Передачи фрикционные и с гибкой связью
Передачи, в которых движение от ведущего звена к ведомому передается силами трения, называются фрикционными. Простейшая фрикционная передача состоит из двух соприкасающихся между собой колес (катков, роликов, дисков), которые прижимаются друг к другу силой F. Фрикционные передачи в основном применяются в бесступенчатых вариаторах, позволяющих плавно изменять передаточное отношение. Однако имеются тенденции к замене фрикционных вариаторов на вариаторы с системой управления, включающих электрические и электронные устройства. Применение фрикционных передач в редукторах нецелесообразно из-за больших преимуществ зубчатых передач.
Преимущества: простая конструкция катков; возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения выходного звена; отсутствие поломок из-за проскальзывания катков.
Недостатки: необходимость устройств для прижатия тел качения и большие нагрузки на валы; повреждения переда-
Рис. 4.56
чи при буксовании и возможность неравномерного износа колес; непостоянство передаточного отношения из-за проскальзывания; большие габаритные размеры.
По конструкции и назначению различают фрикционные передачи нескольких видов: цилиндрическая между параллельными валами (рис. 4.56, а); коническая между валами с пересекающимися осевыми линиями (рис. 4.56, б). Угол между валами конической передачи может быть любым, по обычно он равен 90°.
Цилиндрическая и коническая фрикционные передачи характеризуются постоянным передаточным отношением. Фрикционные вариаторы по конструкции весьма разнообразны: лобовые (рис. 4.57, а), конусные (рис. 4.57, б), шаровые (рис. 4.57, в) и др., где 5 – перемещение, φ – угол поворота звена.
Фрикционные вариаторы используют в приборах и в различных изделиях, например в металлообрабатывающих стан-
Рис. 4.57
ках. Фрикционные передачи предназначены для передачи мощностей от весьма малых (в приборах) до нескольких сотен киловатт, но преимущественно до 20 кВт.
Кинематика фрикционных передач. В связи с проскальзыванием ведомого колеса его окружная скоростьнесколько меньше окружной скорости
ведущего. Зависимость между этими скоростями определяется формулой
(4.81)
где – коэффициент скольжения колес
для передач, работающих без смазочного материала;
для вариаторов, работающих со смазочным материалом при значительных передаточных отношениях).
Передаточное отношение (см. рис. 4.56, а)
(4.82)
где – КПД передачи (в зависимости от вида передачи
)•
Для конической фрикционной передачи с углом взаимного расположения валов, равным 90° (см. рис. 4.56, б),
гдеи
– углы наклона образующей конической поверхности соответственно ведущего и ведомого колес.
Передаточное отношение вариатора изменяется от минимального
до максимального imax значений. Отношение максимальной угловой скорости ведомого колеса вариатора
к минимальной угловой скорости
называют диапазоном регулирования Д, который является основной кинематической характеристикой вариаторов:
Обычно у вариаторов
Силы прижатия катков. Для передачи окружной силы колеса фрикционной передачи должны быть прижаты друг к другу с силой F (см. рис. 4.56). Сила трения
должна быть больше окружной силы
, т.е.
, откуда
(4.83)
где – коэффициент запаса сцепления колес (в силовых передачах машин
, в передачах приборов
); / – коэффициент трения между колесами, принимаемый при наличии смазочного материала для стали по стали f
, без смазочного материала для стали постали или чугуну
, для стали по текстолиту
Силыи
i, действующие на валы конической фрикционной передачи с углом взаимного расположения валов, равным 90° (см. рис. 4.56, б):
гдеи
– углы наклона образующей конической поверхности соответственно ведущего и ведомого колес.
Материалы и расчет фрикционных колес. Форма и материал колес фрикционной передачи определяются ее назначением. Основные требования к материалам фрикционных колес: высокие износостойкость и поверхностная прочность, повышающие долговечность передачи; достаточно высокий коэффициент трения, обеспечивающий наименьшую силу прижатия колес; высокий модуль упругости, способствующий уменьшению потерь на трение от упругого скольжения. Наиболее распространенные сочетания материалов фрикционных колес; закаленная сталь по закаленной стали; сталь по пластмассе; сталь или чугун по коже, прессованному асбесту или прорезиненной ткани.
Проверочный расчет по контактным напряжениям сжатия фрикционных колес при начальном касании их по линии осуществляют по формуле Герца [см. (4.28)]:
при этом в качестве допускаемых контактных напряжений на сжатие рекомендуется принимать следующие: МПа для закаленных колес с
;
МПа для текстолитовых колес (при модуле упругости текстолита
МПа);
для чугунных колес (
– предел прочности чугуна при изгибе).