Расчет и конструирование механических передач с гибкой связью (передачи ременные)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

В. А. Лашков, С. Г. Кондрашева, Д. А. Хамидуллина

РАСЧЕТ 

И КОНСТРУИРОВАНИЕ 

МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

С ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ 

(ПЕРЕДАЧИ РЕМЕННЫЕ)

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2021

УДК 621.85.001.24(075)
ББК 34.445я7

Л32

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф., директор ООО «Энерголеспром» А. Н. Грачев

генеральный директор ООО «Магси» Я . Ф. Магарил

Л32

Лашков В. А.
Расчет и конструирование механических передач с гибкой связью (передачи ременные) : учебное пособие / В. А. Лашков, С. Г. Кондрашева, 
Д. А. Хамидуллина; Минобрнауки  России, Казан. нац. исслед. технол. 
ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2021. – 108 с.

ISBN 978-7-7882-3003-0

Изложены общие сведения об основных видах ременных передач. Рассмот
рены методики расчета различных видов передач. Приведены справочные данные, примеры расчетов и конструирования узлов и деталей передач.

Предназначено для бакалавров, выполняющих курсовые проекты по дисци
плинам: «Основы проектирования», «Детали машин», «Детали машин и основы 
конструирования», «Механика».

Подготовлено на кафедре машиноведения.

ISBN 978-7-7882-3003-0
© Лашков В. А., Кондрашева С. Г., 

Хамидуллина Д. А., 2021

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2021

УДК 621.85.001.24(075)
ББК 34.445я7

В В Е Д Е Н И Е

Механические устройства, применяемые для передачи энергии 

от источника движения к потребителю с изменением угловой скорости 
или вида движения, называют механическими передачами. Введение
механической передачи в кинематическую схему привода обусловлено 
необходимостью изменения параметров работы двигателя (числа оборотов, вращающего момента) при передаче их исполнительным органам машины. При этом регулирование параметров самого двигателя 
возможно, но нежелательно по причине уменьшения коэффициента полезного действия за пределами нормального режима работы. В некоторых случаях механические передачи используют как преобразователи 
вращательного движения в поступательное, винтовое и др.

Все механические передачи по принципу действия классифици
руют на две группы: передачи зацеплением (зубчатые, червячные, винтовые, цепные) и передачи трением (фрикционные, ременные).

Ременные передачи ввиду простоты конструкции и обслужива
ния получили широкое применение в приводах механизмов и машин. 
В настоящее время ременные передачи используются практически во 
всех областях народного хозяйства, успешно конкурируют с зубчатыми 
и цепными передачами и даже превосходят их по ряду показателей.

В свою очередь, ременные передачи также можно разделить на 

две группы: передачи фрикционного типа и передачи зацеплением. 
В передачах фрикционного типа работа осуществляется за счет сил трения, возникающих между рабочими поверхностями ремня и шкивов
в результате предварительного натяжения ремня, превышающего величину максимально допустимой тангенциальной силы. Характерными
особенностями ременных передач являются наличие упругого скольжения, непостоянство передаточного отношения и повышенная нагрузка 
на валы и опоры.

Во втором случае, благодаря наличию выступов на внутренней 

стороне ремня и впадин на поверхности шкивов, передача работает по 
принципу зацепления. В передачах зацеплением отсутствует скольжение и исключается необходимость в большом предварительном натяжении, что повышает коэффициент полезного действия передачи.

1 . Р Е М Е Н Н Ы Е  П Е Р Е Д А Ч И

Ременная передача предназначена для передачи окружного уси
лия за счет фрикционного взаимодействия рабочих колес (шкивов) с замкнутой гибкой связью (ремнем).

1 . 1 .  О б щ и е  с в е д е н и я

Передача состоит (рис. 1.1) из двух шкивов, закрепленных на ва
лах, и ремня, охватывающего шкивы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вследствие натяжения 
последнего специальными натяжными устройствами.

Рис. 1.1. Схема ременной передачи

Достоинства ременных передач:
– простота конструкции и обслуживания (отсутствие смазочной 

системы);

– невысокая стоимость;
– возможность передачи движения на значительные расстояния

(до 15 м и более);

– плавность работы (смягчение толчков, бесшумность);
– возможность работы с высокими частотами вращения

(до 50 м/с и более).

Недостатки ременных передач:
– невысокая долговечность ремня, особенно в быстроходных пе
редачах (в пределах 1000–5000 ч);

– большие габаритные размеры (в несколько раз больше, чем 

у зубчатых передач);

– повышенные нагрузки на валы и опоры (увеличение нагрузки 

на валы в 2–3 раза по сравнению с зубчатой передачей);

– необходимость предохранения ремня от попадания масла;
– упругое скольжение ремня при передаче нагрузки, вызываю
щее непостоянство передаточного отношения (уменьшается коэффициент полезного действия передачи).

Указанные недостатки приводят к снижению эффективности ра
боты фрикционного механизма. Численные значения коэффициентов
полезного действия представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Коэффициенты полезного действия ременных передач

Вид передачи
КПД

Плоскоременная
0,96–0,98

Клиноременная
0,95–0,97

Передачи с гибкой связью применяют преимущественно в тех слу
чаях, когда по условиям компоновки привода ведущий и ведомый валы 
должны быть расположены на значительных расстояниях. Мощность передач не превышает 50 кВт, а скорость ремня составляет 5–50 м/с (в сверхскоростных передачах может доходить до 100 м/с). Ограничение мощности и нижнего предела скорости вызвано большими габаритами передачи.

В приводе, включающим зубчатую и ременную передачи, по
следнюю обычно устанавливают на быстроходную ступень как менее 
нагруженную (рис. 1.2).

а                б

Рис. 1.2. Схема расположения ременной передачи в приводе:

а – ременно-цилиндрическом; б – ременно-червячном

В табл. 1.2 и 1.3 для сравнения приведены значения передаточных 

чисел механических передач. Передаточное число ременной передачи –
отношение диаметра ведомого шкива к диаметру ведущего. От величины 
передаточного числа зависят габаритные размеры передачи.

Таблица 1.2

Передаточные числа механических передач

Тип передачи

Рекомендуемое 

значение 

передаточного 
числа в одной 

ступени

Наибольшее до
пускаемое 
значение 

передаточного 
числа в одной 

ступени

Зубчатая передача
закрытая

Цилиндрическая
2,5–3,5
6

Коническая
2,0–3,0
5

Зубчатая передача
открытая

Цилиндрическая
2,0–6,0
12

Коническая
2,0–4,0
9

Червячная передача закрытая
8,0–24,0
80

Цепная передача
2,0–4,0
7,0

Ременная передача
1,5–3,5
6

Таблица 1.3

Рекомендуемые значения передаточных чисел

1-й ряд
1,6
2,0
2,5
3,15
4,0
5,0
6,3

2-й ряд
1,8
2,24
2,8
3,55
4,5
5,6
7,1

К числу основных геометрических размеров, характеризующих

ременную передачу, относят (рис. 1.3):
1d
и 
2
d
– диаметры ведущего 

и ведомого шкивов; a – расстояние между осями шкивов (межосевое 
расстояние);  – угол обхвата ремнем ведущего шкива; l – полную
длину ремня;  – угол между ведущей и ведомой ветвями ремня
(ветвь ремня, набегающая на ведущий шкив, называется ведущей, а сбегающая с ведущего шкива – ведомой).

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: 

плоскоременную (рис. 1.4а, б), клиноременную (рис. 1.4в), поликлиновую (рис. 1.4г) круглоременную (рис. 1.4д) и вариаторную широким 
клиновым ремнем (рис. 1.4е).

Рис. 1.3. Геометрические параметры ременных передач

Ременные передачи могут быть организованы:
– параллельными валами (рис. 1.5а, д, е);
– перекрестными валами (рис. 1.5в, г);
– полуперекрестными валами (рис. 1.5б, г)
Открытая передача (рис. 1.5а) применяется при параллельном 

расположении валов и направлении вращения шкивов в одну сторону; 
в перекрестной передаче (рис. 1.5б) ветви ремня перекрещиваются, 
а шкивы вращаются в противоположных направлениях; в полуперекрестной передаче (рис. 1.5в) оси валов перекрещиваются под некоторым углом; в угловой передаче (рис. 1.5г) оси валов пересекаются под 
некоторым углом.

а    
б      
в    
г     
д   
е

Рис. 1.4. Сечения ремней

В сравнении с другими открытая передача обладает повышенной 

работоспособностью и долговечностью. Благодаря этим преимуществам открытую передачу наиболее часто используют в приводах. В перекрестных и угловых передачах ремень быстро изнашивается 

вследствие закручивания, перегибов и взаимного трения ведущей и ведомой ветвей. Нагрузку этих передач принимают не более 70–80 % от 
нагрузки открытой передачи.

Если необходимо изменить угловую скорость рабочего органа 

исполнительного механизма, то применяется ременная передача со ступенчатыми шкивами (рис. 1.5д), обеспечивающая регулировку передаточного отношения.

При конструировании необходимо предусмотреть натяжное 

устройство, которое обеспечит фрикционное взаимодействие элементов передачи и компенсирует вытяжку ремней в процессе работы (вытяжка может достигать 5 % от первоначальной длины).

В ременной передаче с большим передаточным отношением 

и с малым межосевым
расстоянием
используется
натяжной
ролик 

(рис. 1.5е). Дополнительный конструктивный элемент обеспечивает автоматическое постоянное натяжение ремня. При этом натяжной ролик рекомендуется устанавливать на ведомой (менее нагруженной) ветви 
ремня, так как уменьшается сила нажатия ролика на ремень, а дополнительный перегиб ремня на ролике меньше влияет на долговечность ремня.

а              б               в

г            д                     е

Рис. 1.5. Разновидности плоскоременных передач:

а – открытая передача; б – перекрестная передача; 
в – полуперекрестная передача; г – угловая передача; 
д – передача со ступенчатым шкивом; е – передача 

с натяжным роликом

1 . 2 .  П л о с к о р е м е н н а я  п е р е д а ч а

Плоскоременные передачи, применяемые для приводов машин,

обладают по сравнению с другими передачами более высокой плавностью, большей скоростью и допускают значительные межосевые расстояния. Эти передачи работают при скорости 
100
5
v
−
=
м/с и ис
пользуются преимущественно для приводов мощностью до 50 кВт. 
Увеличение габаритов передачи накладывает ограничения на величины 
мощности и нижнего предела скорости.

Критериями работоспособности передачи являются тяговая спо
собность и долговечность ремня. Тяговая способность обеспечивается 
надежным сцеплением ремня со шкивом, а долговечность определяется 
усталостной прочностью ремня в зависимости от условий работы передачи. Проектировочный расчет плоских ремней производится по тяговой способности с учетом условий работы передачи, а при проверочном
расчете учитывается долговечность ремня.

В обыкновенных плоскоременных передачах применяют конеч
ные и бесконечные (без сшивки) ремни (рис. 1.6).

Ремни в промышленности изготавливают в соответствии 

с ГОСТ 23831-79 «Ремни плоские приводные резинотканевые». Ремни 
изготавливают шириной от 20 до 1200 мм, длиной от 8 до 200 м. Стандарт допускает изготовление бесконечных ремней по согласованию 
с потребителем.

По ГОСТ 23831-79 конечные и бесконечные ремни состоят из 

тканевого каркаса – корда нарезной конструкции, включающего от 3 до 
6 прокладок и наружных резиновых обкладок толщиной 1,0; 1,5; 2,0; 
3,0; 4,0; 5,0; 6,0 мм (рис. 1.6а). Ремни общего назначения изготавливают 
как с наружными обкладками (одной или двумя), так и без обкладок. 
Прокладки изготавливают из хлопчатобумажных тканей Б-800 (бельтинг) – ГОСТ 332-91; с основой и утком из комбинированных нитей 
(полиэфир/хлопок) БКНЛ-65 и БКНЛ-62-2 (ГОСТ 19700-74); с основой 
и утком из синтетических нитей ТА-150, ТА-300, ТК-150, ТК-200-2, ТК300 (ГОСТ 18215-80). При изготовлении прокладок из синтетических 
тканей обязательно предусматривают резиновые прокладки толщиной 
1,3; 1,4; 1,5 мм. Ширины стандартных ремней (ГОСТ 23831-79) и число 
прокладок приведены в табл. 1.4.

а

б

в

Рис. 1.6. Схема поперечного сечения плоских приводных ремней:
а – прорезиненный ремень (1 – уток; 2 – основа; 3 – обкладка); 

б – кордшнуровой ремень (4 – кордшнур; 5 – обкладка из диагонально 
закроенной ткани); в – кордтканевый ремень (6 – вискозная ткань; 

7 – обкладка; 8 – резина)

Таблица 1.4

Ширина ремней и число прокладок

Ширина ремней, мм

Количество прокладок при прочности 

ширины прокладки, Н/мм

55
150
200
300

20, 25, 32, 40
3–5
–
–
–

50, 63, 71
3–5
–
–
3

80, 90, 100, 112 
3–6
3–4
–
–

125, 140, 160
3–6
3–4
3–4
–

180, 200, 224, 250
3–6
3–4
3–4
3

280, 315
3–6
3–4
3–6
3

355, 400, 450, 500, 560
3–6
3–5
3–6
–

700
–
3–5
3–6
3–4

750, 800, 900, 1000, 1100, 1200
–
3–4
3–6
3–6

Толщина ремня рассчитывается по формуле

0
0
п
z
z
h

+

=
,