9 Введение в передачи. Проектирование фрикционных передач

Механические передачи. Классификация. Основные параметры

Механической передачей называют механизм, который преобразует параметры движения двигателя в процессе передачи его от двигателя к исполнительным органам машины.

Согласование режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов машины осуществляют с помощью передач.

В курсе «Детали машин» изучают механические передачи общего назначения. Все механические передачи разделяют на две основные группы:

- передачи, основанные на использовании трения (ременные, фрикционные);

- передачи, основанные на использовании зацепления (зубчатые, червячные, цепные, винтовые).

В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый. Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы.

Основные характеристики передач:

- мощность P₁ на входе и Р₂ на выходе, Вт;

- быстроходность, которая выражается частотой вращения n₁ на входе и n₂ на выходе, мин^-1, или угловыми скоростями  и  , с^-1.

Эти характеристики минимально необходимы и достаточны для проведения проектного расчета любой передачи.

Кроме основных, различают производные характеристики:

- коэффициент полезного действия (КПД)

, или

где  ‑ мощность, потерянная в передаче;

- передаточное отношение, определяемое в направлении потока мощности,

Производные характеристики часто используют взамен основных. Например, передачу можно определять с помощью ,  , , .

При  > 1,  >   передача понижающая, или редуктор.

При  < 1,  <  передача повышающая, или мультипликатор.

Наибольшее распространение имеют понижающие передачи, так как частота вращения исполнительного механизма в большинстве случаев меньше частоты вращения двигателя.

При расчете передач часто используют следующие зависимости между различными параметрами:

‑ выражение мощности , Вт, через окружную (тангенциальную) силу , Н, и окружную скорость , м/с, колеса, шкива, барабана и т. п.:

‑ выражение вращающего момента , Нм, через мощность , Вт и угловую скорость , с^-1:

, где

- связь между вращающими моментами на ведущем и ведомом валах через передаточное отношение и КПД :

Принцип действия и классификация фрикционных передач и вариаторов. Критерии расчета

Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения, которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием сил прижатия . При этом должно быть

где   ‑ окружная сила;

 ‑ сила трения между катками.

Для передачи с цилиндрическими катками

где   ‑ коэффициент трения.

Нарушение этого условия приводит к буксованию и быстрому износу катков.

Классификацируют передач по

возможности регулирования передаточного отношения:

‑ передачи нерегулируемые, т. е. с постоянным передаточным отношением;

‑ передачи регулируемые, или вариаторы, позволяющие изменять передаточное отношение;

форме поверхности рабочих катков:

‑ с цилиндрической;

‑ с конической;

‑ с шаровой;

‑ с торовой;

расположению валов:

‑ с параллельными валами;

‑ с пересекающимися валами.

Критериями расчета являются нижеследующие. При работе фрикционных пар происходят следующие виды разрушения рабочих поверхностей:

1 Усталостное выкрашивание - в передачах, работающих в ма­сле, когда образуется жидкостное трение. В этих условиях рабочие поверхности разделяются слоем масла, а износ сводится к ми­нимуму.

2 Износ - в передачах, работающих без смазки, или при отсут­ствии условий для образований режима жидкостного трения.

3 Задир поверхности - связан с буксованием или с перегревом передачи при больших скоростях и нагрузках в условиях недостаточной смазки.

Все перечисленные виды разрушения зависят от напряжений в месте контакта. Поэтому прочность и долговечность фрикционных пар оценивают по контактным напряжениям. Расчетные контактные напряжения при начальном касании по линии (тела качения — цилиндры, конусы, торы и ролики с образующими одного радиуса) определяют по формуле:

При начальном касании в точке:

Фрикционные вариаторы применяют как в кинематических, так и силовых передачах в тех случаях, когда требуется бесступенчатое регулирование скорости (зубчатая передача не позволяет такого регулирования). Применение фрикционных вариаторов на практике ограничивается диапазоном малых и средних мощностей ‑ до 10 реже до 20 кВт. В этом диапазоне они успешно конкурируют с гидравлическими и электрическими вариаторами, отличаясь от них простотой конструкции, малыми габаритами и повышенным КПД. При больших мощностях трудно обеспечивать необходимую силу прижатия катков. Эта сила, а также соответствующие нагрузки на валы и опоры становятся слишком большими, конструкция вариатора и нажимного устройства усложняется.

Фрикционные вариаторы нашли применение в станкостроении, сварочных и литейных машинах, машинах текстильной, химической и бумажной промышленности, различных отраслях приборостроения и т. д. Фрикционные передачи любого типа неприменимы в конструкциях, от которых требуется жесткая кинематическая связь, не допускающая проскальзывания или накопления ошибок взаимного положения валов..

Лобовой вариатор.

Максимальное и минимальное передаточные отношения

,

Диапазон регулирования

Диапазон регулирования является одной из основных характеристик любого варианта.

Теоретически для лобового вариатора можно получить → 0, a D→  .

Практически диапазон регулирования ограничивают .

Вариатор с раздвижными конусами.

Передающим элементом служит клиновой ремень или специальная цепь. Винтовой механизм управления раздвигает одну и сдвигает другую пару конусов одновременно на одну и ту же величину. При этом ремень перемещается на другие рабочие диаметры без изменения своей длины.

Кинематические зависимости:

; ;

Силовой расчет выполняют по теории ременных передач или с помощью специальных таблиц. Максимальную (расчетную) нагрузку ремня определяют в положении, соответствующем .

Торовый вариатор.

В этом варианте на ведущем и ведомом валах закреплены чашки 1 и 2, выполненные по форме кругового тора. Между чашками зажаты ролики 3. Изменения передаточного отношения достигают поворотом роликов вокруг осей О. Оси роликов закреплены в специальной рамке так, что они всегда располагаются симметрично относительно оси чашек. Ошибки в расположении осей вызывают неравномерную нагрузку роликов, дополнительное скольжение и износ, снижают КПД. Условием минимума скольжения является, кроме того, минимальное отклонение вершин начальных конусов роликов от оси чашек.

У торовых вариаторов скольжение удается свести к минимуму при соответствующих соотношениях геометрических параметров. В этом заключается основное преимущество торового вариатора.

Недостатками его являются сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления и монтажа.

Текущее передаточное отношение (без учета скольжения)

Предельные определяют по максимальному углу отклонения роликов . При этом углы отклонения влево от оси ОО считают отрицательными.