ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Фрикционной передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения от одного вала к другому с помощью сил трения, возникающих между насаженными на валы и прижатыми друг к другу цилиндрами (рис. 85, а), конусами (рис. 85, б) или дисками (рис. 85, в, г).
а | б |
в | г |
Рис. 85
Достоинства фрикционных передач: простота конструкции, бесшумность работы, возможность безаварийной ситуации при случайной перегрузке, возможность плавного изменения передаточного числа на ходу машины. Главный недостаток фрикционных передач – значительная радиальная нагрузка на опоры валов, которая может до 35 раз превышать передаваемое окружное усилие. Кроме того, фрикционные передачи не обеспечивают строгого постоянства передаточного числа при изменении нагрузки и имеют сравнительно невысокий КПД.
Фрикционные передачи находят применение в кузнечно-прессовом оборудовании, металлорежущих станках, транспортирующих машинах; в приборах, счетно-решающих машинах и т.д. Принцип фрикционной передачи является основой технологического процесса в прокатных станах, основой работы рельсового и безрельсового колесного транспорта.
Цилиндрическая фрикционная передача (рис. 85, а) допускает для одной пары катков силовых передач i<7, для передач приборов i<25; окружные скорости катков открытых силовых передач не должны быть больше 10 м/с, а для закрытых передач – 20 м/с. Для закрытых передач КПД h=0,92...0,98, для открытых h=0,8...0,92.
В результате неизбежного при работе фрикционных передач упругого скольжения ведомый каток отстает от ведущего и точное значение передаточного числа будет определяться по формуле
i=w1/w2=D2/[D1(1–e)],
где e – коэффициент скольжения (для металлических катков e=0,01...0,03, большие значения относятся к передачам, работающим всухую; для текстолитового катка e»0,1). Наличие упругого скольжения и некоторая его зависимость от колебаний нагрузки и условий работы передачи вынуждают называть передаточное число фрикционной передачи условно постоянным. Для практических расчетов силовых фрикционных передач пользуются приближенным значением передаточного числа i»D2/D1.
Для передачи от одного вала к другому крутящего момента необходимо за счет силы трения приложить к ведомому катку окружную силу
Ft=2T1/D1,
которая должна быть меньше наибольшей силы трения покоя, возникающей между катками, прижатыми друг к другу силой Q. Таким образом, условие работы фрикционной передачи записывается так:
kFt=Fmp=fQ,
где k – коэффициент запаса сцепления (k=1,3...1,4); f – коэффициент трения (для стальных или чугунных катков, работающих в масляной ванне f=0,04...0,05; работающих всухую f=0,15...0,20; для передач с одним неметаллическим катком f=0,2...0,3).
Из вышеприведенной формулы определим силу прижатия катков:
Q=kFt/f=2kT/(fD).
Из этой формулы видно, что сила прижатия катков больше окружной силы в k/f раз, что при k=1,4, f=0,04 дает k/f=1,4/0,04=35 раз. Большие силы прижатия катков создают значительные радиальные нагрузки на опоры валов и вызывают появление больших контактных напряжений на рабочих поверхностях катков, что делает силовые фрикционные передачи громоздкими, а их нагрузочную способность сравнительно невысокой.
Для уменьшения в несколько раз силы прижатия применяют катки с клинчатым ободом (рис. 86, б). Однако в таких катках возникает значительное геометрическое скольжение, существенно уменьшающее срок их службы.
Для катков, изготовленных из материалов, подчиняющихся закону Гука (металлы и текстолит), наибольшие контактные напряжения sH вычисляются по формуле Герца:
,
Рис. 86 | где q=Q/b – номинальная нагрузка на единицу длины контактной линии, b – ширина катков; Еnp= =2E1E2/(E1+Е2) – приведен-ный модуль упругости материалов катков; rnp= =0,5D1D2/(D1+D2) – приве-денный радиус кривизны катков; m – коэффициент Пуассона материала катков. |
Основным расчетным параметром цилиндрической фрикционной передачи будем считать межосевое расстояние а, а условие износостойкости запишется в виде неравенства
sH<[sH],
где [sH] – допускаемое контактное напряжение для катка из менее прочного материала.
Вышеприведенное условие износостойкости катков используется для проверочного расчета имеющейся передачи. Формулу для проектного расчета передач с металлическими и текстолитовыми катками получим из формулы Герца, приняв коэффициент Пуассона m=0,3, выразив диаметры катков через межосевое расстояние а и передаточное число i; силу прижатия Q выразим через крутящий момент Т1, а ширину катка примем b=yaa, где ya=0,2...0,4 – коэффициент ширины катка по межосевому расстоянию, тогда
,
где k – коэффициент запаса сцепления; f – коэффициент трения.
Вычислив межосевое расстояние, определяем размеры катков по формулам:
D1=2a/(i+1), D2=D1i, b=yaa,
причем должно соблюдаться условие b£D1, а ширину обода малого катка принимают на 2...5мм больше расчетной, так как возможно осевое смещение катков из-за неточностей изготовления и сборки.
Допускаемые контактные напряжения устанавливают в зависимости от материалов катков, твердости НВ рабочих поверхностей или предела прочности при изгибе sви и условий работы передачи. Ориентировочно для стальных катков, работающих всухую, [sH]=1,2...1,5 НВ, МПа; для стальных катков, работающих в масляной ванне, [sH]=2,4...2,8 НВ, МПа; для чугунных катков [sH]»l,5sви; для текстолитовых катков [sH]=80...100 МПа.
Расчет неметаллических катков, материал которых не подчиняется закону Гука, ведут понагрузке q на единицу длины контактной линии по условию
q=Q/b£[q],
где Q – сила прижатия катков; b – ширина катков; [q] – допускаемая удельная нагрузка; для пластмасс ориентировочно [q]=40...80 Н/мм, для дерева [q]=2,5...5 Н/мм, для резины [q]=10...30 Н/мм, для кожи [q]=15...25 Н/мм.
Так как Q=2kT1/(fD1), a D1=2a/(i+1), то, приняв q=[q], получим формулу для проектного расчета передач с неметаллическими катками
.
Коническиефрикционные передачи (рис. 85, б) преобразовывают вращательное движение между валами, оси которых пересекаются, причем обычно угол между осями S=d1+d2=90°, где d1 и d2 – половины углов при вершине конусов ведущего и ведомого катков. В конических передачах скольжение теоретически отсутствует.
Основными геометрическими параметрами передачи являются (рис. 85, б): конусное расстояние , где D1 и D2 – диаметры катков.
Для передачи крутящего момента необходимо катки прижать друг к другу, создав силу нормального давления N и обеспечив условие
kFt=Fmp=fN,
где k – коэффициент запаса сцепления; Ft=2T1/D1m – окружная сила; f – коэффициент трения. Для определения силы Q1 прижатия катков разложим эту силу по реальным направлениям на составляющие N и Q2 (рис. 85, б), тогда
Q1=Nsind1, Q2=Nsind2.
Из этих равенств видно, что для обеспечения одной и той же силы нормального давления N надо к ведущему катку приложить силу Q1 или к ведомому – силу Q2, причем Q1<Q2, если d1<d2. Отсюда следует, что выгодно нажимным делать меньший каток.
У ортогональных передач (S=90°), для которых D2/D1=tgd2, передаточное число можно также определить по формуле i=tgd2=ctgd1. Для конических фрикционных передач рекомендуется i<4, а их КПД h=0,85...0,9.Критерий работоспособности и принципы расчета конических фрикционных передач аналогичны рассмотренным ранее для цилиндрических передач, но основным расчетным параметром следует считать средний диаметр Dm большего (обычно ведомого) катка, так как в основном именно этот размер определяет габариты передачи.
На рис. 87 представлена схема реверсивной конической фрикцион-ной передачи винтового пресса, в которой ведущие катки 1 поочередно сцепляются с ведомым катком 2,причем ведомый вал меняет направление вращения, а винт получает рабочий и обратный ход. Обычно катки такой передачи делают из чугуна, а обод ведомого шкива покрывают кожаной лентой, прорезиненной тканью или прессованным асбестом; иногда обод ведомого катка изготовляют из пластмассы. | Рис. 87 |
Вариатором или бесступенчатой передачей называется механизм для плавного изменения передаточного отношения. В машиностроении фрикционные вариаторы используют в силовых приводах, мощность которых колеблется от небольших величин до десятков и даже сотен киловатт. Вариаторы бывают одно- и двухступенчатые.
Основной кинематической характеристикой любого вариатора является диапазон регулирования Д, равный максимальному передаточному отношению, деленному на минимальное
Д=imax/imin.
Для одноступенчатых вариаторов преимущественные значения Д=3...6. С увеличением диапазона регулирования снижается КПД вариатора.
На рис. 85, в изображена схема лобового вариатора, в котором оси взаимно перпендикулярны, а изменение скорости ведомого вала происходит за счет осевого перемещения ролика. Лобовой вариатор допускает реверсивные вращения ведомого вала при одностороннем вращении ведущего. Ведущим звеном в лобовой передаче может быть либо ролик, либо работающий торцом диск. Передаточное число лобового вариатора
i=w1/w2=x/r,
а диапазон регулирования
Д=imax/imin=Rmax/Rmin.
На рис. 85, г представлена схема двухконусного вариатора с параллельными осями. Изменение передаточного отношения происходит за счет перемещения с помощью винтового механизма промежуточного цилиндрического катка 3, зажатого между рабочими поверхностями конических катков 1 и 2.
Так как imax=Dmax/Dmin, а imin=Dmin/Dmax, то диапазон регулирования Д=imax/imin= .
Материалы тел качения фрикционных передач должны обладать высокой износостойкостью и прочностью рабочих поверхностей, возможно большим коэффициентом трения скольжения, высоким модулем упругости (для уменьшения упругого скольжения). Максимальную нагрузочную способность имеют катки из закаленной стали типа ШХ15, которые могут работать в масляной ванне и всухую. Применяются в силовых передачах также чугунные катки и сочетания текстолитовых и стальных или чугунных катков. Кроме того, для изготовления катков или их облицовки (для повышения коэффициента трения) применяют кожу, резину, прорезиненную ткань, дерево, фибру и другие материалы. Катки из неметаллических материалов работают всухую.
При разных материалах тел качения ведущий каток делают из менее прочного материала во избежание повреждения катков в случае буксования передачи.
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 545;