Фрикційні передачі технологічного обладнання

Фрикційними передачами називають механізми, в яких рух між ланками передається за рахунок сил тертя. На рис. 19.3 зображено фрикційну передачу руху від котка 1 до котка 2. Передача здійснюється силою тертя F, що створюється притисканням котка 1 до котка 2 деякою силою Q.

За характером руху вхідної й вихідної ланок фрикційні передачі розподіляють на передачі для перетворення: 1) обертового руху в обертовий; 2) обертового в поступальний і навпаки.

Позитивними властивостями фрикційних передач є простота конструкції, безшумність роботи, можливість здійснення передач із плавною (безступінчастою) зміною передавального числа, можливість проковзування фрикційних котків при перевантаженнях, що запобігає поломкам деталей механізмів, які приводяться в рух.

Недоліками фрикційних передач є: 1) несталість передавального числа в результаті проковзування котків; 2) необхідність у великих зусиллях притискання котків для забезпечення достатньої сили тертя, що викликає великі навантаження на вали та їх опори; 3) обмежена потужність, яка передається (для циліндричної фрикційної передачі – до 10 кВт); 4) підвищене спрацювання котків, в результаті якого виникає значний шум; 5) порівняно низький ККД (для передач звичайного типу h = 0,8…0,9).

При роботі фрикційної передачі завжди має місце проковзування, що виражається деяким зменшенням кутової швидкості w₂ вихідного котка. Величина ковзання залежить від конструкції передачі, навантаження, інших факторів і враховується коефіцієнтом

 

e = (w₂¢ – w₂) / w₂¢ = (n ₂¢ – n ₂) / n ₂¢, (19.1)

 

де w₂¢, w₂ і n ₂¢, n ₂ – відповідно теоретичні та фактичні кутові швидкості та частоти обертання вихідного котка.

З урахуванням ковзання передаточне число фрикційної передачі

 

. (19.2)

 

Для гарантії передачі руху сила тертя F_f повинна бути не
менша за колове зусилля F. Оскільки силу тертя у зоні контакту
визначають загальною формулою F_f = f × Q, тому сила натиску котків

 

Q ³ F / f. (19.3)

 

Сила натиску Q передається на опори котків, спричинючи їхнє зношення. Тому намагаються отримати необхідну силу F при меншому натиску. Для цього застосовують клинові фрикційні колеса. У цих передачах для визначення колового зусилля можна наближено скористатись коефіцієнтом тертя для клинових повзунів
f ¢ = f / sin a, де a – кут нахилу бічних стінок котка.

Тоді колове зусилля

 

F £ F_f, або F £ Q × f / sin a.

 

Ши­роко розповсюджені фрикційні варіатори (рис. 19.4) –передачі, що забезпечують плавну (безступінчасту) зміну кутової швидкості вихідної ланки при сталій швидкості вхідної. Варіатори використовуються у металорізальних верстатах, ковальсько-пресовому обладнанні, на транспорті, у механізмах приладів тощо. Зокрема, деякі типи варіаторів використовують у приладобудуванні для вико­нання математичних операцій (інтегрування, логарифмування, піднесення до квадрата, диференціювання тощо).

Широко використовується варіатор, зображений на рис. 19.4, так званий клинопасовий варіатор, основу якого складають дві пари дисків 1 – 1¢ і 2 – 2¢ та клиновий пас 3. Відстань між дисками синхронно регулюється таким чином, що при збільшенні відстані між дисками 1 – 1¢ відстань між дисками 2 – 2¢ відповідно зменшується. Це дає змогу при сталій довжині паса змінювати радіуси r ₁ та r ₂ і тим самим плавно змінювати передавальне число, яке визначають за
формулою

u = w₁/w₂ = r ₂/ r ₁.

 

 

Рис. 19.4. Схема клинопасового варіатора

 

Використання варіаторів як безступінчастих механічних регуляторів швидкості значно зростає у зв’язку з можливістю їх використання для автоматизації керування виробничими процесами,
оскільки вони легко вписуються у сучасні системи автоматичного керування.

Робота варіаторів характеризується тим, що при сталій кутовій швидкості w₁, вхідної ланки (рис. 19.4) кутова швидкість w₂ вихідної ланки змінюється в межах w_2max/w_2min. Тоді передавальне число змінюється у діапазоні від

 

u _max = w₁/w_2min до u _min = w₁/w_2max.

 

Основною характеристикою будь-якого варіатора є діапазон регулювання D = w_2max/w_2min = u _max/ u _min. Для більшої частини варіаторів D £ 6, для деяких може бути D = 10…12.

Фрикційні передачі відносяться до передач із безпосереднім контактом. Їхня робота ґрунтується на принципі використання сили тертя. До них відносяться варіатори, які відрізняються простотою конструкції, надаючи змогу легко забезпечити безступінчасте регулювання частоти обертання веденого вала. Передача обертаючого моменту у варіаторах здійснюється або за рахунок сили тертя
(фрикційні варіатори), або за рахунок зачеплення робочих елементів (ланцюгові варіатори).

Недоліками фрикційних передач - високі навантаження на вали й опори внаслідок необхідної великої сили взаємного притиснення робочих елементів, наявність пружного й геометричного ковзання, що викликає інтенсивне зношування робочих елементів передачі і їхнє руйнування.

Розвантажити вали та опори від сил притиснення робочих елементів і тим самим підвищити несучу здатність можливо завдяки фрикційній передачі, виконаної за схемою планетарного редуктора. Подібні конструкції дозволяють знижувати або підвищувати, безступінчато регулювати частоту обертання веденого вала. Фрикційні передачі з постійним передатним відношенням широко застосовуються в приладобудуванні; конічні й циліндричні реверсивні передачі знаходять застосування у гвинтових пресах.

Варіатори застосовують у приводах центрифуг для плавного розгону до досягнення необхідної частоти обертання; у приводах деревообробного обладнання для зміни режиму обробки залежно від породи й структури матеріалу й ін.

Пружне ковзання. Елементи ведучої ланки в зоні I (рис. 19.5), тобто тангенціальному напрямку, коротшають, а елементи веденої ланки в зоні II подовжуються.

 

 

Рис. 19.5. Схема пружного ковзання в фрикційній передачі

 

У зоні контакту ас на ділянці bc елементи ведучої ланки починають подовжуватися (окружна швидкість на ведучій ланці V ₁збільшується), а елементи веденої ланки коротшають (окружна швидкість на веденій ланці V ₂ зменшується). У результаті в зоні контакту на ділянці bс елементи ведучої ланки обганяють елементи веденої, і сила тертя від тиску на цій ділянці стає меншою окружної сили, тобто з’являється ковзання.

Максимальне значення швидкості ковзання V _кз залежить лише від тангенціальної деформації елементів коліс, тобто від переданої окружної сили та пружності матеріалу коліс.

Значення відносного пружного ковзання для пари сталь – сталь – 0,2 %.

Геометричне ковзання. Явище геометричного ковзання розглянемо на прикладі кінематичної схеми лобового варіатора
(рис. 19.6). Окружна швидкість V на ділянці ас постійна, тому що
R ₁ = const. Швидкість V ₂ = w₂ · R ₂ на ділянці ас не є постійною, бо
R ₂ = var. В точці a – V _{2 c} < V ₁, а в точці с – V _{2 c} > V ₁. Окружні швидкості коліс в точці b зони контакту ас рівні між собою (V _{1 b} = V ₂).

 

 

Рис. 19.6. Схема геометричного ковзання в фрикційній передачі

 

Вплив геометричного ковзання пропорційний величині розмірів зони контакту. Однак зменшення зони контакту приводить до
збільшення контактних тисків і наступному руйнуванню робочих тіл.