Зубчатые ремни и их использование

Среди многообразия конструктивных решений, используемых для приведения в движение каких-либо частей механизма в устройствах различного назначения, одним из вариантов выступают зубчатые ремни. Наиболее часто в промышленных и бытовых целях используются односторонние ремни зубчатые, представляющие собой многослойную вулканизированную ленту, где наружная сторона - плоская, а внутренняя выполнена с выступами (зубьями), расположенными друг от друга на равном расстоянии.
Принцип работы механизма с использованием зубчатых ремней основан на зацеплении зубьев ремня и шкива, что и обуславливает основные преимущества такой передачи. Ремни зубчатые обеспечивают равномерный плавный ход передачи практически без проскальзывания или рывков, при этом нагрузка на валы и подшипники механизма значительно ниже, нежели создают приводные ремни другого типа. Зубчатые ремни не чувствительны к изменению интенсивности нагрузки, то есть даже при частом переходе от максимальной нагрузки к минимальной износ ремня не усиливается. Ремни зубчатые не нуждаются в дополнительном смазывании, таким образом, при эксплуатации зубоременная передача, обладая достаточно высокой надежностью и долговечностью, не требует дополнительного обслуживания.
Соответственно, широкий спектр достоинств зубчатой ременной передачи предусматривает их обширную область применения. Такие ремни приводные используются и в металлорежущих и ткацких станках; в качестве линейного механизма автоматических дверей или ворот; в автомобилях; в подъемно-транспортных механизмах в качестве ленты транспортера; в офисной технике (принтерах, сканерах, плоттерах, печатных машинках и видеокамерах). Естественно, что столь широкая номенклатура использования требует различных технических характеристик ремней зубчатых. Зубчатые ремни изготавливаются из различных материалов, с разным шагом и формой зуба.
Ремни зубчатые с трапецеидальными или полукруглыми зубьями применяются наиболее часто. Лучшие технические характеристики показывают ремни с закругленными зубьями – они способны передавать большие мощности и крутящие моменты, обеспечивают наиболее плавное зацепление и более равномерное натяжение ремня. Однако зубчатые ремни с трапецеидальными зубьями выполняются с большим диапазоном модулей, к тому же технологии их изготовления гораздо проще. И те и другие зубчатые ремни применяются в механизмах для замены цепей или редукторов. Выбор формы зуба ремня производится в зависимости от эксплуатационных и технических требований, предъявляемых к механизму.
Прямое влияние на свойства ремня оказывает в первую очередь материал, из которого он изготовлен. Так для передачи больших крутящих моментов и мощностей при высоких скоростях используются зубчатые ремни усиленные металлокордом. Такой ремень практически не растягивается в процессе эксплуатации, он отличается повышенной прочностью и износостойкостью и способен передавать нагрузки в 2 раза большие, нежели ремень клиновой ГОСТ 1284-80.
Для работы в силовых приводах промышленных агрегатов используются зубчатые ремни из полиуретана, которые при компактных размерах показывают отличные прочностные характеристики, передавая большие мощности и работая в условиях передачи до 1000 оборотов в минуту.
Ремни зубчатые изготовленные из современных композитных материалов работают на передачу значительных крутящих моментов в приводах с большими угловыми скоростями. Они могут работать с применением верхнего натяжного ролика, таким образом, полностью заменяя цепную передачу. Такие зубчатые ремни масло- и влагостойки, не меняют своих свойств при значительных перепадах температур, поэтому могут применяться как в пищевой или химической промышленности, так и в тяжелом машиностроении или горнодобывающей промышленности. Такие зубчатые ремни также могут работать в условиях малых и средних мощностей. Ремни из композитов обеспечивают экономичный режим работы и практически бесшумную передачу.
Большое практическое применение имеют конечные зубчатые ремни, которые незаменимы в системах автоматического открывания дверей. В процессе эксплуатации они сохраняют стабильную длину, даже при постоянно меняющихся нагрузках, а, следовательно, показывают стабильную, эффективную работу без дополнительного техобслуживания в течении длительного периода эксплуатации.
В последнее время широкое распространение получили двухсторонние зубчатые ремни (зубья имеются как на внутренней, так и на наружной стороне ремня). Двухсторонние ремни зубчатые применяются в приводах противоположного реверсивного хода при передаче больших мощностей и высоких скоростей вращения, а также больших крутящих моментов. Такие ремни выполняются из эластомера, усиленного арамидным кордом и дают возможность менять направление вращения при высоком числе оборотов и значительном крутящем моменте.
Также двухсторонние ремни могут изготавливаться в компактном исполнении для приводов малых и средних мощностей, обеспечивая уменьшение габаритов и массы привода, не уменьшая при этом эффективность механизма.
Одним из наиболее часто применяемых механизмов, где неизменно используется ременная передача, является вариатор. Вариатор служит для бесступенчатого регулирования скорости вращения, передаваемой от двигателя к рабочим узлам машины. Для передачи вращения применяются вариаторные ремни. Область применения вариаторов – сельскохозяйственная техника и промышленное оборудование. При этом ремни вариаторные применяемые в той и другой области имеют принципиальные различия и не могут заменять друг друга. К вариаторным ремням предъявляют следующие требования:
- обеспечение плавности и равномерности хода;
- стабильная длина;
- большая жесткость в поперечном направлении и высокая гибкость;
- высокая нагрузочная способность при передаче различных мощностей;
- высокая прочность на разрыв;
- износостойкость и долговечность;
- влаго-, маслостойкость;
- диапазон рабочих температур от -30°C до +80°C.
В качестве вариаторного ремня может использоваться клиновой ремень или зубчатый. Вариаторные ремни с зубьями могут работать в повышенном температурном режиме, а также использоваться при работе с ведомыми шкивами малых диаметров. Зубчатый ремень вариатора обеспечивает высокий КПД устройства, экономичность и безотказную работу в течение длительного периода эксплуатации.
Таким образом, зубчатые ремни являются хорошей альтернативой в случаях, когда использование клинового ремня (ГОСТ 5813-93) или другого типа ременной передачи нецелесообразно. Явные преимущества, которые демонстрирует передача при помощи зубчатых ремней, делает их незаменимыми во многих механизмах как промышленного, так и бытового назначения.