Контрольные вопросы

1. Для каких целей используются механические передачи?

2. Какие виды механических передач вам известны?

3. Поясните, в чем отличие термина «передаточное число» от термина «передаточное отношение».

4. В чем разница между редуктором и мультипликатором?

5. Назовите основные характеристики, используемые в кинематических и энергетических соотношениях механических передач.

6. Какая характеристика является специфической для вариаторов?

4.2. Фрикционные передачи и вариаторы

Фрикционная передача – это передача, в которой движение передается силами трения.

Области применения: окружные скорости – 25 м/с; передаваемые мощности – до 300 кВт; передаточные числа – 4 … 10.

Основные достоинства:

• простота конструкции и обслуживания;

• бесшумность в работе;

• относительно низкая стоимость.

Недостатки:

• непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания и погрешностей диаметров тел качения;

• большие нагрузки на валы и опоры, а следовательно, усиленные подшипниковые узлы;

• необходимость применения специальных нажимных устройств.

Простейшие фрикционные передачи (рис. 4.4) состоят из двух колес (катков), которые прижимаются друг к другу с силой, создающей силу трения, равную величине передаваемого окружного усилия. Сила прижатия катков может создаваться собственным весом конструкции, рычагами, пружинами или специальными устройствами.

Рис. 4.4. Схема цилиндрической фрикционной передачи

Основные характеристики фрикционной передачи

Сила трения в контакте

, (4.19)

где f – коэффициент трения;

Q – сила прижатия.

Для нормальной работы передачи должно соблюдаться условие

F_{t max} ≤ F_{f max} , (4.20)

где F_t – передаваемое окружное усилие.

Создаваемый момент трения

; . (4.21)

Сила прижатия

, (4.22)

где К_зс – коэффициент запаса сцепления.

В ответственных случаях применяется автоматическое прижатие (самозатягивание), которое пропорционально передаваемому моменту.

Скольжение в фрикционной передаче

Скольжение в фрикционной передаче связано с упругими деформациями поверхностных слоев, износом поверхностей, возможным ослаблением прижатия катков, возможным непостоянством коэффициента трения.

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

Передаточное число фрикционной передачи с учетом скольжения

, (4.23)

где ε – коэффициент скольжения:

, (4.24)

где υ₁, υ₂ – линейные скорости в точке контакта.

Обычно ε = 0,002…0,05.

Материалы фрикционных передач

Основные требования к материалам:

– износостойкость и контактная прочность;

– высокий коэффициент трения;

– высокий модуль упругости, чтобы не возникала значительная деформация площадки контакта и не увеличивались потери на трение.

Сочетание закаленная сталь – закаленная сталь обеспечивает небольшие габаритные размеры передачи и высокий КПД; используют шарикоподшипниковые стали с закалкой до 60 НRС.

Сочетание чугун – чугун или чугун – сталь позволяет работать со смазкой и без нее (всухую).

Сочетание сталь – текстолит позволяет работать без смазки, коэффициент трения специальных пластмасс достигает 0,5.

Применяют тела качения, покрытые кожей или резиной. Эти материалы обеспечивают высокий коэффициент трения, но он зависит от влажности воздуха. Такие колеса обладают малой контактной прочностью. Иногда используют покрытие из дерева.

Более надежны передачи, у которых ведущее колесо выполнено из менее твердого материала.

Виды разрушений и критерии работоспособности передачи:

• усталостное выкрашивание рабочих поверхностей;

• заедание в тяжелонагруженных быстроходных передачах, работающих со смазкой;

• при разрыве масляной пленки образуются приваренные частицы, задирающие поверхность в направлении скольжения;

• изнашивание поверхности, часто неравномерное. Повышенное изнашивание наблюдается в открытых передачах.

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.