Что значит фрикционная передача

Детали машин

Фрикционные передачи

Общие понятия и определения

Фрикционными называют передачи, в которых движение передается силами трения, возникающими в зоне контакта между двумя катками (колесами) , прижимаемыми друг к другу с некоторой силой и при вращении одного из них.
При этом сила трения, возникающая между катками фрикционной передачи, должна быть равна по величине или превышать передаваемое передачей окружное усилие.

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.

Как правило, для создания требуемой силы трения R_f катки прижимают друг к другу силой F_r , которая во много раз превышает окружную силу F_t .
При коэффициенте f трения 0,05. 0,3 сила прижатия катков превосходит передаваемую (окружную) силу не менее, чем в 3. 25 раз (с учетом необходимого запаса сцепления) .
Прижатие катков фрикционной передачи может осуществляться различными способами – собственным весом конструкции, рычагами, пружинами или специальными устройствами.

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.

В зависимости от взаимного расположения валов и осей фрикционные передачи бывают цилиндрические (при параллельных осях) , конические (при пересекающихся осях) , лобовые (при перекрещивающихся осях) .

В зависимости от условий работы фрикционные передачи подразделяют на открытые (работающие всухую) и закрытые (работающие в масляной ванне) .
Открытые передачи обладают большей нагрузочной способностью (большим коэффициентом трения f ), требуют меньшую прижимную силу, но обладают такими недостатками, как повышенный нагрев и износ катков при перегрузках.
В закрытых передачах масляная ванна обеспечивает отвод тепла, уменьшает износ катков, тем самым увеличивая надежность и долговечность передачи, но снижает коэффициент трения, что приводит к необходимости увеличивать прижимное усилие между катками.

Достоинства фрикционных передач

К достоинствам фрикционных передач можно отнести следующие их качества:

• Простота конструкции, простая форма рабочих тел (катков) и относительно низкая стоимость.
• Плавность и бесшумность работы, в том числе и при высоких скоростях.
• Возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.
• Возможность пробуксовки при перегрузке, т. е. фрикционная передача способна выполнять функцию своеобразного механического предохранителя, избавляющего дорогостоящие узлы и детали машины от поломки при неожиданных перегрузках.

Недостатки фрикционных передач

Недостатки фрикционных передач обусловлены особенностями их конструкции:

• Необходимость применения специальных прижимных устройств, усложняющих конструкцию.
• Большие нагрузки на валы и подшипники, обусловленные прижимной силой, что требует увеличения размеров валов и осей, а также применения усиленных опор и подшипников. Этот недостаток фрикционных передач зачастую ограничивает возможность передавать большую мощность.
• Непостоянное передаточное отношение из-за проскальзывания катков. Скольжение в фрикционной передаче связано с упругими деформациями поверхностных слоев катков, износом поверхностей, возможным ослаблением прижимных устройств, возможным непостоянством коэффициента трения по рабочей поверности катков..
• Изнашивание рабочих поверхностей катков вследствие проскальзывания, возможность их повреждения (образования лысок) при буксовании.

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:

• износостойкость и контактная прочность;
• высокий коэффициент трения;
• высокий модуль упругости, препятствующий появлению значительной деформации площадки контакта и увеличению потерь на трение.

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

Фрикционные передачи. 4

Назначение и область применения фрикционных передач. 4

Виды фрикционных передач. 4

Критерии работоспособности фрикционной передачи. 4

Список литературы.. 4

Введение

Машиной называется устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью полной замены или облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производительности.

Машина, в которой все преобразования выполняются без непосредственного участия человека, называ6тся автоматом. Совокупность машин-автоматов, соединенных между собой автоматически транспортными устройствами и предназначенных для выполнения определенного технологического процесса, называется автоматической линией.

Машину характеризуют следующие признаки: преобразование энергии в механическую работу или преобразование механической работы в другой вид энергии; определенность движения всех ее частей при заданном движении одной части; искусственность происхождения в результате труда человека.

По характеру рабочего процесса машины классифицируются на машины-двигатели, предназначенные для преобразования энергии любого вида (электрической, тепловой и т. д.) в механическую энергию; машины-преобразователи, предназначенные для преобразования механической энергии в энергию любого вида (электрические генераторы, воздушные и гидравлические насосы и т. д.); транспортные машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию перемещения масс и предназначенные для перевозки людей и грузов; технологические машины, предназначенные для преобразования обрабатываемого предмета, состоящего в изменении его размеров, формы, свойств или состояний; информационные машины, служащие для получения и преобразования информации[1].

1. Фрикционные передачи

Фрикционная передача — механическая передача, служащая для передачи вращательного движения (или для преобразования вращательного движения в поступательное) между валами с помощью сил трения, возникающих между катками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы и прижимаемыми один к другому.

Фрикционные передачи состоят из двух катков (рисунок 1): ведущего 1 и ведомого 2, которые прижимаются один к другому силой Fr (на рисунке — пружиной), так что сила трения в месте контакта катков достаточна для передаваемой окружной силы Ft.

1 — ведущий каток; 2 — ведомый каток Рисунок 1. Цилиндрическая фрикционная передача

Условие работоспособности передачи:

(1)

Нарушение условия (1) приводит к буксованию и быстрому износу катков. Для того чтобы передать заданное окружное усилие Ft., фрикционные катки надо прижать друг к другу усилием Fr так, чтобы возникающая при этом сила трения была бы больше силы Ft. на величину коэффициента запаса сцепления, который принимают равным = 1,25. 2,0.

Значения коэффициента трения между катками в среднем:

· сталь или чугун по коже или ферродо насухо f = 0,3;

· то же в масле f = 0,1;

· сталь или чугун по стали или чугуну насухо f = 0,15;

· то же в масле f = 0,07.

Подставив эти значения в уравнение, можно убедиться в том, что усилие прижатия фрикционных катков во много раз превышает передаваемое окружное усилие[2].

2. Назначение и область применения фрикционных передач

Фрикционными передачами называются передачи, в которых движение передается от ведущего тела к ведомому за счет сил трения, либо при непосредственном контакте между ними.

Фрикционные передачи служат для передачи энергии между параллельными пересекающими валами при помощи фрикционных катков.

Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения, которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием сил прижатия Fn (Рис. 1). При этом должно соблюдаться условие;

где Ft — окружная сила, H;

Ff — сила трения между катками. H.

Для передачи с цилиндрическими катками (Рис. 1)

где f — коэффициент трения.

Нарушение условия приводит к буксованию и быстрому износу катков. Все фрикционные передачи можно разделить на две основные группы:

1).Передачи нерегулируемые, т. е. с постоянным передаточным отношением;

2). Передачи регулируемые, или вариаторы, позволяющие изменять передаточное отношение плавно и непрерывно (бесступенчатое регулирование).

Каждая из указанных групп охватывает большое количество передач, различающихся по конструкции и назначению.

Например различают передачи:

1). С параллельными и пересекающимися осями валов;

2). С цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверхностью рабочих катков;

3). С постоянным или автоматически регулируемым прижатием катков;

4). С промежуточным (паразитным) фрикционным элементом или без него и т. д.

Схема простейшей нерегулируемой передачи изображена на рис. 104 Она состоит из двух катков с гладкой цилиндрической поверхностью, закрепленных на параллельных валах.

1. Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничивается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуется плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т. п. Как силовые (не кинематические) передачи они не могут конкурировать с зубчатыми передачами по габаритам, надежности, КПД и т. п.

2. Фрикционные вариаторы применяют как в кинематических, так и в силовых передачах в тех случаях, когда требуется бесступенчатое регулирование скорости (зубчатая передача) не позволяет такого регулирования. Применение фрикционных вариаторов на практике ограничивается диапазоном малых и средних мощностей до 10 кВт, реже до 20 кВт. В этом диапазоне они успешно конкурируют с гидравлическими и электрическими вариаторами, отличаясь от них простотой конструкции, малыми габаритами и повышенным КПД. При больших мощностях трудно обеспечивать необходимую силу прижатия катков. Эта сила, а также соответствующие нагрузки на валы и опоры становятся слишком большими, конструкция вариатора и нажимного устройства усложняется.

1) Удобство регулирования частоты вращения ведомого звена;

2) Простота конструкции;

З) Плавность движения и бесшумность.

Большие нагрузки на валы и опоры;

Возможность проскальзывания катков (непостоянство передаточных отношений).

Фрикционные вариаторы нашли применение в станкостроении, сварочных и линейных машинах, в сельхозмашинах, в различных отраслях приборостроения и т. д.

Способы прижатия катков. На практике применяют два способа прижатия катков:

1. С постоянной силой, которую определяют по максимальной нагрузке передачи.

2. С переменной силой, которая автоматически изменяется с изменением нагрузки.

Постоянное прижатие образуют вследствие предварительной деформации упругих элементов системы при сборке (например, податливых катков), установкой специальных пружин, использованием собственной массы элементов системы и т. п.

3.

Рис 1. Цилиндрическая фрикционная передача

4.

Рис. 2. Конусная фрикционная передача

Регулируемое прижатие катков требует постоянство отношения Ft/Fn Кроме шариковых, применяют винтовые нажимные устройства.

3. Виды фрикционных передач

Коническая фрикционная передача. Конические фрикционные передачи преобразовывают вращательное движение между валами, оси которых пересекают, причём обычно угол между осями , где и — половины углов при вершине конусов ведущего и ведомого катков.

Для конических фрикционных передач рекомендуется . Коэффициент полезного действия конических фрикционных передач .

Критерий работоспособности и принципы расчёта конических фрикционных передач аналогичны рассмотренным ранее для цилиндрических передач, но основным расчётным параметром следует считать средний диаметр Dm большего (обычно ведомого) катка, так как в основном именно этот размер определяет габариты передачи.

Фрикционные вариаторы. 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, делённому на минимальное

(2.),

Для одноступенчатых вариаторов преимущественные значения Д = 3…6. С увеличением диапазона регулирования снижается КПД вариатора[3].

4. Критерии работоспособности фрикционной передачи

Для фрикционных передач с металлическими катками основным критерием работоспособности является контактная прочность. Прочность и долговечность фрикционных передач оцениваются по контактным напряжениям — напряжениям смятия поверхности на площадке контакта. Расчет па прочность фрикционной передачи Схема для расчета цилиндрической фрикционной передачи представлена на рис. 3.

Рисунок 3. Схема для расчета цилиндрической фрикционной передачи

Контактные напряжения передач с контактом по линии определяют по формуле Герца

(3),

где Q — сила прижатия катков;

;

К — коэффициент запаса сцепления (коэффициент нагрузки), К= 1,25. 2;
l— длина контактной линии;

— приведенный радиус кривизны:,

—приведенный модуль упругости, — коэффициент Пуассона[4].

Заключение

В результате проделанной работы выявлено, что главным достоинством фрикционных передач, а которых окружное усилие передается за счет сил трения между катками, является возможность создания на их базе фрикционных вариаторов (бесступенчатых коробок передач). К достоинст­вам можно отнести также то, что эти передачи работают бес­шумно даже на сверхвысоких скоростях и сравнительно просты по конструкции. А так же главный недостаток – ограниченная передаваемая мощ­ность в связи с отсутствием пока достаточно прочных материалов. Благодаря данному материалу, было рассмотрено: классификация фрикционной передачи, ее достоинства и недостатки, расчет фрикционной передачи, а также краткое знакомство с фрикционными вариаторами и их использованием.

Список литературы

1. Трение, изнашивание и смазка. Кн. 2. / Под ред. , // М.: Машиностроение, 2008. — 357 с.

2. , Ревков клиноременные и фрикционные передачи. М.: Машиностроение, 2000. — 320 с.

3. Иванов машин. — М.: Высш. шк., 2008. — 383 с.

4. Пожбелко предельного трения / Вестник Российской академии транспорта (Уральское межрег. отд.) // Курган: РАТ. — 2009. — Вып. 2. — С. 226—228.

5. Пожбелко модель трения и нахождение универсальных триботехнических констант / Известия Челябинского научного центра, 2009. — Вып. 3(6).

[1] Пожбелко предельного трения / Вестник Российской академии транспорта (Уральское межрег. отд.) // Курган: РАТ. — 2009. — Вып. 2. — С. 226—228.

[2] Трение, изнашивание и смазка. Кн. 2. / Под ред. , // М.: Машиностроение, 2008. — 357 с.

[3] Пожбелко модель трения и нахождение универсальных триботехнических констант / Известия Челябинского научного центра, 2009. — Вып. 3(6).

[4] , Ревков клиноременные и фрикционные передачи. М.: Машиностроение, 2000. — 320 с.

Источник