4.2. Фрикционные передачи

Во фрикционных передачах (рис. 4.3) ведущее и ведомое зве­нья — цилиндрические или конические катки жестко посажены на вращающиеся в подшипниках валы и прижаты друг к другу. При вращении ведущего катка, приводимого двигателем или предше­ствующей передачей, ведомому катку сообщается вращение за счет возникающих на контактной поверхности сил трения. Линейная ско­рость ведомого катка vj в зоне контакта из-за упругого проскальзы­вания отстает от линейной скорости ведущего катка v_{:

vi = (4.5)

где £ — коэффициент, учитывающий указанное выше отстава­ние, называемое упругим проскальзыванием-, для передач, работа­ющих без смазки, С, = 0,990...0,995.

Как и ранее, подстрочными индексами здесь и далее обозначе­ны величины относящиеся соответственно к ведущему (входно­му) и ведомому (выходному) звеньям передачи.

Рис. 4.3. Фрикционные передачи с цилиндрическими (а) и коническими

(б) катками

Между окружной v и угловой ю скоростями, а также диамет­ром катка d существует зависимость: v= dtо/2. Выражая эти сим­волы подстрочными индексами соответственно их принадлежно­сти к звеньям передачи, из соотношения (4.5) получим

d₂iо₂ = L,d_xa>_u

откуда

/=e»,/®₂=rf₂/(rf_I0. (4-6)

Окружное усилие на ведущем катке

F = 2T^_x/d_b

где Т_х — крутящий момент на валу катка, Нм; ri _t — КПД подшип­ников ведущего вала; d_x — диаметр ведущего катка, в случае кони­ческих катков измеренный по срединной окружности конуса, м. Этим усилием создается крутящий момент на ведомом валу

Т₂ =Fd₂T\₂/2,

где d₂ — диаметр ведомого катка; -п₂ — КПД подшипников ведо­мого вала.

Исключая из двух последних выражений параметр Fu учитывая отношение (4.6), найдем зависимость между моментами Г, и Т₂:

Т₂ ^/тьПгС-

Сравнивая эту зависимость с зависимостью (4.4), получим

Т1 = Л1Л2С, (4.7)

что согласуется с общим определением КПД, учитывающим внут­ренние потери энергии при передаче движения, включая упру­гое проскальзывание по контактным поверхностям. В среднем ri = = 0,90...0,95.

Функционирование фрикционной передачи определяется ус­ловием F< F_npea. Предельное значение силы трения на контакти­рующих поверхностях, выражаемое в ньютонах:

F^ = fQ, (4.8)

где / — коэффициент трения, зависящий от материала трущихся пар, их смазки и других факторов, ориентировочно для трения стали по стали или чугуну со смазкой и без нее соответственно/= = 0,04 — 0,05 и / = 0,10...0,15; стали или чугуна по текстолиту всухую/= 0,2... 0,3; Q — нормальное усилие на контактной поверх­ности, Н.

Невыполнение указанного выше условия приводит к проскаль­зыванию (буксованию) ведущего катка относительно ведомого без вращения последнего.

Передаточное отношение коничес­кой фрикционной передачи выражает­ся формулой

/ = sina₂/(£sin a,),

которая получается из формулы (4.6) и геометрических соотношений (рис. 4.3, б).

В случае перпендикулярных осей вращения ведущего и ведомого катков:

/ = cos а, / (С sin a,).

В двух последних формулах через ai и Ог обозначены половины углов при вершинах конусов соответственно ве­дущего и ведомого катков.

Рассмотренные фрикционные пере­дачи просты по форме рабочих поверх­ностей катков, но, из-за необходимо­сти создания больших контактных уси­лий, нуждаются в специальных прижим­ных устройствах. Поэтому их валы и подшипники испытывают по­вышенные нагрузки, а тела качения подвержены износу, особенно при буксовании. Этих недостатков лишены передачи с клинчатыми катками, рабочие поверхности одного из которых своими клиновы­ми выступами входят в канавки такой же формы другого (рис. 4.4). Нормальная сила давления на одной стороне каждой канавки, выз­ванная силой прижатия Q одного катка к другому, составит

Q' = Q/ (2z sin (а/2)), а суммарная сила давления по всем z канавкам Ql= Q'-2z= <3/sin (a/2),

где z — число канавок; a — угол развала канавок.

Для получения большего значения Q' и, следовательно, Q\ угол а должен быть по возможности малым. Во избежание закли­нивания сопрягаемых катков его ограничивают значением a = 15°. Заменяя в формуле (4.8) Q на Q\ и обозначая коэффициент про­порциональности

/_пр=// sin (а/2), (4.9)

для предельной силы трения на рабочих поверхностях клинчатой фрикционной передачи получим

Рис. 4.4. Схема разложения силы прижатия клинчатых катков по рабочим поверх­ностям

^пред. кл ~fnpQ>

т. е. формулу прежней структуры (4.8). Коэффициент пропорцио­нальности /_пр в этой формуле на­зывают приведенным коэффициен­том трения. Он всегда больше фактического коэффициента тре­ния f. Так, например, при а = 15° отношение^ //= 7,66. Во столько же раз увеличивается суммарное нормальное давление Q'_z по срав­нению с силой прижатия катков Q и уменьшается нагрузка на валы и подшипники.

Фрикционные передачи при­меняют в приводах небольшой мощности, в частности в кон­струкциях вариаторов — устройствах для бесступенчатого изме­нения скорости вращения ведомого катка, одна из конструктив­ных схем которого представлена на рис. 4.5. Вариатор представля­ет собой двухступенчатую фрикционную передачу, в которой промежуточный каток является одновременно ведомым для пер­вой ступени и ведущим — для второй. В соответствии с формулой (4.6) передаточное отношение вариатора определится как

■ ₌ 4, d₂d₂ d&d_n С dtf'

где d_u d₂H d_n — средние диаметры ведущего, ведомого и проме­жуточного фрикционных катков по поверхностям их взаимных кон­тактов.

Диаметры d_x и d₂ могут изменяться бесступенчато в зависимо­сти от изменения угла наклона а оси вращения промежуточного катка. При этом с увеличением первого диаметра уменьшается вто­рой и наоборот. Изменением угла а достигается требуемое переда­точное отношение.