§ 5. Коническая фрикционная передача.

Устройство и основные геометрические соотношения

2.22. Фрикционную передачу с пересекающимися валами и катками, рабо­чие поверхности которых конические, называют фрикционной конической пе­редачей. На рис. 2.10 показана фрикционная коническая передача с нерегу­лируемым передаточным числом. Ее устройство аналогично цилиндриче­ской фрикционной передаче. Прижимной каток конической передачиобычно меньший, так как при этом необходима меньшая сила нажатия. Угол ∑ между осями валов (рис. 2.10) может быть различным. Как правило, межосевой угол передачи

∑ = δ₁+δ₂ = 90°, (2.19)

где δ₁ — угол при вершине конуса ведущего катка; δ₂ — угол при вершине конуса ведомого катка. Для нормальной работы передачи необходимо, что­бы общая вершина конусов лежала в точке пересечения геометрических осей валов. Коническая фрикционная передача может быть нереверсивной (чаще) и реверсивной. Ее применяют для передачи небольшой мощности (до 25 кВт).

Опишите кратко устройство конической фрикционной передачи. Какой каток делается прижимным в конической фрикционной передаче?

2.23. Геометрические параметры конической фрикционной передачи (см. рис. 2.10).

Рис. 2.10. Геометрические параметры конической фрикционной передачи

1. Внешнее конусное расстояние

(2.20)

cреднее конусное расстояние R_m = R_e - 0,5b; т — индекс среднего сечения.

2. Внешний диаметр ведущего катка

(2.21)

3. Диаметр ведомого катка

(2.22)

2. Длина линии контакта

b=R_eΨ_R , (2.23)

где Ψ_R = 0,25 ÷ 0,3 — коэффициент длины линии контакта.

5. Ширина обода катка

b_K1 = bcosδ₁; b_K2 = bcosδ₂. (2.24)

6. Средний диаметр ведущего катка

(2.25)

7. Средний диаметр ведомого катка

D_m2 =D_e2 -2(1/2 bsinδ₂) = D_e2 -bsinδ₂, (2.26)

u= D_e2/D_e1

отсюда D_e] = D_e2/u.

Подставив в формулу (2.20) значение D_e1 = D_e2/u, получим

2.24. Силы в передаче.

В конической фрикционной передаче действующие силы определяют по размерам средних сечений катков (см. рис. 2.10).

Условие работоспособности для конической фрикционной передачи аналогичное ранее рассмотренному.

Силу нажатия катков F_n определяют по формуле

(2.27)

где F_t=2T/D_m.

Силу F_n можно разложить на осевую F_a2 и радиальную F_r2 составляю­щие (см. рис. 2.10).

Осевая сила ведущего катка

(2.28)

ведомого катка

(2.29)

Радиальные силы катков

F_r1=F_a2; F_r2=F_a1. (2.30)

Зависит ли сила нажатия катков от коэффициента трения? Если да, то как? От каких геометрических параметров передачи зависит эта сила?

§ 6. Вариаторы

2.25. Фрикционный механизм, предназначенный для бесступенчатого регу­лирования передаточного числа, называют фрикционным вариатором или про­сто вариатором.

Вариаторы выполняют в виде отдельных одноступенчатых механизмов с непосредственным касанием катков без промежуточного диска (см. рис. 2.11) или с промежуточным диском (см. рис. 2.12 и 2.13). Основная кинематическая характеристика вариатора — диапазон регулирования угло­вой скорости (передаточного числа) ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала:

(2.31)

Что является основной кинематической характеристикой вариатора? Дайте определение.

2.26. Лобовые вариаторы (см. рис. 2.11). Ведущий каток / радиуса /?, ус­танавливается на валу на скользящей шпонке и может перемещаться вдоль оси. Ведомый каток 2 радиуса R₂ закреплен на валу неподвижно. За счет нажимного устройства создается сила тре­ния, необходимая для работы вариатора. Бесступенчатое изменение угловой скоро­сти в этом вариаторе достигается переме­щением вдоль вала ведущего катка 1; при этом R₁ = const; R₂ ≠ const. Отсюда переда­точное число

и ≈ R₂/ R₁ ≠ const, (2.32)

здесь не учитывается проскальзывание кат­ков, поэтому равенство приближенное.

Рис. 2.11. Лобовой вариатор: 1 — ведущий каток; 2 — ведомый каток

Лобовой вариатор позволяет изменять направление и частоту вращения ведомого вата, останавливать его на ходу без выклю­чения привода.

Увеличится или уменьшится передаточ­ное отношение вариатора (см. рис. 2.11), если малый каток перемещать к центру большого? Как классифицировать лобовой вариатор по взаимному расположению осей валов?

2.27. Торовые вариаторы (см. рис. 2.12). На концы валов насажены две торовые чашки 1 и 2. Вращение от ведущей чашки к ведомой передается промежуточными дис­ками 3, свободно вращающимися на осях 4. Угловая скорость ведомой чашки изменяется при одновременном повороте осей 4 вокруг шарнира 5.

Рис. 2.12. Торовый вариатор: 1 — ведущая торовая чашка;

2 — ведо­мая торовая чашка; 3 — диск; 4 — оси дисков; 5 — шарниры осей

При этом изменяются радиусы R₁ и R₂ чашек 1 и 2, т. е. R₁ ≠ const; R₂ ≠ const. Отсюда

и ≈ R₂/R₁ ≠ const.

Для торовых вариаторов диапазон варьирования

(2.33)

В какое положение необходимо поставить промежуточный диск 3, чтобы передаточное число и было равно единице (см. рис. 2.12)? Правильно ли пока­зано направление вращения ведомого катка у торового вариатора. Как клас­сифицировать рассматриваемый вариатор по взаимному расположению осей валов.

2.28. Вариатор с коническими катками (см. рис. 2.13). На ведущем и ве­домом валу установлены катки 1 и 2 с рабочими поверхностями кониче­ской формы. Вращение от ведущего катка 7 к ведомому 2 передается про­межуточным диском 3 цилиндрической формы, свободно вращающимся на оси 4. Пружина 5 обеспечивает необходимую силу нажатия для нормаль­ной работы вариатора. При перемещении промежуточного диска 3 вдоль оси 4 радиусы 7?, и R₂ ведущего 7 и ведомого 2 катков изменяются. В дан­ной конструкции вариатора 7?, ф const; R₂ ф const. Отсюда

и ≈ R₂/R₁ ≠ const.

Рис. 2.13. Конусный вариатор: 1 — ведущий каток: 2 — ведомый каток:

3 — промежуточный диск: 4 — ось диска; 5 — пружина

Диапазон варьирования для вариаторов с коническими катками

Д ≈ (Rmax/Rmm)².

Влияет ли размер диаметра промежуточного диска 3 на передаточное число (см. рис. 2.13)? Передаточное число больше или меньше единицы при ус­тановке промежуточного диска 3, показанной на рис. 2.13? Как классифици­ровать вариатор с коническими катками по взаимному расположению осей валов?

2.29. В современном машиностроении применяют вариаторы с прин­ципиально различными схемами. В данной книге рассмотрены наиболее распространенные конструкции фрикционных вариаторов.

Вариаторы находят практическое применение в машиностроении (в станках, прессах, конвейерах и т. п.), приборостроении и других отрас­лях промышленности.

2.30. Ответьте на вопросы контрольной карточки 2.3.

Контрольная карточка 2.3

Вопрос	Ответы	Код
Как называется передача, показанная на рис. 2.11?	Цилиндрическая фрикционная передача Лобовой вариатор Торовый вариатор Вариатор с коническими катками	1 2 3 4
К каким передачам относятся вариаторы?	С нерегулируемым передаточным числом С регулируемым передаточным числом	5 6
В какое положение необходимо поместить зедущий каток / (см. рис. 2.11), чтобы уве­личить угловую скорость ведомого катка 2?	Влево к оси вала катка 2 В правое крайнее положение	7 8
Какое направление вращения будет иметь ведомый каток 2 (см. рис. 2.11), если веду­щий каток / переместить влево (на рисун­ке показано штриховыми линиями)	По часовой стрелке Против часовой стрелки	9 10
Как назвать деталь, обозначенную цифрой 3 на рис. 2.12?	Ведущий каток Ведомый каток Промежуточный диск	11 12 13

Ответы на вопросы

2.1. При буксовании ведомый каток 2 (см. рис. 2.1) останавливается, а зедущий 7 скользит по нему, при этом рабочие поверхности катков изна­шиваются (образуются лыски).

2.2. Передача, изображенная на рис. 2.4, фрикционная с нерегулируе­мым передаточным числом, коническая, с пересекающимися осями валов, закрытая.

2.3. Достоинство — предохранение: от поломок недостатки — непосто­янство передаточного числа и, повышенное и неравномерное изнашивание катков.

2.4. Не рекомендуется вследствие непостоянства передаточного числа. Пробуксовкой фрикционной передачи механизма привода диска (вращаю­щего пластинку).

2.5. Ведомый каток во избежание образования лысок рекомендуют из­готовлять из более износостойкого материала.

2.7. Наличием на рабочих поверхностях катков масляной пленки, не­возможностью оптимизировать величину силы нажатия вследствие нерав­номерности передаваемой нагрузки при работе передачи. Передаточное число фрикционной передачи — отношение диаметра ведомого катка D₂ к диаметру ведущего D₁; u= D₂/D₁, (без учета проскальзывания).

2.8. Детали закрытых фрикционных передач работают в масляной ван­не, поэтому сумма относительных потерь ∑_Ψ этих передач меньше, чем от­крытых.

2.9. Усталостные трещины образуются на поверхности ведущего катка / з поверхностном слое и ведомого катка 2, за счет сил трения образуются

микротрещины (рис. 2.7). При вращении катков давление масла 3 возрас­тает, микротрещина увеличивается, и от поверхности катка 2 откалываются частицы металла.

2.11. В качестве прижимного устройства для цилиндрической фрикци­онной передачи могут служить пружины, рычаги с противовесом и т. п. (на рис. 2.6 прижимное устройство показано схематично стрелкой F₁, на рис. 2.1 — прижимное устройство пружинного типа).

2.14. Формула для определения диаметра ведомого катка D₂: u = D₂/D₁, отсюда D₂ = D₁u. Подставим вместо D, его значение из формулы (2.7). Тогда D₂ = 2аu/(1 + и).

2.15. Максимальная сила трения F_f в месте контакта катков должна быть больше передаваемой окружной силы F_t, т. е. F_f≥ F_t.

2.16. Для цилиндрической фрикционной передачи со стальными, чу­гунными или текстолитовыми катками. Контактные напряжения σ_н зави­сят от значений D₁, D₂и b.

2.18. От силы нажатия F_r.

2.19. Для цилиндрических фрикционных передач, катки которых изго­товлены (или облицованы) из фибры, резины, кожи и дерева. Материал не подчиняется закону Гука.

2.22. Для конической фрикционной передачи (см. рис. 2.10) ведущий вал 1 устанавливается на подвижные подшипники, ведомый 2 на непод­вижные. Для обеспечения работоспособного состояния передачи катки D₁ и D₂ прижимаются один к другому (нажимным делается больший каток) специальным прижимным устройством рычажного, пружинного или друго­го типа (на рис. 2.10 F_r — сила нажатия катков).

2.24. Зависит. Чем больше коэффициент трения /, тем меньше сила прижатия F_r и наоборот. Сила прижатия зависит от среднего диаметра ве­дущего катка.

2.25. Основная — диапазон регулирования. Диапазон регулирования угловой скорости ведомого катка — отношение наибольшей (максималь­ной) угловой скорости ведомого вала к наименьшей (минимальное) его уг­ловой скорости, т. е. .

2.26. Если малый каток вариатора переместится к центру большого (рис. 2.11), то передаточное отношение уменьшится.

Лобовой вариатор — вариатор с пересекающимися валами.

2.27. При положении, осей 4 (см. рис. 2.12) промежуточных дисков 3, перпендикулярном к оси катков 1 и 2, передаточное число и = 1. Направле­ние вращения ведомого катка по часовой стрелке. На рис. 2.5 показан ва­риатор с соосными валами.

2.28. Диаметр промежуточного диска 3 (см. рис. 2.13) не влияет на пе­редаточное число. Доказательство: u_о6щ = u₁ u₂; и₁ = R_пр/R₁; u₂ = R₂/R_np. Отсюда .

По рис. 2.13 и< 1, т. е. передача повышающая. Вариатор с параллель­ными валами.