Глава 4

ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ И ВАРИАТОРЫ

§ 1. Виды механизмов и их назначение

Фрикционными передачами называют передачи тре­нием. На рис. 19.1, а показана схема простейшей передачи, содержащей ведущий / и ведомый 2 катки, а также стойку 3 (несмещаемую опору) и ползун 4 (смещаемую под действием силы F_r опору).

Если к ведомому катку приложен момент сопротивления T₂ (внешняя нагрузка), то для его преодоления требуется

Рис. 19.1. Фрикционные механизмы

полезная окружная сила

(19.1)

где r₂ — радиус второго катка; F_TP — сила трения, возникаю­щая между контактирующими катками;

F_TP = F_r f

здесь f — коэффициент трения качения, f = 0,05 — для пары ро­ликов из стали или чугуна при работе в масле, f =0,1 ..0,15 — для пары сталь — текстолит или фибра без смазывания.

Для предотвращения проскальзывания в процессе работы(из-за износа, вибрации, перегрузки и т. д.) создают запас

Сцепления . Обычно принимают в силовых пере-F_t

дачах К = 1,25 ..1,5, а в приборах - К = 3.

Отсюда необходимое усилие прижатия катков

Обратим внимание, что усилие F_r оказывается существенно большим, чем сила F_t; например, при К = 1,25 и f = 0,05 F_r = 25 F_t. Это требует часто применения специальных нажим­ных устройств, увеличенных габаритов подшипников, жестких валов.

Рабочие поверхности тел качения могут быть также кони­ческими (рис. 19.1,6), сферическими и др. Кроме внешнего контакта катков нередко используют передачи с внутренним контактом катков (рис. 19.1, в).

Необходимое усилие прижатия в конической передаче (см. рис. 19.1,6)

где δ₁ — угол наклона образующей к оси катка.

В приборах (например, лентопротягивающих устройствах), транспортных машинах и др. используют механизмы (рис. 19.1, г), преобразующие вращательное движение ведущего звена-катка / в поступательное движение ведомого звена 3. Прижатие к ведущему звену ведомого может осуществляться силой тяжести последнего или, например, с помощью свободно вращающегося катка 2.

Прижатие катков является необходимым условием работы передач. Его осуществляют на практике либо постоянной силой, либо усилием, регулируемым при изменении внешней нагрузки. Постоянное прижатие получают за счет предвари­тельной деформации при сборке упругих элементов системы (например, катков), использованием сил тяжести, установкой пружин (рис. 19.2). Регулируемое прижатие требует применения специальных нажимных устройств (винтовых, шариковых и др.), обеспечивающих F_t /F_r = const.

Механизмы описанных видов имеют постоянное переда­точное отношение. Однако с помощью катков несложно обра­зуется механизм с регулируемым передаточным отношением, называемый вариатором. На рис. 19.2, а показан лобовой вари­атор, в котором ведущий каток 1 может перемещаться по своему валу (вдоль оси) в осевом направлении (как показано стрелками).

Рве. 19.2. Лобовой вариатор:

а — схема; б — сечение

стрелками). При этом передаточное отношение плавно изме­няется по мере изменения радиуса R. Если каток 1 будет на «оси» катка 2, то последний не будет вращаться. При пере­воде катка 1 в левую часть катка 2 изменится направление вращения ведомого вала (реверсивное вращение).

В вариаторе, показанном на рис. 19.3, изменение радиуса контакта ведомого звена с ведущим достигается за счет кони­ческой формы катка. На практике используют и другие виды вариаторов - торовые (рис. 19.4), клиноременные и др.

Фрикционные передачи применяют в кинематических цепяхприборов для обеспечения плавности движения, бесшумности и безударного включения. Фрикционные вариаторы применяют для обеспечения бесступенчатого регулирования скорости в станкостроении, текстильных, бумагоделательных и других машинах. Передаваемые мощности обычно составляют до 10 кВт. При больших мощностях трудно обеспечить необходимое усилие прижатия катков.

Рис. 19.3. Схема конусного вариатора Рис. 19.4. Торовый вариатор

Основные недостатки передач: высокие нагрузки на валы от прижатия катков; износ катков и неизбежное проскаль­зывание.