Фрикционные передачи

Во фрикционных передачах движение от ведущего звена к ведомому передается за счет сил трения, возникающих между прижатыми друг к другу колесами. Различают фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением (рис. 27) и фрикционные вариаторы (рис. 28). Фрикционные передачи выполняются с жесткими рабочими телами и с гибкой связью.

Рис. 27. фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением

По характеру преобразования движения фрикционные передачи делятся на передачи для преобразования вращательного движения ведущего звена во вращательное движение ведомого (рис. 27, а, в), передачи для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (рис. 27, г, д) и передачи для преобразования вращательного движения в винтовое и наоборот (рис. 28, е). Они применяются в приборах и машинах небольшой мощности, в самопишущих приборах, осциллографах, пантографах, а также в машинах для правки, гибки и прокатки листовых материалов, в некоторых приборах и в машинах для обмотки кабеля изоляцией, правки прутковых материалов и др. Оси валов могут располагаться параллельно или пересекаться под углом – обычно 90° (рис. 27, б).

Рис. 28. фрикционные вариаторы: а – лобовой (торцовой) вариатор; б – сдвоенный

лобовой вариатор; в – реверсивный лобовой вариатор; г – конусный вариатор;

д – конусный вариатор с промежуточным диском, в котором передаточное отношение изменяется путем перемещения диска вдоль образующих ведущего и ведомого

конусов; е – вариатор с конусными барабанами и промежуточным роликом, при осевом перемещении которого изменяются рабочие радиусы барабанов; ж и з – вариаторы

с конусными барабанами и кольцами (жесткими или упругими); и и к – клиноременные вариаторы с раздвижными конусами; л, м и н – грибовидные вариаторы; о – шариковый вариатор, в котором скорость ведомого вала регулируется путем симметричного

поворота осей вращения шариков, расположенных между конусами ведомого

и ведущего звеньев и неподвижным охватывающим кольцом;

п и р – соосные вариаторы с промежуточными роликами

Фрикционные передачи с бесступенчатым изменением передаточного отношения называются вариаторами. В вариаторах плавное регулирование передаточного отношения осуществляется на ходу изменением рабочих радиусов ведущего R₁ или ведомого R₂ звеньев (или обоих радиусов R_l и R₂).

На рис. 28 показаны вариаторы, у которых рабочие поверхности звеньев имеют цилиндрическую, плоскую, конусную и шаровую форму или форму тел вращения с криволинейной образующей. Стрелками показаны направления перемещения звена при регулировании скорости. В некоторых вариаторах для расширения диапазона регулирования скорости применяются промежуточные ролики или кольца. Передаточное отношение регулируется путем перемещения роликов или симметричного поворота их осей. Размеры промежуточных роликов и колец не влияют на передаточное отношение.

Прижатие рабочих тел друг к другу осуществляется обычно посредством специальных пружин, начальной затяжкой системы при сборке, собственным весом или грузом, а при кратковременной работе – вручную.

Фрикционные вариаторы широко используются в механизмах разных приборов, испытательных стендах и машинах различного назначения. Они имеют диапазон регулирования .

К достоинствам фрикционных передач и вариаторов относятся: простота конструкции, плавность и бесшумность работы при высоких скоростях, проскальзывание при перегрузках, предотвращающее поломку механизма; отсутствие мертвого хода; возможность бесступенчатого регулирования скорости ведомого вала. Коэффициент полезного действия для гладких цилиндрических фрикционных передач h » 0,80…0,95.

К недостаткам фрикционных передач относятся: большое давление на валы и их опоры; проскальзывание при колебаниях нагрузки, нарушающее постоянство передаточного отношения; сравнительно быстрый и неравномерный износ деталей при наличии геометрического скольжения; большие габариты и большой вес при передаче больших крутящих моментов с малой скоростью. В конических фрикционных передачах давление на валы и их опоры меньше, чем в цилиндрических передачах.

Для уменьшения габаритов и сил прижатия фрикционные передачи и вариаторы рекомендуется располагать в механизмах приборов и машин ближе к двигателю на быстроходных валах, т.е. там, где большие скорости и меньше крутящие моменты.

В быстроходных передачах для уменьшения износа и нагрева металлических рабочих тел применяется смазка. В передачах, работающих без смазки, рабочие поверхности колес (катков) защищаются от попадания на них смазки.

Фрикционные передачи применяются обычно для передачи небольшой мощности. Передаточные отношения фрикционных передач не превышают следующих значений: i < 7 в обычных передачах, i < 15 в передачах с разгруженными валами и i < 25 в ручных передачах приборов.

В конструкциях современных автоматизированных станков применяются в основном фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением, параллельными осями валов и цилиндрическими колесами. Рассмотрим основные кинематические и силовые зависимости и расчет на прочность передач с жесткими рабочими телами (рис. 29).

Рис. 29. Фрикционная передача с параллельными осями валов

и цилиндрическими колесами

Полагая, что передача работает без проскальзывания, можно на основании равенства окружных скоростей катков определить передаточное отношение передачи

(18)

В реальной передаче под действием упругих деформаций рабочих тел и колебаний нагрузки всегда имеет место небольшое скольжение (упругое скольжение), вызывающее отставание ведомого вала.

Для обеспечения заданного передаточного отношения при проектировании упругое скольжение учитывается коэффициентом α = 1,002¸1,03.

В этом случае

откуда

(19)

Нормальная работа фрикционной передачи обеспечивается при соблюдении условия

где Q – сила прижатия колеса; F = Qf – сила трения; Р – окружная сила, действующая на ведущее колесо; М₂ – полезный момент на ведомом колесе; R₂ – радиус ведомого колеса; с – коэффициент надежности работы передачи; с = 2¸3 – для приборных передач и с = 1,2¸1,5 для силовых передач; f – коэффициент трения скольжения, выбираемый из табл.3.

Таблица 3

Коэффициенты трения f и допускаемые удельные давления [р]

для различных сочетаний материалов

Следовательно, необходимая сила прижатия катков

(20)

Ширина катков (длина площадки контакта) определяется из условий ограничения контактных напряжений смятия или из условия ограничения удельного давления по упрощенной формуле

где [р ] – допускаемое удельное давление на единицу длины контактной линии (табл.3).

Опыт эксплуатации многоступенчатых фрикционных передач показал их высокие точностные показатели, недостижимые при использовании других типов передач. Используемая в приводах подачи токарных модулей ТПАРМ-100 трехступенчатая фрикционная передача (рис. 30) с параллельными осями валов и цилиндрическими колесами обеспечивает дискретность шагового привода 2,4 мкм (при шаге двигателя 1,5°).

Рис. 30. Компоновка трехступенчатой фрикционной передачи

Положенная в основу конструкции двухступенчатая механическая фрикционная передача имеет удачные технические решения, рациональное использование которых позволяет создать весьма перспективную компоновку. Преобразование вращательного движения в поступательное обеспечивает механизм типа ролик – шток.