pidruchnik

Найдосконалішими є фрикційні передачі, в яких геометричне ковзання відсутнє.

2.6.3. Матеріали та конструкції деталей фрикційних передач

Матеріали котків фрикційних передач повинні мати: високий модуль пружності для зменшення пружного ковзання та втрат по тужності на перекочування котків; високий коефіцієнт тертя для зменшення необхідної сили притискання котків; високу контактну міцність та стійкість проти спрацювання для забезпечення необхід ної довговічності передачі.

Найкраще цим вимогам відповідають такі поєднання матері алів котків:

загартована сталь – загартована сталь, яке забезпечує найбіль шу контактну міцність (сталь ШХ15 із термообробкою до твердості H=(50…55)НRC, для тихохідних передач – леговані сталі 40Х, 40ХН та ін. із гартуванням та середнім відпуском);

чавун – чавун (або сталь) також забезпечує достатню несучу здатність передачі, може працювати з мастилом або без нього;

текстоліт, фібра – сталь (чавун) застосовують в середньо та малонавантажених передачах;

шкіра, деревина, гума – сталь (чавун) має високий коефіцієнт тертя, але низьку стійкість проти спрацювання, використовують в малонавантажених передачах та кінематичних передачах приладів.

Конструкція котків визначається матеріалами, з яких вони ви готовлені.

Металеві котки мають дискову форму, а котки малих діамет рів виготовляють суцільними разом з валом. Котки з неметалевих матеріалів працюють без змащення і виготовляються складеними насадними – на маточині зі сталі чи чавуну закріплюються диски або кільця із гуми, текстоліту, деревини, шкіри тощо.

Притискання котків здійснюється двома способами:

з постійною силою притискання, яка створюється за допо могою попередньої деформації податливих котків при складанні, встановленням стиснутих пружин, використанням власної ваги елементів, встановленням вантажу на важелі тощо;

зі змінною (регульованою) силою притискання, яка автома тично змінюється зі зміною навантаження.

221

2.6.4. Види руйнування котків і критерії роботоздатності

Під час роботи фрикційних пар виникають такі види руйну вання робочих поверхонь котків.

1.Утомне викришування зустрічається в закритих передачах, що працюють зі змащенням. Циклічна дія контактних напружень сприяє розвитку мікротріщин на робочих поверхнях котків. Сили тертя зрушують метал, а мастило під високим тиском заповнює ро зкриті тріщини. Під час закриття тріщин тиск мастила різко зрос тає і частки металу відокремлюються, що призводить до утворення раковин. Багаторазові повторення цих процесів розширюють утво рені раковини.

2.Зношування виникає в передачах, що працюють без мастила або за відсутності умов для утворення режиму рідинного тертя.

3.Задир поверхні повʹязаний з буксуванням або з перегрівом передачі за великих швидкостей і навантаження в умовах недостат нього змащування.

Основними критеріями роботоздатності фрикційних передач для передач з металевими котками, які працюють зі змащенням є утомне викришування, без змащення – нагрівання; для передач, у яких один із котків має неметалеву робочу поверхню – зношування.

2.6.5. Геометрія і кінематика передачі

Основними геометричними параметрами циліндричної фри кційної передачі є діаметри котків d1 і d2, міжосьова відстань а і ши рина котків b. За відомих діаметрів котків міжосьова відстань:

де знак «+» для передач із зовнішнім дотиканням котків, «−» для передач із внутрішнім дотиком котків.

За відомої міжосьової відстані діаметри котків:

де і – передаточне відношення передачі.

222

Ширина котків теж вибирається залежно від міжосьової відс

тані:

де ψ ba = 0,2…0,4 − коефіцієнт ширини котків (більші значення

– для точно виготовлених і закритих передач, менші – для відкри тих передач).

Конічні фрикційні передачі (рис. 2.63) використовують для передавання обертового руху між валами, осі яких перетинаються, зазвичай, під прямим кутом. Основними розмірами таких передач є середні діаметри ведучого dm1 та веденого dm2 котків, зовнішня R та середня Rm конусні відстані, робоча ширина котків b, кути при вершинах конусів δ1 та δ2. Співвідношення між вказаними параме трами таке:

Рис. 2.63. Конічна фрикційна передача

Коефіцієнт ширини конічних котків ψR беруть в межах

0,2…0,3.

223

Основними кінематичними параметрами фрикційних пере дач є кутові швидкості (частоти обертання) котків ω1 і ω2, а також передаточне відношення і.

Без врахування пружного ковзання передаточне відношення циліндричної фрикційної передачі визначається таким чином:

i = ω1/ω2 = d2/ d1,

для конічної:

i = dm2/dm1 = tg δ2 = ctg δ1.

Із виразу (1.71), визначивши колові швидкості як ωd/2, можна знайти передаточне відношення фрикційної передачі з урахуван ням пружного ковзання:

2.6.6. Розрахунки фрикційних передач

Всі перелічені раніше види руйнування залежать від напру жень у місці контакту, тому міцність і довговічність фрикційних передач оцінюють за контактними напруженнями.

Згідно з формулою Герца за початкового лінійного дотикання деталей максимальне контактне напруження:

σH = ZM q /(2ρзв ),

де ZM – коефіцієнт, що враховує властивості матеріалів котків: ZM = 275 МПа1/2 – для катків із сталі; ZM = 210 МПа1/2 – для чавунних котків; ZM = 235 МПа1/2 – для поєднання «чавун – сталь»; q – розра хункове питоме навантаження; ρзв –зведений радіус кривини робо чих поверхонь котків.

Розрахункове навантаження на одиницю довжини контакту:

224

де Q– сила притискання котків; Kβ – коефіцієнт, що враховує нерів номірність розподілу навантаження по ширині котків, Kβ = 1,1…1,3 (менші значення приймаються для точно виготовлених та змонто ваних передач за відносно невеликої ширини котків); для конічних передач коефіцієнт Kβ беруть дещо більшим через складність виго товлення та монтажу конічної передачі.

Необхідна сила притискання котків визначається із умови від сутності буксування в передачі тобто сила тертя, яка створюється силою притискання, не має бути меншою колової сили, що пере дається:

Враховуючи, що сила тертя Ff = Fn f, то необхідна сила притис кання котків:

де К – коефіцієнт запасу зчеплення, для силових передач К = 1,3…1,5, для кінематичних К = 2,5…3,0.

Зведений радіус кривини робочих поверхонь циліндричних

Підставивши (2.207) у формулу Герца, одержимо формулу пе ревірного розрахунку фрикційних передач за контактними напружен

Під час проектного розрахунку визначають міжосьову відстань, попередньо замінивши розміри b і d через їх залежності від міжо сьової відстані:

За одержаним значенням міжосьової відстані визначають діа метри котків d1 і d2 (2.200), ширину котків b (2.201) і потрібну силу

225

притискання Fn (2.205). Остаточну перевірку міцності котків за при йнятими розмірами виконують за умовою (2.208).

Для фрикційних передач, робочі поверхні котків яких вигото влені із неметалевих матеріалів, обмежується навантаження, що припадає на одиницю довжини контактної лінії:

Формула проектного розрахунку для таких передач має такий вигляд:

де КН – допоміжний коефіцієнт, для силових передач КН = 36, для кінематичних КН = 50.

Перевірні розрахунки конічних фрикційних передач викону ють теж за формулою Герца. При цьому враховують, що радіуси кривини робочої поверхні конічних котків по довжині лінії контак ту неоднакові. За розрахункові беруть радіуси кривини робочих по верхонь у середніх точках лінії контакту котків:

ρ1 = Rm tgδ1 = Rm/u = 0.5 dm1 u 2 +1 / u ;

Зведений радіус кривини робочих поверхонь конічних котків визначають із залежності:

1/ρзв = 1/ρ1 + 1/ρ2 =2/dm1 ( ( u2 +1)/ u . (2.213)

Необхідна сила притискання:

Формула перевірного розрахунку конічної передачі з металевими котками:

226

У разі проектних розрахунків визначають мінімальний діаметр ведучого котка:

Для конічної фрикційної передачі з неметалевими котками:

Допустимі контактні напруження та допустимі питомі наван таження вибираються із табл. 2.5.

Таблиця 2.5

Допустиме контактне напруження [σ]H, коефіцієнт тертя f

і питоме навантаження [q] для фрикційних передач

2.6.7. Варіатори

Фрикційні варіатори − механічні передачі, що забезпечують плав не безступінчасте регулювання швидкості веденого вала за по стійної швидкості обертання ведучого вала. Застосовують у приводах сільськогосподарських машин, метало та деревооб робних верстатів, пресів, конвеєрів, у машинах хімічної, текс тильної та паперової промисловості, а також приладобуду ванні.

227

Умовно всі варіатори можна поділити на дві групи: з безпосе реднім контактом ведучої і веденої ланки та з проміжними ланка ми(табл. 2.6)

Конусний із проміжним диском

Лобовий

Діапазон регулювання є основною регулювальною характери стикою варіатора і визначається як відношення максимальної куто вої швидкості ω2max веденого вала до його мінімальної кутової шви дкості ω2min за постійної швидкості ω1 обертання ведучого вала:

228

де іmax = ω2max/ω1, іmin = ω2min/ω1 – відповідно максимальне і мінімаль не передаточне відношення варіатора.

Практичне застосування мають варіатори з такими діапазо нами регулювання: лобовий D = 2…4, конусний D ≤ 3, дисковий D ≤ 2, конусний з проміжним диском D =5…6, торовий D =6…8, клино пасовий з розсувними конусами D ≤ 10.

Розрахунки фрикційних варіаторів виконуються як для фрик ційних передач з постійним передаточним відношенням.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Принцип роботи фрикційної передачі, основні елементи, об ласть застосування.

2.Назвіть переваги і недоліки фрикційних передач.

3.Як класифікують фрикційні передачі?

4.Які види ковзання розрізняють у фрикційних передачах?

5.З яких причин у фрикційній передачі може виникнути буксу вання? Чи бажане це явище? Як можна його уникнути?

6Що є причиною виникнення пружного ковзання в фрикційній передачі?

7.З яких причин у фрикційній передачі виникає геометричне бук сування?

8.Яким вимогам мають відповідати матеріали котків фрикційних передач?

9.Назвіть основні матеріали для виготовлення котків.

10.Як здійснюється притискання котків у фрикційній передачі?

11.Назвіть основні види руйнування металевих та неметалевих ко тків. Що є причиною цих руйнувань?

12.Назвіть основні геометричні і кінематичні параметри фрикцій них передач.

13.Назвіть основні критерії розрахунку фрикційних передач.

14.Який параметр визначається під час проектних розрахунків ци ліндричної фрикційної передачі, конічної?

15.Наведіть декілька прикладів схем фрикційних варіаторів.

16.Назвіть основну регулювальну характеристику фрикційного ва

ріатора.

229

2.7. Передачі гвинт – гайка

2.7.1. Загальні відомості

Передача гвинт – гайка (гвинтовий механізм) призначена для перетворення обертового руху у поступальний і навпаки. Основни ми елементами цих передач є гвинт і гайка, один з них обертається, другий рухається поступально.

Переваги передач гвинт – гайка: значний виграш у силі; можли вість одержання повільного і точного переміщення; компактність за високої навантажувальної здатності, простота конструкції і виготов лення.

Недоліки: значне тертя в різьбі, що спричиняє її підвищене зношування; низький к.к.д.

Використовують для піднімання вантажів (підйомники, домк рати), створення значних зусиль за невеликих переміщень (преси, натискні пристрої) і одержання точних переміщень (ходові гвинти верстатів, вимірювальні прилади, ділильні і регулювальні при строї).

За призначенням передачі гвинт – гайка поділяють на силові (вантажні, ходові) і кінематичні (установчі).

За видом тертя в різьбі вони поділяються на передачі з тертям ковзання і передачі з тертям кочення, Передачі з тертям ковзання більш розповсюджені через простоту конструкції. Передачі з тер тям кочення мають високий к.к.д. (до 0,9) і можливість повного усу нення осьового і радіального зазорів, але складні за конструкцією і виготовленням. Різьба гвинта і гайки таких механізмів має напівк руглий профіль, при цьому в гайці розміщуються сталеві кульки, що переміщуються замкнутим каналом, що з’єднує перший і останній виток різьби. Їх використовують у механізмах подач верс татів з числовим програмним управлінням, механізмах піднімання і опускання шасі літаків тощо.

2.7.2. Ходові різьби

Різьби, які використовують у гвинтових механізмах, назива ються ходовими (рис. 2.64).

230