книги из ГПНТБ / Лариков Е.А. Узлы и детали механизмов приборов. Основы теории и расчета

позволяют за счет пробуксовывания просто и надежно защищать ведомые звенья от возможных аварийных перегрузок и поломок; г) элементы передач просты конструктивно и дешевы в изго­

товлении.

Недостатки фрикционных передач заключаются:

а) в наличии в каждой передаче неизбежного небольшого не­ контролируемого проскальзывания ведомого звена относительно ведущего. Следовательно, установленное передаточное отноше­ ние в небольшой мере переменно и неопределенно, что ограничивает точность работы передачи;

б) в необходимости применения значительных осевых или ра­ диальных сил для обеспечения сцепления элементов передачи за счет сил трения. Силы прижатия могут превышать передаваемые силы в десять и более раз, что усложняет опоры валов и снижает к. п. д. узлов;

в) в заметном, а иногда одновременно и неравномерном износе рабочих поверхностей при проскальзывании и особенно при буксо­ вании;

и мощности. Это в основном передачи машин, в некоторых случаях ими могут быть и приборные узлы;

2) на группу ненагруженных и малонагруженных фрикцион­ ных передач, служащих для осуществления заданных кинемати­

Наиболее важной особенностью работы всякой фрикционной передачи является всегда наблюдаемое на практике небольшое проскальзывание ведущего элемента относительно ведомого. Оно является результатом довольно сложных явлений взаимодействия элементов и пока мало изучено, поэтому учет его производят с по­

40

тирования и ширину / можно определять по известным формулам Герца

alt из-за возросших давлений и сил трения, рост сдвига и искрив­

щающихся радиальных волокон колеса / по отстающим разре­ жающимся волокнам колеса 2. Расстояние а2аг для разных слу­ чаев различно и зависит от модулей Е1г Е2, радиусов г1ш г2 , от нагрузки М2 и от силы прижатия N. Оно может оказаться равным нулю и тогда" центральные зоны 7/а и П2 будут совпадать.

После перехода через границы а х , а 2 деформированные волокна колес вступают в зоны П1г 112, где сохраняют свое расположение

42

Неизменным, так как здесь велики удельные контактные давления и отвечающие им силы сцепления от трения. При таких усло­ виях не может возникнуть относительное скольжение зоны Пх относительно 772 — они двигаются как единое целое с одной и той же линейной скоростью (по величине и направлению). В против­ ном случае возникло бы буксование.

трения делается недостаточной, поэтому наступает потеря разре­ жения, затем за точкой В разрежение восстанавливается с неко­ торым колебанием недеформированной структуры. В результате

узла.

Из предыдущего следует, что £у должен зависеть от нагрузки ведомого колеса М2, материалов колес и от размеров последних. Опытом установлено, что численные значения £у невелики и, например, для стальных дисковых колес колеблются в пределах

43

0,001—0,003. При работе стали по резине, наклеенной тонким слоем на стальную основу, £у в среднем повышается до 0,03.

Буксование. Если величины N и Т, входящие в соотношение (12) неизменны, а нагрузка М2 на выходе растет, то при доста­ точном запасе мощности двигателя на входе будет расти и окруж­ ная сила Q2 . Рост Q2 вызовет увеличение искривлений сдвига

а коэффициент упругого проскальзывания возрастет до своего

полностью утратит сцепление с ведомым, наступит так назы­ ваемое буксование. При этом скорость v2 либо будет намного меньше vlt либо произойдет остановка ведомого колеса.

Для нормально работающей фрикционной передачи буксова­ ние недопустимо, точно также неприемлемо условие (а). Величина силы сцепления трения должна заметно превосходить окружное сопротивление. Последнее означает, что всякая фрикционная пе­ редача должна иметь подтвержденный практикой достаточный запас по силе сцепления от трения или, как говорят, коэффициент запаса п по окружной силе Q2 . Отсюда следует, что основным исходным расчетным соотношением должно быть не условие (12), а

циентов проскальзывания при отсутствии буксования позволяют предполагать, что на линии раздела агб1 контактирования (рис. 10) не всегда существует абсолютное сцепление, соответствующее чисто упругому проскальзыванию. Оно, по-видимому, имгет мэсто при достаточно чистых контактирующих поверхностях и как-то обусловливается длиной отрезка афх или силой прижатия iV.

44

При загрязнений работающих поверхностей маслами или дру­ гими агентами должно иметь место некоторое дополнительное проскальзывание зоны Пх ведущего колеса" относительно зоны I I г — ведомого. Это проскальзывание не является буксованием. Оно похоже на Медленное перенесение течением одной поверх­ ности по другой и потому может быть названо проскальзыванием «течения».

Существование проскальзывания течения подтверждают ре­ зультаты повседневного опыта. Например, на основе многочислен­ ных экспериментальных данных в различных литературных источниках указывается, что коэффициент упругого проскальзы­ вания £у стали по стали, для элементов, работающих всухую, составляет от 0,001 до 0,005 и несколько более, а для помещенных в масляную ванну он находится в диапазоне от 0,030 до 0,050, т. е. имеет величины на порядок больше. Ясно, что перенос пе­ редачи в масляную ванну не может изменить упругого проскаль­ зывания, но это меняет условия контактирования вдоль линии АВ. Здесь элементы оказываются в значительной мере разделенными слоем смазки, которая к тому же затягивается в место контакти­ рования.

При учете скольжения течения линейные скорости зон Пг и / / 2 различаются на некоторое значение Аиа б . Оно просуммируется с упругим проскальзыванием, в результате общий коэффи­ циент проскальзывания нормально работающей без буксования

Поэтому приводимые всюду данные для коэффициента про­ скальзывания, очевидно, следует понимать в соответствии с выра­ жением (16), т. е. эти данные являются опытными значениями сум­ марного коэффициента проскальзывания £ без буксования, обу­ словленными упругим проскальзыванием и скольжением течения.

жение течения. Однако об этом пока ничего не известно. Нужны теоретические и экспериментальные исследования. Существующие сейчас сведения о величинах £ для разных пар материалов, о за­ висимости £ от нагрузки, от размеров колес, их формы и от состоя­ ния работающих поверхностей крайне скудны и далеко недоста­ точны. Все же, если основываться на тех опытных сведениях, какие существуют, то можно принимать, что проскальзывание течения для некоторых пар материалов и в зависимости от состоя­ ния работающих поверхностей может значительно (до десяти крат и более) превосходить упругое проскальзывание. Для чистых поверхностей, небольших нагрузок и хорошего прижатия оно может оказаться равным нулю.

45

Геометрическое скольжение. Геометрическое проскальзывание или более точно скольжение обусловливается тем, что во многих фрикционных парах по кинематическим и конструктивным при­ чинам точки соприкасающихся и катящихся друг по другу поверх­ ностей не могут иметь одинаковые линейные скорости.

Для пояснения рассмотрим работу широкоизвестной лобовой фрикционной передачи (рис. 12), состоящей из ведущего диска / и ведомого ролика цилиндрической формы 2.

Здесь соприкосновение ведомого элемента с ведущим происхо­ дит по обраузющей АВ цилиндрического ролика. Ролик для всех точек по образующей может иметь только одну линейную ско-

носительное скольжение соприкасающихся точек поверхностей, вызванное различием в геометрии и в кинематике фрикционной пары.

• Геометрическое скольжение в лобовой передаче проявляется очень ясно, в других — оно наблюдается в меньших масштабах, однако, в большей или меньшей мере имеет место почти всегда.

Геометрическое скольжение вредно тем, что увеличивает потери на трение и повышает износ трущихся поверхностей. Поэтому

46

в конструкциях форму и расположение тел качения стремятся вы­ бирать так, чтобы снизить и устранить геометрическое скольжение.

В приборах, где основной задачей является получение контро­ лируемого или стабильного передаточного отношения и где силы и передаваемые моменты невелики, поверхность ролика лобовой передачи делают закругленной по радиусу г 0 (рис. 13) и этим в зна­ чительной мере устраняют геометрическое скольжение. Изба­ виться от упругого проскальзывания и сопутствующего ему сколь­ жения течения невозможно — они присутствуют всегда.

П. СИЛЫ ПРИЖАТИЯ

Независимо от степени нагруженное™ моментом М2, ведущий и ведомый элементы фрикционного узла должны быть прижаты друг к другу с определенной силой. Это обеспечивает сцепление и нормальную работу. При больших и заметных нагрузках не­ обходимы большие силы, при малых они в соответствующее число

трения выбираются из диапазона 0,05—0,40, а запасы по сцепле­ нию 1,5—3..

Такие большие прижатия создают в опорах валов и осей ве­ домых элементов заметные моменты сопротивлений трения, что суммируется с нагрузочным моментом М2 и, следовательно, тре­ бует расхода определенной части прижатия. При значительном моменте М2 и малых потерях на трение последними можно пре­ небречь, но в приборостроении нередки случаи, когда моменты сопротивлений трения оказываются одного порядка с полезным

где

47

Для ненагруженных (М2 = 0) или очень малонагруженных внешними сопротивлениями передач формула (17) теряет смысл. Здесь Мс оказывается основной нагрузкой на передачу, следо­ вательно, условие (12*) должно быть выражено так

Сила прижатия N здесь может быть любой, и потому ее сле­ дует выбирать, руководствуясь соображениями приемлемости для технической реализации в проектируемом устройстве.

12. РАСЧЕТ РАДИУСОВ ЭЛЕМЕНТОВ

Несмотря на наличие проскальзывания, функциональная связь выхода со входом малонагруженной фрикционной передачи, ра­ ботающей при небольших скоростях, может быть сделана доста­ точно стабильной. Для этого необходим тщательный расчет, хоро­ шее исполнение элементов и сборки, достаточная жесткость кон­ струкции, сохранение неизменности условий эксплуатации. При этом проскальзывание также оказывается стабильным и малым: оно незначительно влияет на точность работы. Опыт построения и эксплуатации некоторых приборов подобного рода подтверждает последнее.

Для получения наименьших размеров элементов и небольшой силы прижатия, фрикционный узел следует помещать в наиболее быстроходной части цепи устройств, где выходной момент М2 наименьший.

Как обычно, исходными для расчета являются: потребный мо­ мент М2 на выходе ведомого элемента и соответствующее число оборотов пг. Передаточное отношение i иногда указывается не­ посредственно, но чаще его нужно назначать, исходя из учета места и роли фрикционного узла в общем устройстве, либо при­ нимая во внимание'те числа оборотов, какие могут иметь источ­ ники воздействий — электродвигатели. После выбора вида пере­ дачи, ее схемы и назначения материалов путем расчетов следует определить диаметры D 2 , D x ведомого и ведущего элементов, за­ тем усилие прижатия N и, наконец, потребный момент на входе или соответствующую мощность.

Так как усилия прижатия ./V значительны, то в местах сцепле­ ния элементов возникают значительные удельные контактные дав­ ления. При работе в масле или при обильной смазке это может приводить к поверхностным разрушениям через усталостное вы­ крашивание, а при работе всухую — к отслаиванию частиц мате­ риала с катящихся друг по другу поверхностей. Следовательно,