Фрикционные передачи. Область применения. Достоинства и недостатки

Фрикционная передача – механизм, служащий для передачи вращательного движения от одного вала к другому с помощью сил трения, возникающих между насаженными на валы и прижатыми друг к другу дисками, цилиндрами или конусами.

Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения, которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием сжимающих сил Q. При этом должно быть F_t ≤ F, где F_t— окружная сила; F— сила трения между катками.

Для передачи с цилиндрическими катками: F = Qf, где f — коэффициент трения.

Нарушение условия F_t ≤ F приводит к буксованию и усиленному износу катков.

Все фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи нерегулируемые, т. е. с постоянным передаточным отношением; передачи регулируемые, или вариаторы, позволяющие изменять передаточное отношение плав­но и непрерывно (бесступенчатое регулирование). Каждая из указанных групп охватывает большое количество передач, различающихся по конструкции и назначению. Например, различают передачи с параллельными и пересекающимися осями валов; с цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверх­ностью рабочих катков; с постоянным или автоматически регулируемым прижатием катков, с проме­жуточным (паразитным) фрикцион­ным элементом или без него.

Схема простейшей нерегулируемой передачи изображена на рис. 9.1. Она состоит из двух катков с гладкой цилиндрической поверхностью закрепленных на параллельных валах. На рис. 9.2 показана схема простейшего вариатора (лобовой ва­риатор). Ведущий ролик А можно перемещать по валу в направле­ниях, указанных стрелками. При этом передаточное отношение будет плавно изменяться в соответствии с изменением рабочего диаметра D₂ ведомого диска В. Если перевести ролик на левую сторону диска, то можно полу­чить также и изменение направления вращения ведомого вала — ва­риатор обладает свойством реверсивности.

Достоинства фрикционных передач: - простота конструкции и обслуживания; - плавность передачи движения и регулирования скорости и бесшумность работы; - большие кинематические возможности (преобразование вращатель­ного движения в поступательное, бесступенчатое изменение скоро­сти, возможность реверсирования на ходу, включение и выключение передачи на ходу без остановки); - за счет возможностей пробуксовки передача обладает предохрани­тельными свойствами. Однако после пробуксовки передача, как пра­вило, резко ухудшает свои качества - появляются лыски на катках, неравномерно срабатываются фрикционные поверхности и т.д. По­этому использовать пробуксовку как предохранительное средство не рекомендуется; - отсутствие мёртвого хода при реверсе передачи; - равномерность вращения, что удобно для приборов; - возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.

Недостатки: - непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания; - незначительная передаваемая мощность (открытые передачи - до 10-20 кВт; закрытые - до 200-300 кВт); - для открытых передач сравнительно низкий КПД; - большое и неравномерное изнашивание катков при буксовании; - необходимость применения опор валов специальной конструкции с прижимными устройствами (это делает передачу громоздкой); - для силовых открытых передач незначительная окружная скорость ( 7 - 10 м/с); - Большие нагрузки на валы и подшипники от прижимной силы , что увеличивает их размеры и делает передачу громоздкой. Этот недостаток ограничивает величину передаваемой мощности;- большие потери на трение.

25. Кинематические и силовые соотношения фрикционных передач.
Передаточное число. Если допустить, что во фрикционной передаче скольжение отсутствует, то окружные скорости катков бу­дут равны, т. е. . Для передачи, пока­занной на рис.1:

; . Приравнивая правые части равенств, по­лучим или . Отсюда , где — передаточное число.
В действительности скольжение между катками есть, т. е. . Величина скольжения оценивается коэффициентом скольжения ; = 0,005 ÷ 0,03 (здесь — теор. угловая скорость).

Передаточное отношение с учетом скольжения: (2)

Для передачи движения между валами с пересекающимися осями используют коническую фрикционную передачу. Угол Σ между осями валов обычно составляет 90⁰. В этом случае передаточное отношение без учета скольжения: .

КПД фрикционных передач зависит от следующих потерь:

- связанных с использованием катков, имеющих формы, не позволяю­щие им перекатываться один по другому без проскальзывания; это отчетливо видно, например, в передаче с клиновыми катками (см. рис. 2.2) и лобовой передаче (см. рис. 2.11);

- проскальзывания, обусловленного масляной пленкой на рабочих по­верхностях и т. д.;
-трения качения, вызванного деформацией поверхностей катков в зоне контакта;
- в подшипниках.
Потери в подшипниках зависят от величины нагрузки на валы, которая определяется прижимным усилием F . КПД фрикционной передачи определяют по формуле: (3) где — сумма относительных потерь. Для закрытых фрикционных передач = 0,88 – 0,93, для открытых = 0,68 – 0,86.

Основные виды повреждений рабочих поверхностей катков и критерии расчета. Усталостное выкрашивание (питтинг). Встречается в закрытых передачах, работающих при обильной смазке и защищенных от попадания абразивных частиц. Сила прижатия катков необ­ходимая для обеспечения работоспособного состояния фрикционной пере­дачи, на опорной поверхности катков вызывает значительные контактные напряжения . Эти напряжения (рис. 2.7, а) носят циклический характер, так как при обкатывании точки обода катка проходят неподвижную точку контакта. Циклическое действие контактных напряжений способствует раз­витию усталостных микротрещин на рабочих поверхностях катков. На рабочей поверхности катка появляются мелкие раковины. В за­крытых передачах, работающих при обилии смазочного материала, микро­трещины расклиниваются смазочным материалом, и от рабочей поверхно­сти катка выкрашиваются частицы металла (рис.6, 6). Такой вид разрушения катка называют усталостным выкрашиванием.

Поэтому проектный расчет фрикционных передач выполняют на контактную прочность. При этом повышение твердости поверхностного слоя катков обеспечивает более высокие допускаемые контактные напряжения. Условие для пре­дотвращения усталостного выкрашивания (или условие прочности): , (4) где — допустимое контактное напряжение для материала катков. На основании опытов допускаемые напряжения рекомендуют принимать в этом случаепри 10⁷ циклов и постоянной работе = 1000...1200 МПа.

Рис. 6. Усилия и напряжения в контакте цилиндрических колес:

1— ведущее колесо; 2 — ведомое колесо; 3 — смазочное масло

Наибольшие контактные напряжения определяют по формуле Герца:

, (5)

где q — нормальная нагрузка на единицу длины контактных линий (для цилиндрических катков ); — приведенный модуль упругости; Е₁ и Е₂ — модули упругости материалов ведущего и ве­домого катков; — приведенный радиус кривизны ци­линдрических катков; R₁ и R₂ — радиусы катков (равны и ).

При перекатывании катка, имеющего радиус R, внутри катка (кольца) радиуса R₂ приведенный радиус кривизны (внутреннее зацепление).

Неисправности фрикционных передач:

· изнашивание

· задир

· скольжение

· буксование