Фрикционные передачи и вариаторы

ПЕРЕДАЧИ ТРЕНИЕМ (сцеплением)

(1,0 часа)

Фрикционные передачи передают движение за счет сил трения (лат. frictio – трение). Фрикционная передача состоит из двух соприкасающихся между собой колес (катков, роликов, дисков); вращение одного из колес преобразуется во вращение другого за счет сил трения, возникающих в месте контакта колес. Необходимая сила трения достигается прижатием одного колеса к другому. Бывают с постоянным и переменным передаточным числом.

Простейшие передачи состоят из двух цилиндрических или конических роликов - катков. Главное условие работы передачи состоит в том, что момент сил трения между катками должен быть больше передаваемого вращающего момента.

Передаточное отношение цилиндрической фрикционной передачи определяют как отношение частот вращения или диаметров тел качения.

U = n₁/n₂=D₂ /[ D₁ ( 1-e )],

где ε – коэффициент скольжения (0,05 - для передач "всухую";

0,01 – для передач со смазкой и большими передаточными отношениями).

Для конической передачи – вместо диаметров берут углы конусов.

Фрикционные передачи выполняются либо с постоянным, либо с регулируемым передаточным отношением (вариаторы).

Передачи с постоянным передаточным отношением применяются редко, главным образом, в кинематических цепях приборов, например, магнитофонов и т.п. Они уступают зубчатым передачам в несущей способности. Зато фрикционные вариаторы применяют как в кинематических, так и в силовых передачах для бесступенчатого регулирования скорости. Зубчатые передачи не позволяют такого регулирования.

Достоинства фрикционных передач:

- простота тел качения (например, не нужно резать зубьев);

- равномерность вращения, что удобно для приборов;

- возможность плавного регулирования скорости;

- отсутствие мёртвого хода при реверсе передачи.

Недостатки фрикционных передач:

- потребность в прижимных устройствах;

- большие нагрузки на валы, т.к. необходимо прижатие дисков;

- большие потери на трение;

- повреждение катков при пробуксовке;

- неточность передаточных отношений из-за пробуксовки.

Основными видами поломок фрикционных передач являются:

- усталостное выкрашивание (в передачах с жидкостным трением смазки, когда износ сводится к минимуму);

- износ (в передачах без смазки);

- задир поверхности при пробуксовке.

Поскольку всё это следствие высоких контактных напряжений сжатия, то в качестве проектировочного выполняется расчёт по допускаемым контактным напряжениям [29]. Здесь применяется формула Герца-Беляева, которая, собственно говоря, и была выведена для этого случая. Исходя из допускаемых контактных напряжений, свойств материала и передаваемой мощности определяются диаметры фрикционных колёс

Основные требования к материалам фрикционных колёс:

- высокая износостойкость и поверхностная прочность;

- высокий коэффициент трения (во избежание больших сил сжатия);

- высокий модуль упругости (чтобы площадка контакта, а значит и потери на трение были малы).

Наиболее пригодными оказываются шарикоподшипниковые стали типа ШХ15 или 18ХГТ, 18Х2Н4МА.

Разработаны специальные фрикционные пластмассы с асбестовым и целлюлозным наполнителем, коэффициент трения которых достигает 0,5. Широко применяется текстолит.

Более надёжны передачи, у которых ведущий каток твёрже, чем ведомый, т.к. тогда при пробуксовке не образуются лыски.

Применяются обрезиненные катки, однако их коэффициент трения падает с ростом влажности воздуха.

Для крупных передач применяют прессованный асбест, прорезиненную ткань и кожу.

Вариатор – это фрикционная передача, характеризующаяся переменным передаточным отношением, т.к. одно из колес или оба колеса этой передачи имеют переменный диаметр вращения. Фрикционные вариаторы нашли применение в сельхозмашиностроении, станкостроении, сварочных и литейных машинах, машинах текстильной, химической и бумажной промышленности, различных отраслях приборостроения и т.д.

Фрикционный вариатор ступенчатого типа.

(в проигрывателе с пластинками)

Вариатор тарельчатого типа. Чтобы замедлить, нужно переместить ролик вправо, чтобы увеличить радиус и уменьшить число оборотов.

Конический вариатор. Между двумя конусами поставили паразитный ролик, который может двигаться. Чем больше диаметр, тем больше линейная скорость (см. верхний конус, левая часть). Если ролик посередине, то скорости одинаковые.

Клиноременной вариатор. Ремень все время растянут. Радиусы не постоянны, т.к. мы сами (вмешиваясь) меняем их. При правой резьбе гайки (по часовой стрелке), если хотим затормозить, то крутим маховик по часовой стрелке. Если их сжимать, то R₂ – будет увеличиваться. И наоборот. Этот вариатор может перебрасывать довольно большие крутящие моменты. # Комбайн «Нива-5»; снегоход «Буран».