Глава 2. Фрикционные передачи и вариаторы

Иметь представление о принципе работы, достоинствах и недостат­ках фрикционных передач и вариаторов основных типов.

Знать формулы для расчета передаточного отношения передачи с уче­том и без учета скольжения в передаче, для расчета силы трения, момен­та трения, усилия нажатия пружины; устройство, материалы, причины выхода из строя и критерии работоспособности фрикционных передач; формулы для определения диапазона регулирования вариаторов основных типов; формулы для расчета на контактную прочность и уметь ими пользоваться.

Фрикционная передача — это передача, в которой движение переда­ется силами трения.

Простейшие фрикционные передачи (рис. 2.1) 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. 2.1, 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.

Скольжение в фрикционной передаче

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

Скольжение во 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 в = 0,002...0,05.

Материалы

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.