Коническая фрикционная передача. Устройство и основные геометрические соотношения

Фрикционную передачу с пересекающимися валами и катками, рабо­чие поверхности которых конические, называют фрикционной конической пе­редачей. На рис. 9.8 показана фрикционная коническая передача с нерегу­лируемым передаточным числом. Ее устройство аналогично цилиндриче­ской фрикционной передаче. Прижимной каток конической передачи обычно меньший, так как при этом необходима меньшая сила нажатия. Угол между осями валов (рис. 9.8) может быть различным. Как правило, межосевой угол передачи

,

где — угол при вершине конуса ведущего катка; — угол при вершине конуса ведомого катка. Для нормальной работы передачи необходимо, что­бы общая вершина конусов лежала в точке пересечения геометрических осей валов. Коническая фрикционная передача может быть нереверсивной (чаще) и реверсивной. Ее применяют для передачи небольшой мощности (до 25 кВт).

Геометрические параметры конической фрикционной передачи (см. рис. 9.8).

Передаточное отношение: .

 

Рис.9.8. Геометрические параметры конической фрикционной передачи

 

1. Внешнее конусное расстояние

(4)

Среднее конусное расстояние ; т — индекс среднего сечения.

2. Внешний диаметр ведущего катка

или

3. Диаметр ведомого катка

или

4. Длина линии контакта

,

где = 0,25 - 0,3 — коэффициент длины линии контакта.

5. Ширина обода катка

; .

6. Средний диаметр ведущего катка

7. Средний диаметр ведомого катка

,

отсюда .

Подставив в формулу (4) значение , получим

 

Вариаторы

Большинство современных рабочих машин требует регулирования скорости рабочих органов в зависимости от условий осуществления технологического процесса. Для этого машины снабжают ступенчатыми коробками передач с большим числом зубчатых пар, например, в коробке передач автомобилей их 4 - 6 пар, станков 5 - 16 лишь в механизме главного движения. Применение в машинах вариаторов (бесступенчатых передач)значительно упрощает конструкцию, позволяет установить оптимальный скоростной режим и регулировать скорость на ходу. Все это существенно повышает производительность машины, качество продукции и, кроме того, вызывает уменьшение шума и вибрации. Эти достоинства вариаторов обусловили их широкое распространение в различных областях машиностроения (в станках, в машинах пищевой и легкой промышленности, в сельскохозяйственном и дорожном машиностроении и т.д.).

Фрикционный механизм, предназначенный для бесступенчатого регу­лирования передаточного числа, называют фрикционным вариатором или про­сто вариатором.

Вариаторы можно разделить на следующие группы: клиноременные, цепные и фрикционные.

В данном разделе рассмотрим только фрикционные вариаторы.

Фрикционные вариаторы нашли применение в приводах с малыми габаритами — в станках и транспортных машинах. При рациональном конструировании и тщательном изготовлении они имеют наиболее высокий КПД — до 0,95. Однако надлежащее качество исполнения их возможно только на специализированных заводах.

Вариаторы разделяются на два основных типа:

а) простые, в которых изменяется только один радиус контакта, а другой остается постоянным (лобовой, конусный, дисковый);

б) сложные, в которых изменяются оба радиуса (торовый, шаровой).

Вариаторы выполняют в виде отдельных одноступенчатых механизмов с непосредственным касанием катков без промежуточного диска (см. рис.9.9) или с промежуточным диском (см. рис.9.10 и 9.11).

Предельные передаточные отношения вариатора, будут

и

где D₁, d₁ и D₂, d₂ — наибольший и наименьший диаметры ведущего и ведомого колеса; — коэффициент скольжения, который зависит от типа и конструкции передачи.

Основной кинематической характеристикой вариатора является диапазон регулирования угло­вой скорости (передаточного числа) ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала:

Скольжение снижает угловую скорость ведомого вала, но на диапазон регулирования не влияет. В простых вариаторах передаточное отношение:

В сложных вариаторах передаточное отношение:

Диапазон регулирования:

В сложных вариаторах передаточное отношение может принимать значения, равные:

i > 1; i <1; i = 1.

Диапазон регулирования равен квадрату максимального передаточного отношения. Это значительно расширяет область применения сложных вариаторов.

Существуют вариаторы лобовые, конусные, торовые, дисковые и др. Рассмотрим некоторые из них.

Лобовые вариаторы (см. рис.9.9). Наиболее просты, но из-за значительной величины геометрического скольжения уступают вариаторам других конструкций по КПД и износостойкости. Диапазон регулирования Д = D₂/d₂ <3. Это объясняется тем, что при, малых d₂ значительно возрастают скольжение, износ и падает КПД. Лобовые вариаторы нашли применение в маломощных передачах приборов.

Ведущий каток лобового вариатора 1 радиуса R₁, ус­танавливается на валу на скользящей шпонке и может перемещаться вдоль оси. Ведомый каток 2 радиуса R₂ закреплен на валу неподвижно. За счет нажимного устройства создается сила тре­ния, необходимая для работы вариатора. Бесступенчатое изменение угловой скоро­сти в этом вариаторе достигается переме­щением вдоль вала ведущего катка 1; при этом ; . Отсюда переда­точное число

,

здесь не учитывается проскальзывание кат­ков, поэтому равенство приближенное.

Рис.9.9. Лобовой вариатор: 1 — ведущий каток; 2 — ведомый каток

 

Лобовой вариатор позволяет изменять направление и частоту вращения ведомого вата, останавливать его на ходу без выклю­чения привода.

Торовые вариаторы (см. рис.9.10). На концы валов насажены две торовые чашки 1 и 2, выполненные по форме круглого тора. Вращение от ведущей чашки к ведомой передается промежуточными дис­ками 3, свободно вращающимися на осях 4. Угловая скорость ведомой чашки изменяется при одновременном повороте осей 4 вокруг шарнира 5.

При этом изменяются радиусы R₁ и R₂ чашек 1 и 2, т. е. ; . Отсюда

.

Для торовых вариаторов диапазон регулирования

.

Такая схема вариатора характеризуется малым геометрическим скольжением, что является основным преимуществом торового вариатора, позволяющим повысить КПД до 0,95. Для прижатия тел качения применяют обычно шариковое нажимное устройство, при котором чашка 1 связана с валом при помощи двух или трех шариков, помещенных в гнездах клиновидной формы. Если вал привести во вращение, то он сместится по отношению к чашке на некоторый угол, выжмет шарики, создаст необходимую силу нажатия. Такое устройство обеспечивает величину силы нажатия в соответствии с изменением нагрузки. В СНГ торовые вариаторы нормализованы для мощностей от 1,5 до 20 кВт при Д от 6,25 до 3. Материал тел качения — закаленная сталь по закаленной стали в масле или сталь по текстолиту без смазки.

Рис.9.10. Торовый вариатор: 1 — ведущая торовая чашка;

2 — ведо­мая торовая чашка; 3 — диск; 4 — оси дисков; 5 — шарниры осей

 

Вариатор с коническими катками (см. рис.9.11). На ведущем и ве­домом валу установлены катки 1 и 2 с рабочими поверхностями кониче­ской формы. Вращение от ведущего катка 7 к ведомому 2 передается про­межуточным диском 3 цилиндрической формы, свободно вращающимся на оси 4. Пружина 5 обеспечивает необходимую силу нажатия для нормаль­ной работы вариатора. При перемещении промежуточного диска 3 вдоль оси 4 радиусы R₁ и R₂ ведущего 7 и ведомого 2 катков изменяются. В дан­ной конструкции вариатора ; . Отсюда

.

 

Рис.9.11. Конусный вариатор: 1 — ведущий каток: 2 — ведомый каток:

3 — промежуточный диск: 4 — ось диска; 5 — пружина

 

Диапазон регулирования для вариаторов с коническими катками

.

 

Вопросы для самопроверки

- За счёт каких сил передают движение фрикционные передачи?

- Каковы достоинства и недостатки фрикционных передач?

- Каковы основные виды поломок фрикционных передач?

- Какие материалы применяются для фрикционных передач?

- Кратко опишите работу катков фрикционной передачи при буксовании.

- Какие устройства называют вариаторами? Их назначение.

- Как классифицируют фрикционные передачи? Перечислите основные виды передач.

- Каковы достоинства и недостатки фрикционных передач?

- Какие материалы применяют для изготовления рабочих поверхностей фрикционных катков? Какими свойствами должны обладать эти материалы?

- Как обеспечивают прижатие катков фрикционных передач?

- Почему во фрикционных передачах непостоянное передаточное число?

- Как протекает процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхностей катков закрытой передачи?

- Что такое заедание рабочих поверхностей катков? Как можно предупредить его?

- Что такое диапазон регулирования вариаторов и как его определяют?

- По перечисленным признакам классификации дайте характеристику пере­даче, изображенной на рисунке.

 

- Укажите основные достоинства и недостатки фрикционной передачи, работающей в режиме пробуксовки катков.

- Можно ли рекомендовать фрикционную передачу для точных делитель­ных механизмов? Чем объяснить ухудшение качества звучания проигрывате­ля (звук «плывет») при нормальной работе всех его электронных блоков.

- Почему ведомый каток рекомендуют изготовлять из более износостойко­го материала?

- Чем обусловлено скольжение в закрытой фрикционной передаче! Дайте определение передаточного числа . Запишите формулу передаточного числа при условии известных частот вращения ведущего и ведомого валов и .

- Чем объяснить, что КПД в закрытых передачах больше, чем в от­крытых?

- Объясните процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхностей катков закрытых передач.

- Выведите формулу для определения диаметра ведомого катка.

- Опишите кратко устройство конической фрикционной передачи. Какой каток делается прижимным в конической фрикционной передаче?

- Зависит ли сила нажатия катков от коэффициента трения? Если да, то как? От каких геометрических параметров передачи зависит эта сила?

- Что является основной кинематической характеристикой вариатора? Дайте определение.

- Увеличится или уменьшится передаточ­ное отношение вариатора (см. рисунок), если малый каток перемещать к центру большого?

 

- В какое положение необходимо поставить промежуточный диск 3, чтобы передаточное число и было равно единице (см. рисунок)? Правильно ли пока­зано направление вращения ведомого катка у торового вариатора. Как клас­сифицировать рассматриваемый вариатор по взаимному расположению осей валов.

 

- Дайте определение условию работоспособности фрикционной передачи.

- Как классифици­ровать вариатор с коническими катками по взаимному расположению осей валов?

- Влияет ли размер диаметра промежуточного диска 3 на передаточное число (см. рисунок)?

 

- Передаточное число больше или меньше единицы при ус­тановке промежуточного диска 3, показанной на рисунке?

 

- Как классифицировать фрикционные передачи по принципу передачи движе­ния и способу соединения ведущего и ведомого звеньев?

1. Зацеплением

2. Трением с непосредственным контактом

3. Передача с промежуточным звеном

4. Трением с гибкой связью

 

- Как называется деталь, обозначенная цифрой 2 на рисунке?

1. Ведущий каток

2. Ведомый каток

3. Промежуточный диск

 

- Можно ли применить фрикционную пе­редачу для изменения скорости привод­ных колес автомобиля, снегохода и т. д.

1. Нельзя

2. Можно

 

- Из какого материала изготовляют катки тяжелонагруженных быстроходных за­крытых фрикционных передач?

1. Сталь

2. Чугун

3. Бронза

4. Из любого материала (сталь, чугун, бронза)

5. Текстолит, и другие неметаллические мате­риалы

 

- Определите частоту вращения ведомого вала фрикционной передачи, если n = 1000 об/мин, D₁ = 100 мм, D₂ = 200 мм (скольжением пренебречь)

1) 500

2) 1000

3) 2000

 

- Как называется передача, показанная на рисунке?

1. Цилиндрическая фрикционная с гладкими катками

2. Клинчатая фрикционная

3. Коническая фрикционная

4. Червячная

 

- Какой из указанных недостатков фрикционной передачи не дает возможность применения для точных делительных механизмов

1. Непостоянство передаточного отношения

2. Большие нагрузки на валы

3. Низкий КПД

4. Ограниченная величина окружной скорости

 

- Формула для определения диаметра ведомого катка цилиндрической фрикционной передачи

1)

2)

3)

4) .

 

- Для чего в расчетные формулы вводят коэффициент K_с?

1. Для увеличения КПД передачи

2. Для снижения пробуксовки катков при перегрузках

3. Для снижения коэффициента трения

 

- Как уменьшить межосевое расстояние а при проектировании фрикционной передачи (без увеличения размеров и нагруженности передачи)

1. Выбрать более прочный материал

2. Увеличить коэффициент К_с

3. Увеличить коэффициент f

4. Увеличить коэффициент

 

- Как называется передача, показанная на рисунке?

1. Цилиндрическая фрикционная передача

2. Лобовой вариатор

3. Торовый вариатор

4. Вариатор с коническими катками

 

- К каким передачам относятся вариаторы?

1. С нерегулируемым передаточным числом

2. С регулируемым передаточным числом

 

- В какое положение необходимо поместить ведущий каток 1 (см. рисунок), чтобы уве­личить угловую скорость ведомого катка 2?

1. Влево к оси вала катка 2

2.В правое крайнее положение

 

- Какое направление вращения будет иметь ведомый каток 2 (см. рисунок), если веду­щий каток 1 переместить влево (на рисун­ке показано штриховыми линиями)

1. По часовой стрелке

2. Против часовой стрелки

 

- Как назвать деталь, обозначенную цифрой 3 на рисунке?

1. Ведущий каток

2. Ведомый каток

3. Промежуточный диск