Промышленный лизинг
Методички
AN,K8r
0,5 V Для установления зависимости отдельных потерь были провё-деныспециальные испытания четырех вариаторных ремней с раздельным определением составляющих потери мощности [75]. Для этого опыты проводились последовательно на гладких и желобчатых шкивах на холостом ходу и под нагрузкой. Параметры испытаний: t = 1, Dj = D2 = 210 мм, ф = 28°, и = 8,25 и П м/с. Сто = 8... 10 кгс/см. Полученные из опытов относительные потери приведены в табл. И, а на рис. 46 показаны суммарные потери АЛ в зависимости от коэффициента тяги при испытании на гладких (а) и желобчатых (б) шкивах. Характеристика первых трех зубчатых ремней дана в табл. 10 соответственно под № 1, 5 и 6; ремень 4 - кордтканевый сплошной сечением 63x22 мм. В табл. 11 приведены потери при наибольшем КПД, но при разных коэффициентах тяги. Разность ординат кривых а и б на рис. 46 составляют потери на радиальное скольжение и поперечное сжатие. Как видно из рисунка и табл. 11, эти потери были основными по величине. Они оказались особенно большими для опытных ремней 1,3 и4 вследствие недостаточной их поперечной жесткости. У серийного ремня 2 с формованным зубом без обертки, и с применением резины высокой твердости эти потери были в 3 ...3,5 раза меньше. Вторыми по величине были потери от изгиба „. Определенные вместе с ними аэродинамические потери 1а вследствие малой скорости ремней были незначительны. Показательно, что у сплошного ремня 4, несмотря на меньшую высоту сечения по сравнению с ремнем 5, потери на изгиб были выше, а у кордшнурового ремня 2 они были в 2 раза меньше, чем у корд-тканевого ремня 1. Вследствие более высокого модуля упругости £„ ремень 2 показал наименьшие потери от упругого скольжения и от нагрузки „. Из табл. 11 также следует, что потери скорости были значительно больше упругого скольжения, что свидетельствует о большой роли кажущегося скольжения. Повышенные потери скорости опытных ремней объясняются также малой их жесткостью на сжатие. А. Н. Шмелевым по специальной методике и определенным экспериментально потерям [95 ] были рассчитаны температурные поля, примеры которых для приведенных выше ремней 1,2 и 4 даны на рис. 47. Замеренная в опытах температура ремней в их центре и на рабочей поверхности оказалась близкой к расчетной. Рис. 46. Потери мощности AN при широких ремнях: а - иа гладких; б - иа желобчатых шкивах [75] (номера ремией по табл. 11, в скобках - по табл. 10) Из рис. 47 следует, что теплонапряженность вариаторных ремней очень высокая и полностью соответствует характеристике ремней по потерям. Так, наивысшая температура до 150° С ока- г) д) Рис. 47. Температурные поля широких ремней: а N» 1 (по табл. 11) при О = 210 мм; 6 - № 1 при D = 300 мм; в - № 4 при О = 210 мм; г - № 2 при D = 210 мм; а - № 2 при D - 300 мм 11. Потери в передачах с широкими ремнями [70]
залась у сплошного ремня 4 и наименьшая 60...75° С у ремня 2. Увеличение диаметров шкивов с 210 до 300 мм у ремней 7 и 2 существенно снизило теплонапряженность. Из анализа выражений для составляющих AN и и из формулы (122), а также приведенных опытных данных видно, что абсолютные и относительные потери в вариаторе зависят от материала, конструкции и размеров ремня, режима работы (нагрузки и скорости) и параметров передачи (диаметров и углов канавок шкивов, предварительного натяжения, передаточного числа). Материалы элементов ремня и их взаимное положение в ремне определяют приведенные модули упругости при растяжении Е, изгибе сжатии Е и коэффициенты полезной упругости Vp, v„, V(. ремня. Эти факторы влияют на основные потери в передаче: от радиального и упругого скольжения р и к, от изгиба „, нагрузки \п и сжатия Для уменьшения потерь необходимо увеличивать Е и Е, снижать и повышать Vp, v„ и v. С этой целью при конструировании вариаторных ремней рекомендуется: повышать поперечную жесткость мерами, указанными в разделе 3.1; уменьшать их жесткость при изгибе, располагая жесткие тянущие элементы (корд) компактнее и ближе к нейтральной оси, снижая модули упругости остальных элементов; выполнять несущий нагрузку корд из материалов с большим модулем упругости при растяжении; применять материалы с возможно большим коэффициентом полезной упругости. В сумме указанные потери составляют значительную часть общих потерь в передаче. Поэтому, изменяя характеристики материала элементов и конструкцию ремня, можно существенно влиять на КПД передачи. Следует иметь в виду, что явления, вызывающие эти потери, имеют и другие отрицательные последствия. Так, внутреннее трение влечет за собой усталостное разрушение ремня. Совместно со скольжением оно ведет к нагреванию ремня, которое, также отражается на его долговечности. Скольжение, кроме того, вызывает износ рабочей поверхности ремня и его растрепывание. Следовательно, улучшение конструкции и материала ремня весьма важно для повышения общей экономичности вариатора. Отсюда также вытекает, что при оценке качества ремней из новых материалов или новых конструкций весьма важным критерием является величина потерь „, р \ и Из других факторов, связанных с ремнем, можно отметить отношения J IS и v = зависящие от геометрии сечения, и шероховатость ремня, отражающуюся на аэродинамических потерях. Для уменьшения потерь от изгиба необходимо снижать величину /, т. е. применять ремни меньшей высоты. Наиболее целесообразны зубчатые ремни. Уменьшение относительной ширины v хотя и снижает потери, но выбор ее ограничен диапазоном регулирования. Из размерных параметров передачи наиболее важным является диаметр шкива, влияющий на потери от изгиба, сжатия, радиального скольжения, на потери в подшипниках и аэродинамические потери шкива, а также угол канавки. С уменьшением диаметра шкива КПД клиноременных передач существенно падает. По опытам автора, для ремней Б и В при и = 10...16,5 м/с, 0 = = 12...18 кгс/см и t = 1 наибольшие значения КПД составляли: Bih .............. 9 12 19 Кордшнуровые ремни...... 0,92 0,915 ... 0,935 0,950 ... 0,97 Кордтканевые ремни...... 0,87 0,885 ... 0,910 0,905 ... 0,93 Аэродинамические потери и потери в опорах здесь исключались. В вариаторах при шкивах малых диаметров общие потери даже при нагрузках, соответствующих гп,ах, могут достигать 18%. С увеличением натяжения ремня несколько возрастает абсолютная величина потерь. Однако одновременно увеличивается передаваемая нагрузка, вследствие чего относительные потери уменьшаются и КПД повышается. Особенно существенна разница в КПД при разных натяжениях для малых коэффициентов тяги. Поэтому, чтоб;>1 повысить КПД передачи, натяжение целесообразно увеличить, особенно в передачах, работающих с переменным режимом и значительное время с недогрузками. Желательное для вариаторов снижение угла клина ремня увеличивает потери на радиальное скольжение и сжатие ремня. Из параметров, характеризующих режим работы вариатора, на потери существенно влияют передаточное отношение, нагрузка и скорость ремня. Влияние передаточного отношения на потери от изгиба было показано выше (см. рис. 45). Аналогично влияет на потери от радиального скольжения и сжатия. В результате общий КПД вариатора изменяется по диапазону регулирования, значительно снижаясь при предельных передаточных отношениях. Нагрузка передачи влияет на потери от упругости скольжения и от сжатия. С повышением ее эти потери увеличиваются. Остальные виды потерь по абсолютной величине от нагрузки не зависят и остаются при любом окружном усилии такими же, как и на холостом ходу. Относительная же величина этих потерь при малых нагрузках резко возрастает и общий КПД падает (см. рис. 36...39). Оптимальных значений КПД достигает при коэффициентах тяги г) = 0,7...0,8. Скорость ремня непосредственно влияет на относительную величину аэродинамических потерь и косвенно на величину потерь в подшипниках и внутренних потерь. Однако некоторое увеличение потерь с возрастанием скорости компенсируется лучшим охлаждением, что улучшает работу ремня. 4.8. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ РЁМНЁЙ Долговечность ремня определяется усталостной прочность fero элементов [66]. При работе в ремне возникают циклически изменяющиеся напряжения, определяемые соответствующими деформациями. Под влиянием циклического деформирования и сопровождающего его внутреннего трения в элементах ремня появляются усталостные разрушения (трещины, надрывы), которые, развиваясь, выводят ремень из строя. Явление усталости в ремне усложняется больпюй величиной внутренних потерь и Рис. 48. Типичное усталостное разр}шение вариаторного ремня неоднородностью ремня. Внутренние потери при неблагоприятных условиях достигают 10... 18% передаваемой мощности. Эта непроизводительно затраченная работа превращается в тепло и, как показано в разделе 4.7, значительно повышает температуру ремня. Повышение температуры отрицательно влияет на физико-механические cboiictba резины и соединения ее с кордом, ускоряет старение материалов, что отражается на выносливости ремня. Неоднородная структура ремня и неравномерность распределения напряжений по его сечению обусловливают при деформировании концентрацию напряжений, относительное смещение элементов ремня и перетирание ткани, расслоение и пр. На рис. 48 показано характерное разрушение вариаторного ремня. В зависимости от условий работы и конструкции ремня разрушение может начаться либо с волокон корда, частично лежащих в зоне знакопеременных деформаций, либо с нижних волокон обертки. При неудовлетворительном качестве изготовления ремней разрушение может носить и другой характер - расслоения, вырыва крайнего витка корда у ремней без обертки и др. Усталостная прочность ремня определяется величиной действительных напряжений, частотой и формой цикла напряжений. На рис. 49, а показано изменение деформаций за один пробег вариаторного ремня. Линия abcde представляет собой деформации растяжения от предварительного натяжения, передаваемой нагрузки и центробежных сил. Эти деформации одинаковы для Рис. 49. Диаграмма циклов деформаций ремня вариатора сродним регулируемым шкивом: а - при i = 2,4; б - при i = 1,37; в - при i = 1; / - дуга о5хвата ведущего малого шкива; - ведомая ветвь; / - дуга обхвата ведомого большого шкива; iv ~ ведущая ветвь всех волокон ремня по его высоте. На шкивах к этим деформациям добавляются деформации изгиба. Суммарные деформации на диаграмме изображены сплошной линией в крайних верхних волокнах, штриховой - в крайних нижних и линией ааЬЬсс dde - в промежуточных волокнах, находящихся на расстоянии от нейтрального слоя. Наибольшее напряжение цикла находится по формуле (94). Среднее напряжение цикла „ Ol max + ОI min Ei Im - -9 ~ амплитуда цикла <3l max - CT <nin 99999 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 |