Виды разрушения рабочих поверхностей фрикционных катков

Усталостное выкрашивание. Встречается в закрытых передачах, работающих при обильной смазке и защищенных от попадания абразивных частиц. Прижимная сила Fr вызывается в месте соприкосания катков высокие контактные напряжения (см. рис. 2.1), которые при работе меняются циклически вследствие перемещения места контакта по ободу. Циклическое действие контактных напряжений способствует развитию усталостных микротрещин на рабочих поверхностях и образованию мелких раковин.

Для предотвращения усталостного выкрашивания производят расчет на контактную прочность. Повышение твердости поверхностей катков обеспечивает более высокие допустимые контактные напряжения.

Заедание. Возникает в быстроходных сильно нагруженных передачах при разрыве масляной пленки на рабочей поверхности катков. В месте касания катков развивается высокая температура, масляный слой разрывается и катки непосредственно соприкасаются друг с другом. В результате происходит привар частиц металла с последующим отрывом от одной из поверхностей катков. Приварившиеся частицы задирают рабочие поверхности в направлении скольжения.

Для предупреждения заедания применяют специальные масла.

Изнашивание. Повышенное изнашивание имеют открытые передачи.

Все виды разрушения рабочих поверхностей катков зависят от контактных напряжений σ н.

 

Цилиндрическая фрикционная передача

 

 

Передаточное число. На рис. 2.1 показана схема простейшей цилиндрической фрикционной передачи с нерегулируемым передаточным числом. Подшипники ведомого вала выполнены плавающими и находятся под действием пружины сжатия, вследствие чего обеспечивается прижимная сила Fr. В передаче с цилиндрическими катками

и=ω1/ω2=D2/[D1 (1–ε)]≈D2/D1,

 

где ε – коэффициет скольжения; ε = 0,005…0,03.

В силовых передачах рекомендуется u≤6.

Геометрический расчет передачи. Межосевое расстояние (см. рис. 2.1)

a=(D1+D2)/2=D1(u+1)/2

 

Диаметр ведущего катка

D1=2a/(u+1).

 

Диаметр ведомого катка

D2=D1 u

Силы в передаче. При работе фрикционных передач (см. рис. 2.1) должно соблюдаться условие Rf≥Ft, где сила трения Rf≥fFr.

Окружная сила

Ft=2T2/D2.

 

Прижимная сила

Fr=KFt/f,

где K – коэффициент нагрузки (запас сцепления) вводится для предупреждения пробуксовывания катков от перегрузок, в частности, в период пуска. Для силовых передач K= 1,25…2, для передач приборов K =3…5.

Прижимные устройства. Постоянная по значению прижимная сила катков допустима при передаче постоянной нагрузки. При переменной нагрузке прижатие катков должно изменятся автоматически, соответственно ее назначению, что повышает к.п.д. и долговечность передачи.

Постоянное прижатие катков осуществляют пружинами, которые периодически регулируют (см. рис. 2.1). Автоматическое прижатие катков осуществляется самозатягиванием элементов передачи, а также нажимными устройствами, например, винтового типа.

Вариаторы

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

В качестве механизма главного движения применяют передачи различного типа – фрикционные, ременные, цепные. Выполняются в виде отдельных механизмов с непосредственным контактом ведущего и ведомого контактов (см. рис. 2.2) или с промежуточным элементом (рис. 2.3). Применяются в станках, прессах, конвейерах и т.п.

 

Рис. 2.3 Схема вариатора с раздвижными конусами

 

Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального процесса, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

В некоторых машинах – волочильные станы, текстильные, бумагоделательные и подобные им машины – плавное регулирование скорости является технологически обязательным.

Главной характеристикой вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной угловой скорости ведомого катка ω2max к его максимальной угловой скорости ω2min:

Д=ω2max/ω2min=umax/umin=Rmax/Rmin=u²max.

 

(2.4)

 

Практически для одноступенчатых вариаторов Д =3…8.

Вариаторы подбирают по каталогам или справочникам в зависимости от передаваемого момента, диапазона регулирования и угловой скорости ведущего вала.

Разновидности вариаторов. В зависимости от формы тела качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и др.

Лобовые вариаторы (см. рис. 2.2) применяют в винтовых прессах и приборах. Бесступенчатое изменение угловой скорости ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т.е. изменением радиуса R2. Допускают реверсирование вращения. Имеют интенсивный износ рабочих поверхностей катков и пониженный к.п.д. вследствие разности скоростей на площадке контакта. Так как R1=const, диапазон регулирования лобового вариатора

Д= R2max/R2min. (2.5)

Вариаторы с раздвижными конусами (см. рис. 2.3) имеют наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным элементом является клиновой ремень или специальная цепь. Плавное изменение угловых скоростей ведомого вала достигается раздвижением или сближением конусных катков, т.е. изменением расчетных радиусов катков R1 и R2. Максимальное и минимальное значения передаточного числа:

umax=ω1/ω2min≈R2max/R1min, umin=ω1/ω2max≈R2min/R1max.

Клиноременные вариаторы (см. рис. 2.3) просты и надежны в эксплуатации, стандартизованы. Диапазон регулирования Д =2…3. При использовании широких ремней передаваемая мощность достигает Р =50 кВт при к.п.д. ŋ =0,8…0,9.

Рис. 2.4 Схема торового вариатора

Цепные вариаторы сложнее и дороже клиноременных, но компактнее, долговечнее и более надежны; обеспечивают постоянство передаточного числа; применяются для мощностей до 30 кВт; Д≤6; ŋ= 0,8…0,9.

Торговые вариаторы состоят из двух сосных катков с тороидной рабочей поверхностью и двух промежуточных роликов. На рис. 2.4 показана схема вариатора системы ЦНИИТмаш.

Регулирование угловых скоростей производится поворотом роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы контакта R1 и R2. Текущее значение передаточного числа

u=ω1/ω2≈R2/R1. (2.6)

Из всех вариаторов торовые наиболее компактны и совершенны, но имеют сложную конструкцию и требуют высокой точности изготовления. Отличаются высоким к.п.д. – до 0,95.

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических тонких дисков, прижимаемых пружинами (рис. 2.5). Изменение угловой скорости ω2 ведомого вала осуществляется радиальным смещением ведущего вала относительно ведомого. При изменяется расчетный радиус R1 ведущих дисков. Долговечность повышается при работе дисков в масляной ванне.

Передаточное число вариатора

u=ω1/ω2 - R2/R1.

Диапазон регулирования Д≤5.

 

Рис. 2.5 Схема многодискового вариатора