Розрахунок конічних фрикційних передач

Конічні фрикційні передачі використовують для передавання обертового руху між валами, осі яких перетинаються. Кут між осями валів може бути довільним, але найбільш широке застосування мають конічні фрикційні передачі з міжосьовим кутом Σ = 90°. Принципова схема такої передачі показана на рис. 20.7

Геометрія та кінематика передачі. Котки конічної фрикційної передачі - це зрізані конуси, що взаємно дотикаються по спільній твірній, а вершини конусів знаходяться у точці перетину осей валів. Остання умова потрібна, щоб запобігти геометричному ковзанню в контакті котків.

Основними розмірами конічної фрикційної передачі є середні діаметри ведучого та веденого котків d_m₁ і d_m₂, зовнішня R та середня R_m конусні відстані, робоча ширина котків b, кути при вершинах конусів δ₁ та δ₂. Для конічної фрикційної передачі з міжосьовим кутом Σ = δ₁ + δ₂ = 90º (рис 20.7) справедливі такі співвідношення між параметрами:

(20)

(21)

. (22)

Тут Ψ_R = 0,20...0,30 — коефіцієнт ширини котків.

Передаточне число конічної фрикційної передачі u = ω₁/ω₂ або u = d_m2/d_ml. (23)

Інші співвідношення між параметрами передачі, які використовують у розрахунках [на основі виразів (20)... (23)], такі:

; ;

; ; (20 24)

; .

Зусилля у конічній фрикційній передачі. За аналогією з циліндричною фрикційною передачею умову роботи конічної передачі без буксування котків записують у вигляді (7). Силу тертя у контакті конічних котків та колову силу визначають за формулами:

; , (25)

де Q — нормальна до лінії контакту сила притискання котків (рис. 20.7);

T₁ — обертовий момент на ведучому валу передачі. Сила F_t на рис. 20.7 проекціюється в точку P.

Умову відсутності буксування котків навантаженої передачі можна записати у вигляді:

звідки сила

. (20.26)

K – коефіцієнт запасу зчеплення котків беруть таким самим, як і в циліндричних фрикційних передачах.

Розклавши силу Q за напрямами осей валів передачі, дістанемо сили Q₁ та Q₂, що діють на котки передачі паралельно осям їхнього обертання:

; . (27)

Для забезпечення однієї і тієї ж нормальної до лінії контакту сили Q уздовж осі меншого котка треба прикладати меншу силу (бо < і < ), тобто натискний пристрій доцільно розміщувати з боку меншого котка.

Ha обидва вали конічної фрикційної передачі передаються колова сила F_t та сила Q, взаємно перпендикулярними складовими якої є Q₁ та Q₂. Ha рис. 20.7 показані сили, що навантажують ведучий вал конічної фрикційної передачі.

Розрахунок конічних котків на міцність. За аналогією з циліндричною фрикційною передачею умови міцності та стійкості проти прискореного спрацьовування конічних котків записують у вигляді (11) та (12) відповідно для металевих та неметалевих котків.

Розрахунковий тиск по довжині контакту конічних котків

, (20.28)

де K_β = l,3...1,5 – коефіцієнт, враховує нерівномірність розподілу навантаження у контакті котків. Радіуси кривини робочої поверхні конічних котків на довжині їх спільної твірної неоднакові. За розрахункові беруть радіуси кривини робочих поверхонь у точках середини лінії контакту котків (див. рис. 20.7):

; (29)

Зведена кривина робочих поверхонь конічних котків

(30)

Підставляючи у формулу Герца (13) вирази (28) та (30), дістанемо остаточну умову міцності для перевірного розрахунку конічних котків із металевих матеріалів:

(31)

Для неметалевих конічних котків будемо відповідно мати

. (32)

У записаних умовах сила Q визначається згідно з виразом (26), а коефіцієнт Z_M беруть таким самим, як і для циліндричної передачі.

Формули для проектного розрахунку конічної фрикційної передачі можна дістати із умов (31) та (32), якщо в ці умови підставити Q за виразом (26), подати робочу ширину котків b через d_m₁, відтак визначити потрібний мінімальний діаметр ведучого котка. Таким чином дістанемо:

для конічної фрикційної передачі з металевими котками

; (33)

для конічної фрикційної передачі з неметалевими котками

. (34)

Тут допоміжні коефіцієнти К_M та К_H беруть такими самими, як і в циліндричній фрикційній передачі, обертовий момент T₁ підставляють у ньютон-метрах (H∙м), а діаметр d_m₁ – у міліметрах.

Діаметри ведучого котка за формулами (33) та (34) дозволяють визначити всі інші розміри конічних котків, а також потрібну силу їхнього притискання.

Допустимі контактні напруження [σ]_H та допустимі тиски [q] тут також беруть за табл. 20.1.

Фрикційні варіатори

Ф p и к ц і й н і в a p і а т о p и – механічні передачі, що забезпечують плавне безступеневе регулювання швидкості обертання веденого вала при постійній швидкості обертання ведучого вала. Варіатори виготовляють для передавання невеликих потужностей (не більше ніж 20—30 кВт), хоча відомі конструкції для потужностей 100 кВт і більше. Фрикційні варіатори мають застосування у приводах метало- та деревообробних верстатів, пресів, конвейєрів, у машинах хімічної, текстильної та паперової промисловості, а також у приладобудуванні.

Класифікація фрикційних варіаторів. За конструкцією та принципом роботи фрикційні варіатори дуже різноманітні. Умовно всі варіатори можна поділити на дві групи: варіатори з безпосереднім контактом ведучої та веденої ланки та варіатори з проміжними ланками.

Принципові схеми деяких видів фрикційних варіаторів зображені у табл. 20.2.

Діапазон регулювання варіаторів. Основною характеристикою варіатора є його діапазон регулювання D - це відношення максимальної кутової швидкості ω₂_max веденого вала до його мінімальної кутової швидкості ω₂_m_in при постійній швидкості ω₁ обертання ведучого вала:

. (35)

Враховуючи, що та , діапазон регулювання варіатора можна подати і через максимальне та мінімальне його передаточне число

. (36)

Для фрикційних варіаторів діапазон регулювання визначають таким чином.

Л о б о в и й в a p і а т о p. Із умови рівності колових швидкостей точки конгакту ведучого котка та веденого диску маємо біжучі значення передаточного числа:

або .