2.4. Фрикционные передачи

Фрикционные передачи относятся к передаточным механизмам машин и служат для преобразования механической энергии по частоте вращения и передаваемым усилиям. Располагаются они, как правило, в приводе машин между двигателем и ее исполнительными органами. Фрикционным передачам по сравнению с другими видами передач присущ ряд достоинств:

– они позволяют легко и в широком диапазоне осуществлять бесступенчатое регулирование скорости;

– содержат простые по форме тела качения;

– обеспечивают равномерность вращения при высоких скоростях;

– обладают высоким КПД.

Существенным достоинством фрикционных передач с цилиндрическими рабочими телами [1], является также и то, что они по нагрузочной способности, уровню шума и характеру вибраций при равных условиях работы не уступают, а в ряде случаев превосходят зубчатые передачи.

Существующие вариаторы по принципу работы и виду контакта рабочих тел можно разделить на следующие группы:

1. Передачи непрерывного действия: а) работающие трением: с непосредственным контактом – фрикционные (рис. 2.1); с гибкой связью – ременные (рис. 2.2) и цепные (рис. 2.3); б) работающие зацеплением: с непосредственным контактом – зубчатые; с гибкой связью – цепные.

2. Передачи периодического действия (импульсные): а) рычажные; б) инерционные.

Конструктивно наиболее просто бесступенчатое регулирование осуществляется в передачах трением, вследствие чего они получили преимущественное распространение в вариаторах.

Передачи зацеплением характеризуются большим постоянством установленного передаточного отношения, меньшим давлением на валы, большой долговечностью. Однако из-за необходимости иметь шаг рабочих колес переменным, они оказываются конструктивно сложными и дорогими в изготовлении. Зубчатые передачи практически не применяются. Надежными и достаточно долговечными являются цепные вариаторы.

В передачах периодического действия ведомое звено получает движение импульсами. Очевидно, что при таких передачах в них и в приводимых ими в движении системах имеют место значительные инерционные воздействия, снижающие долговечность элементов машин. Этот недостаток импульсных передач ограничивает их распространение, хотя конструктивно они относительно просты.

Рис. 2.1 Схемы фрикционных вариаторов

Рис. 2.2 Схемы вариаторов с гибкой клинообразной связью (стрелками показано направление принудительного перемещения регулируемого элемента)

Рис. 2.3 Вариатор с гибкой цепной связью

Основы расчета фрикционных пар

Во всякой фрикционной паре в месте касания возникают значительные напряжения. В процессе работы эти напряжения циклически изменяются и при длительном воздействии могут приводить к усталостному разрушению рабочих поверхностей.

Из ранее сказанного видно, что фрикционные пары вариаторов работают со скольжением, что усложняет процессы, происходящие на рабочей поверхности и увеличивает нагревание и их износ.

Для расчета на контактные напряжения взаимодействие колес с линейным контактом при малой ширине рабочего колеса можно рассматривать как качение двух цилиндров с радиусами ₁ и ₂, равными радиусам кривизны поверхностей коле в сечении, нормальном к образующей (рис. 2.4).

Рис. 2.4 Радиусы кривизны ₁и₂цилиндрических колес, заменяющих действительные колеса

Наибольшее нормальное напряжение при сжатии двух цилиндров возникает на поверхности. Величина этого напряжения определяется по формуле Герца-Беляева:

где F_n – нормальная сила в месте контакта, Н;

– приведенный модуль упругости материалов пары (E₁ и E₂ – модули упругости материалов колес, МПа);

b – длина линии контакта, мм;

– приведенная кривизна (знак плюс при наружной касании, минус – при внутреннем);₁ и ₂ – радиусы кривизны поверхностей колес, мм.

При начальном касании в точке