Глава 5 Фрикционные передачи

§ 5.1. Общие сведения

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 дисками, цилиндрами или конусами.

Фрикционные передачи можно классифицировать по нескольким признакам:

по расположению осей валов (с параллельными осями, с пересекаю­щимися осями и соосные); по форме тел качения (с гладкими цилиндри­ческими катками, рис.5.1, а; катками с клинчатым ободом, рис. 5.1б; с коническими катками, рис.5.4; торовые, рис5.8; сферические и др.); по условиям работы (открытые — работающие всухую и закрытые — рабо­тающие в масляной ванне);

по возможности регулирования передаточного числа (с условно по­стоянным передаточным числом, с бесступенчатым регулированием пе­редаточного числа — фрикционные вариаторы). I

Достоинства фрикционных передач: простота конструкции, плавность и 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 (фрикционные прессы, фрикционные молоты), металлоре­жущих станках, транспортирующих машинах (например, лебедки с фрик­ционным приводом); в приборах, счетно-решающих машинах и т. д. Наи­большее применение в машиностроении имеют фрикционные вариаторы. Принцип фрикционной передачи является основой технологического процесса в прокатных станах, основой работы рельсового и безрельсово­го колесного транспорта, однако эти вопросы являются предметом изуче­ния в специальных дисциплинах.

Виды скольжения. Ранее в § 1.4 было установлено, что при переда­че вращающего момента за счет силы трения, возникающей на площадке контакта прижатых друг к другу катков, неизбежно возникает относи­тельное проскальзывание их рабочих поверхностей, причем рабочая по опережающей, а рабочая по­верхность ведомого катка — от­стающей. Степень этого проскаль­зывания зависит от передаваемого окружного усилия, упругих свойств материала катков и поэтому называ­ется упругим скольжением, сопутствующим работе фрикционной передачи с катками любой формы.

Если линия контакта ведущего и ведомого катков параллельна осям

валов (рис. 5.1, а) или пересекается с осями валов в одной точке (см. рис. 5.4), то любая пара точек контакта будет иметь геометрически одинаковую (не учитывая упругое скольжение) скорость, в противном случае (см. рис. 5.1, б) скорости только одной пары точек контакта могут быть одинаковыми, а в остальных точках линии контакта неизбежно скольжение, которое тем боль­ше, чем длиннее линия контакта. Такое скольжение зависит от формы кат­ков, расположения их осей и поэтому называется геометрическим.

При перегрузках, когда сила трения на площадке контакта катков оказывается меньше окружного усилия, ведомый каток останавливается, ведущий каток скользит по нему и наступает буксование, приводя­щее к интенсивному местному износу ведомого катка. Скольжение явля­ется причиной износа, снижения КПД и непостоянства передаточного числа фрикционных передач.

Материалы тел качения фрикционных передач должны обладать высокой износостойкостью и прочностью рабочих поверхностей, воз­можно большим коэффициентом трения скольжения, высоким модулем упругости (для уменьшения упругого скольжения). Максимальную нагру­зочную способность имеют катки из закаленной стали типа ШХ15, кото­рые могут работать в масляной ванне и всухую. Применяются в силовых передачах также чугунные катки и сочетания текстолитовых и стальных или чугунных катков. Кроме того, для изготовления катков или их обли­цовки (для повышения коэффициента трения) применяют кожу, резину, прорезиненную ткань, дерево, фибру и другие материалы. Катки из неме­таллических материалов работают всухую.

При разных материалах тел качения ведущий каток делают из менее прочного материала во избежание образования задиров и лысок в случае буксования передачи. Принцип равной работоспособности тел качения при этом не нарушается, так как у фрикционных передач рабочая поверхность ведущего катка является опережающей и обладает большей нагру­зочной способностью, чем рабочая поверхность ведомого катка (см. § 1.4).