечный ремень. Он имеет прямоугольное поперечное сечение, где ширина существенно больше толщины. Только внутренняя поверхность ремня может соприкасаться со шкивами. Шкивы имеют цилиндрическую форму, внешняя поверхность которых касается только ремня. Поэтому сила трения между внешней поверхностью шкива и внутренней поверхностью ремня используется для передачи движения и мощности от ведущего вала к ведомому валу. С другой стороны, клиновой ремень имеет трапециевидное поперечное сечение, где ширина ремня в большей части почти равна толщине. Шкив также имеет V-образную канавку для размещения ремня. V-угол шкива должен совпадать с углом между двумя непараллельными сторонами ремня.

Шум и вибрация: Как упоминалось ранее, плоский ремень крепится с помощью гаек и болтов, что делает его бесконечным. На этом стыке всегда существует канавка. Из-за несимметричной внутренней поверхности ремня привод с плоским ремнем производит значительный шум и вибрацию. Это иногда ограничивает его применение на очень высокой скорости. С другой стороны, клиновые ремни изготавливаются бесконечным образом, поэтому соединения не предусмотрены. Таким образом, он производит меньше вибрации, и его работа также бесшумна.

Контакт между ремнем и шкивом: Как упоминалось ранее, только внутренняя поверхность плоского ремня остается в контакте с внешней поверхностью цилиндрического шкива. В случае клинового ремня две наклонные поверхности одновременно остаются в контакте с двумя боковыми поверхностями клиновидного шкива.

Мощность передачи электроэнергии: Как и у любого механического привода, основное назначение ременного привода — передача движения и мощности от одного вала к другому. Так как ременная передача является одной фрикционной передачей, мощность передачи в первую очередь зависит от фрикционных характеристик сопрягаемых поверхностей. Всякий раз, когда нагрузка превышает силу трения, автоматически происходит проскальзывание. Чем выше коэффициент трения между ремнем и шкивом, тем выше будет мощность передачи; однако тепловыделение и износ также будут больше. Вместо прямого увеличения коэффициента трения его можно увеличить косвенно, используя клиновой ремень вместо плоского ремня. Можно доказать, что эффективный коэффициент трения клинового ремня в 2-3 раза выше (исходя из угла наклона ремня, который обычно составляет 40°) по сравнению с плоским ремнем из того же материала. Соответственно, клиноременная передача может передавать значительно большую мощность без проскальзывания.

Расстояние между валами: Подходящий механический привод выбирается на основе межцентрового расстояния между ведущим и ведомым валами. Например, зубчатая передача подходит для небольшого межосевого расстояния, обычно до 1 м. Цепной привод может использоваться на малых и средних расстояниях, обычно до 3 м, с помощью холостых звездочек. Ременный привод можно использовать для широкого диапазона межосевых расстояний — от менее 1 м до 15 м. Привод с плоским ремнем особенно подходит для передачи мощности на большие расстояния; в то время как клиновой ремень предпочтителен только для небольших расстояний (обычно менее 1 м).

Снижение скорости: Машинные агрегаты приводятся в движение первичными двигателями. Обычно приводной вал первичного двигателя вращается с большей скоростью, чем требуется ведомому валу машин. Таким образом, требуется снижение скорости вращения, и этого можно добиться изменением диаметров ведущего и ведомого шкивов. Однако каждый механический привод может изменять соотношение скоростей в определенном диапазоне. Привод с плоским ремнем может обеспечить снижение скорости до 1:4; выше этого значения может нежелательно увеличиться проскальзывание. Из-за более высокого эффективного коэффициента трения клиновой ремень обеспечивает более высокое снижение скорости, даже до 1:7.

Смещение ремня: Иногда для одного агрегата требуется разная скорость на разных этапах работы. Кроме того, один первичный двигатель может использоваться для привода нескольких машин, каждая из которых требует различной скорости работы. В таком сценарии используется ступенчатый шкив, когда на один вал устанавливается несколько шкивов разного диаметра. Если используется плоский ремень, то его можно легко переставлять с одного шкива на другой в рабочем состоянии. Таким образом, скорость вращения ведомого вала может быть изменена без остановки приводного узла (механизированная регулировка длины ремня крайне необходима для сохранения натяжения ремня). Такое переключение недоступно в клиноременной передаче, так как для них требуется специальный шкив с клиновидной канавкой.

Экономический аспект: Сужение плоского ремня и соответствующего шкива очень просто. Длину квартиры также можно регулировать несколько раз, так как она соединена гайками и болтами. Долговечность и простота конструкции делают этот привод дешевле. Клиновой ремень и соответствующий шкив стоят дороже. Его длина не регулируется, поэтому срок его службы меньше.

В этой статье представлено научное сравнение плоскоременной передачи и клиноременной передачи. Автор также предлагает вам просмотреть следующие ссылки для лучшего понимания темы.

1. Design of Machine Elements by V.B. Bhandari (Четвертое издание; McGraw Hill Education).
2. Учебник по проектированию машин Р. С. Хурми и Дж. К. Гупта (С. Чанд, 2014 г.).