Детали машин / Konspekty_lekcii / Конспекты лекций / Лекция 22. Рычажные передачи. Фрикционные передачи
Только сегодня: скидка до 20% в подарок на первый заказ.
Какую работу нужно написать?
Другую работу
Помощник Анна
5. Цилиндрическая фрикционная передача Устройство, основные геометрические и силовые соотношения Фрикционную передачу с параллельными осями валов и с рабочими поверхностями цилиндрической формы называют цилиндрической. Простейшая фрикционная передача с гладкими катками и постоянным передаточным числом показана на рис. 22.23. Один вал d 1 устанавливают на неподвижных подшипниках, подшипники другого вала d 2 — плавающие. Катки 1 и 2 закрепляют на валах с помощью шпонок и прижимают один к другому специальным устройством с силой F r . Цилиндрические фрикционные передачи с гладкими катками применяют для передачи небольшой мощности (в машиностроении до 10 кВт); эти передачи находят широкое применение в приборостроении. Для одноступенчатых силовых цилиндрических фрикционных передач рекомендуется u 6. Определите конструктивные исполнения прижимных устройств цилиндрических фрикционных передач, показанных на рис. 22.23 и 22.32. Аналогичное назначение имеет цилиндрическая фрикционная передача с катками клинчатой формы (см. рис. 22.24). В передачах с клинчатыми катками при данной силе F , прижатия одного катка к другому нормальные силы между рабочими поверхностями, а следовательно, и силы трения значительно больше, чем в передачах с гладкими катками (тем большие, чем меньше угол клина). Это позволяет снизить в передачах с клинчатыми катками силу F r в 2 — 3 раза. Число клиновых выступов для катков принимают равным z = 3…5 (рис. 22.33). При z > 5 условие равномерного прилегания всех рабочих поверхностей таких катков ухудшается. Мощность этой передачи достигает 15 кВт. Недостатки: большое изнашивание клиновых выступов катков; сложность изготовления катков; более низкий КПД η 0,88 0,9 , чем в передаче с гладкими катками ( η до 0,92).
| Рис. 22.32 | Рис. 22.33 |
Цилиндрические фрикционные передачи могут быть выполнены с гладкими выпуклыми или выпукло-вогнутыми катками (рис. 22.34, а , б , в ). Имеются и другие конструктивные разновидности фрикционных цилиндрических передач. Геометрические параметры передачи (см. рис. 22.33). Межосевое расстояние
| a 1/ 2 D 1 D 2 1/ 2 D 1 1 u | (22.6) |
| Диаметр ведущего катка | |
| D 1 2 a / 1 u | (22.7) |
| Диаметр ведомого катка | |
| D 2 D 1 u 2 au / 1 u | (22.8) |
| Рис. 22.24 | |
| Рабочая ширина обода катка | |
| b a ψ a | (22.9) |
где ψ a 0,2 0,4 — коэффициент ширины обода катка по межосевому расстоянию. Для компенсации неточности монтажа на практике ширину малого катка (см. рис. 22.32) принимают, мм:
| b 1 b (5. 10) . | (22.10) |
Силы в передаче. Для обеспечения работоспособности фрикционных передач необходимо прижать катки (см. рис. 22.33) силой нажатия F r таким образом, чтобы соблюдалось условие (22.1), т. е.
| R f F r f F t , | (22.11) |
где R f – максимальная сила трения; F t , – передаваемая окружная сила; f – коэффициент трения (выбирается по табл. 22.1). Отсюда сила нажатия F r F t / f или
| F r K c ( F t / f ) | (22.12) |
где К с – коэффициент запаса сцепления; вводится для предупреждения про-
буксовки от перегрузок в период пуска передачи (для силовых передач К с = 1,25 — 1,5; для передач приборов K c = 3 — 5). По схеме, показанной на рис. 22.13,
| F t 2 M 1 / D 1 M 1 1 u / a | (22.13) |
Подставив формулу (22.13) в формулу (22.12), определим силу нажатия 6. Коническая фрикционная передача. Фрикционную передачу с пересекающимися валами и катками, рабочие поверхности которых конические, называют фрикционной конической передачей. На рис. 22.25 показана фрикционная коническая передача с постоянным передаточным числом. Ее устройство аналогично цилиндрической фрикционной передаче. Прижимной каток конической передачи обычно меньший, так как при этом необходима меньшая сила нажатия. Угол 8 между осями валов (рис. 22.25) может быть различным. Как правило, δ δ 1 δ 2 90 0 , (2.19) Рис. 22.25 где δ 1 — угол при вершине конуса ведущего катка; δ 2 — угол при вершине конуса ведомого катка. Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы общая вершина конусов лежала в точке пересечения геометрических осей валов. Коническая фрикционная передача может быть нереверсивной (чаще) и реверсивной. Ее применяют для передачи небольшой мощности (до 25 кВт).
Опишите кратко устройство конической фрикционной передачи. Какой каток делается прижимным в конической фрикционной передаче? Геометрические параметры передачи (см. рис. 22.25). 1. Конусное расстояние (из ∆ AO 1 O)
| D | 2 | D | 2 | 2 | D | |||||||||||||||||||||
| R e | 1 | 1 | 1 u 2 | ; | (2.20) | |||||||||||||||||||||
| 2 | 2 | 2 | ||||||||||||||||||||||||
| среднее конусное расстояние R = R e — 0,5b. | ||||||||||||||||||||||||||
| 2. | Диаметр ведущего катка | |||||||||||||||||||||||||
| D 1 | 2R e | или D 1 2R e sinδ 1 (из | ABC) | (2.21) | ||||||||||||||||||||||
| 1 u 2 | ||||||||||||||||||||||||||
| 3. | Диаметр ведомого катка | |||||||||||||||||||||||||
| D 2 | 2R e u | или D 21 2R e sinδ 2 | (из | ABC) | (2.22) | |||||||||||||||||||||
| 1 | u 2 | |||||||||||||||||||||||||
| 4. | Длина линии контакта | |||||||||||||||||||||||||
| b Rψ R , | (2.23) | |||||||||||||||||||||||||
| где ψ R 0,25 0,3- коэффициент длины линии контакта. | ||||||||||||||||||||||||||
| 5. | Ширина обода катка | |||||||||||||||||||||||||
| b k | bcosδ 1 ; | b k | bcosδ 2 | (2.24) | ||||||||||||||||||||||
| 1 | 2 | |||||||||||||||||||||||||
| 6. | Средний диаметр ведущего катка | |||||||||||||||||||||||||
| D m | D 1 | 2 1/ 2bsinδ 1 | D 1 b sinδ 1 | (2.25) | ||||||||||||||||||||||
| 1 | ||||||||||||||||||||||||||
| 7. | Средний диаметр ведомого катка | |||||||||||||||||||||||||
| D m | 2 | D 2 2 1/ 2bsinδ 2 | D 2 | b sinδ 2 | (2.26) | |||||||||||||||||||||
Силы в передаче. В конической фрикционной передаче действующие силы определяют по размерам средних сечений катков (см. рис. 22.25). Условие работоспособности для конической фрикционной передачи аналогичное ранее рассмотренному. Силу нажатия катков определяют по формуле
| F | K c F t | K | 2M | |||||||
| c fD m | ||||||||||
| r | f | |||||||||
| где Ft = 2M/D m . | ||||||||||
| Силу F r можно разложить на осевую F a2 | и радиальную F r2 | составляю- | ||||||||
| щие (см. рис. 2.13). | ||||||||||
| Осевая сила ведущего катка | ||||||||||
| F a | F r sinδ 1 ; | (2.28) | ||||||||
| 1 | ||||||||||
| ведомого катка | ||||||||||
| F a 2 | F r sinδ 2 ; | (2.29) | ||||||||
| Радиальные силы катков | ||||||||||
| F r | F a | ; | F r | F a | (2.30) | |||||
| 1 | 2 | 2 | 1 | |||||||
7. Фрикционные вариаторы Фрикционный механизм, предназначенный для бесступенчатого регулирования передаточного числа, называют фрикционным вариатором или просто вариатором. Вариаторы выполняют в „виде отдельных одноступенчатых механизмов с непосредственным касанием катков (см. рис. 22.26) или с промежуточным диском (см. рис. 22.27 и 22.28). Основная кинематическая характеристика вариатора — диапазон варьирования угловой скорости (передаточного числа) ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала:
| Д | ω 2max | n 2 max | (2.36) |
| ω 2min | n 2 min |
Лобовые вариаторы (см. рис. 22.26). Ведущий каток 1 радиуса R 1 устанавливается на валу на скользящей шпонке и может перемещаться вдоль оси. Ведомый каток 2 радиуса R 2 закреплен на валу неподвижно. За счет нажимного устройства создается сила трения, необходимая для работы вариатора. Бесступенчатое изменение угловой скорости в этом вариаторе достигается перемещением вдоль вала ведущего катка 1 , при этом R 1 = const; R 2 ≠ const. Отсюда передаточное число
| u = R 2 / R 1 ≠ const. | (2.37) |
Лобовой вариатор позволяет изменять направление и частоту вращения ведомого вала, останавливать его на ходу без выключения привода. Увеличится или уменьшится передаточное отношение вариатора (см. рис. 22.16), если малый каток перемещать к центру большого? Как классифицировать лобовой вариатор по взаимному расположению осей валов? Торовые вариаторы (см. рис.22.27). На концы валов насажены две торовые чашки 1 и 2 . Вращение от ведущей чашки к ведомой передается промежуточными дисками 3 , свободно вращающимися на осях 4 . Угловая скорость ведомой чашки изменяется при одновременном повороте осей 4 вокруг шарнира 5 . При этом изменяются радиусы R 1 и R 2 чашек 1 и 2 , т. е. R 1 ≠ const; R 2 ≠ const. Отсюда u = R 2 / R 1 ≠ const. Для торовых вариаторов диапазон варьирования
| Д R max / R min 2 . | (2.38) |
В какое положение необходимо поставить промежуточный диск 3, чтобы передаточное число и было равно единице (см. рис. 22.27)? Правильно ли показано направление вращения ведомого катка у торового вариатора. Как классифицировать рассматриваемый вариатор по взаимному расположению осей валов. Вариатор с коническими катками (см. рис. 22.28). На ведущем и ведо-
мом валу установлены катки 1 и 2 с рабочими поверхностями конической формы. Вращение от ведущего катка 1 к ведомому 2 передается промежуточным диском 3 цилиндрической формы, свободно вращающимся на оси 4 . Пружина 5 обеспечивает необходимую силу нажатия для нормальной работы вариатора. При перемещении промежуточного диска 3 вдоль оси 4 радиусы R 1 и R 2 ведущего 1 и ведомого 2 катков изменяются. В данной конструкции вариатора. R 1 ≠ const; R 2 ≠ const. Отсюда u = R 2 / R 1 ≠ const. Диапазон варьирования для вариаторов с коническими катками Д R max / R min 2 . В современном машиностроении применяют вариаторы с принципиально различными схемами. В данной книге рассмотрены наиболее распространенные конструкции фрикционных вариаторов. Вариаторы находят практическое применение в машиностроении (в станках, прессах, конвейерах и т. п.), приборостроении и других отраслях промышленности. На рис. 22.26 показана схема дискового фрикционного вариатора. Рис. 22.26 Контрольные вопросы 1. Где применяются рычажные передачи? 2. Перечислите основные элементы рычажных передач. 3. Перечислите основные достоинства и недостатки рычажных передач. 4. Почему передача называется качалка – тяга? 5. В чем заключается проектный расчет рычажных передач? 6. Какие проверочные расчеты производят для элементов рычажных передач?
7. По перечисленным признакам классификации дайте характеристику передаче, изображенной на рис. 22.29. 8. Укажите основные достоинства и недостатки фрикционной передачи, работающей в режиме пробуксовки катков. 9. Можно ли рекомендовать фрикционную передачу для точных делительных механизмов? 10. Почему ведомый каток рекомендуют изготовлять из более износостойкого материала? 11. Каким материалом покрывают катки, показанные на рис. 22.30? 12. Назовите силовые параметры фрикционной передачи, показанные на рис. 22.23. 13. Чем обусловлено скольжение в закрытой фрикционной передаче? 14. Дайте определение передаточного числа. 15. Запишите формулу передаточного числа при условии известных частот вращения ведущего и ведомого валов п 1 , и п 2 . 16. Чем объяснить, что КПД в закрытых передачах больше, чем в открытых? 17. Объясните процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхностей катков закрытых передач (см. рис. 22.31, б ). 18. Каково основное назначение фрикционной передачи с катками клинчатой формы? 19. Дайте определение условию работоспособности фрикционной передачи. 20. Как назвать передачу, показанную на рис. 22.34, г ? Для чего она предназначена? 21. Опишите кратко устройство конической фрикционной передачи. Какой каток делается прижимным в конической фрикционной передаче? 22. Зависит ли сила нажатия катков от коэффициента трения? Если да, то как? От каких геометрических параметров передачи зависит эта сила? 23. Как классифицировать вариатор с коническими катками по взаимному расположению осей валов? 24. Дайте определение основной кинематической характеристики вариатора?
Укажите основные достоинства и недостатки фрикционной передачи, работающей в режиме пробуксовки катков
Вследствие отмеченных выше недостатков в машиностроении эти передачи применяют сравнительно редко (фрикционные прессы, молоты, лебедки в буровой технике и т. п.), чаще применяют в приборах и аппаратах, где требуется плавность и бесшумность работы (магнитофоны, проигрыватели, спидометры и т. п.). Наиболее распространены в машиностроении вариаторы — фрикционные передачи с переменным передаточным числом. Их применяют в металлорежущих станках, в приводах текстильных и транспортных машин и т. п.
Можно ли рекомендовать фрикционную передачу для точных делительных механизмов? Чем объяснить ухудшение качества звучания проигрывателя (звук «плывет») при нормальной работе всех его электронных блоков.
2.5. Материалы катков фрикционных передач.
К материалам трущихся поверхностей катков предъявляют следующие требования: высокие износостойкость, коэффициент трения /, модуль упругости Е и влагостойкость. Катки фрикционных передач изготовляют из однородных или разнородных материалов. При этом целесообразно ведо-мый каток выполнять из более износостойкого материала. Применяют следующие сочетания материалов.
1. Для быстроходных закрытых силовых передач — закаленная сталь по
закаленной стали (стали ШХ15, 40ХН, 18ХГТ и др.). Такое сочетание обес
печивает наибольшую компактность передачи, но требует более точного
изготовления и малых параметров шероховатости поверхностей.
2. Для открытых тихоходных силовых передач — чугун по чугуну
(СЧ15; СЧ20; СЧ25 и др.) или чугун по стали. Чаще применяют чугун по
стали, что обеспечивает меньший шум при работе передачи.
3. Для малонагруженных открытых передач, не требующих большой
долговечности, — текстолит, гетинакс или фибра по стали или по чугуну.
Такое сочетание материалов позволяет уменьшить требования к качеству
обработки контактирующих поверхностей, так как они хорошо прирабаты
ваются (рис. 2.5, в).
| г) |
| в) |
Рис. 2.5. Материалы трущихся поверхностей катков: а, б — резина; в — фибра; г — кожа
4. Для передачи незначительных вращательных моментов — кожа, резина, прорезиненная ткань, ферродо, пластмасса по стали или чугуну. Один из катков изготовляют из стали или чугуна (чаще ведомый), а второй покрывают одним из перечисленных неметаллических материалов (рис. 2.5, а, б, г).
Почему ведомый каток рекомендуют изготовлять из более износостойкого материала?
Воспользуйтесь поиском по сайту:
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2023 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.008 с) .
Контрольная карточка 2.3
2.1. При буксовании ведомый каток 2 (см. рис. 2.1) останавливается, а зедущий 7 скользит по нему, при этом рабочие поверхности катков изнашиваются (образуются лыски).
2.2. Передача, изображенная на рис. 2.4, фрикционная с нерегулируемым передаточным числом, коническая, с пересекающимися осями валов, закрытая.
2.3. Достоинство — предохранение: от поломок недостатки — непостоянство передаточного числа и, повышенное и неравномерное изнашивание катков.
2.4. Не рекомендуется вследствие непостоянства передаточного числа. Пробуксовкой фрикционной передачи механизма привода диска (вращающего пластинку).
2.5. Ведомый каток во избежание образования лысок рекомендуют изготовлять из более износостойкого материала.
2.7. Наличием на рабочих поверхностях катков масляной пленки, невозможностью оптимизировать величину силы нажатия вследствие неравномерности передаваемой нагрузки при работе передачи. Передаточное число фрикционной передачи — отношение диаметра ведомого катка D2 к диаметру ведущего D1; u= D2/D1, (без учета проскальзывания).
2.8. Детали закрытых фрикционных передач работают в масляной ванне, поэтому сумма относительных потерь ∑Ψ этих передач меньше, чем открытых.
2.9. Усталостные трещины образуются на поверхности ведущего катка / з поверхностном слое и ведомого катка 2, за счет сил трения образуются
микротрещины (рис. 2.7). При вращении катков давление масла 3 возрастает, микротрещина увеличивается, и от поверхности катка 2 откалываются частицы металла.
2.11. В качестве прижимного устройства для цилиндрической фрикционной передачи могут служить пружины, рычаги с противовесом и т. п. (на рис. 2.6 прижимное устройство показано схематично стрелкой F1, на рис. 2.1 — прижимное устройство пружинного типа).
2.14. Формула для определения диаметра ведомого катка D2: u = D2/D1, отсюда D2 = D1u. Подставим вместо D, его значение из формулы (2.7). Тогда D2 = 2аu/(1 + и).
2.15. Максимальная сила трения Ff в месте контакта катков должна быть больше передаваемой окружной силы Ft, т. е. Ff≥ Ft.
2.16. Для цилиндрической фрикционной передачи со стальными, чугунными или текстолитовыми катками. Контактные напряжения σн зависят от значений D1, D2и b.
2.18. От силы нажатия Fr.
2.19. Для цилиндрических фрикционных передач, катки которых изготовлены (или облицованы) из фибры, резины, кожи и дерева. Материал не подчиняется закону Гука.
2.22. Для конической фрикционной передачи (см. рис. 2.10) ведущий вал 1 устанавливается на подвижные подшипники, ведомый 2 на неподвижные. Для обеспечения работоспособного состояния передачи катки D1 и D2 прижимаются один к другому (нажимным делается больший каток) специальным прижимным устройством рычажного, пружинного или другого типа (на рис. 2.10 Fr — сила нажатия катков).
2.24. Зависит. Чем больше коэффициент трения /, тем меньше сила прижатия Fr и наоборот. Сила прижатия зависит от среднего диаметра ведущего катка.
2.25. Основная — диапазон регулирования. Диапазон регулирования угловой скорости ведомого катка — отношение наибольшей (максимальной) угловой скорости ведомого вала к наименьшей (минимальное) его угловой скорости, т. е. .
2.26.Если малый каток вариатора переместится к центру большого (рис. 2.11), то передаточное отношение уменьшится.
Лобовой вариатор — вариатор с пересекающимися валами.
2.27. При положении, осей 4 (см. рис. 2.12) промежуточных дисков 3, перпендикулярном к оси катков 1 и 2, передаточное число и = 1. Направление вращения ведомого катка по часовой стрелке. На рис. 2.5 показан вариатор с соосными валами.
2.28. Диаметр промежуточного диска 3 (см. рис. 2.13) не влияет на передаточное число. Доказательство: uо6щ = u1 u2; и1 = Rпр/R1; u2 = R2/Rnp. Отсюда .
Глава 3
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Фрикционные передачи
1
Тема: ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
1. ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
3. ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ И ПРИМЕНЕНИЕ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
4. К. П. Д. ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
5. ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ФРИКЦИОННЫХ КАТКОВ
6. МАТЕРИАЛЫ КАТКОВ
7. ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ФРИКЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА
8. ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
9. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
10. УСИЛИЯ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧЕ
11. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ С ГЛАДКИМ
ОБОДОМ
12. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТНОГО РАСЧЕТА ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
13. КОНИЧЕСКАЯ ФРИКЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА
14. ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО КОНИЧЕСКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
15. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОНИЧЕСКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
16. УСИЛИЯ В КОНИЧЕСКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧЕ
17. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОНИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
18. ВАРИАТОРЫ
19. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
2.
УСЛОВИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
ДООСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
В фрикционной передаче движение от ведущего катка к
ведомому передается силами трения, которые возникают
в месте контакта двух прижатых друг к другу катков
Достоинства:
1. Простота конструкции и обслуживания.
2. Равномерность и бесшумность вращения.
3. Возможность бесступенчатого регулирования
передаточного числа, причем на ходу, без останова передачи.
Недостатки:
1. Большой и неравномерный износ рабочих поверхностей
катков при буксовании.
2. Большие нагрузки на валы и подшипники от прижимного
усилия Т, что увеличивает их размеры и делает передачу
Условие
громоздкой. Этот недостаток ограничивает величину
работоспособности
передаваемой мощности.
передачи
3. Непостоянное передаточное число i из-за проскальзывания
Ттр >= Р,
катков.
где Р — передаваемое Нарушение условия Ттр >= Р приводит к буксованию. При
окружное усилие;
буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий
Ттр — сила трения в скользит по нему; при этом рабочие поверхности катков
изнашиваются. Для создания требуемой силы трения Ттр
месте контакта катков.
катки прижимают друг к другу силой Т, величина которой во
2
много раз превышает усилие Р.
2
3.
КЛАССИФИКАЦИЯ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
В зависимости от назначения различают фрикционные
передачи 1) с не регулируемым передаточным числом (см.
рис. 1); 2) с бесступенчатым (плавным) регулированием
передаточного числа (рис. 2). Это вариаторы.
B зависимости от взаимного расположения осей валов
фрикционные передачи бывают: 1) цилиндрические при
параллельных осях (см. рис. 1); 2) конические при
пересекающихся осях (рис. 3); 3) лобовые при
скрещивающихся осях (см. рис. 2).
В зависимости от условий работы фрикционные
передачи подразделяют на 1) открытые — работают всухую и
2) закрытые — работают в масляной ванне.
В открытых фрикционных передачах коэффициент трения f
выше, прижимное усилие катков Т меньше. В закрытых фрикционных
передачах масляная ванна обеспечивает хороший отвод тепла, делает
скольжение менее опасным, увеличивает долговечность передачи.
Применение.
Фрикционные передачи с нерегулируемым передаточным числом в машиностроении
применяют редко, например в фрикционных прессах, молотах. Для силовых передач они громоздки и
малонадежны. Их применяют преимущественно в приборах (спидометры, магнитофоны и др.), где
требуется плавность и бесшумность работы.
Фрикционные передачи— вариаторы — широко применяются в металлорежущих станках, в текстильных и
транспортирующих машинах и т. д. Фрикционные передачи предназначены для мощностей, не
превышающих 20 квт, окружная скорость катков допускается до 25 м/сек.
3
3
4.
ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ФРИКЦИОННЫХ КАТКОВ
4
К.П.Д. фрикционных передач зависит от потерь на скольжение катков и потерь в подшипниках.
Скольжение в зоне контакта обусловлено деформациями поверхностей катков. Потери в
подшипниках определяется прижимным усилием Т.
Для закрытых фрикционных передач η=0,88 — 0,93, для открытых η=0 68 — 0,86.
Усталостное выкрашивание (питтинг). Встречается в закрытых передачах, работающих при
обильной смазке и защищенных от попадания абразивных частиц. Прижимное усилие Т вызывает
в месте соприкосновения катков высокие циклические контактные напряжения, которые
способствуют развитию усталостных микротрещин на рабочих поверхностях. В поверхностном
слое катка образуются наклонные микротрещины в результате пластического течения металла
(рис. 5, а). Силы трения сдвигают металл, а масло высокого давления заполняет раскрытые
трещины. При закрытии трещин давление масла возрастает и частицы металла выкалываются
(рис. 5, б). На рабочей поверхности катка появляются мелкие раковины.
Задир. Возникает в быстроходных сильно нагруженных передачах при разрыве масляной пленки
на рабочей поверхности катков. В месте касания катков развивается высокая темпера тура,
масляный слой разрывается, и катки непосредственно соприкасаются друг с другом. В результате
происходит привар частиц металла с последующим отрывом от катков. Эти частицы задирают
рабочие поверхности в направлении скольжения.
Износ. Повышенный износ имеют открытые передачи, вследствие упругого скольжения и
пробуксовывания. Все виды разрушения рабочих поверхностей катков зависят от величины
4
контактных напряжений σо.
5.
Материалы катков
5
Материал фрикционных катков должны иметь высокие коэффициент
трения f и модули упругости Е, быть износостойкими и
влагонепоглощающими, во время работы не засаливаться.
Для фрикционных катков применяют следующие сочетания
материалов:
1. Закаленная сталь по закаленной стали. Рекомендуются стали:
40ХН, 18ХГТ, ШХ15 и др. Применяют в быстроходных закрытых
силовых передачах. Такие передачи отличаются высокими
износостойкостью и к. п. д., малыми габаритами, но требуют точность
изготовления.
2. Чугун по стали или чугуну. Применяют в открытых тихоходных
силовых передачах. Для увеличения твердости рабочие поверхности
чугунных катков отбеливают. Для повышения коэффициента трения
часто рабочую поверхность одного из катков облицовывают
фрикционным материалом: прессованным асбестом, ферродо и др.
3. Текстолит, гетинакс или фибра по стали. Применяют в
малонагруженных открытых передачах. Катки из этих материалов
5
имеют пониженную износостойкость и малый к.п.д.
6.
6
ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
На рис. показана схема простейшей цилиндрической
фрикционной
передачи
с
нерегулируемым
передаточным числом. Подшипники ведомого вала
выполнены плавающими и находятся под действием
пружины сжатия, вследствие чего обеспечивается
прижимное усилие Т.
В передаче с цилиндрическими катками
i=ω1/ω2=D2/[D1(1 — ε)]=~ D2/D1
где ε — коэффициент скольжения. ε = 0,005 — 0,03.
В связи с проскальзыванием ведомого катка относительно ведущего угловая скорость
ведомого вала ω2, несколько меньше теоретической скорости ω2′, подсчитанной без
учета скольжения. Величина скольжения оценивается коэффициентом скольжения
ε=(ω2′- ω2)/ ω2′.
В силовых передачах рекомендуется i D D D 1 i
1. Межосевое расстояние
А 1 2 1
2
2
2. Диаметр ведущего катка
D1
2A
1 i
3. Диаметр ведомого катка
D 2 D1i
2Ai
1 i
6
7.
Усилия в цилиндрической фрикционной передаче
При работе фрикционных передач (см. рис. 1) должно
соблюдаться условие Ттр>=Р, где сила трения Ттр=fТ.
Окружное усилие
P
2M1 M1 1 i
D2
A
.
Следовательно,
fT
M1 1 i
A
откуда прижимное усилие
T K
M1 1 i
P
K
fA
f
где К — коэффициент нагрузки (запас сцепления),
вводится для предупреждения пробуксовывания катков от
перегрузок, в частности, в период пуска.
Применение цилиндрической передачи с клинчатым
ободом (рис. 2) уменьшает прижимное усилие Т почти в
три раза. Однако эта передача применяется редко, так как
имеет повышенный износ рабочих поверхностей ручьев
из-за геометрического скольжения.
7
7
8.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ С ГЛАДКИМ
ОБОДОМ
Расчет по контактным напряжениям. Для фрикционных передач с
металлическими катками основным критерием работоспособности является
усталостная прочность, которая оценивается величиной контактных напряжений.
Наибольшие контактные напряжения определяют по формуле Герца
к 0,418 q
E ПР
ПР
где q — нормальная нагрузка на единицу длины контактных линий (погонная
нагрузка).
T M1K (1 i )
q
Для фрикционной цилиндрической передачи
b2
b 2 fA
b2 — расчетная ширина обода катков;
ЕПР — приведенный модуль упругости
E ПР
2E1E 2
E1 E 2
Е1, и Е2,— модули упругости материалов ведущего и ведомого катков;
ρПР — приведенный радиус кривизны цилиндрических катков;
ПР
R 1R 2
D1D 2
D2
Ai
R 1 R 2 2 D1 D 2 2 1 i 1 i 2
Подставив указанные значения q, ЕПР и ρПР в формулу (Ф.8)
получим формулу проверочного расчета
0,418 E ПР M1K(1 i) 2
к
A
f
b2 i
K
8
8
9.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ С ГЛАДКИМ
ОБОДОМ
Выразив значение b2, через А, т. е. b2.=φА·А, получим формулу проектного расчета
2
0,418 Е ПР М1 К
А (1 i)3
f A i
К
где [σ]К— допускаемое контактное напряжение для менее прочного из материалов
пары катков. Для закаленных сталей при хорошей смазке [σ]К =600 —: 800 н/мм2
(модуль упругости Е = 2,1·105 н/мм2); для чугунов [σ]К=1,5σВИ (Е=1,1·105 н/мм2),
где σВИ — предел прочности чугуна при изгибе; для текстолита [σ]К=80…100н/мм2
(E=6 ·103 н/мм2);
φА =b2/A — коэффициент ширины обода катков. Величина φА влияет на габариты
передачи, ее к. п. д., точность изготовления и монтажа, на величину прижимного
усилия. Чем больше φА, тем меньше масса и габариты передачи за счет
уменьшения А, но больше ширина обода катков, что затрудняет получение контакта по всей длине. С увеличением φА повышается требуемая точность
изготовления и монтажа.
Обычно принимают φА =0,2 — 0,4. Предельное значение ширины большого катка
b2 Для компенсации неточностей монтажа ширину малого катка принимают
b1=b2+(5 …10) мм.
Полученные формулы справедливы для материалов катков, подчиняющихся
закону Гука.
9
9
10.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ С ГЛАДКИМ
ОБОДОМ
Расчет по нагрузке на единицу длины контактной линии. Для
фрикционных передач из материалов, деформации которых не следуют
закону Гука (фибра, резина и др.), основным критерием
работоспособности является износостойкость. В этих случаях передачи
рассчитывают из условия ограничения нагрузки q на единицу длины
контактной линии.
Учитывая формулу вычисления q, получим формулу проверочного расчета:
M1K (1 i )
T
q
q
b2
b 2 fA
Выразив значение b2 через А, т. е. b2=φА·А, получим формулу проектного
расчета:
А
М1 К (1 i )
q f A
где [q] — допускаемая нагрузка на единицу длины контактной линии для
менее прочного из материалов пары катков. Для фибры по стали всухую
[q] =34 —39 н/мм2; для резины по стали всухую [q] =10 —28 н/мм2.
10
10
11.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТНОГО РАСЧЕТА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ С ГЛАДКИМ ОБОДОМ
Исходные данные:
1. Передаваемая мощность N или вращающий момент М на ведущем или ведомом
катке.
2. Угловые скорости катков ω1 и ω2 или одна из них и передаточное число i.
3. Условия работы.
Последовательность расчета:
1. Выбирают материалы катков в зависимости от условий работы и для
менее прочного материала принимают допускаемое напряжение [σ]К или
допускаемую нагрузку на единицу длины контактной линии [q].
2. Задаются расчетными коэффициентами К и φА.
3. Определяют требуемое межосевое расстояние передачи А из условия
контактной прочности или из условия ограничения погонной нагрузки.
4. Определяют геометрические размеры катков, уточняя фактическое
межосевое расстояние А’.
5. Полученные размеры передачи проверяют по контактным напряжениям
σК или по нагрузке на единицу длины контактной линии q, сравнивая их с
допускаемой величиной [σ]К или [q]. Проверка нужна не только при
уменьшении размеров, но и для выявления вычислительных ошибок.
11
Разрешается недогрузка передачи до 10% и перегрузка до 5%.
11
12.
ПРИМЕР ПРОЕКТНОГО РАСЧЕТА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ С ГЛАДКИМ ОБОДОМ
12
Пример 1. Рассчитать закрытую фрикционную цилиндрическую передачу с гладким ободом для привода,
винтового толкателя. Вращающий момент на ведущем катке М1 = 46,4·103 н·мм. Передаточное число
передачи i =3.
Решение..
1. Для обоих катков закрытой передачи принимаем сталь 40ХН с поверхностной закалкой, для которой [σ]К
=800 н/мм2 и Е=2,1·105 н/мм2.
По формуле (Ф.9) приведенный модуль упругости (оба катка стальные) ЕПР = Е1 = Е2 = 2,1·105 н/мм2.
По табл. для закрытой передачи (при работе в масляной ванне) f = 0,05.
2. Для передачи принимаем К=1,4; φА = 0,3.
3. Определяем межосевое расстояние передачи
2
0,418 Е ПР М1 К
А (1 i)3
(1 3)3
f A i
К
4. Определяем геометрические размеры передачи:
а) диаметры катков
2A 2 172
D1
1 i
1 3
2
5
3
0,418 2,1 10 46,4 10 1,4
172мм
0,05 0,3 3
800
86мм
. Принимаем D1 =90 мм.
D2 D1i 90 3 270мм
б) фактическое межосевое расстояние
b2= φА ·А’=0,3 ·180=54 мм. Принимаем b2=55 мм, b1 =60 мм.
5. Полученные размеры передачи проверяем по величине контактных напряжений
0,418
к
A
E ПР M1K(1 i ) 2
0,418
f
b2 i
180
2,1 105 45,4 103 1,4(1 3) 2
0,05
55 3
755 н / мм 2 K 800 н / мм 2
Недогрузка передачи составляет 5,6%, что допустимо.
12
13.
ПРИМЕР ПРОЕКТНОГО РАСЧЕТА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ С ГЛАДКИМ ОБОДОМ
13
6. Окружное усилие
2M1 2 46,4 103
P
1,03 103 н.
D1
90
Определяем прижимное усилие
P
1,03 103
T K 1,4
1,03 103 н.
f
90
В данном примере прижимное усилие Т больше окружного усилия Р
Т 28,8 103
28 раз
3
P 1,03 10
что является крупным недостатком фрикционных передач
13
14.
ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО и ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
КОНИЧЕСКОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
14
Фрикционная
передача
между
валами
с
пересекающимися осями осуществляется коническими
катками. Угол между осями валов δ может быть различным,
чаще всего δ=φ1+φ2=90o, где φ1 и φ2 — углы при вершинах
конусов ведущего и ведомого катков. Без учета
проскальзывания, согласно рисунку,
i=ω1/ω2=D2/D1 =tg φ2 =1/tg φ1
Для конических фрикционных передач рекомендуетcя i 1. Конусное расстояние. Из треугольника acd (см. рис.)
L
1
D
D
D12 D22 1 1 i 2 2 1 i 2
2
2
2i
2. Диаметр ведущего катка
D1
2L
1 i
3. Диаметр ведомого катка
D 2 D1i
4. Средний диаметр катков
2
2L Sin 1
2L i
1 i
2
2L Sin 2
Dcp=D-b·Sin φ
14
15.
15
Усилия в конической фрикционной передаче
Усилия в конической передаче определяют по размерам средних сечений катков, в
которых лежит условная точка приложения равнодействующей Рn (см. рис. б).
По условию работоспособности передачи ТТР>=Р, где сила трения между катками
ТТР=fТ, а окружное усилие Р =2M1/Dср1 . Следовательно, нормальное прижимное
усилие
Т К
TТР
P
2M1
К K
f
f
f D СР1
где К — коэффициент нагрузки (см. выше).
Осевые усилия ведущего и ведомого катков (см. рис. а)
Q1 =T·Sin φ1;
Q2 = T·Sin φ2;
Радиальные усилия катков (см. рис. б)
T1=Q2;
T2=Q1.
15
16.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОНИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
Расчет на контактную прочность фрикционных передач
с коническими катками ведется аналогично расчету
передач с цилиндрическими катками, для чего
коническую передачу заменяют эквивалентной ей
цилиндрической передачей с диаметрами катков DЭ1 и
DЭ2. Эквивалентная передача получается в результате
развертки
средних
дополнительных
конусов,
образующие которых равны DЭ1/2 и DЭ2/2.
Из треугольников ОО1S и ОО2S 0,5DЭ1 =(L — 0,5b) tg φ1 = (L — 0,5b)/i;
0,5DЭ2 =(L — 0,5b) tg φ2 = (L — 0,5b)i;
где b — ширина обода катков.
В параметрах эквивалентной цилиндрической передачи расчетное контактное напряжение
0,418 E ПР M Э1K(1 i Э )3
к
K
AЭ
f
b2 iЭ
где межосевое расстояние эквивалентной передачи (см. рис.)
AЭ = 0,5 (DЭ1+ DЭ2) = (L — 0,5b) (1+i)/i;
передаточное число эквивалентной передачи
iЭ
D Э 2 D СР 2Sin 2
Sin 2
i
D Э1 D СР1Sin 1
Sin 1
при φ1+ φ2= 90o, Sin φ1 = Cos φ2; tg φ2=i, следовательно, iЭ = i2;
16
16
17.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОНИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ
17
Момент на эквивалентном катке
D
D СР1
1
М Э Р Э1 Р
M1
2
2Ссоs 1
Соs 1
Преобразовав
2
1
1 i2
1
2
tg 1 1 1
соs 1
i
i
получим
2
MЭ1 М1
1 i
i
Подставив значения АЭ, iЭ и МЭ1 получим ф о р м у л у п р о в е р о ч н о г о расчета
конических фрикционных передач:
E ПР M1K( 1 i 2 )3
0,418
к
( L 0,5b)
f
b i
K
D
L 2 1 i2
Выразив ширину обода b через L, т. е. b=ψLL и заменив в формуле
2i
получим формулу для проектного расчета конических фрикционных передач (габаритные
размеры конической передачи зависят от величины D2 по которому и ведется проектный расчет
передачи):
2
0,418
D 2 2i3
K
E ПР
M1K
f
L (1 0,5 L ) 2 i
где ψL = b/L — коэффициент ширины обода. Обычно принимают ψL=0,25…0,3.
Последовательность проектного расчета конических фрикционных передач аналогична расчету
цилиндрических передач. Исключение составляет пункт 3, в котором определяют диаметр большего катка
17 D2 из
условия контактной прочности.
18.
ПРИМЕР ПРОЕКТНОГО РАСЧЕТА КОНИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ
ПЕРЕДАЧ
Пример 2. Рассчитать открытую коническую фрикционную передачу для привода пресса. Требуемая
мощность на ведомом валу N,=2 квт при ω2=6,6 рад/сек. Передаточное число i=2. Материал ведущего катка
текстолит, ведомого — чугун.
Решение..
1. Для текстолита принимаем [σ]К=90 н/мм2, Е1=6 103 н/мм2. Для чугуна Е2=1,1·105 н/мм2. Определяем
приведенный модуль упругости
2E1 E 2
2 6 103 1,1 105
E ПР
1,13 10 4 н / мм 2
3
5
E1 E 2
6 10 1,1 10
По табл. f=0,25. Для открытой передачи принимаем к. п. д. η=0,75. Определяем момент на ведомом валу
M2=106·N2/ω2=106 2/6,6=303·103 н·мм.
Определяем момент на ведущем валу
М1 = М2/(i·η) =303·103/(2·0,75)=202·103 н·мм.
2. Для конической передачи принимаем К=1,5; ψL=0,3.
3. Определяем диаметр большего катка
2
0,418 E ПР
M1K
D 2 2i3
2
f
(
1
0
,
5
)
i
K
L
L
2
4
202 10 3 1,5
0,418 1,13 10
3
2 2
354 мм .
2
90 0,25 0,3(1 0,5 0,3) 2
Принимаем D2=355 мм.
4. Геометрические размеры передачи:
а) конусное расстояние
L
D2
365
1 i2
1 2 2 198,5 мм
2i
2 2
18
18
19.
ПРИМЕР ПРОЕКТНОГО РАСЧЕТА КОНИЧЕСКИХ ФРИКЦИОННЫХ
ПЕРЕДАЧ
б) ширина обода катков
b=ψL·L=0,3·198,5=59,5 мм.
Принимаем b = 60 мм;
в) диаметры малого катка
D1 = D2/i=355/2=177,5 мм;
DСР1 =D1-b·sin φ1 = 177,5-60sin26o34′ = 150,7 мм,
где tg φ1 = 1/i = ½; φ1=26o34′.
5. Полученные размеры передачи проверяем по формуле контактных
напряжений:
2 3
к
0,418
( L 0,5b )
E ПР M1K( 1 i )
f
b i
0,418
1,13 10 4 202 10 3 1,5( 1 2 2 )3
(198,5 0,5 60)
0,25
60 2
88,8 н / мм 2 K 90 н / мм 2
Недогрузка передачи составляет 1%, что допустимо.
19
19
20.
20
ВАРИАТОРЫ
В
современном
машиностроении
применяется
большое
число
вариаторов
с
различными
принципиальными схемами. Вариаторы служат для
плавного изменения на ходу угловой скорости ведомого
вала при постоянной угловой скорости ведущего вала.
Выполняются в виде отдельных механизмов с
непосредственным контактом ведущего и ведомого
катков (см. рис. 1) или с промежуточным элементом
(см. рис. 2). Применяются в станках, прессах,
конвейерах и т. п. Главной характеристикой вариатора
является диапазон регулирования, равный отношению
максимальной угловой скорости ведомого катка ω2max к
минимальной его угловой скорости ω2min:
Д= ω2max/ω2min .
Практически для одноступенчатых вариаторов Д=3…8.
В зависимости от формы тела качения вариаторы
бывают лобовые, конусные, торовые и др.
20
21.
ВАРИАТОРЫ
21
Лобовые вариаторы (см. рис. 1). Применяются в винтовых прессах
и приборах. Бесступенчатое изменение угловой скорости ведомого
вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е.
изменением радиуса R2. Допускают реверсирование вращения.
Имеют интенсивный износ рабочих поверхностей катков и
пониженный к.п.д. вследствие разности скоростей на площадке
контакта. Так как R1=const, то диапазон регулирования лобового
вариатора Д =R2max/R1min.
Вариаторы с раздвижными конусами (см. рис. 2) имеют
наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным
элементом в тихоходных вариаторах является клиновой ремень или.
специальная цепь, в быстроходных — стальное кольцо. Плавное
изменение угловых скоростей ведомого вала достигается
раздвижением или сближением конусных катков, т. е. изменением
расчетных радиусов катков R1 и R2. Эти вариаторы имеют простую
конструкцию, но значительные габариты.
Торовые вариаторы. На рис. 3 показана схема вариатора системы
ЦНИИТмаш. Вариатор состоит из двух соосных катков с тороидной рабочей
поверхностью и двух промежуточных дисков.
Регулирование угловых скоростей производится поворотом дисков с помощью
рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы контакта R1 и
R2. Из всех вариаторов торовые наиболее компактны и совершенны, но имеют
сложную конструкцию и требуют высокой точности изготовления.
21
22.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ФРИКЦИОННЫХ 22
ПЕРЕДАЧ
1. Ведущий каток изготовляют из менее твердого материала, чем ведомый,
чтобы при буксовании на рабочей поверхности ведомого катка не
образовались лыски.
2. Ширину обода b1 малого катка выполняют на 5—10мм больше расчетной
величины b2 на возможное осевое смещение катков из-за неточности
сборки. Предельный размер b2 равномерное прилегание катков на большой ширине обода.
3. Прижимное устройство катков может создавать либо постоянную силу (с
помощью пружины, силы тяжести конструкции и др.), либо быть
самозатягивающимся; при этом прижимное усилие будет изменяться
пропорционально изменению передаваемого момента. Второй способ
применяют в ответственных передачах.
4. Для уменьшения буксования при пуске в цилиндрических фрикционных
передачах нажимным выполняют ведомый каток. В конических нажимным
делают меньший каток.
5. В многоступенчатых приводах фрикционную передачу целесообразно
применять на быстроходных ступенях.
22