Цилиндрическая и коническая фрикционные передачи.

Кинематика передачи. В результате неизбежного упругого скольжения ведомый каток при работе передачи отстает от ведущего и передаточное от­ношение будет определяться по формуле

,

где ε - коэффициент скольжения (для металлических катков ε = 0,01…0,03, для текстолитовыхкатковε= 0,1).

Для силовых передач передаточное отношение u < 7 для цилиндриче­ских, u < 4 для конических, для приборов u < 25.

Силовые соотношения в передаче. При передаче вращающего момента от одного вала к другому необходимо за счет силы трения приложить к ведо­мому катку окружную силу F _t, которая должна быть меньше наибольшей силы трения покоя, возникающей между катками, прижатыми друг к другусилой F _r.

Условие работоспособности передачи:

R_f ≥ F_t,

где R_f - сила трения в месте контакта катков;

F_t - передаваемая окружная сила.

Нарушение условия работоспособности приводит к буксованию. При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, при этом рабочие поверхности катков изнашиваются. Для создания требуемойсилы трения ^f катки прижимают друг к другу силой r, которая превышает силу F _t.

F_r = k F_t / f,

где k - коэффициент запаса сцепления, k = 0,3 … 0,4;

f - коэффициент трения, f = 0,04…0,05 для металлических катков, рабо­тающих в масле; f = 0,15…0,2 для работающих всухую; f = 0,2…0,3 для неметалли­ческих катков.

Большие силы прижатия катков создают значительные радиальные на­грузки на валы и опоры и вызывают большие контактные напряжения на ра­бочих поверхностях катков.Поэтому передачи громоздки, а их нагрузоч­ные способности сравнительно невелики.

КПД для закрытых цилиндрических передачη = 0,92 … 0,98.Для откры­тых η = 0,8 … 0,92. Для конических передач η = 0,85…0,9.

Критерий работоспособности фрикционных передач – износо­стойкость рабочих по­верхностей тел качения.

.

 

3.3. Виды разрушения рабочих поверхностей фрикционных кат­ков.

Усталостное выкрашивание встречается в закрытых передачах, рабо­тающих при обильной смазке и защищенных от попадания абразивных ча­стиц. Прижимная сила, вызывает в месте касания катков высокие контактные напряжения, которые при работе циклически меняются вследствие перемеще­ния места контакта по ободу катка.

Циклическое действие контактных напряжений способствует развитию усталостных микротрещин на рабочих поверхностях. При движении с трени­ем в поверхностном слое катка образуются наклонные микротрещины в ре­зультате пластического течения металла. Силы трения сдвигают металл, а масло под высоким давлением заполняет раскрытые тре­щины. При закрытии трещин давление масла возрастает, и частицы металла отделяются. На рабо­чей поверхности катка появляются мелкие раковины. Для предотвращения уста­лостного выкрашивания производят расчет на контактную прочность. Повышение твер­дости поверхностей катков обеспечивает более высокие до­пустимые контактные напря­жения.

Задир возникает в быстроходных сильно нагруженных передачах при разрыве масля­ной пленки на рабочей поверхности катков. В месте касания катков развивается высокая температура, масляный слой разрывается, и катки непосредственно соприкасаются друг с другом. В результате происходит при­вар частиц металла с последующим отрывом от одной из поверхностей кат­ков. Приварившиеся частицы задирают рабочие поверхности в направлении скольжения. Для предупреждения задира применяют специальные масла.

Открытые передачи имеют повышенный износ.

Таким образом, все виды разрушения рабочих поверхностей катков за­висят от кон­тактных напряжений σ_H, следовательно, основной расчёт – рас­чёт на прочность по кон­тактным напряжениям.

 

Вариаторы.

Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу угловой ско­рости ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего. Применяются в станках, прессах, конвейерах и т.п. Бесступенчатое регулиро­вание скорости способствует повыше­нию производительности работы маши­ны вследствие возможности выбора оптимального процесса, оно благоприят­но для автоматизации и управления на ходу.

Главная характеристика вариатора – диапазон регулирования, равный отношению максимальной угловой скорости ведомого катка w_2max к его минимальной угловой скорости w_2mn: w_2max/w_2min = u _max/ u _min = R _max/ R _min.

Практически для одноступенчатых вариаторов Д = 3…8.

Вариаторы подбирают по каталогам или справочникам в зависимости от переда­ваемого момента, диапазона регулирования и угловой скорости ве­дущего вала.

Разновидности вариаторов. В зависимости от формы тела качения вари­аторы бывают лобовые, конусные, в виде тора и др.

Лобовые вариаторы (рис. 3.3) применяют в винтовых прессах и прибо­рах. Бессту­пенчатое изменение угловой скорости ведомого вала достигаетсяпередвижением малого катка вдоль вала, т.е. изменением радиуса R. Допус­кают реверсирование вращения. Имеют интенсивный износ рабочих поверх­ностей катков и пониженный КПД вследствие разности скоростей на площад­ке контакта. Т.к. R = const, диапазон регулирования лобового вариатора: Д = R _2max/ R _2min.

Торовые вариаторы (рис. 4.4) состоят из2-х соосных катков 1 и 2 с тороидной рабо­чей поверхностью 1 и 2-х промежуточных роликов 3.

Регулирование угловых скоростей производится поворотом роликов с помощью поворотного механизма, в результате чего изменяются радиусы кон­такта R и R2. Текущее значение передаточного числа: u =w₁/w₂» R ₂/ R ₁.

Рис. 3.3. Схемы лобового вариатора.	Рис. 3.4. Схема торового вариатора.

Из всех вариаторов торовые наиболее компактны и совершенны, КПД до 0,95, но они имеют сложную конструкцию и требуют высокой точности изго­товления.

 

Контрольные вопросы и задания к Лекции 3. Фрикционные передачи.

1. Перечислите основные виды фрикционных передач.

2. Какими достоинствами и недостатками обладают фрикционные пере­дачи?

3. Какие материалы применяются для изготовления рабочих поверхно­стей фрик­ци­онных катков?

4. Какими свойствами должны обладать эти материалы?

5. Как обеспечивается непрерывное нажатие катков фрикционных пере­дач друг на друга?

6. Что такое задиры рабочих поверхностей катков?

7. Какими средствами можно предупредить задир рабочих поверхно­стей катков?

8. Объясните процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхно­стей катков закрытой передачи.

9. Какие устройства называют вариаторами?

10. Что такое диапазон регулирования вариаторов и как он определяет­ся?

11. Что является критерием работоспособности фрикционных передач?

.

 

Лекция 4. Зубчатые передачи.

4.1. Общие сведения: - Достоинства, недостатки, области применения, классификация зуб­чатых передач.

Механизм, предназначенный для передачи вращательного движения от одного вала к другому с помощью находящихся в зацеплении зубчатых колёс, называют зубчатой пе­редачей. Зубчатые передачи могут быть с внешним (рис. 5.1, а, в, г, д, е) и внутренним (рис. 4.1, б) зацеплением, а также реечны­ми (рис. 4.1, з). Наиболее распространены пере­дачи с внешним зацеплением.

Рис. 4.1. Виды зубчатых передач.

К достоинствам зубчатых передачотносят:

- возможность передачи практически любых мощностей (до 50000 кВт и более) при широком диапазоне окружных скоростей (до 30…150 м/с). При высоких скоростях реко­мендуют применять передачи с косыми зубьями;

- постоянство передаточного отношения;

- компактность, надежность и высокую усталостную прочность пе­редачи;

- высокий КПД (η = 0,95…0,98) при высокой точности изготовления и монтажа;

- простота обслуживания и ухода;

- сравнительно небольшие силы давления на валы и их опоры;

- возможность изготовления из самых разнообразных материалов, ме­таллических и не­металлических. (Всего 7 достоинств)

Недостатки:

- ограниченность передаточного отношения. Для одной пары зубчатых колёс i _max = 12,5, но практическиi ≤ 7, лишь в открытых тихоходных, малонагруженных пере­дачахi ≤ 15;

- вибрации и шум, особенно при низком качестве изготовления и монта­жа и значительных скоростях;

- поломка деталей при больших перегрузках;

- относительная сложность изготовления высокоточных зубчатых ко­лёс. (Всего 4)

По применению и распространению в различных областях народного хозяйства зуб­чатые передачи по праву занимают первое место. В любой от­расли машиностроения, приборостроения, на транспорте и т.д. зубчатые пере­дачи находят широкое применение.

Классификация зубчатых передач:

1. По конструктивному оформлению:

- открытые, не имеющие защитного кожуха и масляной ванны;

- полуоткрытые, имеющие защитный кожух;

- закрытые, имеющие картер и крышку, хорошо изолирующие передачуот внешней среды.

2. По окружной скорости:

- тихоходные (u _max до 3…4 м / с);

- средне-скоростные (4 м / с ≤ u ≤ 15 м / с);

- высоко-скоростные (u > 15 м / с).

3. По взаимному расположению осей валов:

- с параллельными осями валов (цилиндрические передачи рис. 4.1: а, б, в, г);

- с пересекающимися осями валов (конические передачи, рис. 4.1: д, ж);

- со скрещивающимися осями валов (винтовые).

4. По форме линии зубьев:

- с прямым зубом (рис. 4.1: а, б, д);

- с косым зубом (рис. 4.1: в);

- с круговым зубом (рис. 4.1: е);

- с шевронными зубьями (рис. 4.1: з).

5. По форме профиля зуба:

- с зубом, очерченным по эвольвенте (форма предложенаЛеонардом Эйлером в 1754 г.);

- с зубом, очерченным по кругу (форма предложена Новиковым в 1954 г.).

.