Фрикционные передачи

1.

Фрикционной передачей называют
механизм, в котором движение одного
жесткого звена преобразуется в движение
другого жесткого звена за счет сил трения
в одной или нескольких зонах контакта
(сопряжения).
Необходимая сила трения между звеньями
механизма создается прижатием одного из
них к другому, т. е. силовым замыканием.
Такие механизмы применяют
преимущественно для преобразования
параметров вращательного движения.

2.

Простейшая передача
включает в себя
ведущий 1 и ведомый
2 катки (рис. 1.1, а) и
две опоры 3 и 4, одна
из которых может
смещаться для
создания начального
прижатия катков.
Звенья передач могут
иметь не только
цилиндрическую
форму
(цилиндрическая
передача, рис. 14.1, а,
в), но и коническую
(коническая передача,
рис. 14.1, б),
сферическую и др.

3.

4. Достоинства фрикционных передач

1. Простота конструкции.
2. Плавность движения.
3. Бесшумность.
4. Удобство регулировки частоты
вращения ведомого звена.

5. Недостатки фрикционных передач

1. Непостоянство передаточного отношения
из-за взаимного проскальзывания катков.
2. Сравнительно большие нагрузки на опоры –
громоздкие подшипники, потери на трение.
3. Ограниченность передаваемых мощностей
(10 – 20 кВт, со стальными катками в масле
до 200 – 300 кВт)
4. Низкий КПД ( = 0,7…0,95).
5. Ограниченность скоростей (7…10 м/с, в
масле 10 м/с).

6. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

• В вибрографах, магнитофонах,
киноаппаратах, проигрывателях,
спидометрах.
• В машиностроении
• С условно-постоянным передаточным
отношением – очень редко (фрикционные
лебедки в буровой технике).
• Вариаторы – широко применяют в приводах
конвейеров, сварочных и литейных машинах,
металлорежущих станках.

7.

Фрикционные передачи применяют в кинематических
цепях приборов для обеспечения" плавности
движения, бесшумности и безударного включения.
Фрикционные вариаторы применяют достаточно
широко для обеспечения бесступенчатого
регулирования скорости в станкостроении,текстильных,
бумагоделательных и других машинах и приборах.
• Вариаторы применяют как в кинематических, так и в
силовых передачах.
• Силовые - до 10, реже до 20 кВт.При больших
мощностях трудно обеспечить необходимое усилие
прижатия катков.

8. Материалы катков

• Требования к материалам:
• Износостойкость
• Высокий коэффициент трения (для уменьшения силы сжатия)
• Высокий модуль упругости
• Для больших моментов:
• Закаленная шарикоподшипниковая сталь ШХ15 с твердостью не
менее HRC60. Такие катки – в масляной ванне - малые
габариты (при больших усилиях сжатия)
• Чугун (может быть в паре со сталью)
• Для небольших моментов:
• Материалы, которые со сталью имеют большой коэффициент
трения:
• Дерево Текстолит Гетинакс Кожа Резина Прорезиненная
ткань Фибра Ферродо Для ведущего катка
• Чугун, сталь Для ведомого катка

9. Способы прижатия катков

• с постоянной силой (деформация катков,
собственный вес)
• с переменной силой (специальные устройства)
В приборах (например, лентопротягивающие устройства и т. п.),
транспортных машинах и других используют механизмы,
преобразующие вращательное движение ведущего катка / в
поступательное движение ведомого звена 3 (рис. 1.1, г). Прижатие
к ведущему ведомого звена может осуществляться силой тяжести
последнего или, например, с помощью катка 2, вращающегося за
счет сил трения.

10.

Механизмы, изображенные на рис. 1.1, а—г, имеют
неизменяемое или постоянное передаточное отношение
(нерегулируемые передачи). Однако с помощью катков
можно образовать механизм (передачу) с изменяемым
(переменным) передаточным отношением — вариатор.
На рис. 1.2, а, б показан лобовой вариатор, в котором ведущий
каток 1 может перемещаться по своему валу (вдоль оси) в
осевом направлении (как показано стрелками).

11.

12.

13.

Передаточное отношение этого вариатора будет
непрерывно изменяться по мере изменения радиуса R.
Если каток 1 будет на «оси» катка 2, то последний будет
неподвижным. При переводе катка 1 в левую часть катка 2
изменится направление вращения ведомого вала
(реверсивное вращение).
Фрикционные вариаторы отличаются конструктивным
разнообразием. Распространены вариаторы: конусные (рис.
1.3, а), многодисковые (рис. 14.3, б), шаровые (рис. 1.3, в,
е), торовые (рис. 1.3, г, д) и др.

14. Кинематика передач

В нерегулируемой передаче (см. рис. 14.1, а) окружная
скорость v1 ведомого катка несколько меньше скорости
v2 ведущего катка из-за их взаимного проскальзывания,
обусловленного упругими смещениями контактирующих
точек катков и, как следствие, различием скоростей в
точках площадки контакта. Обычно равенство скоростей
(«чистое» качение) имеет место лишь для точек катков,
лежащих на линии начального контакта (контакта при
Fr 0. Влияние проскальзывания учитывают с
помощью коэффициента скольжения (v1 v2 ) / v1 ,
характеризующего снижение окружной скорости на
ведомом катке. Его величину определяют
экспериментально, обычно 0,01...0,05.

15.

Очевидно, что скорость ведомого катка
v2 (1 )v1.
Так как
v1 1d1 / 2; v2 2 d 2 / 2;
то передаточное отношение механизма, равное
отношению угловых скоростей ведущего и ведомого
катков,
1
d2
i
2
d1 (1 )
Таким образом, передаточное отношение механизма
обратно пропорционально диаметрам катков (см.
рис. 14.1, а).

16.

Можно показать, что для конической передачи (см. рис.
1.1,б)
i
sin 2
,
(1 ) sin 1
где 1 и 2— углы наклона к оси конусов образующих

17.

Для лобового вариатора (см. рис. 1.2) эта зависимость
остается справедливой, и если пренебречь
проскальзыванием, то
Rmax
1
imax
;
2 min
R1
1
Rmin
imin
.
2 max
R1
Диапазон регулирования
max U max Rmax
D
min U min Rmin
является одной из основных характеристик вариатора.
Теоретически возможен случай Rmin 0 и D . Однако
при малых значениях R существенно возрастает
скольжение и износ катков, снижается КПД, а потому
практически диапазон регулирования ограничивают
значением D 3 .

18. Усилия в передачах (статика передач)

Рассмотрим передачу, изображенную на рис. 1.1,а. Если
на ведомый каток диаметром d 2 действует момент
сопротивления (внешняя нагрузка) Т 2 , то для его
преодоления требуется полезная окружная сила
Ft 2T2 / d 2 F f
где Ft — сила трения, образующаяся на площадке контакта
катков,
F f Fr f .
Здесь f — коэффициент трения качения;
f 0,5 —для пары роликов из стали или чугуна при
работе в масле,
f 0,1...0,15 —для пары сталь—текстолит или фибра
без смазки.

19.

Для уменьшения проскальзывания катков (из-за
вибрации, перегрузок и др.) в процессе работы создают
запас сцепления
k F f / Ft 1.
В силовых передачах принимают обычно k 1,25...1,5 ,
в приборах — k 3 .

20.

Необходимое усилие прижатия роликов
Fr kFt / f 2kT2 /( fd 2 ).
Обратим внимание, что усилие Fr оказывается
существенно большим, чем сила Ft:
например, при k 1,5 и f 0,01, усилие Fr 150 Ft .
Это требует часто применения специальных нажимных
устройств, увеличенных габаритов подшипников,
жестких валов.
Усилие прижатия катков конической передачи
Fr (k / f ) Ft sin 1 .
КПД передач и вариаторов зависит от потерь на
скольжение и потерь в опорах валов; обычно 0,9...0,95 .

21. Виды повреждений и критерии работоспособности

Рабочие поверхности металлических катков,
работающих в масле в условиях жидкостного
трения, разрушаются из-за усталостного
выкрашивания под действием переменных
k
(вследствие вращения) контактных напряжении
(рис. 1.4), вызванных силами прижатия.
При этом темп нарастания
площади поврежденной
поверхности катков оказывается
пропорциональным величине
максимального контактного
напряжения qmax H .

22.

В передачах, работающих без смазочного
материала или при недостаточном
смазывании (режим граничного трения),
наблюдается износ катков, также Н
пропорциональный fвеличине
и
коэффициенту трения .
Катки из неметаллических материалов выходят
из строя вследствие износа, отслаивания
рабочих поверхностей.
Таким образом, контактная прочность,
износостойкость являются критериями
работоспособности катков передач.

23. Расчет передач

Расчет на прочность выполняют по допускаемым
контактным напряжениям [ Н ] :
Значение[ Н ] принимают в зависимости от твердости по
Бринеллю поверхности катков: для металлической пары
• при работе в масле [ Н ] (2,5...3) НВ,
• при работе всухую без смазочного материала
[ ] (1,2...1,5) НВ,
Н
• Для катков из текстолита при работе без масла
принимают [ Н ] 80...100 МПа.

24.

В расчетах катков цилиндрической формы
максимальное контактное напряжение находят по
формулам (11.6) и (11.7).
Условие (1.5) и зависимость (11.6) используют для
предварительного определения межосевого расстояния
передачи
2
0,418
T
kE
2
П
.(1.16)
a (i 1)3
ba f i H
Знак плюс в формуле ставится при внешнем контакте
катков, а знак минус при внутреннем.

25.

При выводе этого соотношения учтено равенство a 0,5
(d1 d 2 ), a также соотношение (1.2) и (1.4). Ширина катка
принята b ba a , где ba —коэффициент ширины катка.
При известном межосевом расстоянии диаметры катков
находятся из очевидных формул
2a
d1
;
(i 1)
d 2 d1i(1 ).
Расчет передач на износ также можно вести в форме
ограничения максимального контактного напряжения
H H .
*
где H * — допускаемое контактное напряжение при
расчете на износостойкость

26. Конические фрикционные передачи

• Назначение: применяют при
необходимости передачи
мощности между валами,
оси которых пересекаются.
Угол может быть любым, но
чаще - 90°.
• Необходимо: точность
пересечения в одной точке.
• При несоблюдении
геометрическое скольжение.
• i = w1 /w2 = n1 /n2 = Dm2
/Dm1 = tg 2

27.

• Среднее конусное расстояние
R 0,5D 0,5D 0,5D 1 i2
конусное
расстояние (внешнее).
• Сила нормального давления
• N1 = Q1 /sin 1
• N2 = Q2 /sin 2
• Q1 = 2KT1 sin 1 /fDm1
• Q2 = 2KT2 sin 2 /fDm2
• НЕТ В ФОРМУЛАХ КОРНЕЙ
ПОСМОТРЕТЬ!!!
2
m
m1
2
m2
m1

28. Расчет конической фрикционной передачи

Проектировочный (в пределах закона Гука):
2
3
0,418 KT1Enp (i 1)
H
H
Rm
bi
Проверочный:
2
KT1Enp
0
,
418
2
23
R m i 1 H bi
Если материал не подчиняется закону Гука:
q = N /b = 2KT1 /b Dm1 = KT1
2
KT
i
1
1
откуда q
b Rm
i2 1
,
b Rm