2.1. Практична робота №1: „Фрикційні передачи”.
Таблиця А
Варіанти завдань
№ варианта |
Мощность на ведущем валу N1, кВт |
Число оборотов ведущего вала n1, об/мин |
Число оборотов ведомого вала n2, об/мин |
Материал фрикционов |
Среда |
1 |
0,6 |
1410 |
700 |
сталь-фибра |
сухая |
2 |
1,0 |
930 |
400 |
чугун серый-текстолит |
сухая |
3 |
1,7 |
1420 |
700 |
текстолит-фибра |
сухая |
4 |
2,8 |
950 |
430 |
текстолит чугунный серый |
сухая |
5 |
4,4 |
730 |
350 |
текстолит чугунный серый |
сухая |
6 |
4,5 |
1440 |
720 |
текстолит чугунный серый |
сухая |
7 |
7.0 |
2820 |
1300 |
текстолит-сталь |
сухая |
8 |
8,8 |
962 |
450 |
текстолит-сталь |
сухая |
9 |
1,0 |
2850 |
1450 |
чугун серый-фибра |
сухая |
10 |
1,7 |
930 |
400 |
чугун серый-фибра |
сухая |
11 |
2,8 |
1420 |
720 |
сталь-текстолит |
сухая |
12 |
4,5 |
950 |
350 |
сталь-текстолит |
сухая |
13 |
7,0 |
970 |
360 |
текстолит-сталь |
сухая |
14 |
6,3 |
957 |
400 |
текстолит-сталь |
сухая |
15 |
2,5 |
940 |
420 |
текстолит-сталь |
сухая |
16 |
14,0 |
520 |
250 |
сталь-фибра |
сухая |
17 |
2,2 |
600 |
300 |
сталь-фибра |
сухая |
18 |
13,2 |
750 |
400 |
сталь-фибра |
сухая |
19 |
7,9 |
1000 |
420 |
Чугун серый-текстолит |
сухая |
20 |
8,0 |
1250 |
600 |
Чугун серый-текстолит |
сухая |
21 |
10,0 |
962 |
370 |
Чугун серый-текстолит |
сухая |
22 |
3,0 |
1420 |
700 |
сталь-фибра |
сухая |
23 |
4,4 |
940 |
500 |
сталь-фибра |
сухая |
Виды передач:
- Фрикционная передача
- Зубчатая передача
- Ременная передача
- Червячная передача
- Цепная передача
- Храповые механизмы
Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач, будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение - ведомым.
Рис.1. Виды передач.
Всякое вращательное движение можно измерить оборотами в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса. Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов. Число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса.
В технике при конструировании машин часто приходится определять диаметры колес и число их оборотов. Эти расчеты можно делать на основе простых арифметических пропорций. Например, если мы условно обозначим диаметр ведущего колеса через Д1, диаметр ведомого через Д2, число оборотов ведущего колеса через n1, число оборотов ведомого колеса через n2, то все эти величины выражаются простым соотношением:
Д2/Д1 = n1/n2 (1')
Если нам известны три величины, то, подставив их в формулу, мы легко найдем четвертую, неизвестную величину.
В технике часто приходится употреблять выражения: "передаточное число" и "передаточное отношение".
Передаточным числом называют отношение числа оборотов ведущего
колеса (вала) к числу оборотов ведомого.
Передаточным отношением называют отношение между числами обо-
ротов колес независимо от того, какое из
них ведущее.
Математически передаточное число пишется так:
n1/n2 = i или Д2/Д1 = i (2')
где i - передаточное число. Передаточное число - величина отвлеченная и размерности не имеет. Передаточное число может быть любым - как целым, так и дробным.
Трение между элементами может быть:
- сухое,
- граничное,
- жидкостное.
Мы рассмотрим фрикционные передачи сухого трения.
Фрикционные передачи относятся к передачам с непосредственным контактом. Их работа основана на принципе использования силы трения. К ним относятся вариаторы, отличающиеся простотой конструкции, позволяющие легко обеспечить бесступенчатое регулирование частоты вращения ведомого вала. Передача вращающего момента в вариаторах осуществляется либо за счёт силы трения (фрикционные вариаторы), либо за счёт зацепления рабочих элементов (цепные вариаторы).
Фрикционной передачей называется механизм (кинематическая
пара), служащий для передачи враща-
тельного движения от одного вала к дру-
гому с помощью сил трения, возникаю-
щих между насаженными на валы и при-
жатыми друг к другу дисками, цилиндра-
ми или конусами.
Фрикционная передача служит для изменения угловых скоростей с постоянными или переменными передаточными отношениями и для преобразования вращающих моментов. Простейшие передачи с нерегулируемым передаточным отношением состоят из пары прижатых друг к другу тел качения. При вращении ведущего катка в месте контакта возникает сила трения, увлекающая в движение ведомый каток.
Для передачи движения без скольжения необходимо приложить к одному из колёс силу Q, достаточную для возникновения трения в месте контакта, при этом касательная сила их сцепления равна по величине передаваемого окружному усилию.
Рис.2. Простейшая фрикционная передача.
Рис.2. Фрикционная передача.
Рис.3. Виды фрикционных передач:
а - лобовая передача, б - угловая передача, в - цилиндрическая передача.
Рис.2. Цилиндрическая фрикционная передача с катками клинчатой формы.
Рис.3. Коническая фрикционная передача.
Есть поговорка – “старого пса не научишь новым трюкам”. Но про вариаторную трансмиссию (Continuously Variable Transmission, CVT), изобретённую Леонардо да Винчи еще 500 лет назад, и постепенно вытесняющую автоматическую коробку передач так сказать нельзя.
Первый патент на вариатор был оформлен в 1886 году, но с тех пор технология значительно продвинулась вперед. Сегодня несколько крупнейших автопроизводителей (таких как General Motors, Audi, Honda, Nissan, Toyota и др.) проектирует свои автомобили на основе вариаторной трансмиссии.
В отличие от традиционных автоматических трансмиссий, в вариаторе нет коробки передач с заданным количеством ступеней. Самый известный тип вариатора работает на основе ворота, позволяющего без использования жестко заданных передач установить любой коэффициент передачи крутящего момента.
Рис.4. Лобовой вариатор.
Рис.5. Мотор-редуктор с фрикционным вариатором.
Вариатор – единственный из существующих на сегодняшний день видов КПП позволяет бесступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля (т.е. скорости и сопротивления движению) удается подобрать наиболее эффективное значение передаточного отношения, а не усредненное, как в любой другой коробке передач.
Следствием постоянной работы двигателя в зоне оптимальных оборотов является высокая экономичность, снижение токсичности выхлопных газов и лучшая динамика разгона автомобилей с вариаторами. А так как передаточное отношение изменяется плавно, а не ступенчато, то такие автомобили отличаются и плавностью хода. Отсутствие рывков при переключениях увеличивает срок службы узлов трансмиссии. Вариаторы имеют небольшой вес, простую конструкцию (по сравнению с АКПП) и достаточно надежны. Так же, как и «автоматы» они избавляют водителя от «ручного» труда.
Главный недостаток вариаторов состоит в том, что они фрикционные (работают за счет трения, а не зубчатого зацепления), и поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями.
Вариатор не любит долгой работы в режиме максимальных нагрузок. "Спортивный" стиль вождения, резкие рывки и торможения приводят к его быстрому износу.
Фрикционные передачи можно классифицировать по нескольким признакам:
1. По расположению валов:
а) с параллельными валами,
б) с пересекающимися валами.
2. По условиям работы (расположению контакта тел):
а) с внешним контактом,
б) с внутренним контактом.
3. По возможности плавного варьирования передаточного отно-
шения на ходу машины:
а) нерегулируемые(i = const),
б) регулируемые (фрикционный вариатор), ещё их называют ва-
риаторами (рис.а,б).
Рис.7. Принципиальная схема вариатора.
4. По форме контактирующих тел:
а) цилиндрические;
б) конические;
в) сферические;
г) плоские.
Достоинства фрикционной передачи:
• простота изготовления тел качения;
• равномерность вращения и бесшумность работы;
• возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения и
включения/выключения передачи на ходу;
• за счет возможностей проскальзывания передача обладает предохра-
нительными свойствами.
Недостатки фрикционной передачи:
▪ проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и по-
тери энергии;
▪ необходимость обеспечения прижима.
В связи с указанными недостатками фрикционные передачи не получили такого широкого распространения, как зубчатые (которые мы рассмотрим на следующем занятии).
Фрикционные передачи находят применение:
• конические и реверсивные передачи находят применение в винтовых
прессах, фрикционных молотах;
• металлорежущих станках;
• транспортирующих машинах (например, лебёдки с фрикционным при-
водом);
• фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением ши-
роко применяются в приборостроении, где нагрузки невелики, счётно-
решающих машинах;
• наибольшее применение в машиностроении имеют фрикционные ва-
риаторы, применяемые в приводах химического и текстильного обору-
дования для обеспечения: плавного изменения скоростного режима
«вытягивания» волокна и наматывания нити на бабину; в приводах
центрифуг для плавного разгона до достижения необходимой часто-
ты вращения;
• в приводах деревообрабатывающего оборудования для изменения
режима обработки в зависимости от породы и структуры материала;
• принцип фрикционной передачи является основой технологического
процессса в прокатных станах, основой работы рельсового и безрель-
сового колёсного транспорта, однако, эти вопросы являются предме-
том изучения в специальных дисциплинах
и т.д.
а б
Рис.6. Валы прокатных станов.
а – прокатные; б – холодной и тёплой прокатки.