2. Общие вопросы конструирования

Необходимое для работы фрикционной передачи сжатие тел качения возможно осуществить несколькими способами, в том числе автоматически изменяющимся прижатием с изменением передаваемого момента.

Большинство современных вариаторов и передач выполняют с автоматическим прижатием. Однако в этом случае при изменении передаваемого момента передача некоторое время пробуксовывает, пока сила прижатия не достигнет значения, достаточного для передачи вращающего момента. Это приводит к значительному скольжению и нагреву рабочих тел.

Форму тел качения передач с постоянным передаточным отношением выбирают такой, чтобы было чистое качение на всей площадке контакта. Поэтому передачи с коническими роликами должны иметь общую вершину конусов в точке О (см. рис. 10.1,6).

Тела качения выполняются с начальным касанием по линии или в точке. При начальном касании по линии необходимо обеспечить высокую точность изготовления и сборки передачи, исключающую возможные перекосы рабочих тел, приводящие к нарушению линейного контакта.

Фрикционные передачи могут работать как при наличии смазочного материала, так и без него (всухую). При работе всухую передача обладает большей нагрузочной способностью (коэффициент трения велик), но при проскальзывании возможен значительный нагрев в области контакта и повреждение рабочих поверхностей при перегрузках.

Наличие смазочного материала стабилизирует работу передачи, хотя и снижает коэффициент трения. Для таких передач характерна большая долговечность и надежность. Их работа описывается контактно-гидродинами­ческой теорией смазки. В зоне контакта из-за высоких контактных давлений повышается вязкость масла, а тем самым и сопротивление сдвигу слоев масляной пленки, разделяющей рабочие тела. В результате этого возможна передача значительных касательных усилий через масляную пленку в зоне контакта. Для смазывания фрикционных передач следует применять специальные высокотяговые масла, увеличивающие коэффициент трения в контакте. К ним относятся зарубежные масла Santotrac-50, отечественные аналоги ВТМ-1 и ВТМ-2 и другие, у которых коэффициент трения в среднем в 1,2... 1,5 раз выше, чем у минеральных масел, и может достигать значений / = 0,10... 0,20.

Материалы рабочих тел. Рабочие тела фрикционной передачи должны обладать рядом особых свойств, обусловленных спецификой работы фрикционной пары. К таким свойствам можно отнести: а) высокий коэффициент трения; б) высокий модуль упругости для обеспечения значительных сил прижатия и уменьшения гистерезисных потерь; в) высокую контактную усталостную прочность; г) высокую износостойкость. Рассмотрим наиболее часто применяемые материалы.

Закаленная сталь — закаленная сталь. К таким материалам можно отнести шарикоподшипниковую сталь ШХ-15 с твердостью рабочих поверхностей 62...65 HRC,. При ее применении следует обращать особое внимание на точность состава химических компонентов, так как при наличии касательных сил в контакте неметаллические включения плохо сопротивляются их воздействию, что приводит к снижению ресурса передачи в несколько раз. Возможно также использование стали 18Х2Н4МА, свободной от этого недостатка. Передачи с рабочими телами, изготовленными из закаленных сталей, работают, как правило, в масле.

Специальные фрикционные пластмассы с целлюлозным наполнителем (16Л, 24А, КФ-3), коэффициент трения которых может достигать 0,5, являются наиболее перспективными.

Текстолит широко применяют при работе без смазочного материала, поскольку он обладает высоким коэффициентом трения и малым модулем упругости.

Средние значения коэффициентов трения для различных пар материалов, работающих всухую, приведены ниже:

Значение

Закаленная сталь — закаленная сталь..... 0,10...0,18

Текстолит — сталь.................................... 0,20...0,25

Фрикционная пластмасса — сталь ......... 0,3 5... 0,45

При работе со смазочным материалом коэффициент трения скольжения зависит от скорости скольжения. Для оценки коэффициента трения можно воспользоваться формулой, полученной на основе контактно-гидродинами-ческой теории смазки и экспериментальных данных

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧАХ

Общие сведения

Ременная передача — передача трением с гибкой связью. Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня, надетого на шкивы с предварительным натяжением (рис. 1). Нагрузка передается благодаря силам трения, возникающим между шкивами и ремнем.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоским ремнем (рис. 1, а), клиновым ремнем (рис. 1,б), круглым ремнем (рис. 1, в), поликлиновым ремнем (рис. 1, г). Наибольшее применение в машиностроении имеют клиновые и поликлиновые ремни.

Рис. 1. Схема ременной передачи

Передачу круглым ремнем применяют в приводах малой мощности (настольные станки, приборы, бытовые машины и др.).

Разновидностью ременной передачи является передача зубчатым ремнем, передающая нагрузку путем зацепления ремня со шкивами.

Достоинства ременных передач. 1. Простота конструкции, эксплуатации и малая стоимость. 2. Возможность передачи движения на значительные расстояния (до 15 м). 3. Возможность работы с высокими частотами вращения. 4. Плавность и бесшумность работы вследствие эластичности ремня. 5. Смягчение вибраций и толчков вследствие упругости ремня. 6. Предохранение механизмов от перегрузок за счет возможности проскальзывания ремня (к передачам зубчатым ремнем это свойство не относится).

Недостатки. 1. Большие радиальные размеры, в особенности при передаче значительных мощностей. 2. Малая долговечность ремня в быстроходных передачах. 3. Большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня, необходимость устройств для натяжения ремня. 4. Непостоянное передаточное число вследствие неизбежного упругого скольжения ремня. 5. Чувствительность нагрузочной способности к наличию паров влаги и нефтепродуктов.

Применение. Ременные передачи применяют в большинстве случаев для передачи движения от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания, когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние должно быть достаточно большим, а передаточное число и может быть не строго постоянным (приводы станков, конвейеров, дорожных, строительных, сельскохозяйственных машин и др.). Передачи зубчатым ремнем можно применять и в приводах, требующих постоянного значения и.

Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт, хотя может достигать 2000 кВт и больше. Скорость ремня v = 5...50 м/с, а в высокоскоростных передачах до 100 м/с и выше.

После зубчатой передачи ременная — наиболее распространенная из всех механических передач.

В сочетании с другими типами передач ременную передачу применяют на быстроходных ступенях привода.

Натяжение ремней

Предварительное натяжение ремня F₀ является необходимым условием работы ременной передачи. Чем выше F₀, тем больше тяговая способность и КПД передачи, но меньше долговечность ремня.

Конструкция ременной передачи должна допускать изменение межосевого расстояния как в сторону уменьшения (для свободной установки ремня), так и в сторону увеличения (для натяжения ремня и компенсации его вытяжки).

Натяжение ремня в передачах осуществляют:

1. Устройствами периодического действия, где натяжение (по мере вытяжки ремня) регулируют винтами (рис. 2, а), перемещая один из шкивов.

2. Устройствами постоянного действия, где натяжение создают пружиной или силой тяжести узла. К ним относят натяжной ролик (его устанавливают на ведомой ветви), качающуюся плиту с установленным на ней электродвигателем (рис. 2, б) и др.

Рис. 2. Схемы натяжных устройств

3. Устройствами, автоматически регулирующими натяжение в зависимости от величины передаваемой нагрузки с использованием активных и реактивных сил и моментов, действующих в самой передаче. Одно из таких устройств показано на рис. 3. Шкив 1 здесь установлен на качающемся рычаге, который является одновременно осью ведомого колеса зубчатой передачи. Натяжение ремня (2F₀) равно окружной силе на шестерне, установленной на валу электродвигателя, т. е. пропорционально передаваемому моменту.

Рис. 3. Схема передачи с автоматическим регулированием натяжения ремня