4.Функции передач и вариаторы. Условие работоспособности и кинематика. Расчет на прочность деталей фрикционных передач и вариаторов.

Механизмы вращательного движения используют для передачи движения от двигателя к рабочему органу механизма. Передача движения от ведущего звена к ведомому в рассматриваемых механизмах может осуществляться за счёт их непосредственного контакта ( фрикционная, зубчатая и червячная передачи) или соединение гибким звеном (цепные и ременные передачи ). По физическим условиям передачи движения различают передачи основанные на использовании трения фрикционные , ременные. Фрикционная передача - 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. Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу угловой скорости ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего. Применяются в станках, прессах, конвейерах и т. п. Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального процесса, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

Кинематика передачи. В результате неизбежного упругого скольжения ведомый каток при работе передачи отстает от ведущего и передаточное от-ношение будет определяться по формуле:

где ε – коэффициент скольжения (для металлических катков ε = 0,01 - 0,03, для текстолитовых ε = 0,1). Для силовых передач передаточное отношение u<7 для цилиндрических, u<4 для конических, в приборах u<25. Силовые соотношения в передаче. При передаче вращающего момента от одного вала к другому необходимо за счет силы трения приложить к ведомому катку окружную силу Ft , которая должна быть меньше наибольшей силы трения покоя, возникающей между катками, прижатыми друг к другу силой Fr.

Условие работоспособности передачи:

Rf ≥ Ft где: Ft - передаваемая окружная сила; Rf - сила трения в месте контакта катков.

Нарушение условия работоспособности приводит к буксованию. При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, при этом рабочие поверхности катков изнашиваются. Для создания требуемой силы трения Rf катки прижимают друг к другу силой Fr , которая превышает силу Ft .

где k – коэффициент запаса сцепления, k = 1,3-1,4; f - коэффициент трения,

f = 0,04-0,05 для металлических катков, работающих в масле; f = 0,15 -0,2, работающих всухую; f = 0,2 -0,3 для неметаллических катков.

Большие силы прижатия катков создают значительные радиальные нагрузки на валы и опоры и вызывают большие контактные напряжения на рабочих поверхностях катков, что делает передачи громоздкими, а их нагрузочную способность сравнительно невысокой. КПД для закрытых цилидрических передач η = 0,92…0,98; для открытых - η = 0,8 …0,92. Для конических передач η = 0,85 …0,9. Критерием работоспособности фрикционных передач является износостойкость рабочих поверхностей тел качения.

Расчёт на прочность. Для фрикционных передач с металлическими катками основным критерием работоспособности явл. усталостная прочность, которая оценивается величиной контактных напряжений. Контактные напряжения для фрикционных тел из стали и других материалов с коэффициентом Пуассона μ=0,3 при начальном касании по линии определяются по фор-ле Герца: - сила прижатия контактирующих тел; Е – приведенный модуль упругости; при изготовлении фрик-ых тел из разных материалов : . Если материалы одинаковые Е=Е₁=Е₂: для стали Е=2,1*10⁵; чугун Е= 1,1*10⁵МПа; ρ- приведенная кривизна рабочих поверхностей контактирующих тел. При наличии касания в точке ( поверхности одного или обоих контактирующих тел имеют двоякую кривизну) контактные напряжения .

Главной характеристикой вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной угловой скорости ведомого катка ω_{2 max} к его минимальной угловой скорости ω_{2 min} :

Практически для одноступенчатых вариаторов Д= 3…8. Вариаторы в зависимости от формы тела качения бывают лобовые, конусные, торговые и др.