2.1. Практична робота №1: „Фрикційні передачи”.

Таблиця А

Варіанти завдань

№ варианта	Мощность на ведущем валу N1, кВт	Число оборотов ведущего вала n1, об/мин	Число оборотов ведомого вала n2, об/мин	Материал фрикционов	Среда
1	0,6	1410	700	сталь-фибра	сухая
2	1,0	930	400	чугун серый-текстолит	сухая
3	1,7	1420	700	текстолит-фибра	сухая
4	2,8	950	430	текстолит чугунный серый	сухая
5	4,4	730	350	текстолит чугунный серый	сухая
6	4,5	1440	720	текстолит чугунный серый	сухая
7	7.0	2820	1300	текстолит-сталь	сухая
8	8,8	962	450	текстолит-сталь	сухая
9	1,0	2850	1450	чугун серый-фибра	сухая
10	1,7	930	400	чугун серый-фибра	сухая
11	2,8	1420	720	сталь-текстолит	сухая
12	4,5	950	350	сталь-текстолит	сухая
13	7,0	970	360	текстолит-сталь	сухая
14	6,3	957	400	текстолит-сталь	сухая
15	2,5	940	420	текстолит-сталь	сухая
16	14,0	520	250	сталь-фибра	сухая
17	2,2	600	300	сталь-фибра	сухая
18	13,2	750	400	сталь-фибра	сухая
19	7,9	1000	420	Чугун серый-текстолит	сухая
20	8,0	1250	600	Чугун серый-текстолит	сухая
21	10,0	962	370	Чугун серый-текстолит	сухая
22	3,0	1420	700	сталь-фибра	сухая
23	4,4	940	500	сталь-фибра	сухая

Виды передач:

- Фрикционная передача

- Зубчатая передача

- Ременная передача

- Червячная передача

- Цепная передача

- Храповые механизмы

Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач, будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение - ведомым.

Рис.1. Виды передач.

Всякое вращательное движение можно измерить оборотами в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса. Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов. Число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса.

В технике при конструировании машин часто приходится определять диаметры колес и число их оборотов. Эти расчеты можно делать на основе простых арифметических пропорций. Например, если мы условно обозначим диаметр ведущего колеса через Д₁, диаметр ведомого через Д₂, число оборотов ведущего колеса через n₁, число оборотов ведомого колеса через n₂, то все эти величины выражаются простым соотношением:

Д₂/Д₁ = n₁/n₂ (1')

Если нам известны три величины, то, подставив их в формулу, мы легко найдем четвертую, неизвестную величину.

В технике часто приходится употреблять выражения: "передаточное число" и "передаточное отношение".

Передаточным числом называют отношение числа оборотов ведущего

колеса (вала) к числу оборотов ведомого.

Передаточным отношением называют отношение между числами обо-

ротов колес независимо от того, какое из

них ведущее.

Математически передаточное число пишется так:

n₁/n₂ = i или Д₂/Д₁ = i (2')

где i - передаточное число. Передаточное число - величина отвлеченная и размерности не имеет. Передаточное число может быть любым - как целым, так и дробным.

Трение между элементами может быть:

- сухое,

- граничное,

- жидкостное.

Мы рассмотрим фрикционные передачи сухого трения.

Фрикционные передачи относятся к передачам с непосредственным контактом. Их работа основана на принципе использования силы трения. К ним относятся вариаторы, отличающиеся простотой конструкции, позволяющие легко обеспечить бесступенчатое регулирование частоты вращения ведомого вала. Передача вращающего момента в вариаторах осуществляется либо за счёт силы трения (фрикционные вариаторы), либо за счёт зацепления рабочих элементов (цепные вариаторы).

Фрикционной передачей называется механизм (кинематическая

пара), служащий для передачи враща-

тельного движения от одного вала к дру-

гому с помощью сил трения, возникаю-

щих между насаженными на валы и при-

жатыми друг к другу дисками, цилиндра-

ми или конусами.

Фрикционная передача служит для изменения угловых скоростей с постоянными или переменными передаточными отношениями и для преобразования вращающих моментов. Простейшие передачи с нерегулируемым передаточным отношением состоят из пары прижатых друг к другу тел качения. При вращении ведущего катка в месте контакта возникает сила трения, увлекающая в движение ведомый каток.

Для передачи движения без скольжения необходимо приложить к одному из колёс силу Q, достаточную для возникновения трения в месте контакта, при этом касательная сила их сцепления равна по величине передаваемого окружному усилию.

Рис.2. Простейшая фрикционная передача.

Рис.2. Фрикционная передача.

Рис.3. Виды фрикционных передач:

а - лобовая передача, б - угловая передача, в - цилиндрическая передача.

Рис.2. Цилиндрическая фрикционная передача с катками клинчатой формы.

Рис.3. Коническая фрикционная передача.

Есть поговорка – “старого пса не научишь новым трюкам”. Но про вариаторную трансмиссию (Continuously Variable Transmission, CVT), изобретённую Леонардо да Винчи еще 500 лет назад, и постепенно вытесняющую автоматическую коробку передач так сказать нельзя.

Первый патент на вариатор был оформлен в 1886 году, но с тех пор технология значительно продвинулась вперед. Сегодня несколько крупнейших автопроизводителей (таких как General Motors, Audi, Honda, Nissan, Toyota и др.) проектирует свои автомобили на основе вариаторной трансмиссии.

В отличие от традиционных автоматических трансмиссий, в вариаторе нет коробки передач с заданным количеством ступеней. Самый известный тип вариатора работает на основе ворота, позволяющего без использования жестко заданных передач установить любой коэффициент передачи крутящего момента.

Рис.4. Лобовой вариатор.

Рис.5. Мотор-редуктор с фрикционным вариатором.

Вариатор – единственный из существующих на сегодняшний день видов КПП позволяет бесступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля (т.е. скорости и сопротивления движению) удается подобрать наиболее эффективное значение передаточного отношения, а не усредненное, как в любой другой коробке передач.

Следствием постоянной работы двигателя в зоне оптимальных оборотов является высокая экономичность, снижение токсичности выхлопных газов и лучшая динамика разгона автомобилей с вариаторами. А так как передаточное отношение изменяется плавно, а не ступенчато, то такие автомобили отличаются и плавностью хода. Отсутствие рывков при переключениях увеличивает срок службы узлов трансмиссии. Вариаторы имеют небольшой вес, простую конструкцию (по сравнению с АКПП) и достаточно надежны. Так же, как и «автоматы» они избавляют водителя от «ручного» труда.

Главный недостаток вариаторов состоит в том, что они фрикционные (работают за счет трения, а не зубчатого зацепления), и поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями.

Вариатор не любит долгой работы в режиме максимальных нагрузок. "Спортивный" стиль вождения, резкие рывки и торможения приводят к его быстрому износу.

Фрикционные передачи можно классифицировать по нескольким признакам:

1. По расположению валов:

а) с параллельными валами,

б) с пересекающимися валами.

2. По условиям работы (расположению контакта тел):

а) с внешним контактом,

б) с внутренним контактом.

3. По возможности плавного варьирования передаточного отно-

шения на ходу машины:

а) нерегулируемые(i = const),

б) регулируемые (фрикционный вариатор), ещё их называют ва-

риаторами (рис.а,б).

Рис.7. Принципиальная схема вариатора.

4. По форме контактирующих тел:

а) цилиндрические;

б) конические;

в) сферические;

г) плоские.

Достоинства фрикционной передачи:

• простота изготовления тел качения;

• равномерность вращения и бесшумность работы;

• возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения и

включения/выключения передачи на ходу;

• за счет возможностей проскальзывания передача обладает предохра-

нительными свойствами.

Недостатки фрикционной передачи:

▪ проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и по-

тери энергии;

▪ необходимость обеспечения прижима.

В связи с указанными недостатками фрикционные передачи не получили такого широкого распространения, как зубчатые (которые мы рассмотрим на следующем занятии).

Фрикционные передачи находят применение:

• конические и реверсивные передачи находят применение в винтовых

прессах, фрикционных молотах;

• металлорежущих станках;

• транспортирующих машинах (например, лебёдки с фрикционным при-

водом);

• фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением ши-

роко применяются в приборостроении, где нагрузки невелики, счётно-

решающих машинах;

• наибольшее применение в машиностроении имеют фрикционные ва-

риаторы, применяемые в приводах химического и текстильного обору-

дования для обеспечения: плавного изменения скоростного режима

«вытягивания» волокна и наматывания нити на бабину; в приводах

центрифуг для плавного разгона до достижения необходимой часто-

ты вращения;

• в приводах деревообрабатывающего оборудования для изменения

режима обработки в зависимости от породы и структуры материала;

• принцип фрикционной передачи является основой технологического

процессса в прокатных станах, основой работы рельсового и безрель-

сового колёсного транспорта, однако, эти вопросы являются предме-

том изучения в специальных дисциплинах

и т.д.

а б

Рис.6. Валы прокатных станов.

а – прокатные; б – холодной и тёплой прокатки.