Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

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

Ввиду относительно большой толш,ины клинового ремня деформации изгиба в нем достигают значительной величины и имеют для усталостной прочности первостепенное значение. В крайних верхних волокнах деформации одного знака и цикл приближаются к пульсирующему. В волокнах, лежащих ниже нейтральной линии, деформации знакопеременны; на высоте

Сто + Кстц

среднее напряжение (Т;„ = О, и цикл становится симметричным. Вследствие этого опасность усталостного разрушения волокон, расположенных ниже нейтральной линии, больше, чем наружных.

Напряжения изгиба влияют как на среднее напряжение, так и на амплитуду цикла, напряжения (Тц и сТц - на среднее напряжение, и полезное напряжение - на амплитуду цикла.

Отдельные составляющие напряжения различно влияют на выносливость тех или иных элементов ремня. Для крайних волокон основным является напряжение изгиба; для волокон, лежащих вблизи нейтральной линии, большое значение приобретают деформации от растягивающих сил. Характер цикла напряжений у различных волокон оказывается неодинаковым.

Частота циклов деформаций определяется числом пробегов ремня в секунду и = v/L. Очевидно, что с увеличением частоты циклов эффект повышения температуры в результате циклического деформирования усиливается. Поэтому общее число циклов Z, выдерживаемое ремнем до разрушения, с увеличением частоты снижается. Еще в большей степени уменьшается долговечность ремня, выраженная в часах.

Из диаграмм (рис. 49) видно, что форма цикла деформаций зависит от передаточного отношения. При i„ близком к единице, на протяжении одного пробега действуют два равноценных максимума напряжений, причем относительная длительность их действия оказывается наибольшей, но величина напряжения меньше, чем в крайних положениях.

С увеличением передаточного отношения влияние изгиба на большом шкиве на усталостную прочность ремня уменьшается. Одновременно с этим уменьшается относительная длительность действия основного максимума (на диаграмме отрезок аЬ). Кроме того, с увеличением /„ах возрастает длина ремня и частота пробегов снижается. Следовательно, передачи с большими передаточными отношениями находятся по усталостной прочности в более благоприятных условиях. При ix = 6...7 влияние второго максимума очень незначительно: для этих передач эффективная частота

«эф = и.

В общем случае при любом передаточном отношении эффектиз-ная частота циклов

где - коэффициент понижения влияния изгиба на больших шкивах.

npHt = ],ii= 1; при большом передаточном отношении ,.ягш,. Как видно, форма цикла напряжений определяет напряженность работы ремня во времени и может существенно влиять на его усталостную прочность.

Долговечность ремня в итоге оказывается зависящей от следующих параметров: его натяжения, диаметра меньшего шкива, полезной нагрузки, передаточного отношения, межцентрового расстояния, скорости рем-г ня, количества ремней в передаче и числа шкивов.

Влияние натяжения ремня на его долговечность иллюстрируется диаграммами (рис. 50). Испытание на долговечность клиновых ремней различных конструкций, а также изготовленных из разных материалов, показали, что общее число циклов Z, выдерживаемое до разрушения, обратно пропорционально 0%. Показатель степени q колеблется в пределах 4...6,8. В среднем можно принять q = 5. Если при этом показателе

ю юо-юч

ш too\oho,i о) б)

Рис. 50. Зависимость числа изгибов Z ремней

от напряжения: а - кордтканевых; 6 - кордшнуровых; точки: / - передача с одним ремнем при «ф = 21,2; 2 - передама с тремя ремнямн прн «дф =21,2; J - то же, прн = 5 (в секунду)

ЛИ при этим iiuivaoaicjit

предварительное натяжение Стд увеличить с 12 до 15 кгс/см, то долговечность уменьшится в 3 раза, а при снижении ао до 9 кгс/см увеличится в 4,2 раза.

Как видно, влияние натяжения ремня на долговечность очень велико. Это обстоятельство заставляет обратить серьезное внимание как на выбор натяжения при расчете передачи, так и на его контроль при эксплуатации. Ослабление ремня вызывает падение его работоспособности и повышение скольжения, что может привести к разрушению ремня. С другой стороны, даже небольшое увеличение натяжения сверх необходимого резко сокращает долговечность ремня. Поэтому наиболее целесообразны автоматические способы натяжения.

Полезная нагрузка и центробежные силы повышают общее напряжение в ремне и в той же мере отражаются на долговечности ремня, как и предварительное натяжение. Кроме того, передача полезной нагрузки сопровождается деформациями сдвига ремня и скольжением его по шкиву. Первые ведут к перераспределению нагрузки по корду с концентрацией ее на крайних витках (51, 102]. Скольжение вызывает износ рабочей поверхности.



Диаметр шкива определяет деформации изгиба, величина которых является одной из наибольших. Поэтому диаметр шкива оказывает сильное влияние на срок службы ремня, что подтверждается опытами и практикой применения клиноременных передач. Если принять долговечность ремня сечения В при работе на шкивах с D = 200 мм за 100%, то, по опытным данным, при шкивах других диаметров число циклов до разрушения Z будет:

200 225 250 280 100 200 370 600

D, мм Z, %

160 30

По данным работы [102], влияние диаметра проявляется еще больше. В разделе 4.7 показано, что с уменьшением диаметра шкива температура ремня резко возрастает. Это свидетельствует о росте внутренних потерь, сопровождающемся снижением долговечности ремня.

Повышение скорости ремня и уменьшение межцентрового расстояния увеличивает частоту циклов и сокращает срок службы ремня (рис. 50).

В вариаторах с несколькими ремнями обеспечить равномерное натяжение и равномерную нагрузку отдельных ремней трудно. Из диаграмм на рис. 50 видно, что даже при трех ремнях в передаче наблюдается значительное рассеивание результатов опытов по долговечности, и, как правило, срок службы оказывается ниже, чем у одного ремня.

Особенно неблагоприятно может сказаться различие в значениях передаточных чисел отдельных ручьев, обусловленное относительными погрешностями в размерах канавок шкивов. Это вызывает неравномерное распределение нагрузки и дополнительное скольжение. Отсюда возникает необходимость для вариаторов с несколькими ремнями особенно тщательно следить за идентичностью размеров отдельных канавок шкивов и тщательно подбирать комплект ремней по размерам и упругим свойствам.

Для расчета ремней на долговечность необходимо установить функциональную связь общего числа циклов напряжений, испытываемых ремнем до разрушения (Z) с действующими напряжениями. При этом следует установить, с каких элементов ремня начинается разрушение и какие напряжения их вызывают. Опыты и практика показывают, что наиболее характерным является разрушение корда. Следовательно, и расчет необходимо вести по волокнам корда, наиболее удаленным от нейтральной линии.

В мировой практике передачи всеми клиновыми ремнями принято рассчитывать по максимальным напряжениям в этих волокнах, в соответствии с чем установлены нормы нагрузок, даваемые в стандартах. В работе [102] утверждается, что долговечность клиновых ремней зависит не только от наибольшего, но и от наименьшего напряжения. Однако опытные данные, приведенные в работе, этого не подтверждают. В этой же работе сделана попытка вести расчет по крайним наиболее нагруженным виткам

корда. Это справедливо, но предлагаемые зависимости содержат много опытных коэффициентов, не позволяющих сделать обобщения.

В. К. Мартынов и А. А. Фалевский предложили рассчитывать на долговечность по напряжениям сдвига, ответственным за нарушение связей между элементами ремня. Пока для такого расчета данных недостаточно, и наиболее обоснованно расчет вести по наибольшим напряжениям в ремне. Последние в опасных волокнах корда могут быть определены по формуле (94), в которой у будет координатой этих волокон от нейтральной линии. При расчете следует учесть, что корд представляет собой не монолитное тело, а состоит из шнуров, свитых из отдельных нитей. Поэтому в формулу (94) при члене, определяющем напряжения изгиба, следует ввести коэффициент Р понижения этого напряжения. Тогда наибольшее напряжение в опасных волокнах будет

„ - El а -иМ- Е (

(124)

где 01 - напряжение в ведущей ветви, определяемое по формуле (83) или (83а).

Практические расчеты удобнее проводить не по действительным, а по условным напряжениям в ремне. Согласно формуле (87) с учетом выражения (83) наибольшее напряжение в ремне, соответствующее напряжению в корде 0;тах. будет

= 0,

Гтах-£Г-=-01---5--т - \ D "fu,- UO)

Испытания на долговечность показали, что у клиновых ремней длительного предела усталости не обнаруживается и что число циклов до разрушения Z связано с наибольшим напряжением зависимостью

(126)

Отсюда ограниченный предел усталости, соответствующий заданному числу циклов 2эф, будет

(127)

"у - 7I/p •

Тогда условие усталостной прочности ремня

; = (1 +

ЫуЕр D

0, < 0V

W = CTi + c-jr = --ГГ +2

0ц огу.

(128)

(128а)



Постоянные Ci и р, определяющие предел усталости, и коэффициент 2, характеризующий влияние изгиба, должны находиться экспериментально для каждого вида и размера ремней. Для сугубо ориентировочных расчетов можно принимать Ci = 300, коэффициент = 300...500 для кордшнуровых и = 400...600 для кордтканевых ремней; в указанных пределах большие значения будут при малых высотах сечений h.

Показатель кривой выносливости /? = ]]. Тогда число циклов,

,u,f выдерживаемых до разруше-2 it eg, ния,

зф=()" (126а)

И предел усталости при данном числе циклов 300


70,09 эф

(127а)

Рис. 51. Номограмма для определения продолжительности службы Т по общему числу циклов 2эф и эффективной частоте «эф

число циклов, которое должен выдержать ремень.

Эффективное число циклов связано со сроком службы Т (ч) с учетом формулы (123) зависимостью

2зф=3600Мзф 7 = 3600 Т.

(129)

На рис. 51 зависимость (129) дана в виде номограммы, из которой по известному Z, выдерживаемому ремнем, можно найти срок его службы Т или по заданному сроку службы и определить

ipa/tphk

-0,09

Для удобства расчета в табл. 12 приведены значения Z,

если 2зф = Л-10".

12. Значении 2°ф°

А.10

А.10

А. 10

А . 108

Л. 10»

2 4 6 8

2,82 2,96 3,19 3,31 3,40

3,47 3,68 3,93 4,07 4,18

4,27 4,53 4,83 5,01 5,14

5,25 5,58 5,95 6,17 6,33

6,46 6,87 7,31 7,59 7,79

Суммирование усталостных повреждений, полученных при разных уровнях напряжений, для ременных передач ведется, как и для других деталей, по линейной теории суммирования Пальм-грена. Согласно последней

(130)

Здесь а,- и Z; - максимальное напряжение в ремне и число циклов на каждой ступени напряжений за весь срок службы.

На протяжении одного пробега ремень испытывает несколько различных максимумов напряжений (по числу шкивов гц,. На основании зависимости (130) действие этих напряжений можно заменить действием наибольшего напряжения а на наименьшем шкиве на протяжении эквивалентного числа циклов Z/;, т. е.

р 2 Y> р z

1 max ~? - / , max ~-•

Отсюда коэффициент, учитывающий влияние изгиба на больших шкивах, при 2ц,к

1.-- (131)

и при двух шкивах

Si <у1 max у \ CTi max /

/ J i СГ2 max Y \ ai max /

(131a)

CTl max

При i = 1 коэффициент j = 1; для других передаточных отношений и р = 11 он дан на диаграмме на рис. 52 в зависимости от отношения

Ои ~ 2х?>уер •

В вариаторах при регулировании изменяются все основные параметры, влияющие на усталость: напряжения в ветвях и изгиба, передаточное отношение, скорость, частота циклов. При этом возможны два случая: когда нагрузка изменяется в соответствии со скоростным режимом, на данной скорости она постоянна, и когда нагрузка может изменяться на каждом скоростном режиме независимо от скорости.

В первом случае для расчета на долговечность необходимо установить зависимости (Ттах И числз пробсгов U В секунду от передаточного отношения вариатора, а также распределение времени работы по диапазону регулирования. Целесообразно на всем диапазоне выделить несколько равномерно расположенных скоростных режимов, для которых найти стщах, «хзф и время работы на данном режиме tx = tT (Т - общий срок службы ремня, т, - относительное время работы на каждой ступени). Очевидно, что х = 1.



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