Основные типы фрикционных передач и вариаторов

Лекция10

Краткое содержание.

Фрикционные передачи, общие сведения. Основные типы фрикционных передач и вариаторов.Основы расчета прочности фрикционных пар.

Фрикционные передачи и вариаторы 1.Общие сведения

Фрикционные передачи – это механизмы, в которых движение передается силами трения. Простейшая фрикционная передача состоит из двух колес, прижимаемых друг к другу с заданной силой (рис.1). При этом должно быть

(1)

где – окружная сила; – сила трения между катками.

Для передачи с цилиндрическими катками (см. рис. 1)

(2)

где – коэффициент трения.

Фрикционные передачи можно классифицировать по нескольким признакам:

по расположению осей валов;

по форме тел качения;

по возможности регулирования передаточного числа (передачи нерегулируемые и регулируемые или вариаторы, рис. 2).

.

Рис. 1 Рис.2

На рис. 2 показана схема простейшего вариатора (лобовой ва­риатор). Ведущий ролик А можно перемещать по валу в направле­ниях, указанных стрелками. При этом передаточное отношение плав­но изменяется в соответствии с изменением рабочего диаметра d₂ ве­домого диска Б. Если перевести ролик на левую сторону диска, то можно получить изменение направления вращения ведомого вала — вариатор обладает свойством реверсивности.

Особенностью работы фрикционной передачи является обязательное наличие скольжения. Скольжение является причиной износа, уменьшения к. п. д. и непостоянства передаточного отношения во фрикционных передачах. Различают три вида скольжения: буксование, упругое сколь­жение, геометрическое скольжение.

Буксование наступает при перегрузках, когда не соблюдается ус­ловие (1): < . При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, вызывая местный износ или задир по­верхности. Нарушение геометрической формы и качества поверхности катков выводит передачу из строя. Поэтому при проектировании сле­дует принимать достаточный запас сцепления и не допускать ис­пользования фрикционной передачи в качестве предохранительного устройства от перегрузки. Применение самозатягивающихся нажим­ных устройств устраняет буксование.

Упругое скольжение связано с упругими деформациями в зоне контакта.

Геометрическое скольжение возникает из-за различной скорости рабочих тел на площадке контакта. Оно является решающим для фрикционных передач.

Способ прижатия катков оказывает большое влияние на качествен­ные характеристики передачи: к. п. д., постоянство передаточного отношения, контактную прочность и износ катков. Луч­шие показатели получают при регулируемом прижатии.

Фрикционные передачи могут работать как при наличии смазочного материала (масла ВТМ-1, ВТМ-2 и др.), так и всухую. Наличие смазки повышает долговечность и надежность передач.

Достоинства фрикционных передач: а) простота конструкции; б) плавность и бесшумность в работе; в) возможность бесступенчатого регулирования скорости вращения ведомого вала.

Недостатки фрикционных передач: а) значительные нагрузки на тела качения, валы и подшипники; б) необходимость специальных нажимных устройств для прижатия рабочих тел.

Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничи­вается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуется плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т. п. Как силовые (не кинематические) передачи они не могут конкурировать с зубчатыми передачами по габаритам, надежности, к. п. д. и пр.

Фрикционные вариаторы применяют как в кинематических, так и силовых передачах в тех случаях, когда требуется бесступенчатое регулирование скорости.

Фрикционные передачи находят применение в кузнечно-прессовом оборудовании, металлорежущих станках, транспортирующих машинах, в приборах и т. д.

Применение фрикционных вариаторов на практике ограничивается диапазоном малых и средних мощностей — до .

Основные типы фрикционных передач и вариаторов

Во фрикционной передаче с гладкими цилиндрическими катками (см. рис. .1)

(3)

, (4)

где – коэффициент скольжения; – запас сцепления; – для силовых передач; – для передач приборов.

Коэффициент трения во фрикционных передачах имеет для разных случаев следующие значения:

Сталь по стали в масле

Сталь по стали или чугуну без смазки

Сталь по текстолиту или фибре без смазки

Формула (4) позволяет отметить большое значение силы прижа­тия катков фрикционной передачи. Например, принимая и

, получаем то­гда как в зубчатых передачах нагрузка в зацеплении пример­но равна .

Для передачи движения между валами с пересекающи­мися осями используют кони­ческую фрикционную передачу (рис. 3).

Рис.3

Угол между ося­ми валов может быть различ­ным, чаще всего он равен . Без учета проскальзывания передаточное отношение

.

Учитывая, что d₂= 2R sin δ₂ , а d₁ = 2R sin₁ δ ₁, для конической передачи

получаем

i = sin δ₂/ sin δ ₁

и при Σ = δ ₁+ δ₂ = 90^о, (5) i = tg δ₂ = ctg δ ₁.

Необходимое значение сил прижатия F_n1 и F_n22 определяют из уравнений:

KF_t=f F_n = f F_{n 1}/sin δ ₁, KF_t=f F_n = f F_{n 2}/sin δ ₂. (6)

Из формул (6) с учетом (5) следует, что с увеличением передаточного отношения уменьшается F_n1 и увеличивается F_n2. Поэтому в понижающих конических передачах прижимное устройство целесо­образно устанавливать на ведущем валу.

Лобовой вариатор(см. рис. 2). Максимальное и минимальное значения передаточного отношения

,

(7)

Диапазон регулирования

D = n_2max/n_2min = i_max/i_min = d_2max/d_2min. (8)

Диапазон регулирования является одной из основных характеристик любого вариатора.

Практически диапазон регулирования ограничивают значениями D≤3. Это объясняется тем, что при малых d₂ значительно воз­растает скольжение и износ, а к. п. д. понижается.

В отношении к. п. д. и износостойкости лобовые вариаторы усту­пают другим конструкциям. Однако простота и возможность ревер­сирования обеспечивают лобовым вариа­торам достаточно широкое применение б маломощных передачах приборов и дру­гих подобных устройствах.

Дисковые вариаторы (рис. 4). В этих вариаторах момент переда­ется за счет трения между набором ведущих и ведомых дисков. Измене­ние передаточного отношения дости­гают перемещением ведущего вала / относительно ведомого вала 2 в на­правлениях, указанных стрелками. При этом изменяется межосевое рас­стояние а и рабочий диаметр d₂. Пе­редаточное отношение

i ≈ d₂/d₁ = var. (9)

Рис. 4

В выполненных конструкциях вариатор сочетают обычно с зуб­чатой передачей, а вал 1 является промежуточным.

В конструкции дискового вариатора увели­чено число точек контакта между фрикционными элементами. Это позволяет значительно снизить контактные давления, а вместе с этим и износ дисков. Значительно снижается также и сила прижатия F_n. Пренебрегая влиянием конусности дисков, получаем

F_n = K F_t/(mcf) = KT ₁2/(mcf d₁), (10)

где т — число мест контакта, равное удвоенному числу ведущих дис­ков (выполняют m=18. . .42 и более); с — число ведущих валов 1.

Прижатие осуществляют пружиной (см. рис. 4) . Диски изготовляют из стали и закаливают до высокой твердости (HRC 50. . .60). Вариатор рабо­тает в масле. Снижение коэффициента трения при смазке в этих вариаторах компенсируют увеличением числа контактов. Для уменьшения скольжения (потерь) дискам придают коническую форму (конусность 1°30'. . .3°00'). Тонкие стальные диски позволяют получить компактную конструк­цию при значительной мощности.

Выполняют вариаторы мощностью до 40 кВт с диапазоном регули­рования до 4,5 при к. п. д. 0,8. . .0,9.

Кроме схемы с наружным контактом разработаны схемы с внут­ренним контактом дисков. В этих конструкциях ведущие диски имеют кольцевую форму и охватывают ведомые. Внутренний контакт позво­ляет дополнительно снизить потери на скольжение, а также выпол­нить конструкцию с «прямой передачей» (t = l), что особенно важно для применения вариаторов на автомобилях.

Рис. 5

Принципиальные схемы вариаторов других типов изображены на рис. 5: а — конусный с передвигающимся ремнем; б — лобовой двухдисковый; в — конусный; г — шаровой простой; д — шаровой сдвоенный. Такие вариаторы выполняют для малых мощностей и при­меняют преимущественно в кинематических цепях приборов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: