Лекция 14. Фрикционные передачи.

В материал лекции входит: фрикционные передачи; их достоинства, недостатки, область применения и виды разрушения; основные виды фрикционных передач: цилиндрическая фрикционная передача, коническая фрикционная передача, лобовой вариатор, торовый вариатор, клиноременный вариатор, дисковый вариатор.

Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения. Передача состоит из двух катков, закрепленных на валах (см. рис.14.1.). Подшипники ведомого вала выполнены неподвижными, благодаря чему вал может перемещаться в направлении линии центров передачи. Пружина сжатия, действующая на подвижный подшипник, прижимает катки один к другому силой , нагрузка передается силой трения , возникающей в месте контакта вращающихся катков.

Условие работоспособности фрикционной передачи:

,

где - передаваемая окружная сила; - сила трения (f - коэффициент трения скольжения между катками). Нарушение этого условия приводит к буксованию и быстрому износу катков.

Рис. 14.1.

Следовательно, откуда сила прижатия катков:

,

где s - коэффициент запаса сцепления; s=1,25. . .1,5 для силовых передач и s ≈ 3 для передач приборов; f - коэффициент трения скольжения между катками; f =0,15. . .0,20 для стали по стали или чугуну всухую и f =0,04. . .0,05 для стали по стали в масле. Значение силы во много раз больше силы , что является большим недостатком фрикционных передач.

Достоинства фрикционных передач:

- плавность и бесшумность работы;

- простота конструкций и эксплуатации;

- возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа.

Недостатки фрикционных передач:

- большие давления на валы и подшипники из-за большой силы прижатия катков, что усложняет конструкцию передачи и увеличивает ее размеры;

- непостоянство передаточного числа из-за неизбежного упругого скольжения катков;

- повышенный износ катков.

Классификация фрикционных передач:

1). По назначению:

- нерегулируемые передачи (т. е. с постоянным передаточным числом);

- регулируемые передачи или фрикционные вариаторы (с плавным бесступенчатым регулированием передаточного числа).

2). По способу прижатия катков:

- с постоянной силой (например, пружины, собственный вес элементов передачи и т. п.);

- с переменной силой (т. е. с силой, которая автоматически изменяется пропорционально изменению передаваемой силы – требуется применение специальных нажимных устройств).

3). По взаимному расположению валов:

- цилиндрические (при параллельном расположении валов);

- конические (при пересекающихся валах);

- лобовые (при перекрещивающихся валах).

4). В зависимости от условий работы передачи:

- открытые (при работе передачи всухую, т. е. без смазки);

- закрытые (при работе передачи с использованием смазки).

Материалы фрикционных катков должны иметь: высокий коэффициент трения f, что уменьшает: требуемую силу прижатия ; высокий модуль упругости Е, что уменьшает потери на трение; высокую износостойкость; контактную прочность и теплопроводность. Наиболее конструктивное сочетание материалов катков: закаленная сталь по закаленной стали; чугун по чугуну; текстолит по стали или чугуну. Иногда для повышения коэффициента трения один из катков облицовывают прессованным асбестом, прорезиненной тканью и т.п.

Как правило, рекомендуется ведомый каток делать из более твердого материала, чтобы избежать образования на нем лысок, появляющихся при буксовании передачи. Буксование наступает при перегрузках, когда не соблюдается условие . При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, вызывая местный износ (лыски). Передачи с неметаллическими рабочими поверхностями могут работать только всухую, а с металлическими - в масле или всухую. При работе в масле увеличивается долговечность передачи, так как уменьшается износ и улучшается охлаждение катков (теплопроводность).

Виды разрушения фрикционных передач:

- усталостное разрушение, характерное для передач, работающих в масле;

- износ характерен для передач, работающих всухую;

- задир поверхности возникает в быстроходных высоконагруженных передачах при разрыве масляной пленки на рабочей поверхности катков. Обычно задир связан с буксованием или перегревом передачи.

Все виды разрушения зависят от значения напряжений в месте контакта. Поэтому основным критерием работоспособности и расчета фрикционных передач с металлическими катками является их контактная прочность, которая зависит от значения контактных напряжений σ_H. Наибольшее значение σ_H определяют по условию прочности

,

где [σ_H] - допускаемое контактное напряжение для менее прочного из материалов пары катков. Для закаленных сталей [σ_H] = 1000…1200МПа.

Область применения фрикционных передач.

Фрикционные передачи с постоянным передаточным числом в качестве силовых передач в машиностроении применяют крайне редко (в фрикционных прессах, молотах и т. п.) из-за неконкурентоспособности с зубчатыми передачами по габаритам, надежности и КПД. Передаваемая мощность до 20 кВт, допускаемая скорость катков до 25 м/с. Эти передачи нашли ограниченное использование в виде кинематических передач в приборах (магнитофоны, кинокамеры и т. п.), где требуется плавность и бесшумность работы.

Фрикционные вариаторы широко применяют как в силовых, так и в кинематических передачах, когда требуется бесступенчатое регулирование передаточного числа.