Зъбни ремъци

Механични системиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2012

Зъбно-ремъчните предавки успешно заместват зъбните и верижните в задвижванията на широк спектър машини

   Зъбният ремък е високотехнологичен съвременен машинен елемент, който се произвежда от сравнително ограничен брой фирми. Използва се основно в зъбно-ремъчните предавки, които в последно време с успех заместват зъбните и верижните предавки в задвижванията на много машини - от електронната апаратура и роботиката до автомобилните двигатели, металорежещите машини и тежкото машиностроене.

Ремъкът, използван за зъбно-ремъчната предавка, е армиран плосък ремък, по вътрешната страна на който (понякога и от двете страни) има зъби с определен профил. Те влизат в зацепване със съответни падини на другия елемент на предавката - зъбноремъчните шайби (фиг.1). По такъв начин предавката e индиректна и работи на принципа на зацепване, а не на триене, т. е. по принцип на работа тя е като верижната предавка. Към ремъчните предавки тя се отнася условно по името и конструкцията на гъвкавия елемент - ремъка. Принципът на зацепване отстранява приплъзването, не е необходимо голямо предварително опъване, теглителната способност малко се влияе от ъгъла на обхвата и от междуосовото разстояние. Това позволява да се проектират предавки с по-малки размери и с големи предавателни отношения - i=12. Еластичността на ремъка и на зъбите му (вместо твърдите шарнири на веригите) намаляват до минимум шума и динамичните натоварвания, с което се осигурява голяма дълготрайност, устойчивост на износване и работа без допълнително обслужване.

Самият зъбен ремък представлява безкраен затворен плосък ремък със зъби по вътрешната повърхнина. Носещият слой е от тънки стоманени корди или еластични нишки от стъкловлакно със спирална навивка. Свързващият материал са гумени смеси (HSN - високонаситен нитрил) или пластмаси – полиамид или полихлоропрен-еластомер. Обвивката на зъбите от текстилна тъкан, покрита с фолио от найлон, предпазва кордите от механично износване, влага и масла.

Основни параметри на зъбния ремък са стъпката pb, височината hs, изчислителната дължина Lp и широчината на ремъка ps, които се измерват в милиметри или в цолове. Заедно с фирменото означение (кодиране) за геометрията и материала, горните параметри във вид на тризначен номер представляват и маркировката на всеки типоразмер зъбен ремък.

Разнообразие от профили и разположение на зъбите
Налице е разнообразие на профилите и разположението на зъбите на зъбните ремъци и съответните шайби, с които те се зацепват. В зависимост от областта на приложение се произвеждат зъбни ремъци с трапецовиден (класически) профил на зъбите. В ISO 5296 и  SO 5294 са стандартизирани зъбни ремъци и шайби за тях с трапецовиден профил на зъбите с ъгъл 2b = 40о или 50о и типоразмери XL, L, H, XH и XXH, съответстващи на основни параметри, показани в таблица 1.

Ремъците с трапецовидни зъби имат ограничена товароносимост поради по-голяма концентрация на напреженията в основата на зъбите. Използват се за мощности до 150 kW и честота на въртене до 10 000 min-1. Допускат се периферни скорости до 80 m/s.

Патентовани са и зъбни ремъци със специални полукръгли и модифицирани криволинейни профили, които се изработват от оптимални съчетания на материалите с използване на съвременни технологии. Изследванията показват, че зъбите с полукръгъл профил са по-равномерно натоварени и имат с 30% по-голяма товароносимост в сравнение с ремъците от предишните поколения. За нормалната работа на предавката такъв профил изисква по-голяма хлабина между зъбите на ремъка и каналите на шайбата. Ремъците от този модел са приложими както за проектиране на нови предавки, така и за замяна на ремъците на съществуващи предавки без адаптация на конструкцията. С успех са използвани като оптимално задвижване на металорежещи машини, в хартиената и целулозната промишленост, в текстилни машини и в други области, където се изисква максимална товароносимост при минимално техническо обслужване.

Зъбно-ремъчните шайби имат по периферията зъби, чийто профил трябва да отговаря на профила на зъбите на ремъка. Геометрията им е стандартизирана. Изработват се от стомана или пластмаси.

Предавките със зъбни ремъци масово се използват за компактните задвижвания на разпределителния механизъм и са приложими при модерните дизелови и бензинови двигатели за монтиране на автомобили и търговски превозни средства при работни температури от 70 до 120 oС.

Произвеждат се и ремъци с назъбване от двете страни, които се зацепват двустранно с ремъчните шайби и се използват за задвижване на повече валове. Тези ремъци имат висока товароносимост и предават 100% от максималното натоварване, по която и да е от своите назъбени страни. Те могат да предават движение едновременно и по двете си страни при условие сумата от натоварванията да не превишава максималната товароносимост на ремъка от даден типоразмер. Останалите им предимства са същите, както и на останалите зъбни ремъци.

За предавки с по-малки мощности се използват и ремъци с триъгълен профил на зъбите, с които се постига добра кинематична точност. Произвеждат се също и във вид на лента при реверсивни постъпателни движения и за точно позициониране на изпълнителни механизми (координатни машини, принтери и др.).

Предлагат се и специални гумени зъбни ремъци за големи мощности, които осигуряват максимално висока надеждност на конвейерни механизми за монтажните линии в различни отрасли на промишлеността. По своята дълготрайност и експлоатационни характеристики такива ремъци превъзхождат ролковите вериги, използвани в подобни механизми.

Особености при избора на предавка със зъбен ремък
Предавателното отношение на предавката i зависи от отношението на броя на зъбите или на изчислителните диаметри на голямата и малката зъбно-ремъчна шайба: i = z2/z1 = dp2/dp1.
Броят на зъбите е стандартизиран: от 10 до 28 през 1 зъб, а след 28 на 32, 36, 40, 48, 60, 72, 84, 96, 120 и 156.

Изчислителният диаметър на шайбите отговаря на изчислителната (неутралната) линия на ремъка, по която се измерва и дължината му. Върховият диаметър do а шайбата е по-малък от изчислителния (вж. фиг. 1) do = d - 2с.

Междуосовото разстояние е а і 0,5(do1 + do2). При това броят на зъбите zo = z1a1/360o (a1 е ъгълът на обхващане на шайбата), които се намират в зацепване с малката шайба, не трябва да бъде по-малък от 6 зъба. В противен случай трябва да се увеличи a.

Основният критерий за работоспособност за предавката със зъбен ремък е теглителната способност на ремъка. Тя се оценява от допустимата периферна сила, която се предава от ремък с базова широчина bso - това е най-широкият стандартен ремък за дадена стъпка pb. В каталозите за всеки типоразмер ремък обикновено се дава предаваната мощност Po в зависимост от изчислителния диаметър и честотата на въртене на малката шайба. Тази мощност се коригира с коефициенти, които зависят от широчината и дължината на ремъка.

Съгласно международния стандарт ISO 5295 мощността, която предава един ремък, се намира от зависимостта: P = kzkwPo, където kz = 1 при zo = 6 , a kw = (bs/bso)1,14. Тук bs е изчислителната широчина на ремъка, а bso има следните стойности за стандартните профили: XL - 9,5; L - 25,4; H - 76,2; XH - 101,6; XXH - 127 mm.

Във фирмените каталози са дадени данни за избора на стъпката на ремъка в зависимост от мощността и честотата на въртене на малката шайба или са показани графики за мощността Р, която може да предаде стандартен зъбен ремък с широчина 10 mm в зависимост от периферната скорост на шайбата.

Повреди и диагностика на зъбни (ангренажни) ремъци
На базата на многогодишен експлоатационен опит главно при двигателите с вътрешно горене, а също и от експериментални стендови изпитания са класифицирани основните повреди на зъбните ремъци, а именно:
Скъсване на ремъка. То може да бъде цялостно (пълно) или частично (назъбено). Ако изключим погрешния избор на ремъка при проектирането на предавката, причините за цялостното скъсване на ремъка са: внезапно ударно претоварване, неправилни манипулации при монтаж или ползване на неподходящи инструменти. За предотвратяване на тази повреда е необходимо по време на операциите по монтажа на предавката да се избягва извиването или прекаленото прегъване на ремъка, а по време на монтиране да се избягва ползването на неподходящи инструменти или лостове за надяване на ремъка върху шайбите. При наличност на фланци върху шайбите да не се насилва шайбата и да се разхлаби напълно обтегача, за да се осигури надяването на ремъка с минимално усилие. При частичното (назъбено) скъсване на ремъка двете му части не са напълно отделени. Вероятните причини са: проникване на външни тела в трансмисията, блокиране на една от шайбите, недопустимо предварително натягане при монтажа, контакт с бензин, деривати на петрола или разредители. За предотвратяване на тази повреда е необходимо: да се уверим в правилното фиксиране на елементите на предавката и на целостта на защитния картер; да се провери състоянието на компонентите и да се уверим в тяхното правилно действие; да се натегне правилно ремъка.

Откъсване на зъби в основата им. Вероятните причини са: недостатъчно опъване (натяг) на ремъка, проникване на външни тела в трансмисията. За предотвратяване на тази повреда е необходимо: да се провери и коригира опъването на ремъка; да се убедим в целостта и в правилното фиксиране на обтегача и на другите елементи на предавката.

Неравномерно износване и смачкване на зъбите от едната им страна. Вероятните причини са разместване (неуспоредност на осите) на обтегача или на един от елементите на предавката, например при счупен или износен лагер. За предотвратяване на тази повреда е необходимо: да се уверим в целостта, правилното фиксиране на обтегача и на другите елементи на трансмисията и евентуално да се възвърне успоредността на осите им; да се замени обтегача и/или износената шайба.

Износване и смачкване на междузъбията. Вероятните причини са недопустимо предварително натягане или износени зъбно-ремъчни шайби. За предотвратяване на тази повреда е необходимо: да се замени износеният твърд елемент на предавката; да се замени ремъка и да се възстанови коректното работно опъване.

Следи по гладката страна (гърба) на ремъка. Обикновено това са бразди или надлъжни  периодични участъци с изменен цвят. Възможните причини са износени зъбно-ремъчни шайби или блокиране на една от шайбите. За предотвратяване на тази повреда е необходимо: да се замени износеният твърд елемент на предавката; да се замени ремъка и да се възстанови коректното работно опъване.

Износване на профилите на зъбите. Вероятните причини са износени зъбно-ремъчни шайби, увеличено опъване (натяг) на ремъка, несъответствие на профила на зъбите на ремъка с тези на шайбите. За предотвратяване на тази повреда е необходимо: да се възстанови коректното работно опъване; да се замени износеният твърд елемент на предавката; да се провери съответствието на профилите на зъбите на ремъка и шайбите.

Пукнатини по гладката страна (гърба) на ремъка. Възможните причини са работа при недопустимо високи или ниски температури или стареене на гумата. За предотвратяване на тази повреда е необходимо: да се провери температурата на работа и да се ползват ремъци, произведени от смеси, издръжливи на работните условия и зададения ресурс.

Разслояване или раздуване на повърхнината на зъбите. Вероятната причина е замърсяване от разредители, смазочни материали или охладителна течност. За предотвратяване на тази повреда е необходимо: монтажа да се извършва във възможно най-чиста среда; да се елиминират евентуални течове на замърсители от двигателя и работната машина.

При констатирането на една или повече от описаните по-горе повреди се налага и да се замени дефектният ремък.

Допълнителни причини за повреди на елементите на зъбно-ремъчните предавки са свързани с грешки при проектирането на предавката, неправилно съхранение и дефекти при производството – геометрични неточности и неподходящи материали, недобросъвестно обслужване и ремонти. Процентното разпределение на причините за повреди на зъбно-ремъчните предавки е показано на фиг. 2.

Сравнението на механични предавки с еднакви силови и кинематични характеристики показва, че предавката със зъбен ремък (зъбно-ремъчна предавка) има значително по-малки габаритни размери от предавките с плосък и клинов ремък. Сред предимствата на предавката със зъбен ремък са: предаване на движение без приплъзване с което се осигурява постоянно предавателно отношение, малки натоварвания на валовете, намалени междуосови разстояния, ниско ниво на шума, висок к.п.д. - до 99%, продължителна работа без обслужване, не е нужно смазване на предавката. Като недостатъци могат да се посочат по-високата цена и чувствителността към неуспоредност на валовете.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top