Фрикционные передачи и вариаторы.

1. Обзор темы. При изучении темы студент должен сосредоточить внимание на следующих вопросах теоретического характера, которые освещены в базовом учебнике (1) и дополнительных источниках (2,3). При изучении теоретических (вопросов 1-2) студент должен усвоить простейшие фрикционные передачи, знать материал, из которого изготавливаются катки (ролики) фрикционных передач, геометрию и кинематику фрикционных передач, а также нажимные устройства.

1. Общие сведения и классификация фрикционных передач

Фрикционная передача в ее простейшем виде состоит из двух катков (роликов), которые прижаты друг к другу некоторой силой. Вращения от одного из катков к другому передается за счет силы трения между катками (рис.1).

Нужна сила трения между катками фрикционной передачи достигается принудительным прижатием катков соответствующей силой Q. Если сила прижима катков недостаточная, то между катками может возникнуть проскальзывание (буксование), что нарушает нормальную работу передачи.

Рис. 1. Схема цилиндрической фрикционной передачи

Силовые фрикционные передачи с передающими нагрузкой значительно уступают другим видам механических передач. Кроме того, они не обеспечивают постоянного передаточного числа (из-за возможного проскальзывания катков) и поэтому не могут быть применены в точных передаточных механизмах. Фрикционные передачи применяют в кузнечно-прессовом оборудовании, фрикционных лебедках, некоторых станках и сравнительно редко их изготовляют в виде быстроходных Редукторов небольшой мощности (до 20 кВт).

Шире применяют фрикционные передачи в передаточных механизмах различных приборов, где передаваемые нагрузки незначительны. Очень выгодное применение фрикционных передач у вариатора — механизмах для бесступенчатого регулирования угловой скорости.

С помощью фрикционной передачи можно обеспечить достаточно большое передаточное число, но из-за ограничения габаритных размеров передачи рекомендуют брать и <10. Значение КПД фрикционных передач колеблется в пределах η = 0,90 … 0,95.

Фрикционные передачи по сравнению с другими механическими передачами имеют следующие преимущества:

— простота и дешевизна изготовления деталей передачи;

— плавность и бесшумность работы при высоких скоростях;

— передача предотвращает поломки деталей Приводного устройства за счет возможного проскальзывания катков во время перегрузок;

— существует возможность осуществления бесступенчатого регулирования передаточного числа.

К недостаткам фрикционных передач относятся:

— непостоянство передаточного числа из-за возможного проскальзывания катков;

— необходимость применения специальных нажимных устройств;

— высокие нагрузки на валы и опоры валов передачи;

— опасность повреждения катков при их буксовании. Несмотря на недостатки в некоторых конструкциях приводных механизмов машин и приборов, фрикционные передачи является рациональными.

В зависимости от назначения фрикционные передачи разделяют на две группы: передачи с условно постоянным передаточным числом и передачи с переменным передаточным числом (вариаторы).

Передачи с условно постоянным передаточным числом классифицируют согласно приведенным на рис. 2, а-г признаков. Передачи с меняющимся передаточным числом (вариаторы) рассматриваются в специальной литературе.

Рис. 2. Классификации фрикционных передач

2. Материалы и конструкции деталей фрикционных передач

Материалы фрикционных катков должны удовлетворять следующие требования: высокий модуль упругости для уменьшения упругого скольжения и потерь мощности на перекатывание катков, высокий коэффициент трения скольжения, высокая контактная прочность и стойкость против срабатывания для обеспечения нужной долговечности передачи.

Чаще всего используют такие сочетания материалов для изготовления ведущего и ведомого катков:

Закаленная сталь — закаленная сталь обеспечивает наибольшую контактную прочность катков и высокий КПД, но требует достаточной точности изготовления деталей и монтажа передачи. Лучшие результаты дает применение сталей типа ШХ15 с термообработкой поверхности до твердости 50-55 HRC. В тихоходных передачах могут использоваться легированные стали 40Х, 40ХН с закалкой и средним отпуском.

Чугун — чугун (или сталь) также обеспечивает достаточно высокую несущую способность передачи и малые ее габаритные размеры.

Фрикционные передачи с металлическими катками можно проектировать для работы в условиях смазки или без смазки.

Текстолит, фибра — сталь, чугун имеют широкое применение в средне — и мало нагруженных передачах. Благодаря высоким значением коэффициента трения требуют меньшей силы прижима катков.

Кожа, древесина, резина — сталь, чугун находят применение в мало нагруженных передачах и кинематических передачах приборов. Эти материалы имеют низкую устойчивость к износу, но высокий коэффициент трения.

Катки фрикционных передач из неметаллических материалов всегда должны работать без смазки. Преимущественно, ведущий каток изготавливают из мягкого материала, чтобы предотвратить местном срабатыванию (образованию лысок) на рабочей поверхности ведомого катка при случайном буксовании.

Конструкция катков фрикционных передач. Строение и форма катков определяются в основном материалами, из которых эти катки изготовлены.

Металлические катки (из стали или чугуна) изготавливают дисковой формы, а катки малых диаметров делают сплошными вместе с валом (рис.3, а, б). Рабочие поверхности металлических катков должны иметь малые параметры шероховатости (Де 0,63-0,32).

Катки из неметаллических материалов изготавливают сборными насадных конструкции (рис.3, в-е): ступица из чугуна или стали предназначена для закрепления дисков или колец из резины 1, текстолита 2, древесины или кожи 3.

Нажимные устройства фрикционных передач. Создания нужной силы прижима катков фрикционных передач можно осуществить разными способами. Способ прижима имеет существенное значение для работы передачи. Постоянное прижима допустимо только в передачах с постоянным рабочим нагрузкам.

Рис. 3. Конструкции фрикционных катков

В тех передачах, работающих с переменной нагрузкой, желательно, чтобы сила прижатия катков менялась автоматически в соответствии с нагрузкой. Долговечность и КПД таких передач больше, поскольку в таком случае не возникают чрезмерные силы при передаче малых рабочих нагрузок.

На рис.4, а, б показаны схемы нажимных устройств, обеспечивающих постоянную силу прижима катков с помощью сжатой пружины и с помощью веса специального грузила на рычаге. Винтовой нажимной устройство, обеспечивающее автоматическое регулирование силы прижима конических катков, показано на рис. 4, в. В таком устройстве следует применять несамогальмивну винтовую пару. Другим примером автоматически действующего устройства является передача из самозатяжним кольцом (рис.4, г). Помимо основных катков, передача имеет дополнительный нерабочий ролик 1 и массивное жесткое кольцо 2, охватывающий с небольшим первоначальным натяжением все три катки.

С другими схемами нажимных устройств фрикционных передач можно ознакомиться в специальной литературе.

Рис. 4. Нажимные устройства для фрикционных передач

Типовые задачи.

Задача. Рассчитать цилиндрическую фрикционную передачу при условии, что ведущий каток передает мощность Р1 при угловой скорости ω1, а нужна скорость вращения ведомого катка ω2.

Вопросы по теме.

Общие сведения. Классификация фрикционных передач. Материалы фрикционных катков. Конструкции катков фрикционных передач. Нажимные устройства фрикционных передач. Геометрия и кинематика фрикционных передач.

3. Рекомендуемая литература:

В. Т. Павлище, Е. В. Харченко и др. Прикладная механика. — М.: Интеллект-запад, 2004 —

366 с.

С. А. Чернавский и др.. Курсовое проектирование деталей машин. — Машиностроение, 1987. — 146-152 с.