Циліндрична фрикційна передача

Циліндрична фрикційна передача є найпростішою у виготовленні та використанні. Її застосовують при паралельному розташуванні осей валів. На малюнку 5.3 зображена кінематична схема циліндричної передачі з гладкими котками.

Робочими тілами передачі є два циліндричні котки, які притискаються силою . Сила притискування отримується двома конструктивними способами: встановлюються спеціальні притискні пристрої (пружини), які притискують один коток до іншого, або орієнтують передачу в просторі таким чином, щоб вага одного з котків забезпечувала необхідне притискне зусилля, використовуючи сили земного тяжіння. Внаслідок дії притискних сил в точці контакту робочих поверхонь котків виникає сила тертя . Під час обертання ведучого котка, сили тертя між котками приводять в рух ведений коток на якому виникає робоча сила , Ці сили напрявлені по дотичній до поверхні котків, прикладені в точці дотику котків і протилежно направлені.

Нормальна робота фрикційної передачі буде забезпечена в разі виконання умови коли . У випадку, коли сили тертя , які виникають між котками, будуть не меншими колової сили , то передача вважається працездатною.

Якщо не враховувати явище проковзування, колові швидкості в точці контакту котків повинні бути рівними.

; ; Þ ;

В такому випадку передаточне відношення передачі можна визначити за формулою:

.

Серед головних геометричних характеристик передачі визначають міжосьову відстань, діаметри ведучого та веденого котків, ширину робочих поверхонь котків.

Міжосьова відстань передачі визначається як половина суми діаметрів котків:

Ширину котка, як правило, визначають в залежності від міжосьової відстані передачі

,

де - коефіцієнт ширини котків.

Більші значення коефіцієнта приймають для більш точно виготовлюваних передач з жорсткими валами. Збільшення y призводить до зменшення міжосьової відстані, діаметрів котків, лінійної швидкості і коефіцієнту корисної дії передачі. Одночасно збільшується колове зусилля F_t, тиск на вали, їх опори F_оп. Це змушує виконувати передачі більш високої точності, що підвищує вимоги до монтажних робіт.

Під час роботи фрикційних пар відбуваються наступні види руйнувань робочих поверхонь:

1. Втомлюване викришування - в передачах, які працюють в маслі, де здійснюється рідинне тертя. В цих умовах робочі поверхні розділені шаром мастила, а знос приймає мінімальне значення.

2. Знос в передачах, які працюють без мащення, або при відсутності умов для утворення режиму рідинного тертя.

3. Задир поверхні пов’язаний з буксуванням або перегрівом передачі при великих швидкостях і навантаженнях в умовах недостатнього мащення.

Всі перелічені види руйнування залежать від напружень в зоні контакту. Тому міцність і довговічність фрикційних пар оцінюють за контактними напруженнями.

У випадку великих значень контактних напружень, на робочих поверхнях котків виникають тріщини, спричинені втомлюваністю матеріалу. Це призводить до поступового руйнування поверхні котків. Щоб запобігти цьому, розрахункові контактні напруження повинні перевищувати допустимі, тобто умова контактної витривалості повинна мати вигляд s_н <= [s_н]

Для котків з робочою поверхнею з деревини, шкіри, гуми та інших матеріалів, які не підлягають закону Гука, параметри передачі визначають з розрахунку на зносостійкість за допустимим навантаженням [q], яке діє на одиницю довжини контактної лінії:

Конічні фрикційні передачі

Конічна фрикційна передача служить для передачі обертового моменту між валами, осі яких перетинаються.

Мал.5.4. Конічна фрикційна передача

 

На малюнку 5.4 показаний один з можливих конструктивних виконань конічної передачі. Обід малого котка виготовлено з текстоліту, великий коток - чавунний. При осьовому притискуванні котків на лінії контакту виникає сила тертя, яка призводить до обертання веденого котка.

Мал.5.5. Конічна реверсивна передача

На малюнку 5.5 зображено конструкцію фрикційної реверсивної передачі. Якщо ведучий вал 1 обертається в одному напрямку, то напрям обертання веденого вала 2 залежатиме від того, яке з коліс вала буде знаходитися в контакті з колесом вала 2.

Для нормальної роботи конічної фрикційної передачі необхідно, щоб загальна вершина зрізаних конусів лежала в точці перетину геометричних осей валів.

Передаточне число конічної фрикційної передачі визначають як відношення діаметрів веденого та ведучого котків.

Мал.5.6. Лобова фрикційна передача

Особливий випадок фрикційної передачі – лобова передача (мал. 5.6). Вона складається з двох котків, що притискуються один до одного притискною силою. Але осі цієї передачі перетинаються під прямим кутом. Ведучий диск жорстко закріплений на валу в той час, коли ведений, обертаючись разом з валом, може переміщуватися вздовж осі вала. Ця конструктивна особливість дозволяє під час роботи передачі змінювати місцеположення веденого котка, що сприяє зміні передаточного відношення і лінійної швидкості веденого вала. Саме ця конструкція є базою для створення варіатора.

Варіатори

Лобову передачу також можна назвати варіатором. Варіатор - механічна передача, за допомогою якої можна здійснити безступінчату зміну передаточного відношення. Їх поділяють на: варіатори з безпосереднім контактом робочих поверхонь та варіатори з проміжною ланкою. За формою тіл котків розрізняють: лобовий, торовий, клиновий, конічний варіатори.

Мал.5.7. Торовий варіатор.

Лобовий варіатор - найпоширеніший в машинобудуванні (мал.5.6). Коток А, обертаючись навколо своєї осі, знаходиться в силовому дотику з котком Б і приводить його в рух. Ведучий коток А переміщуючись, вздовж осі вала, на якому він встановлений, змінює радіус дотикання, що відповідно змінює передаточне відношення передачі.

У випадку, коли коток А перемістити за вісь веденого диска Б, то при незмінному напрямку обертання ведучого вала ведений вал з диском Б змінить напрям обертання, тобто здійсниться реверсування ходу веденого вала.

Варіатор характеризується параметром, що має назву діапазону регулювання, який характеризує різницю зміни передаточного відношення.

Торовий варіатор в якості ведучого і веденого котків використовує тіла, які мають форму тора (мал. 5.7). Він має проміжні ланки циліндричної форми. Вони вільно насаджені на вал і одночасно доторкаються до ведучого та веденого котків.

 

 

Пасові передачі

Загальні відомості

Пасові передачі використовують у випадках, коли робочі вали розташовані на значній відстані один від одного, і робота передачі не вимагає сталості передаточного відношення.

Загальні характеристики передачі: потужність Р £ 50 кВт; колова швидкість u £ 30 м/с; міжосьова відстань а £ 15 м; передаточне відношення u £ 7. Коефіцієнт корисної дії коливається в межах від 0,91 до 0,98.

Пасова передача - це механізм, призначений для передачі обертового моменту з ведучого до веденого валу за допомогою насаджених на них шківів, які охоплює гнучка ланка - пас. Отже, передача складається з двох шківів (ведучого та веденого), які охоплює гнучкий пас. Шківи жорстко закріплені на валах. Передача характеризується геометричними кінематичними та силовими характеристиками.

геометричні характеристики передачі:

міжосьова відстань (а) - відстань між осями валів, на яких розташовані шківи;

діаметр ведучого (веденого) шківа d - діаметр шківа, по якому здійснюється обіг паса;

ширина шківа B - відстань між крайніми точками верхнього ободу шківа;

довжина паса L – геометричний розмір паса, визначений по осі;

ширина паса b – геометричний розмір, визначений по перерізу;

кут охоплення шківа a - кут, який утворюється між радіусами, що виходять з геометричної осі шківа і проходять через крайні точки дотику між пасом та шківом.

Мал.5.8. Пасова передача

До кінематичних параметрів передачі належать: потужність Р (кВт), обертовий момент Т (Н*м), кутова швидкість w (рад/с) та ряд допоміжних характеристик:

лінійна швидкість паса u (м/с), яка визначається за формулою:

;

де D – діаметр шків (мм); n – частота обертання шківа (об\хв);

передаточне відношення u визначається як відношення діаметра веденого шківа до діаметра ведучого . Причому таке визначення передаточного відношення не враховує пружного ковзання, яке спостерігається при нормальній роботі передачі.

Передача працює за рахунок сил тертя, які виникають між робочими тілами, шківами та пасом. Сила тертя між шківом та пасом виникає внаслідок прикладення до передачі сил попереднього натягу. Прикладення цієї сили обов’язкове.

Для проведення дослідження зробимо припущення, що пас не витягується і не проковзує по поверхні шківа. В передачі розрізняють ведучу (яка розташована як правило зверху) та ведену вітки паса. Натяг паса створюється в зоні контакту паса з шківами. Обертаючись, ведучий шків додатково розтягує ведучу вітку паса, що спричиняє виникнення робочого натягу паса. Ця вітка має назву - ведуча. Ведена вітка відносно спокійна. Для збільшення сили тертя між робочими поверхнями інколи використовують притискний пристрій.

Під час руху по поверхні шківа пас зазнає додаткових навантажень: розтяг відцентровими силами, згин під час перегину паса навколо шківа.

Мал. 5.9. Навантаження на пас

Натяг відцентровими силами виникає по всій коловій ділянці руху передачі. На ділянці входження паса в коловий сектор він додатково зазнає дії згинаючих зусиль. Внаслідок згину тіла паса в цій зоні, верхні шари перерізу розтягуються, нижні стискаються, а середні – залишаються в спокої.

Отже, під час роботи пасової передачі, на пас діють сили попереднього натягу, сили робочого натягу, відцентрові сили, та згинаючі (стискаючі) сили.

Під час роботи пасової передачі спостерігається пружне ковзання паса по поверхні шківа. Це явище шкідливе, але позбутися його важко. В певні періоди роботи передачі, виникає ще одне небажане явище, що повністю, або частково порушує роботу передачі. Мова йде про буксування. Буксування виникає внаслідок перевантаження передачі або зменшення сил тертя, внаслідок зменшення сил попереднього натягу, зменшення міжосьової відстані або потрапляння масла на робочі поверхні.

Класифікація пасових передач

В залежності від перерізу паса передачі поділяють на: кругло пасові, плоско пасові, клинописові, поліклинопасові, зубчатопасові.

Мал.5.10. Класифікація пасових передач

Круглі паси отримали використання в передачах з незначними передаваними потужностями. Так, швейні машинки з «ножним» приводом обладнані крулопасовою передачею. Як правило, такі паси виготовляють з шкіри. Через високу вартість шкіри, останнім часом, все ширше використовуються гумові паси. Частина з них виготовляється цільними безкінечними, наприклад в магнітофонах інші з’єднуються за допомогою спеціальної скоби (швейна машинка).

Плоскі паси виготоляють довгими стрічками, які потім нарізають і клеють, зшивають або закріплюють стальними скобами. Клеєнню підлягають лише шкіряні та прогумовані паси. Робочою поверхнею плоского паса є нижня поверхня паса, яка дотикається до шківа. Мінімально допустимий кут охоплення ведучого шківа в плоскопасовій передачі рівний a=150°.

Клинові паси виготовлені з врахуванням явищ розтягу (стиску) паса під час огинання шківа і з метою зменшення сил розтягу (стиску). Ці сили спричиняють швидкому руйнуванню паса. Щоб зменшити величину сил розтягу (стиску), клинові паси виготовляють у вигляді клина. Робочими поверхнями цих пасів є бокові поверхні паса.

Клинові паси виготовляють безкінечними, а також певних встановлених розмірів. Відсутність з’єднувального шва зменшує кінетичні навантаження в зоні з’єднання паса, що подовжує строк служби передачі.

Найбільш поширеними є клино- та плоскопасові передачі.