Фрикционные передачи и вариаторы

1. Фрикционные передачи и вариаторы

ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ И ВАРИАТОРЫ
Амоева Идэя Эдуардовна
ИБМ 5-51

2. Общие сведения

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Фрикционная передача
состоит из двух
соприкасающихся между
собой колес (катков, роликов,
дисков); вращение одного из
колес преобразуется во
вращение другого колеса за
счет сил трения, развиваемых
между ними.
Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения,
которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием
сжимающих сил Fn. При этом должно быть Ft Fтр
где Ft – окружная сила ; Fтр – сила трения между катками
F , F f
тр
n
f – коэффициент трения.
Нарушение условия приводит к буксованию и усиленному износу катков.

3. Достоинства и недостатки, применение

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ, ПРИМЕНЕНИЕ
Достоинства:
простота конструкции;
бесшумность работы;
равномерность вращения, что удобно для приборов;
возможность бесступенчатого регулирования угловой скорости
ведомого вала;
предохранение частей от поломок;
отсутствие мёртвого хода при реверсе передачи;
небольшая стоимость .
Недостатки:
потребность в прижимных устройствах;
значительные давления на валы и опоры;
повреждение катков при пробуксовке;
непостоянство передаточного числа из-за пробуксовки.
Фрикционные передачи могут работать со скоростями 25 м с и при
передаточных числах до 10. Значения передаваемых мощностей
колеблются в пределах от ничтожно малых в приборах до 300квт в
силовых передачах.

4. Классификация

КЛАССИФИКАЦИЯ
Фрикционные передачи
Нерегулируемые
(с постоянным
передаточным отношением)
Регулируемые, или
вариаторы
(передаточное переменное)

5. Классификация

КЛАССИФИКАЦИЯ
Фрикционные передачи с постоянным
передаточным отношением
между параллельными осями
валов
с гладким
ободом
с клинчатым
ободом
внешнее
колесо
внутреннее
колесо
между пересекающимися осями
валов
с гладким
ободом
с клинчатым
ободом

6. классификация

КЛАССИФИКАЦИЯ

7. Способы прижатия катков

СПОСОБЫ ПРИЖАТИЯ КАТКОВ
Способы прижатия катков :
с постоянной силой ( вследствие предварительной
деформации податливых катков : установкой специальных
пружин )
с переменной силой ( применением специальных нажимных
устройств, например, шариковое самозатягивающее
устройство, винтовое нажимное устройство ).
Способ прижатия катков оказывает большое влияние на
качественные характеристики передачи :к.п.д., постоянство
передаточного отношения, контактную прочность и износ
катков. Лучшие показатели получают при регулируемом
прижатии.

8. Основные факторы, определяющие качествофрикционной передачи

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
КАЧЕСТВОФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
Скольжение является причиной износа, уменьшения к.п.д. и непостоянство передаточного
отношения во фрикционных передачах.
Различают три вида скольжения :
буксование;
упругое скольжение;
геометрическое скольжение.
Буксование наступает при перегрузках, когда не соблюдается условие Ft Fтр. При буксовании
ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, вызывая местный износ или
задиры поверхности, что в конечном счете выводит передачу из строя. Поэтому при
проектировании следует принимать достаточный запас сцепления k и не допускать
использование фрикционной передачи в качестве предохранительного устройства от
перегрузки.
Упругое скольжение связано с упругими деформациями в зоне
контакта. Если бы катки были абсолютно жесткими, то первоначальный
Веду
контакт по линии оставался бы таким и под нагрузкой. При этом
окружные скорости будут равны и скольжения не будет. При упругих
1 2 3
телах первоначальный контакт по линии переходит под нагрузкой в
контакт по некоторой площадке.
Ведо
Удлинение поверхности ведущего колеса, соприкасающейся с укорачивающейся
поверхностью ведомого колеса, приводит к скольжению, которое начинается в точке 2,
возрастает на участке 2-3 и в т.3 достигает максимального значения.
Геометрическое скольжение возникает на площадке контакта вдоль образующих колес,
зависит от формы последних и связано с неравенством скоростей на площадке контакта у
ведущего и ведомого катков. Оно является решающим для фрикционных передач.

9. Основные кинематические, силовые и геометрические соотношения

ОСНОВНЫЕ КИНЕМАТИЧЕСКИЕ, СИЛОВЫЕ
И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ
В связи с проскальзыванием ведомого колеса относительно ведущего
окружная скорость его v2 несколько меньше окружной скорости последнего v1.
Зависимость между этими скоростями v2 = v1 ,
где - дзета - коэффициент, учитывающий упругое скольжение (от 0,995
для передач, работающих всухую, до 0,95 – для вариаторов).
D2
Можно записать 2 D 2 1 D1оттуда
u 1
2 D1
2
. 2
Для конической фрикционной передачи D1 и D2 – средние диаметры колес.
Таким образом, передаточное число фрикционной передачи с условно
постоянным передаточным отношением
1 n1
D2
T2
i
,
2 n 2 D1 T1
где - коэффициент
Fn полезного действия передачи.
D2
Для конической фрикционной передачи с углом
взаимного расположения валов, равным 90 ,
Fn2
sin 2
ctg 1 tg 2
.
F
n1
Fn
и
D1
1
2
i
sin 1
Для передач с постоянным передаточным
отношением, работающих всухую, можно не
учитывать коэффициент . Тогда
n
D
T
sin 2
i 1 1 2 2
i
tg 2 ctg 1
2 n 2. D1 T1
sin 1

10.

При расчетах вариаторов вместо отношения диаметров колес D2 D1
принимают отношение их радиусов R2 R1.n
R2
1
1
U
2
n2
R1
Передаточное число вариатора изменяется от минимального Umin до
максимального Umax значения.
Отношение максимальной угловой скорости ведомого колеса вариатора 2max
к минимальной его угловой скорости 2min называется диапазоном
регулирования
D 2 max
2 min .
Для простых вариаторов, у которых радиус ведущего колеса остается
постоянным, а радиус ведомого колеса 1изменяется
пределах от
Rв2 max
n1
1 R2minn 1до R 2 min
R2min
i
max
i
R2max
2 min n 2 min R 1 min
R1
2 max n 2 max
R1
.
R
R2max
D 2 max 2 max
2 min
R 2 min
2 max n 2 max R max
Диапазон регулирования в простых регуляторах
D D<4.
2симметричном
n
Для сдвоенных вариаторов при одновременном и
изменении
R 2min
min
2 min
радиусов ведущего R1 и ведомого R2 колес
2

11.

Для передачи фрикционной передачей окружной силы Ft ее колеса должны
прижиматься друг к другу с силой Fn, определяемой по формуле
Fn
k Ft
f
,
где k – коэффициент запаса сцепления колес.
В силовых передачах машин k=1.25 1.5, в передачах приборов k=2.5 3.
Коэффициент трения между колесами :
для стали по стали в масле f=0.04 0.05 ;
или чугуну в сухую f=0.15 0.2.
Силы Fn1 и Fn2, действующие на валы конической фрикционной передачи с
углом взаимного расположения валов, равным 90
Fn1 Fn sin 1
Fn 2 Fn sin 2
холостой ход
К.п.д. фрикционной передачи в зависимости от вида передачи может быть
равен 0.7 0.96. В основном, к.п.д.
фрикционной передачи колеблется в
пределах от 0.95 0.96.
область
область
частично
полное буксованиеС целью уменьшения потерь и
го
упругого
повышения целесообразно увеличивать
скольжени буксован
ия
диаметры и сохранять постоянными во
я
- кооф.тяги
время работы передачи коэффициент
F
t Ft
тяги.
Fn f
Последнее достигается применением механизмов, автоматически

12. Виды разрушений рабочих поверхностей катков

ВИДЫ РАЗРУШЕНИЙ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
КАТКОВ
Усилие нажатия во фрикционных передачах вызывает
на опорной поверхности колес значительные
контактные напряжения, которые имеют циклический
характер.
При таком характере нагружения металлических колес,
основными видами поломок фрикционных передач
являются:
усталостное выкрашивание (в передачах с жидкостным
трением смазки, когда износ сводится к минимуму);
износ (в передачах без смазки);
задир поверхности при пробуксовке.

13. Расчет на прочность

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
Контактные напряжения сжатия для фрикционных колес из стали и других
материалов с коэф-том Пуассона 0 определяют по формуле Герца
H 0.418
q E
,
где q – удельная нагрузка, т.е. нагрузка, приходящаяся на единицу длины
контактной площади колес; E – приведенный модуль упругости материалов колес ;
- приведенный радиус кривизны колес.
Расчет удельной нагрузки q k H Fn
b
k=1 1.3- коэф-т, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине
контактной площади ; b – длина 2контактной
площади.
E1 E 2
E
,
E E
2
1
где E1и E2 –соответственно модуль упругости материала ведущего и ведомого колеса.
Если материалы колес одинаковы, то E=E1=E2.
1 цилиндрической
1
1
Приведенный радиус кривизны для
фрикционной передачи
1
2
D1 D 2
U
0.5 D1
2 D1 D 21
U 1
D1 D 2
U
Для цилиндрической фрикционной передачи
0.5 D1
2 D1 cos 2 D 2 cos 1
U2 1
Для конической фрикционной передачи
.

14.

Задавшись коэффициентом ширины колес b D
1
U 1 K E T1
D1 0.9 3
U f H 2
Средний диаметр меньшего колеса D1 конической фрикционной передачи
D1 0.9 3
U 2 1 K E. T1
U
f H 2
Коэффициент ширины колес (длины контактной площади)
закрытой передачи ,
открытой передачи .
Затем вычисляют b= D1 по D1 и U определяют D2.
Проверочный расчет по контактным напрчжениям сжатия фрикционных
колес по формуле
k 0.418
q E
k
k -для закаленных стальных колес с HRC k 8000 12000 кгс см2 ;
- для текстолитовых колес k 800 100кгс см2.