2. Фрикційні передачі

2.1. Загальні відомості

Фрикційні передачі належать до передач тертям. Робота фрикцій­ної передачі базується на використанні сил тертя, що виникають у зоні притиску робочих тіл, які, в залежності від конструкцій фрикцій­них передач, називаються колесами, котками, дисками, роликами або барабанами.

Перевагами фрикційних передач у порівнянні з іншими типами

передач (наприклад, передач зачепленням (зубчасті та інші)) є:

- простота конструкції;

- можливість запобігання руйнуванню деталей передач, зумовлених перевантаженнями завдяки проковзуванню робочих тіл передачі;

- безшумність та плавність (безударність) взаємодії робочих тіл передачі;

- можливість безступінчастого регулювання передаточного числа передачі.

Основними недоліками фрикційних передач є:

- нестабільність передаточного числа, зумовлена наявністю пружного ковзання робочих тіл;

- значні навантаження на вали передачі, зумовлені необхідністю притиску робочих тіл;

- відносно низький ККД передачі ( = 0,7...0,9);

- неможливість або недоцільність використання фрикційної передачі для передачі значних потужностей (зазвичай фрикційні передачі використовуються для передачі потужностей, що не перевищують 20 кВт);

- підвищений знос робочих поверхонь, зумовлений ковзанням, що знижує довговічність та надійність роботи фрикційної передачі.

Відповідно до особливостей використання та технологічних умов, фрикційні передачі поділяються :

1. За призначенням:

- на фрикційні передачі з нерегульованим передаточним числом;

- на фрикційні передачі з регульованим передаточним числом (варіатори):

2. За геометричною формою робочих тіл:

- на циліндричні фрикційні передачі (для передачі руху між паралельними валами);

- на конічні фрикційні передачі (для передачі руху між валами, осі яких перетинаються).

3. За формою робочих поверхонь котків:

- на фрикційні передачі з гладкими робочими поверхнями;

- на фрикційні передачі з клинчастими робочими поверхнями.

4. За матеріалами для котків:

- на фрикційні передачі з металевими котками;

- на фрикційні передачі з неметалевими котками;

- на фрикційні передачі з комбінованими котками (один коток, як

правило, ведучий, виконаний з металу, а інший - з неметалу).

2.2. Конструкції та матеріали фрикційних передач

2.2.1. Існуючі конструкції фрикційних передач

До найбільш поширених конструкцій фрикційних передач з

нерегульованим передаточним числом належать: фрикційні передачі з циліндричними гладкими колесами (рис.2.1,а); фрикційні передачі з циліндричними клинчастими колесами (рис.2.1,б); фрикційні передачі з конічними гладкими колесами (рис.2.1,в).

Рис. 2.1. Фрикційні передачі з нерегульованим передаточним числом

Найбільш поширеними фрикційними передачами з безступінчас­тим регулюванням передаточного числа, які називаються варіаторами, є: лобовий фрикційний варіатор, що містить ролик 1 та диск 2 (рис,2.2,а); фрикційний варіатор з роздвижними конічними дисками 1,2 та сталевим кільцем 3 (рис.2.2,б); фрикційний варіатор з конічними барабанами 1,2 та роликом 3, який може переміщуватися відносно своєї осі (рис.2.2,в).

Рис. 2.2. Фрикційні передачі з регульованим передаточним числом (варіатори)

Принцип роботи варіатора розглянемо на прикладі лобового фрикцій­ного варіатора (рис.2.2,а). При переміщенні ведучого ролика 1 (механізм переміщення ролика на рис. 2.1,а не показано) праворуч, робочий радіус веденого диска 2 збільшується. При цьому передаточне число варіаторазбільшується і частота обертання веденого валазменшується (). При переміщенні ролика 1 вліво,зменшується, зменшуючи передаточне число варіатораU, що в свою чергу призводить до збільшення числа обертів веденого вала.

У разі переміщення ролика 1 за вісь диска ліворуч, напрям обертання веде­ного вала змінюється, тобто лобовий фрикційний варіатор має також можливість реверсування обертального руху веденого вала.

2.2.2 Удосконалення конструкцій фрикційних варіаторів

Враховуючи необхідність оснащення машин легкої промисловості, зокрема трикотажних, надійними конструкціями варіаторів швидкості, на кафе­дрі інженерної механіки Київського національного університету технологій та дизайну (КНУТД) проведено ряд наукових досліджень з удосконалення та розробки нових типів фрикційних варіаторів (автори Піпа Б.Ф., Хомяк О.М., Ловейкіна С.О.). Схеми деяких конструкцій фрикційних варіаторів, запропонованих авторами, представлені на рис.2.3.

Метою розробки принципово нової конструкції фрикційного варіа­тора (А.с. 1698541. СССР), схема якого представлена на рис.2.3,а, є підвищення надійності та довговічності його роботи за рахунок забезпечення рівномірного зношення робочих поверхонь фрикційних еле­ментів. Для вирішення цього завдання ведучий ролик 2 встановлюється на ведучому валу 1, що кінематично зв’язаний з веденим роликом 4, встановле­ним на валу 3, та проміжним дисками 5 за допомогою кінематичної в’язі, виконаної у вигляді двох циліндричних зубчастих передач. Одна зубчаста передача, що містить зубчасте колесо 7 і шестерню 9, встановлену на валу 10, виконана з внутрішнім зачепленням, а інша, що містить шестерню 8 і зубчасте колесо 6, виконана з зовнішнім зачепленням.

Принцип роботи варіатора полягає в наступному. Обертальний рух ведучого вала 1 з роликом 2 передається дискам 4 і 5, з’єднаним за допомогою зубчастих коліс 6,8,9 і 7 у замкнену систему. Від диска 4 обертальний рух передається веденому валу 3.

Регулювання швидкості обертання веденого вала 3 здійснюється шляхом переміщення ролика 2 вздовж ведучого вала 1.

Для компенсації перекосу дисків фрикційного лобового варіатора, зумовленого умовами складання варіатора та нерівномірністю зношення його пар тертя, що завжди має місце у фрикційних варіаторах, автори запропонували нову конструкцію варіатора (Патент на корисну модель 626. Україна), який відрізняється від відомих конструкцій тим, що диски встановлено на сферичних підшипниках (рис.2.3,б).

Принцип роботи фрикційного варіатора полягає в наступному. При включенні привода машини (до складу якого входять фрикційний варіатор, ведучий ролик 1, встановлений на ведучому валу 2) за допо­могою сил тертя (що виникають в зонах притиснення дисків 5 і 6 до ролика 1) в обертальний рух приходять диски 5 і 6. Останні, за рахунок сил тертя, приводять в рух ведений ролик 3 і ведений вал 4, на якому він розташований. Обертальний рух вала 4 передається іншим передачам привода машини (на рис.2.3,б не показано). При наявності неточності складання фрикційного варіатора або нерівномірності зношення пар тертя, диски 5,6 обертаються відносно осі 7 на сферичних підшипниках, на яких вони встановлені, і рівномірно притискуються до ведучого (1) та веденого (3) роликів.

З метою підвищення довговічності роботи фрикційного варіатора (за рахунок необхідної для збереження постійного крутного моменту на вихідному валу зміни в процесі регулювання швидкості зусилля притиску дисків до роликів), автори запропонували нову конструкцію варіатора, що містить кулачок, з’єднаний з електродвигуном, на валу якого встановле­ний ведучий ролик варіатора (рис.2.3,в).

Принцип роботи варіатора полягає в наступному. Обертальний рух ведучого ролика 2, встановленого на валу електродвигуна 1, за рахунок сил тертя, що виникають внаслідок притиску пружини 10 до ролика дисків 5 і 6 (на диск 6 тисне потовщення 8 осі 7, на диск 7 - ниж­ній кінець пружини), передається дискам. Обертальний рух дисків за до­помогою сил тертя передається веденому ролику 3 та веденому валу 4, на якому він встановлений. Регулювання початкової сили притиску дисків до роликів відбувається за допомогою гайки 11. При переміщенні елек­тродвигуна з ведучим роликом на його валу (що необхідно для регулюван­ня швидкості обертання веденого вала) також переміщується кулачок 12, кінематично (за допомогою тяги 13) з'єднаний з електродвигуном. При цьому кулачок змінює довжину пружини, що забезпечує зміну сили притиску дисків до роликів для збереження постійної величини сили тертя між ними і, тим самим, величини крутного моменту на вихідному валу.

Нова конструкція фрикційного варіатора (рис.2.3,г), запропонована авторами, забезпечить також підвищення надійності та довговічності його роботи.

Рис. 2.3. Схеми фрикційних варіаторів, розроблених на кафедрі інженерної механіки КНУТД

Принцип роботи фрикційного варіатора (схема керування привода, куди входить варіатор, виконана таким чином, що, при вмиканні електро­двигуна, вмикається і електромагніт, який згодом, після закінчення періо­ду пуску машини, вимикається) полягає в наступному. Обертальний рух ролика 1, встановленого на ведучому валу 2, за рахунок сил тертя, що виникають внаслідок притиску пружини 10 до ролика дисків 5 і 6 (на диск 6 тисне потовщення 8 осі 7, на диск 5 - нижній кінець пружи­ни), передається дискам. Обертальний рух дисків 5,6 за допомогою сил тертя передається веденому ролику 3, встановленому на веденому валу 4. Регулювання сили притиску дисків до роликів відбувається за допомогою гайки 11. Під час пуску машини, для уникнення проковзування ведучого ролика і дисків, зумовленого збільшенням крутного моменту, одночасно з вмикан­ням електродвигуна (на рис.2.3,г не показано), вмикається електромаг­ніт 14, зусилля якого за допомогою тяги 13 та важеля 12 стискують пружи­ну 10, що призводить до необхідного збільшення тиску дисків на ролики. Після закінчення режиму пуску машини електромагніт вимикається і варіа­тор працює в звичному статичному режимі.