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 D₂ведомого 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: .

КПДфрикционных 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