Область применения фрикционных передач.

Фрикционные передачи с постоянным передаточным числом в качестве силовых передач в машиностроении применяют крайне редко (в фрикционных прессах, молотах и т. п.) из-за неконкурентоспособности с зубчатыми передачами по габаритам, надежности и КПД. Передаваемая мощность до 20 кВт, допускаемая скорость катков до 25 м/с. Эти передачи нашли ограниченное использование в виде кинематических передач в приборах (магнитофоны, кинокамеры и т. п.), где требуется плавность и бесшумность работы.

Фрикционные вариаторы широко применяют как в силовых, так и в кинематических передачах, когда требуется бесступенчатое регулирование передаточного числа.

Основные типы фрикционных передач и вариаторов.

В большинстве современных рабочих машин необходимо регулировать скорость рабочих органов в зависимости от изменяющихся свойств обрабатываемого объекта, условий технологического процесса, загрузки машины и т. п. Для этого машины снабжают ступенчатыми коробками передач или механически регулируемыми передачами - вариаторами, которые обеспечивают плавное (бесступенчатое) изменение угловой скорости ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала. Вариаторы позволяют установить оптимальный скоростной режим и регулировать скорость на ходу. Применение их способствует повышению производительности машины, качеству продукции, уменьшению шума и вибраций. Основной кинематической характеристикой любого вариатора является диапазон регулирования:

Д = ω_2max / ω_2min = u_max / u_min,

где ω_{2 max} и ω_{2 min} - максимальная и минимальная угловые скорости ведомого вала; u_max и u_min - максимальное и минимальное значения передаточного числа передачи.

Цилиндрическая фрикционная передача.

Применяется для передачи движения между валами с параллельными осями.

На рис. 14.1. показана схема простейшей цилиндрической фрикционной передачи с нерегулируемым передаточным числом. Опоры ведомого вала выполнены подвижными (плавающими) в направлении центров и находятся под действием пружины сжатия, вследствие чего обеспечивается прижимная сила .

В цилиндрической фрикционной передаче окружная скорость ведомого катка несколько меньше скорости ведущего катка . Первоначальный контакт по линии переходит под нагрузкой вследствие упругих деформаций в контакт по площадке. При контакте по линии имеет место равенство окружных скоростей ведущего и ведомого катков (качение), а при контакте по площадке скорости сопряженных точек катков не равны – возникает скольжение.

Влияние проскальзывания учитывают с помощью коэффициента скольжения:

,

где - для стальных катков; - для текстолита; - для резины по стали.

Передаточное число:

u = ω₁/ω₂ = d₂ / [ d₁ (1 — ε) ] ≈ d₂ / d₁,

В силовых передачах рекомендуется u ≤7.

Геометрический расчет передачи.

Межосевое расстояние:

.

Диаметр ведущего катка:

Диаметр ведомого катка:

Силы в передаче.

Окружная сила:

,

где - крутящий момент на ведущем вале.

Прижимная сила:

.

Коническая фрикционная передача.

Применяется для передачи движения между валами с пересекающимися осями (рис. 14.2.). Угол Σ между осями валов может быть различным, чаще всего Σ = δ₁+ δ₂=90˚, где δ₁ и δ₂ - углы при вершинах конусов ведущего и ведомого катков.

Рис. 14.2.

Передаточное число:

.

где и .

Следовательно:

.

Необходимые величины сил прижатия и определяют из уравнений:

; .

Из приведенных выше формул следует, что с увеличением передаточного числа уменьшается и увеличивается . Поэтому в понижающих конических передачах прижимное устройство целесообразно устанавливать на ведущем валу.

Лобовой вариатор.

Лобовой вариатор (рис. 14.3.) состоит из катков 1 и 2, установленных на взаимно перпендикулярных валах и прижатых один к другому пружиной сжатия. Вращение от ведущего вала к ведомому передается силой трения. Каток 1 соединен с ведущим валом длинной направляющей шпонкой. При перемещении его вдоль шпонки изменяется расстояние х от оси вращения ведомого вала, вследствие чего изменяется передаточное число и угловая скорость ω₂. Действительно, из условия равенства окружных скоростей катков (скольжением пренебрегаем) имеем:

,откуда .

Предельные значения передаточного числа:

; .

Диапазон регулирования:

.

Если каток 1 передвинуть в положение А, то произойдет изменение направления вращения ведомого вала (реверсирование).

В отношении КПД и износостойкости лобовые вариаторы уступают другим конструкциям. Однако простота и возможность реверсирования обеспечивают лобовым вариаторам достаточно широкое применение в передачах приборов.

Рис. 14.3.

Торовый вариатор.

Торовые вариаторы состоят из двух соосных катков с тороидной рабочей поверхностью и двух промежуточных роликов (рис. 14.4.). Торовые чашки (сферические катки) 1 и 2 закреплены на концах валов. Вращение от ведущего вала к ведомому передается двумя роликами 3, свободно установленными на осях 4. Изменение угловой скорости ω₂ ведомого вала достигается поворотом роликов вокруг шарниров 5. Ведущий вал вращается с постоянной угловой скоростью ω₁, а угловая скорость ω₂ может быть равна, больше или меньше ω₁. Если оси роликов перпендикулярны осям валов, то ω₂ = ω₁. При отклонении осей роликов влево ω₂ > ω₁, а при отклонении вправо ω₂ < ω₁.

Рис. 14.4.

Торовые вариаторы нормализованы для мощностей 1,5...15 кВт; диапазон регулирования при работе всухую , при работе в масле .

Передаточное число:

.

Из всех вариаторов торовые наиболее компактны, имеют минимальное скольжение и высокий КПД (до 0,95), но требуют высокой точности изготовления и монтажа.