12.2. Основні фактори, які визначають якість фрикційної передачі

В роботі фрикційних навантажених передач, як передач тертям, колові швидкості робочих /контактових/ поверхонь внаслідок проковзування спряжених котків не рівні. А ковзання призводить до спрацювання котків, зменшення ККД та змінюваності передатного відношення. Зв'язок між коловими швидкостями ведучого ₁ та веденого ₂ котків можна подати виразами

₂=(1-ε)₁; d₂n₂=(1-ε)d₁n₁ , (12.1)

де ε=(₁-₂)/₁=1-₂/₁ - відносне ковзання.

Ковзання призводить до зменшення кутової швидкості веденого вала і поділяється на пружне та геометричне.

Пружне ковзання пов'язане лише з пружними деформаціями в зоні контакту робочих поверхонь котків /рис.12.3/. Поверхневі шари матеріалу ведучого котка, який навантажений моментом Т₁, під дією сили тертя, наближаючись до точки контакту Р, стискаються, а пройшовши цю точку, - розтягуються. Що ж до поверхневих шарів матеріалу веденого котка, то під впливом реактивного моменту Т₂ вони спричиняються до протилежних деформацій. Тому для зменшення пружного ковзання необхідно застосовувати матеріали з великими модулями пружності. Величина пружного ковзання ε незначна і не перевищує для сталі та чавуну 0,0020,005; для текстоліту та сталі - 0,01; для ґуми і сталі - 0,03. При рясному змащенні передач ε0,05.

Буксування настає від перевантаження фрикційної передачі і коли не виконується умова:

F_tF_s , (12.2)

де F_t - колова сила; F_s - сила тертя між котками.

При буксуванні, а це відбувається тоді, коли ведений коток надмірно навантажений, а ведучий коток ковзає по його поверхні, має місце місцеве спрацювання та вихід з ладу котка /з’являються задирки поверхні веденого котка/. Отже, необхідно передбачати достатній запас зчеплення К котків передачі для запобігання буксуванню.

Геометричне ковзання пов’язане зі змінюваністю швидкостей на площинках або лініях контакту ведучого та веденого котків, бо це є вирішальним для фрикційних передач.

Рис.12.3. Пружне ковзання у фрикційній передачі

Щодо коефіцієнта корисної дії фрикційних передач, то він залежить від втрат на тертя в опорах та явища ковзання. Втрати на тертя в опорах залежать від значення навантаги на вали, яке визначається в основному значенням сили притискання F_n. При постійній F_n втрати в опорах постійні і, відповідно, ККД зменшується при роботі з неповною навантагою. Тому доцільно використовувати натискні механізми з постійним відношенням Т₁/F_n. З огляду на складність розрахунків ККД частіше всього оцінюють експериментально.

12.3. Варіатори та їхні основні параметри

Варіатор - це фрикційна передача, один з котків якої (або обидва) має змінний діаметр обертання і характеризується відповідно змінним передатним відношенням, тобто це передача з безступінчастим реґулюванням швидкості.

На рис. 12.2 зображені принципіальні схеми варіаторів. Варіатори можуть бути без проміжної ланки /рис. 12.2, а, б, в, ґ/ і з проміжною ланкою /рис. 12.2, г, д, е, є/.

Найпростішим є лобовий простий варіатор. Котки цієї передачі встановлюють на взаємно перпендикулярних валах. Лобову варіаторну передачу використовують у тих випадках, коли необхідно плавно змінювати кутову швидкість веденого котка або мати реверсивну передачу. Те чи інше досягається переміщенням одного з котків вздовж його вала.

Розраховуючи варіатори, у формулі

u=ω₁/ω₂=n₁/n₂=d₂/d₁=T₂/(T₁),

замість відношення діаметрів котків d₂/d₁ приймають відношення радіусів r₂/r_1.

Отже, передатне відношення варіатора

u=ω1/ω₂=n₁/n₂=r₂/[r₁(1-ε)]. (12.3)

Основна кінематична характеристика варіаторів - діапазон реґулювання D. Для варіаторів з реґулюванням за допомогою зміни робочого діаметра одного з тіл кочення, тобто веденого,

D=n_2max/n_2min=r_2max/r_2min (12.4)

а максимальне і мінімальне значення передатного відношення

u_max=n₁/n_2min=2r_2max/[2r₁(1-ε)]r_2max/r₁;

(12.5)

u_min=n₁/n_2max=2r_2min/[2r₁(1-ε)]r_2min/r_1,

звідки діапазон реґулювання

D= n_2max/n_2min=u_max/u_min=r_2max/r_2msn. (12.6)

Остання формула залишається справедливою, якщо знехтувати проковзуванням котків варіатора.

Теоретично для лобового варіатора можливий випадок, коли d_2min→0, а d₂→. Практично ж діапазон реґулювання обмежується значеннями D≤3. Це пояснюється тією обставиною, що при малих d₂ значно зростає ковзання і спрацювання, а ККД знижується.

Експлуатаційні характеристики /ККД та спрацювання/ лобових варіаторів свідчать про те, що вони недосконалі і поступаються іншим конструкціям. Проте простота і можливість реверсування дають можливість застосування їх в малопотужних передачах та інших подібних пристроях.

Із усієї різноманітності варіаторів, які знайшли застосування в машинах та аґреґатах, найбільшого поширення набули варіатори з широкими клиновими пасами, з одним або двома шківами змінного діаметра. Ці варіатори називають ще варіаторами з гнучкою пов'яззю, терміни та визначення їх реґламентуються ДСТУ 2285-93 /рис. 12.8/.

Рис. 12.4. Варіатор симетричного реґулювання

з двома рухомими напівшківами та одним нерухомим шківом

Діапазон реґулювання варіатора такого типу визначається відношенням максимальної частоти обертання веденого вала варіатора до мінімальної частоти обертання ведучого вала.