Фрикционные передачи. Их конструкции, материалы и применение

Под фрикционными механизмами понимают механизмы, в которых движение от ведущего звена к ведомому передается за счет сил трения, возникающих между прижатыми друг к другу телами. Силы прижатия создают пружинами, поджимными винтами, силами тяжести и т.д.

Фрикционная передача (от лат. frictio, родительный падеж frictionis — трение), механическая передача, в которой движение передаётся или преобразовывается с помощью сил трения между телами качения — цилиндрами, конусами и т.д., прижимаемыми друг к другу.

Назначением их является изменение скорости вращательного движения (рис.2.1 а), или преобразование вращательного движения в поступательное (рис.2.1 в).

Рис. 2.1

Рассматривают следующие виды фрикционных механизмов в зависимости от расположения осей и валов:

– с параллельными (рис.2.1 а,в)

– с пересекающимися (рис.2.1 г) осями;

– с нерегулируемым, постоянным (рис. 2.1 а, г)

– с регулируемым, плавно измеряемым передаточным отношением (i=var) (рис.2.1 б).

Применяют фрикционные механизмы в приводах лентопротяжных, бумагопротяжных устройств, прессах, устройствах транспортирования.

Достоинства данного вида механизмов это простота конструкции, изготовления, бесшумность в работе, автоматическое предохранение от перегрузок (за счет проскальзывания звеньев), отсутствие мертвого хода, возможность плавного бесступенчатого изменения передаточного отношения.

К недостаткам отнесем непостоянство заданного передаточного отношения (за счет отсутствия жесткой кинематической связи между ведущим и ведомым звеньями), необходимость наличия нажимных устройств для прижатия тел качения друг к другу, усиленный износ в местах прикосновения (за счет больших удельных давлений), сравнительно низкий КПД (0,7—0,9), большие нагрузки на валы и опоры (как следствие необходимость увеличения размеров), нагрев при работе.

В связи с указанными недостатками фрикционные передачи не получили такого широкого распространения как зубчатые.

Всякое движение соприкасающихся звеньев (диски, цилиндрические или конические катки, цилиндры, конуса) фрикционных механизмов сопровождается их относительным скольжением. Рассмотрим виды скольжения (упругое и геометрическое), а также буксование.

Упругое скольжение представляет собой скольжение, возникающее из-за различной упругой деформации ведущего и ведомого звеньев в зоне контакта. Напряжения в этой зоне различаются по величине и по знаку. Поверхностные слои ведущего катка 1 (рис. 2.1, а), нагруженного движущим (вращающим) моментом Мд по мере приближения к площадке ВА контакта сжимаются, а проходя ее – растягиваются. На ведомое звено действует момент сопротивления М2, направленный в сторону, противоположную направлению момента Мд. В точке А волокна ведущего катка растянуты, а ведомого – сжаты. Под действием сил трения в точке В площадки контакта волокна ведущего катка сжаты, а ведомого – растянуты. В пределах площадки контакта волокна каждого катка меняют свою деформацию, скользя друг по другу.

Скорость упругого скольжения составляет как правило 0,2—0,3% от величины окружной скорости катков, и имеет свойство увеличиваться с увеличением площадки контакта, т.е. с уменьшением модуля упругости материала, следовательно КПД фрикционных передач тем меньше, чем меньше модуль упругости материала катков.

Геометрическое скольжение представляет собой скольжение за счет разности величин скорости точек касания звеньев фрикционного механизма вдоль линии контакта.

Различают следующие виды скольжения разнотипных передач:

– между двумя катками конусной формы (рис. 2.1 г) с несовпадающими вершинами конусов. Чистое качение может быть по линии касания окружностей диаметров d1 и d2. Чистое качение может быть по линии касания окружностей диаметров В остальных точках, лежащих по линии АВ контакта катков, наблюдается проскальзывание.

– если катки имеют цилиндрическую форму, вращаются около параллельных осей и вращаются около параллельных осей, а также когда вершины образующих конусов катков совпадают (рис. 2.1 г) геометрическое скольжение отсутствует.

Буксование – это проскальзывание, вызванное нагрузкой передачи, возникающее когда движущая сила больше величины силы сцепления между звеньями, и ведущее к местному интенсивному износу поверхности ведомого звена, что нежелательно. Как правило, буксование является одной из причин использовать для ведомых звеньев более износостойкий материал, чем материал ведущих звеньев, т.к. местный износ ведомого звена в этом случае заменит равномерный износ всей поверхности ведущего звена.

Материалы катков фрикционных механизмов должны иметь высокую контактную прочность и износостойкость для обеспечения необходимой долговечности, значительный коэффициент трения для уменьшения силы нажатия колес, высокий модуль упругости для обеспечения минимального проскальзывания, высокую коррозионную стойкость и теплопроводность, т.е. это легированные стали ШХ15, 18ХН3А, закаленные до HRCэ 56 … 62.

Обычно катки фрикционных передач фрикционных передач выполняют из разных материалов, образующих пары с повышенным трением: сталь-сталь, сталь-текстолит, сталь-резина, сталь-асбест и др.

Существуют рекомендации по изготовлению ведущего катка из более мягкого материала, что обеспечивает высокий коэффициент трения, меньшую силу прижатия и снижение шума, но при этом получают меньший КПД и большее упругое скольжение.

Фрикционные передачи применяются в устройствах перемещения следующих устройств для перемещения носителей информации (бумаги, магнитных лент, карт):

Перьевые плоттеры. Существует два типа ПП: планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага – вдоль другой, за счет захвата транспортным валом, обычно фрикционным. Перемещения выполняются при помощи шаговых или линейных электродвигателей, создающих довольно большой шум.

Нумератор – еще один вид специфического оборудования, предназначенный для нанесения на различные бумаги неповторяющихся чисел и знаков. Область применения нумераторов – нумерация билетов, чеков, счетов, акций и других ценных бумаг или бланков строгой отчетности. Различаются нумераторы по разрядности печатающей головки, способу подачи бумаги и возможности подключения дополнительного оборудования. Настольная нумерационная машина с фрикционной подачей отличается простотой конструкции и высокой надежностью. Две 7-ми разрядные нумерационные головки имеют раздельный электромагнитный привод и раздельное программирование позиций печати.