Глава10
ФРИКЦИОННЫЕПЕРЕДАЧИ И ВАРИАТОРЫ
10.1. Общие сведения
Фрикционные передачи — механизмы, в которых движение передается силами трения. Простейшая фрикционная передача состоит их двух колес, прижимаемых друг к другу с заданной силой (рис . 10.1, а). При вращении ведущего колеса в зоне контакта возни - кают силы трения, которые приводят во вращение ведомое колесо. Заменив цилиндрические колеса коническими (рис. 10.1, б), можно осуществить передачу между валами с пересекающимися осями. Есливыполнить одноиз тел каченияс переменн ымради усомвращения , можно получить передачу с переменным передаточным отношением (вариатор ). Простейшим примером является лобовая передача (рис . 10.2), состоящая из диска и колеса. При перемещении колеса 1 вдоль вала изменяется радиус качения на диске 2 и, следовательно, передаточное отношение.
Рис. 10.1. Простые фрикционные передачи с цилиндрическими (а) иконическими (б) колесами
193
Глава 10. Фрикционныепе редачи вариаторы
Рис. 10.2. Лобоваяфрикционная пер едача (вариатор)
Окружная сила Ft на ведомом колесе, которую способна пере-
датьфрикционная |
передача , определяетсяиз усл овия |
|
|
Ft S Fr f , |
(10.1) |
где S— коэффициент запаса сцепления; Fr |
— сила прижатия рабо- |
|
чих колес; f — среднее значение коэффициента трения в зоне контакта. Значение S выбирают исходя из условия, чтобы при перегрузках и нестабильности сил трения передача была защищена от буксо-
194
10.1. Общиесведения
вания. В силовых передачах принимают S 1,2 2,0 , а в передачах приборов (кинематических) значение S увеличиваютдо 3.
Из выражения(10.1) следует, что сила прижатия рабочих колес в 1
f раз больше реализуемой силы трения. Среднее значение
коэффициента трения в зависимости от материала рабочих тел и условий смазывания может изменяться от 0,40 до0,04. Следовательно, сила прижатия превышает передаваемую силу не менее чем в2,5–25 раз. С учетом необходимого запаса сцепления сила прижатия будет еще больше. Данное обстоятельство предопределяет высокие нагрузки на валы и подшипники, на которых установлены рабочие тела. Это один из основных недостатков фрикционныхпередач.
Особенностью работы фрикционной передачи является наличие упругого скольжения. Это связано с тангенциальными деформациями поверхностей рабочих тел в зоне контакта. При работе фрикционной пары в зоне контакта существует две области: область сцепления («сц»), где поверхности как бы прилипают одна к другой и двигаются вместе, и область проскальзывания («пр»), в которой происходит относительное смещение поверхностей рабочихтел (рис. 10.3, а). Точка O лежитна границе этих областей, и ее положение неизменно при постоянном вращающем моменте. При входе в контакт точка A1 ведущего 1 и точка A2 ведомого 2 рабочих тел совпадают. При перемещении совпавших точек A1 и A2 в пределах области сцепления (рис. 10.3, б) рабочие тела испы-
Рис. 10.3. Характер взаимодействия рабочих тел( колес) в зоне контакта приналичии касательнойилы
195
Глава 10. Фрикционныепе редачи вариаторы
тывают |
возрастающую тангенциальную упругую деформацию |
|
(кривыеI–I |
на рис. 10.3, б–г). В области проскальзывания танген- |
|
циальная деформация возрастает до значений, |
при которых силы |
|
тренияне способны удержатьповерхности от взаимного смещения (см. рис. 10.3, г). Для ведущего тела тангенциальные деформации в области проскальзывания являются растягивающими, для ведомого — сжимающими. Ведущее тело (колесо) как бы приобретает приращение длины окружности колеса и поэтому при полном оборотеколесавокруг оси точ каA 1 проходит большее расстояние, чем в случае отсутствия тангенциальных деформаций. При выходе из зоны контакта точка A1 окажется впереди точки A2 на некоторую величину l (рис. 10.3, д). Отношение l к длине окружности это-
го колеса называется относительным скольжением. |
Относительное |
||
скольжение зависит от модуля упругости материала. |
Для рабочих |
||
тел из стали оно составляет0,01%,…0,05 |
для пары текстолит по |
||
стали — до1 %. |
|
|
|
Во фрикционных передачах возможно также наличие геометрического скольжения. Оно возникает вследствие разной скорости рабочих тел на площадке контакта. Например, в лобовой передаче (см. рис. 10.2, б) окружная скорость V1 на внешнем диаметре ролика постоянна, аскорость V 2 на торце диска 2— пропорциональна радиусу. В точке О окружные скорости ролика и диска равны, и здесь наблюдается чистое качение. В остальных точках линии контакта — качение со скольжением. Слева от точки O ролик опережает диск, справа от нее диск опережает ролик. В зависимости от передаваемого момента точка O перемещается вдоль линии контакта. Точку О называютполюсом качения (нескользящей точкой).
Еслимомент сопротивления надиске 2 превышаетмомент , создаваемый силами трения в передаче, то наступает буксование.
При этом рабочие поверхности тел быстро повреждаются, в связи с чем не следует использовать фрикционные передачи в качестве предохранительногозвена .
Преимущества фрикционных передач: возможность бесступенчатого регулирования угловой скорости ведомого вала; простота формы тел качения; равномерность вращения, что позволяет применять фрикционные передачи при высоких скоростях, а также вприборах .
Недостатки: значительные нагрузки на тела качения, валы и подшипники; необходимость специальных нажимных устройств для прижатия рабочих тел; опасность повреждения рабочих поверхностейтел при проскальзыванииво времяперегрузки .
196