На чем основана фрикционная передача

Детали машин

Фрикционные передачи

Общие понятия и определения

Возможность передавать заданную нагрузку для фрикционных передач описывается условием:

где:
F_t – передаваемая окружная сила;
R_f = fF_r – сила трения в зоне контакта катков фрикционной передачи; F_r – прижимная сила; f – коэффициент трения.

Если указанное выше условие не соблюдается, катки фрикционной передачи будут проскальзывать друг относительно друга, не передавая мощность.

Фрикционные передачи работают с небольшим упругим скольжением, которое обусловлено упругими деформациями поверхностных слоев катков.

Классификация фрикционных передач

В зависимости от назначения различают фрикционные передачи с нерегулируемым передаточным числом и с бесступенчатым (плавным) регулированием передаточного числа – вариаторы.

Достоинства фрикционных передач

К достоинствам фрикционных передач можно отнести следующие их качества:

Недостатки фрикционных передач

Недостатки фрикционных передач обусловлены особенностями их конструкции:

Скольжение в фрикционной передаче

При работе фрикционной передачи неизбежно упругое скольжение, которое вызывается разностью скоростей поверхностных слоев ведущего и ведомого катков. Элементы поверхности ведущего катка подходят к зоне контакта сжатыми, а уходят от нее растянутыми.
У ведомого катка, наоборот – к зоне контакта элементы поверхности подходят растянутыми, а уходят от нее сжатыми.

Следовательно, в зоне контакта удлинение рабочей поверхности обода ведущего катка, соприкасающейся с укорачивающейся поверхностью обода ведомого катка приводит к упругому скольжению, которое всегда имеет место при работе фрикционной передачи.
В результате окружная скорость v₂ точек обода ведомого катка несколько меньше окружной скорости точек обода v₁ ведущего катка.

Для передач, работающих в масле скольжение связано, также, с наличием масляной пленки.

Скольжение в фрикционной передаче зависит от нагрузки. При перегрузке может наступить буксование, при этом ведущий каток скользит по ведомому, ведомый каток останавливается. Буксование приводит к интенсивному износу рабочих поверхностей.

Материалы катков фрикционных передач

К материалам катков предъявляются следующие основные требования:

Для фрикционных катков чаще всего применяют следующие сочетания материалов:

1. Закаленная сталь по закаленной стали. Для быстроходных закрытых силовых передач применяют стали марок 18Х2Н4МА, 18ХГТ, ШХ15 и другие. Такие передачи имеют высокую износостойкость и КПД, малые габариты, но они требуют точного изготовления.

2. Фрикционные пластмассы (марок 16Л, 24А, КФ-3), текстолит, ретинакс по стали. Эти материалы применяют в малонагруженных открытых передачах. Катки из таких материалов имеют пониженную износостойкость, не требуют высокой точности изготовления.

3. Металлокерамика марки ФАБ-II по закаленной стали применяется в открытых силовых передачах.

4. Сочетание материалов чугун-чугун и чугун-сталь используется в передачах, работающих без смазки (всухую) или с недостаточной смазкой.

5. Применяются также катки, покрытые кожей или резиной. Эти материалы обеспечивают высокий коэффициент трения, но обладают малой контактной прочностью. Кроме того, коэффициент трения в таких материалах сильно зависит от влажности воздуха.

6. В малонагруженных и малоответственных фрикционных передачах иногда применяют катки с деревянным покрытием или изготовленные из дерева. Такой материал дешев и имеет достаточно высокий коэффициент трения.

Ниже представлена таблица значений коэффициента трения f для некоторых сочетаний материалов, используемых в фрикционных передачах.

Источник

Фрикционные передачи

В материал лекции входит: фрикционные передачи; их достоинства, недостатки, область применения и виды разрушения; основные виды фрикционных передач: цилиндрическая фрикционная передача, коническая фрикционная передача, лобовой вариатор, торовый вариатор, клиноременный вариатор, дисковый вариатор.

Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения. Передача состоит из двух катков, закрепленных на валах (см. рис.14.1.). Подшипники ведомого вала выполнены неподвижными, благодаря чему вал может перемещаться в направлении линии центров передачи. Пружина сжатия, действующая на подвижный подшипник, прижимает катки один к другому силой , нагрузка передается силой трения , возникающей в месте контакта вращающихся катков.

Условие работоспособности фрикционной передачи:

,

Следовательно, откуда сила прижатия катков:

,

Достоинства фрикционных передач:

— плавность и бесшумность работы;

— простота конструкций и эксплуатации;

— возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа.

Недостатки фрикционных передач:

— большие давления на валы и подшипники из-за большой силы прижатия катков, что усложняет конструкцию передачи и увеличивает ее размеры;

— непостоянство передаточного числа из-за неизбежного упругого скольжения катков;

— повышенный износ катков.

Классификация фрикционных передач:

— нерегулируемые передачи (т. е. с постоянным передаточным числом);

— регулируемые передачи или фрикционные вариаторы (с плавным бесступенчатым регулированием передаточного числа).

2) По способу прижатия катков:

— с постоянной силой (например, пружины, собственный вес элементов передачи и т. п.);

— с переменной силой (т. е. с силой, которая автоматически изменяется пропорционально изменению передаваемой силы – требуется применение специальных нажимных устройств).

3) По взаимному расположению валов:

— цилиндрические (при параллельном расположении валов);

— конические (при пересекающихся валах);

— лобовые (при перекрещивающихся валах).

4) В зависимости от условий работы передачи:

— открытые (при работе передачи всухую, т. е. без смазки);

— закрытые (при работе передачи с использованием смазки).

Материалы фрикционных катков должны иметь: высокий коэффициент трения f, что уменьшает: требуемую силу прижатия ; высокий модуль упругости Е, что уменьшает потери на трение; высокую износостойкость; контактную прочность и теплопроводность. Наиболее конструктивное сочетание материалов катков: закаленная сталь по закаленной стали; чугун по чугуну; текстолит по стали или чугуну. Иногда для повышения коэффициента трения один из катков облицовывают прессованным асбестом, прорезиненной тканью и т.п.

Виды разрушения фрикционных передач:

— усталостное разрушение, характерное для передач, работающих в масле;

— износ характерен для передач, работающих всухую;

— задир поверхности возникает в быстроходных высоконагруженных передачах при разрыве масляной пленки на рабочей поверхности катков. Обычно задир связан с буксованием или перегревом передачи.

Все виды разрушения зависят от значения напряжений в месте контакта. Поэтому основным критерием работоспособности и расчета фрикционных передач с металлическими катками является их контактная прочность, которая зависит от значения контактных напряжений σ_H. Наибольшее значение σ_H определяют по условию прочности

,

Источник

Фрикционная передача: что это такое, ее достоинства и недостатки – схема и классификация

Передачи, в которых кинематическое движение от одного вала к другому сообщается благодаря трению между рабочими поверхностями вращающихся катков или дисков, называют фрикционными.

Составными частями любой фрикционной передачи являются два катка (колеса), из которых одно является ведущим, а второе – ведомым. Своими внешними поверхностями они прижаты друг к другу. Если ведущее колесо (каток) вращается, то за счет силы трения оно приводит в движение колесо (каток) ведомое.

Как любая другая механическая передача, фрикционная характеризуется таким показателем, как передаточное число. Оно представляет собой соотношение тех угловых скоростей, которые имеют ведущий и ведомый валы. В отличие от многих других видов передач (например, зубчатых) этот показатель по определению не может быть постоянным, поскольку соприкасающиеся поверхности трансмиссии при определенных условиях неизбежно «проскальзывают» друг относительно друга, и поэтому передача движения на некоторое, пусть и непродолжительное, время прекращается. Как правило, проскальзывание возникает тогда, когда имеет место быть повышенная нагрузка на фрикционную передачу.

По критерию передаточного числа специалисты различают фрикционные передачи, у которых оно имеет условно постоянное значение и значение переменное. К первому типу относятся те, которые состоят из валов с параллельными пересекающимися осями, а ко второму – вариаторы, причем как с промежуточным звеном, так и без него.

Еще одна техническая классификация фрикционных передач подразумевает их деление на закрытые и открытые. Характерной особенностью первых является то, что они работают в смазочной жидкости, а вторых – в том, что без нее. Фрикционные передачи открытого типа проще по своей конструкции, прижимное усилие их катков ниже, а коэффициент трения, напротив, – выше. За счет наличия смазки закрытые фрикционные передачи более долговечны и менее опасны.

Фрикционные передачи в технике распространены достаточно широко. Их используют в приводных механизмах ленточных конвейеров, металлорежущих станках, литейных и сварочных машинах.

Достоинства и недостатки фрикционных передач

У фрикционных передач есть целый ряд достоинств, которыми они обязаны своим довольно широким применением. Они просты по своей конструкции, во время работы издают мало шума. С их помощью удается достичь равномерности вращения колес (катков) при их невысокой стоимости. Кроме того, использование фрикционных передач позволяет осуществлять регулирование скорости вращения без остановки работающего механизма.

Есть у фрикционных передач и некоторые недостатки. Они обладают сравнительно низким коэффициентом полезного действия, и при этом нагрузки на подшипники валы оказываются весьма серьезными. При использовании фрикционных передач практически невозможно обеспечить строго постоянное передаточное число, а рабочие поверхности колес (катков) подвержены ускоренному износу.

Черчение

Передачи, в которых движение от одного вала к другому передается за счет трения между рабочими поверхностями враща­ющихся катков (дисков), называют фрикционными.

Фрикционная передача состоит из двух колес (катков) — ведущего и ве­домого, которые прижаты друг к другу с заданной силой. При вращении од­ного из катков, например, ведущего приходит в движение ведомый, благо­даря возникающей силе трения.

Условие работоспособности передачи Тmp >= F,

где: F — передаточное окружное усилие;

Тmp — сила трения в месте контакта.

Примечание. Окружное усилие — сила, которая вращает шкив, коленчатый вал, ма­ховик и т. д., направленная по касательной к окружности, по которой движется точка приложения этой силы. Определяют окружное усилие по формуле F = М/r,

где: М — вращающий момент;

r — расстояние от точки приложения окружного усилия до оси вращения.

Если это условие нарушается, то возникает буксование, то есть ведомый каток не вращается, а ведущий скользит по нему.

Передаточное число фрикционной передачи — отношение угло­вых скоростей ведущего и ведомого валов — не может быть строго постоян­ным, так как всегда существует относительное проскальзывание катков, изменяющееся в зависимости от нагрузки.

Различают фрикционные передачи с условно постоянным передаточным числом между валами с параллельными пересекающимися осями и переда­чи с переменным передаточным числом (вариаторы) без промежуточного звена и с промежуточным звеном.

В зависимости от условий работы фрикционные передачи подразделяют на открытые, работающие всухую, и закрытые, работающие в масле. Коэф­фициент трения в открытых фрикционных передачах выше, а прижимное усилие катков меньше. В закрытых фрикционных передачах масляная ван­на делает скольжение менее опасным, кроме того, обеспечивается отвод тепла и увеличивается долговечность передачи.

Фрикционные передачи обладают рядом достоинств, основными из кото­рых являются: простота и бесшумность работы; равномерность вращения колес; возможность регулирования скорости (без остановки передачи); не­большая стоимость колес (катков).

К недостаткам фрикционных передач относятся значительные нагрузки на валы и подшипники, непостоянство передаточного числа, сравнительно низкий КПД, наравномерный износ рабочих поверхностей колес.

Фрикционные передачи широко используются в различных отраслях промышленности. Их часто применяют в приводах конвейеров, в свароч­ных и литейных машинах, в металлорежущих станках и др.

Для колес применяют следующие сочетания износостойких материалов с высоким коэффициентом трения и модулем упругости: закаленная сталь по закаленной стали (такое сочетание обеспечивает высокий КПД, не требу­ет изготовления передачи с высоким классом шероховатости поверхности); чугун по стали или чугуну (в этом случае рабочим поверхностям придают большую твердость, для чего отбеливают поверхность чугунных колес).

Типы фрикционных передач

Цилиндрическая фрик­ционная передача. На ведущем 2 (рис. 167) и ведомом 1 валах на­сажены на шпонках два катка. Подшипники вала 1 установлены непо­движно, а подшипники вала 2 позволяют перемещаться валу по направле­нию линии центров передачи. Если привести во вращение ведущий вал 2, то вместе с ним будет вращаться и ведущий диск. Ведомый диск не будет вращаться до тех пор, пока не будет пре­одолено полезное сопротивление на валу 1 — вращающий момент и сопротивле­ние трения в подшипниках. Но так как подшипники ведущего вала выполнены плавающими и находятся под действием пружины сжатия, то этим самым обеспе­чивается прижимное усилие Т, а следо­вательно, и вращение ведомого вала.

Коническая фрикционная передача. Катки передачи (рис. 168) представляют собой усеченные конусы, которые соприкасаются по общей образу­ющей. При осевом сжатии конусов на их образующих в месте контакта возникает сила трения, которая и увлекает во враще­ние ведомый каток и вал. Для правильной работы передачи необходимо, чтобы кону­сы имели общую вершину, являющуюся точкой пересечения осей катков.

Вариаторы

Вариаторы — переда­чи, посредством которых можно плавно, бесступенчато изменять передаточное число. По форме тел вращения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и др.

Лобовые вариаторы (рис. 169) применяются в винтовых прессах и приборах. В наиболее простом из них (рис. 169, I) ведущий ролик катится по торцовой поверхности большо­го диска и передает ему вращение. Движение можно передавать и в обрат­ном направлении — от диска к ролику. Для регулирования скорости враще­ния ролик передвигают вдоль диска. Передаточное отношение в таких ва­риаторах равно i = R1/R2,

где: R1 и R2 — радиусы колес.

В более сложном плоском вариаторе (рис. 169, II) между дву­мя большими дисками вращается передвижной ролик. Один диск веду­щий, другой — ведомый. Ролик служит промежуточным звеном, переда­ющим вращение. При регулировании скорости ролик перемещают вдоль обоих дисков, причем, приближаясь к центру одного из них, он в то же са­мое время удаляется от центра другого. Поэтому изменение передаточно­го отношения и плавное регулирование скоростей вращения производит­ся быстрее и в более широких пределах, чем в вариаторе с одним диском.

Вариаторы с раздвижными конусами (рис. 170) имеют огра­ниченное применение в машиностроении. Конические диски насажены на два параллельных вала I и II. Между дисками зажато стальное кольцо, ко­торое передает движение от ведущего вала к ведомому. Изменение переда­точного числа осуществляется сближением одной пары конусов и раздвижением другой.

На рис. 171 представлены торов ые вариаторы. На валах I и II насажены два диска, имеющие сферические рабочие поверхности. Враще­ние от ведущего диска I к ведомому II передаются посредством двух проме­жуточных роликов 1, свободно сидящих на осях 2. Изменение передаточно­го числа осуществляется одновременным поворотом этих осей вокруг шар­ниров 3. Торовые вариаторы требуют довольно высокой точности изготовле­ния.

Типы фрикционных передач

В зависимости от того, какие именно задачи решают фрикционные передачи, в каждом конкретном случае используются различные их типы. Конструктивно эти трансмиссии подразделяются на цилиндрические и конические.

Цилиндрические фрикционные передачи характеризуются тем, что их основными частями являются такие детали вращения, как катки. В них передача крутящего момента осуществляется за счет силы трения, возникающей между рабочим поверхностями ведущего и ведомого колес, имеющих цилиндрическую форму.

Основными компонентами конических передач являются ведущий и ведомый усеченные конусы. Их соприкосновение происходит по конической поверхности, причем при увеличении давления одного катка на другой растет сила трения между ними.

Одним из устройств, в которых используются фрикционные передачи, вариаторы. Они бывают конусными, лобовыми, торовыми, причем передаточное отношение в них может плавно изменяться в некотором диапазоне.

Основные характеристики

Скольжение во фрикционной механической передаче

Оно неизбежно возникает в процессе эксплуатации из-за разницы в скоростях катков. У того же ведущего поверхностные элементы подходят к месту соприкосновения сжатыми, а покидают ее уже растянутыми; и наоборот в случае с ведомым. В результате у первого обод удлиняется, а у второго – укорачивается, что и приводит к потерям трения.

При сравнении окружных скоростей оказывается, что V2 значительно, в разы, меньше V1, а в таких условиях крайне проблематично добиться хорошего прижима.

Особняком стоят случаи, когда механизмы фрикционных передач залиты СОЖ, то есть функционируют в так называемых ваннах: масляная пленка способствует еще большему скольжению.

Свою роль, причем серьезную, также играет нагрузка: если она будет чрезмерной, это обернется буксованием, а значит и отсутствием должного трения, что приведет к остановке ведомого колеса и/или к быстрому износу взаимодействующих поверхностей.

Преимущества

В числе главных плюсов:

Характер и причины отказов

Фрикционные передачи, назначение которых мы только что рассмотрели, сильно зависят от контактной прочности, которую определяют по напряжению смятия в зоне взаимодействия валов. Рассмотрим снижающие ее факторы и типы повреждений вообще.

Виды разрушений механизмов

Факторы отказов

Фрикционная передача, схема которой предполагает простоту и надежность, все-таки выходит из строя. Виной поломки может быть:

Чтобы предотвратить отказы, следует правильно рассчитать контактную прочность и использовать тот механизм, у которого она на достаточном уровне, а также применять подходящие противозадирные масла.

Предлагаем закрепить впечатление и посмотреть фото фрикционных передач и ролики, показывающие их устройство и работу. Лучшие из них устанавливаются в станки ижевского – в мощное, удобное в пользовании и надежное оборудование, помогающее решать самые ответственные задачи.

Недостатки

Зубчатые передачи имеют и ряд особенностей, которые могут быть отнесены к их недостаткам. В плане эксплуатации – такой механизм шумит при высокой скорости вращения. Он не может гибко реагировать на изменяющуюся нагрузку, так как представляет собой жесткую конструкцию с точной регулировкой.

В технологическом плане – это сложность изготовления пар колес зацепления. Для такого вида передач требуется повышенная точность, так как зубья находятся в зацеплении при постоянно изменяющемся напряжении. В таких условиях возможны усталостные разрушения материала.

Это происходит при превышении допустимых нагрузок. Зубья могут выкрашиваться, частично или полностью ломаться. Отколовшиеся осколки попадают в механизм, повреждают соседние сопрягающиеся участки, что приводит к заклиниванию и выходу из строя всего узла.

Наибольшее распространение получила цилиндрическая зубчатая передача. Ее применяют в узлах и механизмах с параллельным расположением валов. По конструктивным особенностям различают зубья с прямым, косым и шевронным профилем.

Для перекрещивающихся валов используют червячную, винтовую цилиндрическую передачи, а для пересекающихся – коническую. Реечная передача отличается тем, что шестерня в общем парном механизме заменяется рабочей плоскостью. При этом на ней нарезаны зубья, идентичные по профилю колеса. В итоге вращательное движение преобразуется в поступательное.

Также разделяют передачи по скорости вращения: тихоходные, средние и скоростные. По назначению их делят на силовые и кинематические (не передающие значительной мощности). Кроме того, зубчатые передачи могут классифицироваться по величине передаточного числа, подвижности осей (рядовые и планетарные), числу степеней, точности зацепления (12 классов), способу изготовления. По форме профиля зуба могут быть эвольвентные, циклоидальные, цевочные, круговые.

Общее описание

Для того чтобы передать усилия, ранее использовался повсеместно лишь один метод — ременный, который имел важное промежуточное звено — ремень. В нашем же случае способ меняется

Ненужный переходник исключается, вместо него появляется сцепление между элементами.

Таким образом, увеличивается не только уровень надежности и минимизируется размер всей системы, но также достигается и еще одно важное преимущество. Снижается расход энергии, необходимый для активации всей конструкции

Существует масса ключевых факторов, которые определяют эффективность, сферу применения механизма. Разумеется, важным аспектом становятся габариты, материал производства и точность.

Если говорить про общие сведения о зубчатых передачах, нужно знать, что в хорошем продукте между зубьями всегда присутствует зазор. Они не располагаются вплотную. Иначе скольжение будет невозможным по определению. А также будет крайне неудобно смазывать подвижные части. Эксплуатационный срок, равно как и эффективность применения будет значительно снижена. Не нужно забывать, что многие типы производства подразумевают образование высоких температур на производственных площадках. А сами механические детали во время работы ввиду банальной силы трения разогреваются. Значит, металл будет расширяться, незначительно увеличиваться в размерах. И без зазора зубья просто встанут, упираясь друг в друга и заблокировав дальнейший ход.

Поэтому выбор конечного продукта всегда стоит останавливать на том, что точно не подведет. Именно поэтому мы в всегда внимательно относимся к деталям. И любая часть наших станков и иной продукции отвечает не только всем требованиям нормативной документации, но и желаниям наших клиентов.

Источник