Расчет прочности фрикционных передач

Фрикционная передача — это передача, в которой движение переда­ется силами трения. Простейшие фрикционные передачи (рис. 1) 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.

Основные характеристики фрикционной передачи

Передаточное число без учета проскальзывания

 

.

Сила трения в контакте

,

 

где f — коэффициент трения (табл. П12 Приложения); Q — сила при­жатия.

Для случая, представленного на рис. 1, F_t≤ F_f.

Создаваемый момент трения

 

.

Сила прижатия

,

 

где К — коэффициент запаса сцепления.

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

Рис. 1. Схема цилиндрической фрикционной передачи

 

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

Скольжение в 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

 

где ε — коэффициент скольжения:

 

,

 

где v₁, v₂ — линейные скорости в точке контакта.

Обычно ε = 0,002...0,05.

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 HRC.

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.

Оценка фрикционных передач.

Надежны передачи, у которых ведущий шкив выполнен из менее твердого материала.

Достоинства фрикционных передач:

простота конструкции;

бесшумность и плавность работы;

возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа.

Недостатки фрикционных передач:

значительное давление на валы и опоры, ограничивающее величину передаваемой мощности;

скольжение в передаче, вызывающее непостоянство передаточного числа даже при тщательном изготовлении и монтаже передачи.

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.

Расчет на прочность фрикционной передачи

Схема для расчета цилиндрической фрикционной передачи пред­ставлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема к расчету цилиндрической фрикци­онной передачи

 

Контактные напряжения передач с контак­том по линии определяют по формуле Герца

,

 

где q — нормальная нагрузка по длине кон­тактной линии; Q — сила прижатия катков; К — коэффициент запаса сцепления (коэффи­циент нагрузки), К= 1,25...2; l — длина кон­тактной линии; ρ_пр — приведенный радиус кривизны:

 

;

 

E_np — приведенный модуль упругости,

 

;

 

μ — коэффициент поперечной деформации.

При μ = 0,3 получим условие прочности по контактным напряже­ниям:

 

 

,

 

где [σ_H] — допускаемое контактное напряжение для менее прочного материала катков.

Вариаторы

Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения ско­рости вращения ведомого вала на ходу при постоянной скорости ведуще­го вала. В зависимости от формы тел качения вариаторы делятся на ло­бовые, конусные, торовые, дисковые, клиноременные. Основная харак­теристика вариатора — диапазон регулирования

.

 

Лобовые вариаторы (рис. 2.3, а) просты, их выполняют реверсивны­ми. При изменении положения ролика 1 меняется радиус ведомого зве­на. Диапазон регулирования лобового вариатора

 

.

 

Конусные вариаторы без промежуточного звена (рис. 2.3, б) по диа­пазону регулирования аналогичны лобовым и могут обеспечить изме­нение направления вращения.

Конусные вариаторы с параллельными валами и промежуточным элементом (рис. 2.3, е) могут работать только на ускорение или замед­ление.

Торовые вариаторы (рис. 2.3, в) состоят из торовых чашек и роли­ков. Изменение скорости на выходе достигается поворотом осей вра­щения роликов. Из всех типов вариаторов торовые вариаторы наиболее совершенны, их недостаток — сложность конструкции. Диапазон регу­лирования торового вариатора

 

 

Многодисковые вариаторы (рис. 2.3, г) состоят из пакетов кониче­ских раздвинутых дисков, прижимаемых пружинами. Регулирование скорости производится смещением оси ведущего вала относительно ве­домого; изменяется величина радиуса контакта.

 

Рис. 2.3. Схемы основных типов фрикционных вариаторов: а — лобовые; б — конусные; в — хоровые; г — дисковый; д — клиноременные; е — двухконусный; 1 — ролик; Б — быстроход­ный вал; Т — тихоходный вал

 

КПД вариатора 0,75...0,85.

Диапазон регулирования дискового вариатора

 

 

Вариаторы с раздвижными шкивами и широкими клиновыми ремнями (рис. 2.3, д) просты и надежны. Их выпускают в виде самостоятельных агрегатов или встраивают в машину. Скорость регулируется изменени­ем расчетных диаметров шкивов с помощью осевого перемещения дис­ков. Диапазон регулирования таких вариаторов

 

.

 

Вариаторы стандартизированы, КПД = 0,8...0,9.

Практически для одноступенчатых вариаторов диапазон регулирования Д = 3...8.

Задача 1. Определить основные размеры цилиндрической фрикционной передачи привода транспортера. Передаваемая мощность , и угловые скорости ведущего и ведомого катков.

Дано: Р = 1,5 кВ, = 90 с^-1, = 30 с^-1.

Порядок решения:

Выбираем материалы катков: ведущий каток – текстолит ПТК, ведомого (большего) катка – чугун С4 – 18.

return false">ссылка скрыта

Передаточное число фрикционной передачи

Вращающий момент на ведущем валу

Н/м

Задаемся коэффициент ширины катка = 0,3, коэффициент запаса сцепления k = 1,3.

Допускаемое контактное напряжение для текстолитовых катков = 100 МПа, коэффициент трения текстолита по чугуну ¦ = 0,3. Модули упругости текстолита МПа, чугуна МПа.

Приведенный модуль упругости:

МПа

Находим межосевое расстояние

мм

Определяем основные размеры катков:

диаметр ведущего катка мм

диаметр ведущего катка мм

ширина катков мм

мм.