§ 24. Фрикционные передачи
Фрикционной передачей называется 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 цилиндрами (рис. 85, а), конусами (рис. 85, б) или дисками (рис. 85, в, г).
|
|
а |
б |
|
|
в |
г |
Рис. 85
Достоинства фрикционных передач: простота конструкции, бесшумность работы, возможность безаварийной ситуации при случайной перегрузке, возможность плавного изменения передаточного числа на ходу машины. Главный недостаток фрикционных передач – значительная радиальная нагрузка на опоры валов, которая может до 35 раз превышать передаваемое окружное усилие. Кроме того, фрикционные передачи не обеспечивают строгого постоянства передаточного числа при изменении нагрузки и имеют сравнительно невысокий КПД.
Фрикционные передачи находят применение в кузнечно-прессовом оборудовании, металлорежущих станках, транспортирующих машинах; в приборах, счетно-решающих машинах и т.д. Принцип фрикционной передачи является основой технологического процесса в прокатных станах, основой работы рельсового и безрельсового колесного транспорта.
Цилиндрическая фрикционная передача (рис. 85, а) допускает для одной пары катков силовых передач i<7, для передач приборов i<25; окружные скорости катков открытых силовых передач не должны быть больше 10 м/с, а для закрытых передач – 20 м/с. Для закрытых передач КПД =0,92...0,98, для открытых =0,8...0,92.
В результате неизбежного при работе фрикционных передач упругого скольжения ведомый каток отстает от ведущего и точное значение передаточного числа будет определяться по формуле
i=1/2=D2/[D1(1–)],
где – коэффициент скольжения (для металлических катков =0,01...0,03, большие значения относятся к передачам, работающим всухую; для текстолитового катка 0,1). Наличие упругого скольжения и некоторая его зависимость от колебаний нагрузки и условий работы передачи вынуждают называть передаточное число фрикционной передачи условно постоянным. Для практических расчетов силовых фрикционных передач пользуются приближенным значением передаточного числа iD2/D1.
Для передачи от одного вала к другому крутящего момента необходимо за счет силы трения приложить к ведомому катку окружную силу
Ft=2T1/D1,
которая должна быть меньше наибольшей силы трения покоя, возникающей между катками, прижатыми друг к другу силой Q. Таким образом, условие работы фрикционной передачи записывается так:
kFt=Fmp=fQ,
где k – коэффициент запаса сцепления (k=1,3...1,4); f – коэффициент трения (для стальных или чугунных катков, работающих в масляной ванне f=0,04...0,05; работающих всухую f=0,15...0,20; для передач с одним неметаллическим катком f=0,2...0,3).
Из вышеприведенной формулы определим силу прижатия катков:
Q=kFt/f=2kT/(fD).
Из этой формулы видно, что сила прижатия катков больше окружной силы в k/f раз, что при k=1,4, f=0,04 дает k/f=1,4/0,04=35 раз. Большие силы прижатия катков создают значительные радиальные нагрузки на опоры валов и вызывают появление больших контактных напряжений на рабочих поверхностях катков, что делает силовые фрикционные передачи громоздкими, а их нагрузочную способность сравнительно невысокой.
Для уменьшения в несколько раз силы прижатия применяют катки с клинчатым ободом (рис. 86, б). Однако в таких катках возникает значительное геометрическое скольжение, существенно уменьшающее срок их службы.
Для катков, изготовленных из материалов, подчиняющихся закону Гука (металлы и текстолит), наибольшие контактные напряжения H вычисляются по формуле Герца:
,
Рис. 86 |
где q=Q/b – номинальная нагрузка на единицу длины контактной линии, b – ширина катков; Еnp= =2E1E2/(E1+Е2) – приведен-ный модуль упругости материалов катков; np= =0,5D1D2/(D1+D2) – приве-денный радиус кривизны катков; – коэффициент Пуассона материала катков. |
Основным расчетным параметром цилиндрической фрикционной передачи будем считать межосевое расстояние а, а условие износостойкости запишется в виде неравенства
H<[H],
где [H] – допускаемое контактное напряжение для катка из менее прочного материала.
Вышеприведенное условие износостойкости катков используется для проверочного расчета имеющейся передачи. Формулу для проектного расчета передач с металлическими и текстолитовыми катками получим из формулы Герца, приняв коэффициент Пуассона =0,3, выразив диаметры катков через межосевое расстояние а и передаточное число i; силу прижатия Q выразим через крутящий момент Т1, а ширину катка примем b=aa, где a=0,2...0,4 – коэффициент ширины катка по межосевому расстоянию, тогда
,
где k – коэффициент запаса сцепления; f – коэффициент трения.