Шкив: назначение, типы, материалы для изготовления

 Шкив — это приводное колесо для передачи или получения крутящего момента от приводного ремня. Ременная передача использовалась людьми с античных времен, в средние века началось массовое ее применение в деревенских прялках. С началом промышленной революции ими оснащался каждый станок.

В наши дни шкивы широко применяются в двигателях внутреннего сгорания, станках, бытовых приборах, ручном электроинструменте. Приводные ремни и колеса подверглись стандартизации – это позволяет добиться их взаимозаменяемости. Стандартизованы также правила и приемы изображения деталей на чертежах.

Понятие шкива

Он предназначен для передачи крутящего момента с ведущего вала на ведомый. Для работы такого привода оба вала располагают параллельно. На каждый вал надевают и закрепляют плоское колесо, их располагают в одной плоскости. Колеса соединяют бесконечным гибким приводным ремнем. При вращении приводного шкива сила трения заставляет двигаться ремень, облегающий часть его поверхности. Это движение передается ведомому шкиву, заставляя его вращаться.

Ременная передача распространена среди бытовой техники, механизмов станков малой и средней мощности, в различных двигателях внутреннего сгорания.

Она обладает следующими достоинствами:

• простое устройство;
• возможность передачи значительной мощности, современные клиноременные пары транслируют до 400 квт;
• высокая скорость вращения, до 50 м/с;
• плавный и малошумный ход;
• демпфирование вибраций и рывков приводного вала при передаче вращения;
• проскальзывание при перегрузках срабатывает как предохранительный механизм.

Сам шкив – это диск на валу. Он состоит из двух основных частей: обода и ступицы. Обод- это внешняя часть детали. Она входит в зацепление с ремнем и в зависимости от типа привода может быть плоской или иметь углубление по форме ремня. Боковые выступы над ободом называют щеками. Они удерживают ремень от соскальзывания. Если привод клиновой, то щеки делают наклонными, они несут дополнительную функцию- увеличивают площадь зацепления.

Если используется зубчатый привод, то на поверхности обода делают зубья соответствующей формы.

Если используется параллельно несколько ручьев, на ободе делают несколько канавок.

Ступица- внутренняя част шкива. Он имеет отверстие для крепления на валу. Часто обод и ступица отливаются, вытачиваются или фрезеруются в виде единой детали.

Для снижения веса изделия в теле шкива оставляют пустоты, формируя спицы. При изготовлении из дерева наличие спиц обуславливалось технологией изготовления.

Для обеспечения взаимозаменяемости шкивов их типоразмеры, технологические требования, маркировка стандартизованы. Они описаны в ГОСТ 20889-94. «Шкивы для приводных клиновых ремней» и в ГОСТ Р 50641-94 (ИСО 4183-89).

Скачать ГОСТ 20889-88

Скачать ГОСТ 50641-94

В стандартную маркировку входят следующие параметры:

• число ручьев;
• профиль используемого приводного ремня;
• диаметр (считается по корду);
• обозначение втулки.

Так, маркировка 8 SPC 500 обозначает восьмиручьевый шкив под профиль SPC с диаметром 500 мм.

Стандартизованы также и правила изображения шкивов на чертеже. Чертеж должен быть построен так, чтобы изделие можно было изготовить, точно соблюдая форму и размер.

Виды шкивов

За тысячелетия применения конструкторы разработали множество конструкций шкивов ременных передач. Их классификация проводится по различным признакам.

По типу применяемого ремня различают:

Клиновидные

Самый распространенный вид изделия. Применяются с клиновидными ремнями. Боковые щеки дают дополнительную площадь зацепления, увеличивая возможности передачи по крутящему моменту и скорости вращения.

Наклон канавки обязательно указывается на чертеже детали.

Для того, чтобы снизить габариты передачи или повысить ее мощность, параллельно запускают несколько ручьев. Такие шкивы называются многоручьевыми, они имеют соответствующее количество канавок. Иногда на такой шкив надевают единый ремень с несколькими клиновидными выступами. Это поликлиновая передача.

На чертеже допустимо дать подробно изображение одной канавки и указать их количество. Детализация остальных на чертеже не требуется

При аварийном превышении допустимой нагрузки начинается проскальзывание, защищающее оборудование от повреждения.

Клиноременные передачи позволяют передавать наибольший крутящий момент.

Зубчатые

На внутренней поверхности ремня имеются зубчатые выступы, соответствующие их по шагу зубья сделаны и на поверхности обода. Зубчатоременные пары не проскальзывают и могут передавать больший крутящий момент. Они отличаются также точностью передачи углового положения вала, поэтому применяются в газораспределительных механизмах двигателей внутреннего сгорания. Оборотной стороной является отсутствие защитной функции от перегрузок. Обод изготавливается путем фрезерования. Встречается и изготовление методом обкатки. На чертеже детали обязательно следует указать точные параметры зуба, его шаг, высоту, профиль.

Плоскоременные

Классическая конструкция, применявшаяся в самых первых передачах. Гасит вибрацию и динамические нагрузки от ведущего вала. Отличаются низкой шумностью, ограниченным моментом и скоростью вращения.

С помощью дополнительных роликов можно связывать ведомые и ведущие валы, находящиеся в разных плоскостях, не соосные, изменять направление вращения. Таким образом можно заменить карданные и червячные передачи. Чертеж такого изделия наиболее простой, однако на нем следует указать радиусы сопряжения обода и щечек, если они предусмотрены. Иногда щек не предусматривают, а профиль обода делают выпуклым. В этом случае на чертеже следует указывать его радиус.

Круглоременные

Проточка в ободе имеет полукруглый профиль. Такие ременные передачи используют при небольших предаваемых моментах и скоростях вращения. Они также позволяют изменят направление вращения и связывать оси, находящиеся в разных плоскостях. На чертежах таких деталей указывается лишь радиус проточки канавки.

Вариаторные

Это наиболее сложные по конструкции устройства. обод выполнен в виде конуса с конической перемещающейся щекой. Клиноременное кольцо имеет возможность перемещаться по конусу в осевом направлении, с меньшего радиуса на больший. Второй шкив имеет обратную конусность, и привод при этом на нем перемещается с меньшего радиуса на больший.  При этом передаточное число передачи меняется. Щеки обеих шкивов могут двигаться и в обратном направлении, меняя передаточное число в обратную сторону.

Преимущество конструкции заключается в том, что передаточное число можно менять без остановки вращения и не снимая с привода нагрузки. По чертежу бывает сложно понять принцип действия устройства. Трехмерное моделирование позволяет дополнять модели кинематическими симуляциями, наглядно демонстрирующими взаимодействие деталей механизма.

Различают шкивы и по способу размещения на валу:

• Под втулку. Позволяют путем подбора втулки соответствующего внутреннего диаметра закрепить привод на любом стандартном валу. При повреждении посадочного места достаточно заменить втулку, что облегчает и ускоряет ремонт.
• Под расточку. Выпускаются с маленьким центральным отверстием. Его растачивают или рассверливают под диаметр вала. В случае повреждения сложно отремонтировать.
• Под фиксированный диаметр. Обычно снабжаются проточкой под шпоночное крепление или шлицами. Очень простой и быстрый монтаж и демонтаж. Требуют точного соответствия диаметров. Допускают изготовление облеченных деталей.

Для изготовления детали используют такие материалы, как:

• Чугун. Широко используется для клиновых шкивов. Характеризуется высокой прочностью, низкой ценой изделий и удобством обработки.
• Сталь. Применяется в механизмах, подвергающихся большим перепадам температуры, сильным динамическим нагрузкам.
• Алюминий и его сплавы. Используется для малонагруженных передач в механизмах, для которых важен вес и габариты. Не подвержены коррозии.
• Пластмассы. Используются в малогабаритных устройствах с малыми передаваемыми моментами и скоростями.
• Композитные материалы. Применяются в передовой технике, там, где требуется сочетание низкого веса, высокой прочности, стойкости к динамическим нагрузкам и неблагоприятным воздействиям окружающей среды. Отличаются высокой стоимостью.

На чертежах указывают не только марку сплава, но и способ его обработки, чистоту поверхности, твердость, необходимость закалки и т. п.

Дерево, как традиционный материал для ременных передач, в наши дни вышло из употребления. Применяется при реконструкциях исторических механизмов и в самоделках. Иногда склеенные из фанерных дисков приводные колеса используются в качестве временной ремонтной детали в домашних мастерских.

Применение шкивов

Клиновые приводы – одни из самых широко используемых в самых различных механизмах и устройствах с высоким крутящим моментом и угловой скоростью. Прежде всего- это двигатели внутреннего сгорания. Кроме того, клиноременные пары применяются в таких областях, как:

• вентиляторы и кондиционеры;
• компрессорные установки, как поршневых, так и винтовых;
• транспортные системы зданий: лифты, эскалаторы, травелаторы;
• сельхозмашины;
• дорожно-строительная техника;
• горные машины;
• промышленные технологические установки;
• станки;
• бытовая техника;
• ручной электроинструмент;

и во многих других отраслях.

Зубчатые передачи используются в тех случаях, когда требуется передать значительный крутящий момент без пробуксовок. Зубчатоременной привод не требует сильного натяжения для хорошего сцепления. Он дает существенно меньшую радиальную нагрузку на ось, чем другие ременные передачи.

Применяются такие приводы в:

• автомобильных моторах, для механизма газораспределения;
• силовых приводах станков и промышленных механизмов;
• в технологических установках пищевой, фармацевтической, химической отрасли.

Поликлиновые шкивы отлично справляются в так называемых серпантинных передачах, когда один привод снабжает энергией вращения много потребителей, и при этом следует по весьма извилистой траектории. Поликлиновые передачи позволяют передавать значительные моменты и достигать больших оборотов без увеличения габаритов.

Их используют как в тяжелом машиностроении, так и в производстве бытовой техники.

Вариаторные приводные колеса применяются везде, где необходимо без остановки вращения и снятия нагрузки плавно изменять обороты и крутящий момент. Они популярны в таких сферах, как:

• трансмиссии автомобилей, мотоциклов, другого колесного транспорта;
• конвейеры;
• точные станки для обработки металла, дерева и других материалов;
• сельхозмашины.

Современный вариатор превосходит по своим эксплуатационным характеристикам и ручные, и гидравлические трансмиссии.

Плоскоременные приводы используются там, где требуется передать вращение на значительные расстояния (до 7-9 м) и погасить удары, толчки и другие динамические нагрузки, передаваемые от ведущего вала к ведомому (или в обратном направлении). Они применяются:

• в прессовом и другом кузнечном оборудовании;
• в приводах лесопилок;
• в технологическом оборудовании текстильной промышленности;
• в мощных центробежных насосах.

Круглоременные приводы используются для малонагруженных передач в точных приборах, бытовой электронике и технике.

Они также легко перекрещиваются и, при посредстве дополнительных пассивных шкивов позволяют связывать ведомый и ведущий валы, находящиеся в разных плоскостях и под углом друг к другу, а также изменять направление вращения.

Изображение шкива на чертежах

Из чертежа изделия должно быть полностью понятно его устройство, размеры и способ изготовления. Для стандартных изделий на чертеже обязательно наносится обозначение шкивов.

Чтобы правильно и точно изготовить нестандартный шкив, чертеж его должен соответствовать определенным требованиям. Правильно выбрать угол канавки шкива можно, если воспользоваться для чертежа стандартным рядом уклонов.

Шкив обычно изображается на чертежах в двух видах:

• разрез секущей плоскостью, проходящей через ось вращения;
• вид сбоку.

Вид сбоку, как и для других деталей с осевой симметрией, приводят не полностью, а в половину. Для шкивов, имеющих в своей конструкции спицы, допустимо не изображать все, а привести чертеж одной детали с указанием их количества.

Разрез требуется строить так, чтобы в его плоскости находилась хотя бы одна спица. Спицы на разрезе штриховать не требуется. Если же деталь выполнена сплошной, плоскость разреза штрихуется, как обычно на чертеже.

Основные размеры и параметры, такие, как:

• диаметр обода и ступицы;
• профиль клинового ремня;
• радиусы сопряжения;
• уклоны канавки и т. п., наносятся на разрезе.

На дополнительном виде чертежа изображают сечение спицы. Если форма его переменная, то делают несколько дополнительных видов чертежа.

Изображение места крепления под шпонку с размерами и указанием качества поверхности также выносится на дополнительный вид чертежа.

Если вместо спиц для облегчения конструкции в теле детали предусмотрено несколько отверстий, их число и размеры указываются на разрезе, а вид сбоку на чертеже допустимо не строить.