Фрикційні передачі 1

Передачі, в яких рух від одного вала до іншого передається за рахунок тертя між робочими поверхнями обертов-ющихся ковзанок (дисків), називають фрикційними.

Фрикційна передача складається з двох коліс (котків) - провідного та ве-домого, які притиснуті один до одного із заданою силою. При обертанні од-ного з ковзанок, наприклад, провідного приходить в рух ведений, благо-даруючи виникає силі тертя.

де: F - передавальне окружне зусилля;

Тmp - сила тертя в місці контакту.

Примітка. Окружне зусилля - сила, яка обертає шків, колінчастий вал, ма-Ховік і т. Д. Спрямована по дотичній до окружності, по якій рухається точка докладання цієї сили. Визначають окружне зусилля за формулою F = М / r,

де: М - крутний момент;

r - відстань від точки прикладання окружного зусилля до осі обертання.

Якщо ця умова порушується, то виникає буксування, тобто ведений каток не обертається, а ведучий ковзає по ньому.

Передавальне число фрикційної передачі - відношення угло-вих швидкостей ведучого і веденого валів - не може бути строго постійного-ним, так як завжди існує відносне проковзування котків, змінюється в залежності від навантаження.

Розрізняють фрикційні передачі з умовно постійним передавальним числом між валами з паралельними пересічними осями і передачі зі змінним передавальним числом (варіатори) без проміжної ланки і з проміжною ланкою.

Залежно від умов роботи фрикційні передачі підрозділяють на відкриті, що працюють всуху, і закриті, що працюють в маслі. Коеф-фициент тертя в відкритих фрикційних передачах вище, а притискне зусилля ковзанок менше. У закритих фрикційних передачах масляна ван-на робить ковзання менш небезпечним, крім того, забезпечується відведення тепла і збільшується довговічність передачі.

Фрикційні передачі мають ряд переваг. основними з кото-яких є: простота і безшумність роботи; рівномірність обертання коліс; можливість регулювання швидкості (без зупинки передачі); Ні-велика вартість коліс (котків).

До недоліків фрикційних передач відносяться значні навантаження на вали і підшипники, непостійність передавального числа, порівняно низький ККД, наравномерний знос робочих поверхонь коліс.

Фрикційні передачі широко використовуються в різних галузях промисловості. Їх часто застосовують в приводах конвеєрів, в зварюва-них і ливарних машинах, в металорізальних верстатах і ін.

Для коліс застосовують такі поєднання зносостійких матеріалів з високим коефіцієнтом тертя і модулем пружності: загартована сталь по загартованої сталі (таке поєднання забезпечує високий ККД, не требу-ет виготовлення передачі з високим класом шорсткості поверхні); чавун по сталі або чавуну (в цьому випадку робочих поверхонь надають велику твердість, для чого відбілюють поверхню чавунних коліс).

Типи фрикційних передач

Циліндрична фрік-Ціон передача. На провідному 2 і відомому 1 валах на-сажени на шпонках два катка. Підшипники вала 1 встановлені непо-ресувні, а підшипники вала 2 дозволяють переміщатися валу по направле-ня лінії центрів передачі. Якщо привести в обертання ведучий вал 2, то разом з ним буде обертатися і ведучий диск. Ведений диск НЕ буде обертатися до тих пір, поки не буде пре-засвоєно корисне опір на валу 1 - крутний момент і опір тертя в підшипниках. Але так як підшипники ведучого валу виконані плаваючими і знаходяться під дією пружини стиснення, то цим самим забезпе-чивается притискне зусилля Т, а следо-вательно, і обертання веденого вала.

Конічна фрикційна передача. Ковзанки передачі представляють собою усічені конуси, які стикаються із загальної образу-нього. При осьовому стисненні конусів на їх утворюють в місці контакту виникає сила тертя, яка і захоплює у обертаючись-ня ведений каток і вал. Для правильної роботи передачі необхідно, щоб кону-си мали загальну вершину, що є точкою перетину осей котків.

Варіатори - переда-чі, за допомогою яких можна плавно, безступінчатий змінювати передавальне число. За формою тіл обертання варіатори бувають лобові, конусні, торові і ін.

Лобові варіатори застосовуються в гвинтових пресах і приладах. У найбільш простому з них ведучий ролик котиться по торцевій поверхні велико-го диска і передає йому обертання. Рух можна передавати і в обрат-ном напрямку - від диска до ролика. Для регулювання швидкості обертаючись-ня ролик пересувають уздовж диска. Передавальне відношення в таких ва-ріаторах одно i = R1 / R2,

де: R1 і R2 - радіуси коліс.

У більш складному плоскому вариаторе між дво-ма великими дисками обертається пересувний ролик. Один диск веду-щий, інший - ведений. Ролик служить проміжною ланкою, переда-ющим обертання. При регулюванні швидкості ролик переміщують уздовж обох дисків, причому, наближаючись до центру одного з них, він в той же са-мій час віддаляється від центру іншого. Тому зміна передавального-го відносини і плавне регулювання швидкостей обертання виробляє-ся швидше і в більш широких межах, ніж в вариаторе з одним диском.

Варіатори з розсувними конусами мають огра-ніченний застосування в машинобудуванні. Конічні диски насаджені на два паралельних валу I і II. Між дисками затиснуте сталеве кільце, ко-лось передає рух від ведучого вала до веденого. Зміна переда-точного числа здійснюється зближенням однієї пари конусів і розсуванням інший.

Втомне викришування (піттінг). Зустрічається в закритих передачах, що працюють при рясному мастилі і захищених від попадання абразивних частинок. Сила притиснення ковзанок необ-ходимо для забезпечення працездатного стану фрикційної пере-дачі, на опорній поверхні ковзанок викликає значні контактні напруги. Ці напруги (рис. 2.7, а) носять циклічний характер, так як при обкатуванні точки обода катка проходять нерухому точку контакту. Циклічне дію контактних напружень сприяє раз-витию втомних мікротріщин на робочих поверхнях ковзанок. На робочій поверхні ковзанки з'являються дрібні раковини. В за-критих передачах, що працюють при великій кількості мастильного матеріалу, мікро-тріщини розклинюються мастильним матеріалом, і від робочої поверхно-сти катка фарбували частки металу (рис.6, 6). Такий вид руйнування катка називають втомним Викришування. Тому проектний розрахунок фрикційних передач виконують на контактну міцність. При цьому підвищення твердості поверхневого шару ковзанок забезпечує більш високі допустимі контактні напруги. Умова для пре-дотвращенія усталостного викришування (або умова міцності):

де - допустиме контактне напруження для матеріалу ковзанок. На підставі дослідів допустимі напруження рекомендують приймати в цьому випадку при 10 7 циклів і постійній роботі = 1000. 1200 МПа.

Мал. 6. Зусилля і напруги в контакті циліндричних коліс:

1 провідне колесо; 2 ведене колесо; 3 мастило

Найбільші контактні напруги визначають за формулою Герца:

де q - нормальне навантаження на одиницю довжини контактних ліній (для циліндричних котків); - наведений модуль пружності; Е1 і Е2 - модулі пружності матеріалів провідного і ве-домого ковзанок; - приведений радіус кривизни ци-ліндріческіх ковзанок; R1 і R2 - радіуси ковзанок (рівні і).

Під час перекочування катка, що має радіус R, всередині катка (кільця) радіуса R2 приведений радіус кривизни (внутрішнє зачеплення).

Формула (5) може бути застосована для фрикційних передач з матеріалів, деформації яких відповідають закону Гука.

Зношування. Цей вид пошкодження робочих поверхонь котків частіше спостерігається у відкритих передачах, так як саме в ці передачі в процесі роботи найбільше потрапляє абразивних матеріалів, що, в свою чергу, збільшує їх зношування. Спостерігається також зношування ковзанок при буксовании і внаслідок пружного ковзання, як у відкритих, так і в закритих передачах. Для забезпечення зносостійкості фрикційні передачі розраховують на контактну міцність (для сталевих або чавунних котків) або за умовою обмеження навантаження q на одиницю дли-ни контактної лінії (для ковзанок з фібри, гуми та інших матеріалів).

Задирака виникає в швидкохідних сильно навантажених передачах при розриві масляної плівки на робочій поверхні ковзанок. У місці дотику ковзанок підвищується температура, масляний шар розривається, і катки безпосередньо стикаються один з одним. В результаті відбувається приварювання частинок металу з подальшим відривом від однієї з поверхонь ковзанок. Приварені частинки задирають робочі поверхні в напрямку ковзання. Для попередження задирака застосовують протизадирні масла.

Ковзання є причиною зносу, зменшення ККД і мінливості передавального відносини у фрикційних передачах. Розрізняють три види ковзання: буксування, пружне ковзання, геометричне ковзання.

Буксування настає при перевантаженнях, коли не дотримується умова (1). При буксовании ведений каток зупиняється, а ведучий ковзає по ньому, викликаючи місцевий знос або задір поверхні.

Порушення геометричної форми і якості поверхні ковзанок виводить передачу з ладу. Тому при проектуванні слід приймати достатній запас зчеплення До і не допускати використання фрикційної передачі в якості запобіжного пристрою від перевантаження.

Пружне ковзання пов'язано з пружними деформаціями в зоні контакту. Величина цього ковзання невелика і зазвичай не перевищує 0,2% для сталевих котків і 1% для текстоліту по сталі. Це можна пояснити на прикладі циліндричної передачі. Якби катки були абсолютно жорсткими, то перший контакт по лінії залишався б таким і під навантаженням. При цьому окружні швидкості по лінії контакту рівні і ковзання не відбувається. При пружних тілах первинний контакт по лінії переходить під навантаженням в контакт з деякою майданчику. Рівність окружних швидкостей дотримується тільки в точках, розташованих на одній з ліній цього майданчика. У всіх інших точках відбувається ковзання.

Геометричне ковзання. Крім пружного ковзання котків, яке виникає так само, як і в ремінних передачах, у фрикційних передачах може мати місце ще геометричне ковзання слідом-ствие різниці швидкостей ведучого і веденого котків по довжині контакту b. Геометричне ковзання не дозволяє катки робити широкими, внаслідок чого в передачі виникають великі контактні напруги, що обмежують передану мощ-ність. Геометричне ковзання є основною причиною зносу робочих поверхонь фрикційних передач.

Широке застосування знайшли фрикційні варіатори, що працюють в маслі. Хоча при цьому коефіцієнт тертя нижче і сила притиснення більше, проте ковзання в цьому випадку менш небезпечно: наявність масла зменшує знос, сприяє кращому охолодженню ковзанок, наближаючи умови роботи ковзанок до роботи зубів зубчастої закритою передачі.