Тема 2.2 Фрикционные передачи

Общие сведения; классификация передач; материалы катков; цилиндрическая фрикционная передача; геометрический расчет передач; расчет фрикционной передачи на контактную прочность и условный расчет на износостойкость; вариаторы; разновидности вариаторов.

В фрикционной передаче вращательное движение от ведущего катка к ведомому передается силами трения, которые возникают в месте контакта двух прижатых друг к другу катков.

Условие работоспособности передачи

, (2.2.1)

где F_t – передаваемая окружная сила,

R_f – сила трения в месте контакта катков.

Для создания требуемой силы трения R_f катки прижимают друг к другу силой F_r, которая во много раз превышает силу F_t.

Классификация передач

1 По назначению: с нерегулируемым передаточным числом и с бесступенчатым регулированием передаточного числа (вариаторы).

2 По взаимному расположению осей валов:

- цилиндрические (при параллельных осях);

- конические – при пересекающихся осях;

- лобовые – при скрещивающихся осях.

По условиям работы:

- открытые – работают всухую;

- закрытые – работают в масляной ванне.

Достоинства:

- простота конструкции и обслуживания;

- равномерность и бесшумность вращения;

- возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи;

- невозможность аварий при перегрузках.

Недостатки:

- большое и неравномерное изнашивание рабочих поверхностей катков

- большие нагрузки на валы и подшипники от прижимной силы F, что требует увеличение размеров валов и подшипников;

- непостоянное передаточное число из-за проскальзывания катков.

Применение:

Нерегулируемые – в приборах, вариаторы – в машинах (станки, транспортные машины)

Рис.2.2.1Схема цилиндрической фрикционной передачи

Материалы катков

Материалы должны иметь высокий коэффициент трения f (для уменьшения Fr₎ и модуль упругости E (для уменьшения упругого скольжения и потерь на перекатывание), должны быть износостойкими и влагонепоглощающими.

1 Закалённая сталь по закалённой стали f = 0,04….0,05(смазка)

40 ХН,18 ХГТ, ШХ 15. f=0,15…0,18 (без смазки)

Применяют в быстроходных закрытых силовых передачах.

2 Текстолит, гетинакс или фибра по стали f = 0,2…0,25.

Применяется в слабонагруженных открытых передачах.

Виды разрушения рабочих поверхностей катков

1 Усталостное выкашивание - в закрытых передачах при обильной смазке.

Циклическое действие контактных напряжений способствует развитию усталостных микротрещин на рабочих поверхностях и образованию мелких раковин.

2 Заедание.

Возникает в быстроходных сильно нагруженных передачах при разрыве масляной плёнки на рабочей поверхности катков. Происходит привар частиц металла. Для предупреждения применяются специальные масла.

3 Изнашивание.

Характерно для открытых передач.

Все виды разрушения рабочих поверхностей катков зависят от контактных напряжений σ_Н и предупреждаются расчётом на контактную прочность.

Цилиндрическая фрикционная передача

u=ω₁/ω₂=Д₂/[Д₁(1-є)] ≈ Д₂/Д_1, (2.2.2)

где є- коэффициент скольжения, є = 0,05…0,03.

Рекомендуется u≤6

Межосевое расстояние:

a= (Д₁+Д₂)/2=Д₁(u +1)/2 (2.2.3)

Диаметр ведущего катка:

Д₁=2а/u+1 (2.2.4)

Диаметр ведомого катка:

Д₂=Д₁u. (2.2.5)

Силы в передаче:

R_f ≥F_t, где R_f- сила трения;

F_t=2Т₂/Д₂ - окружная сила. (2.2.6)

Прижимная сила:

F_r= KF_t/f, (2.2.7)

где К – коэффициент нагрузки (запас сцепления): для силовых передач

К= 1,25…2, для приборов К= 3..5/

В качестве прижимных устройств используются устройства винтового типа, пружины или устройства автоматические для самозатягивания передачи.

Вариаторы

Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу угловой скорости ведомого вала при постоянной условной скорости ведущего.

Применяют в станках, прессах, конвейерах. Бывают с непосредственным контактом ведущего и ведомого катков или с промежуточным элементом.

Главная характеристика – диапазон регулирования

Д (2.2.8)

для одноступенчатых Д=3..8

Разновидности вариаторов

1 Лобовые вариаторы

Рис.2.2.2 Лобовый вариатор

Прим. в винтовых прессах и приборах. Меняется R2.

(2.2.9)

2.) Вариаторы с раздвижными конусами (наиболее распространены)

Промежуточный элемент – клиновой ремень или специальная цепь.

Рис.2.2.3 Вариатор с раздвижными конусами

(2.2.10)

(2.2.11)

Диапазон регулирования Д=2..3, Р=50кВт, η=0,8..0,9

Ценные вариаторы: Д 6, Р до 30кВт, η=0,8..0,9.

3 Торовые вариаторы

Состоят из двух соосных катков с тороидной рабочей поверхностью и двух промежуточных рожков

Рис.2.2.4 Торовый вариатор

(2.2.12)

4 Многодисковые вариаторы – состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических тонких дисков, прижимаемых пружинами.

Расчёт на прочность и КПД фрикционных передач

По формуле Герца при ϻ=0,3 (сталь):

Закал. сталь

Чугун (предел прочности при изгибе)

Текстолит

КПД фрикционных передач:

Закрытых:

Открытых: