Фрикційні передачі
Тема 8. Фрикційні передачі
Загальні відомості та класифікація фрикційних передач. Явища ковзання у контакті котків фрикційної передачі. Матеріали та конструкції деталей фрикційних передач. Розрахунок циліндричних фрикційних передач. (Фрикційні варіатори).
Класифікація фрикційних передач.
За призначенням:
- з постійним передатним відношенням і зі змінним передатним відношенням (варіатори)
За розташуванням валів:
- з паралельними осями валів;
- з перетинаючимися осями валів.
За формою поверхні котків:
- циліндричні;
- конічні;
- кульові;
- торові;
- з клиновим ободом.
За розташуванням точок дотикання:
- зовнішнього дотикання;
- внутрішнього дотикання.
За способом притискання котків:
- з постійним;
- з автоматично регульованим.
Переваги фрикційних передач:
- простота, дешевизна виготовлення;
- плавність, безшумність при високих швидкостях;
- запобігає поломкам елементів машин (проковзування при перевантаженні);
- можливість здійснення безступінчастого регулювання передатного відношення.
Недоліки:
- несталість передатного відношення;
- потреба застосування натискних пристроїв;
- високе навантаження на вали та опори валів;
- небезпека пошкодження котків при буксуванні.
Явище ковзання у контакті котків
Ковзання – причина спрацювання котків, зменшення к.к.д., мінливість передатного відношення.
Розрізняють три види ковзання: буксування, пружне ковзання, геометричне ковзання.
Буксування – виникає під час перевантаження передачі. Ведений коток зупиняється, а ведучий ковзає по ньому, спричиняючи його місцеве спрацювання, вихід з ладу. При проектуванні потрібно передбачити запас зчеплення котків.
Пружне ковзання – пов’язане з пружними деформаціями котків у зоні їхнього контакту.
Геометричне ковзання – обумовлене різницею у значеннях швидкостей контактуючих точок ведучого та веденого котків.
Матеріали котків повинні задовольняти таким вимогам: високий модуль пружності Е, коефіцієнт тертя, контактна міцність, зносостійкість.
Матеріали пари ведучий – ведений коток:
1) загартована сталь – загартована сталь -> висока несуча швидкість, високий к.к.д.;
найкраще – сталь ШХ15; для тихохідних передач – 40Х, 40ХН;
2) чавун – чавун (або сталь) -> висока несуча здатність, малі габарити;
3) текстоліт, фібра – сталь, чавун -> великий коефіцієнт тертя, менша сила притискання,
(середньо і мало навантажені передачі);
4) шкіра, гума – сталь, чавун -> високий коефіцієнт тертя, мала стійкість проти
спрацьовування (мало навантажені передачі, передачі в приладах).
Конструкція котків визначається здебільшого матеріалом. Металеві котки можуть працювати зі змащуванням і без змащування, неметалеві - беззмащування.
Ведучий коток – із більш м’якого матеріалу, щоб запобігти місцевому спрацюванні веденого котка при буксуванні.
Фрикційні передачі - це передачі, в яких рух від ведучого тіла до веденого передається силами тертя.
Найпростіша фрикційна передача складається із двох циліндричних котків (роликів), притиснутих один до одного деякою силою Fn (рис. 1).
Для забезпечення нормальної роботи передачі проковзування котків необхідно, щоб сила тертя в місці контакту котків Fт була більшою колової сили Ft, яка передається передачею:
Fт Ft, (8.1)
де сила тертя
Fт = f Fn (Fn – сила притиску котків; f – коефіцієнт тертя матеріалу котків),
а колова сила
Ft = 2Т2 / d2 (8.2)
(Т2 і d2 – відповідно обертовий момент і діаметр веденого котка).
Порушення умови (8.1) приводить до буксування котків і до їх швидкого руйнування.
Фрикційні передачі діляться на дві групи:
1) передачі нерегульовані з постійним передаточним відношенням;
2) передачі регульовані або варіатори із змінним передаточним відношенням.
Переваги фрикційних передач: простота та дешевизна виготовлення і експлуатації; плавність та безшумність роботи; можливість безступінчатого регулювання частоти обертання веденого вала, захист механізмів від поломок при їх перевантаженні внаслідок проковзування котків.
Недоліки: високі навантаження на вали і підшипникові опори із-за необхідності притискування котків; несталість передаточного відношення через можливе проковзування котків; необхідність застосування натискних пристроїв; небезпека пошкодження котків при буксуванні; швидке спрацювання котків.
Основні типи фрикційних передач і варіаторів
Передачі нерегульовані. Циліндрична фрикційна передача (див. рис. 1) використовується для передавання руху між валами з паралельними осями. Передаточне відношення передачі:
(8.3)
де d1, d2 - зовнішні діаметри котків; - коефіцієнт ковзання; = 0,01 ... 0,03.
Рекомендується і 6.
Сила притиску котків:
(8.4)
де К - коефіцієнт запасу зчеплення,
К = 1,25...1,5 для силових передач, К 3 для приладів;
f - коефіцієнт тертя,
Конічна передача використовується для передачі обертового руху між валами, осі яких перетинаються (рис. 2). Частіше всього кут між осями = 1 + 2 = 90 (1 і 2 – кути при вершинах конусів ведучого і веденого котків).
Передаточне відношення
.
Так як
,
,
то
а при
Конічна реверсивна передача преса, що має два ведучих конуса, які почергово стикаються з веденим конусом за допомогою осьового переміщення ведучого вала, показано на рис. 3.
Варіатори. Лобовий варіатор (рис. 4) складається із диска Б, закріпленого на валу, натискного пристрою і ведучого ролика А, який може переміщуватися по валу у напрямках, вказаних стрілками.
При цьому змінюється робочий діаметр d2 веденого диска Б і відповідно до цього передаточне відношення і. При переведенні ролика А на ліву сторону диска Б напрямок обертання реверсується. Максимальне і мінімальне передаточне відношення:
Діапазон регулювання передачі D:
є однією із важливих характеристик варіаторів.
Для лобових варіаторів D 3.
Переваги лобових варіаторів: простота конструкції, можливість реверсування руху і виконання перпендикулярними ведучого і веденого валів. Недоліки: значне спрацювання котків із-за значної різниці швидкостей на площадці дотику, низький к.к.д.
Використовується у малопотужних передачах приладів.
Варіатор з розсувними конусами має установлені на паралельних валах два розсувні конуси, що з’єднанні між собою передаючим елементом у вигляді клинового паса або спеціального ланцюга і гвинтовий механізм керування (рис. 5). Останній розсовує одну і зсовує другу пару конусів одночасно на одне і те ж значення..
Кінематичні залежності:
Варіатори з розсувними конусами прості і надійні в роботі і достатньо поширені в загальному машинобудуванні. Їх використовують в металорізних верстатах, в текстильних машинах, моторолерах, в якості безступінчастих коробок передач.
Торів варіатор складається із двох чашок 1, 2, виконаних за формою кругового тора і закріплених на ведучому і веденому валах, та роликів 3, затиснутих між чашками 1 і 2 (рис. 6). Зміна передаточного відношення досягається обертанням роликів навколо осей 0. При цьому досягається зміна робочих діаметрів чашок 1 і 2. Ведучий вал обертається з постійною частотою n1, а частота обертання веденого вала n2 може бути рівною, більшою або меншою n1.
Передаточне відношення
де r0, r1, r2, , - параметри варіатора (див. рис. 6).
Перевага торових варіаторів: компактність, мале ковзання в місці стикання роликів і чашок. Недоліки: високі вимоги до точності виготовлення та монтажу.
Використовуються в сільськогосподарчому машинобудуванні.
Дисковий варіатор складається із набору ведучих (9...21 і більше штуки) і ведених сталевих дисків, загартованих до твердості Н = 51...61HRC (рис. 7).
Варіатор працює в мастилі, яке зменшує спрацювання дисків. Зміна передаточного відношення досягається переміщенням ведучого вала 1 відносно веденого вала 2 в напрямках, вказаних на рисунку стрілками. При цьому змінюється між осьова відстань а і робочий діаметр d2.
Передаточне відношення
Використання тонких сталевих дисків дозволяє одержати компактну конструкцію при значній потужності – до 40 кВт.
Діапазон регулювання D 4,5 при к.к.д. 0,8...0,9.
Збільшення точок контакту між фрикційними елементами до m = 18...42 і більше дозволяє значно знизити контактний тиск і разом з цим спрацювання дисків. Знижується і сила притиску Fn, яка дорівнює:
де с – число ведучих валів.
Основи розрахунку міцності фрикційних передач