Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Классификация фрикционных передач





Фрикционные передачи



 

Общие понятия и определения

Фрикционными называют передачи, в которых движение передается силами трения, возникающими в зоне контакта между двумя катками (колесами), прижимаемыми друг к другу с некоторой силой и при вращении одного из них.
При этом сила трения, возникающая между катками фрикционной передачи, должна быть равна по величине или превышать передаваемое передачей окружное усилие.

Возможность передавать заданную нагрузку для фрикционных передач описывается условием:

Rf ≥ Ft,

где:
Ft – передаваемая окружная сила;
Rf = fFr – сила трения в зоне контакта катков фрикционной передачи; Fr – прижимная сила; f – коэффициент трения.

Если указанное выше условие не соблюдается, катки фрикционной передачи будут проскальзывать друг относительно друга, не передавая мощность.

Как правило, для создания требуемой силы трения Rfкатки прижимают друг к другу силой Fr, которая во много раз превышает окружную силу Ft.
При коэффициенте f трения 0,05...0,3 сила прижатия катков превосходит передаваемую (окружную) силу не менее, чем в 3...25 раз (с учетом необходимого запаса сцепления).
Прижатие катков фрикционной передачи может осуществляться различными способами – собственным весом конструкции, рычагами, пружинами или специальными устройствами.

Фрикционные передачи работают с небольшим упругим скольжением, которое обусловлено упругими деформациями поверхностных слоев катков.

***

Классификация фрикционных передач

В зависимости от назначения различают фрикционные передачи с нерегулируемым передаточным числом и с бесступенчатым (плавным) регулированием передаточного числа – вариаторы.

В зависимости от взаимного расположения валов и осей фрикционные передачи бывают цилиндрические(при параллельных осях), конические (при пересекающихся осях), лобовые (при перекрещивающихся осях).

В зависимости от условий работы фрикционные передачи подразделяют на открытые (работающие всухую) и закрытые (работающие в масляной ванне).
Открытые передачи обладают большей нагрузочной способностью (большим коэффициентом трения f), требуют меньшую прижимную силу, но обладают такими недостатками, как повышенный нагрев и износ катков при перегрузках.
В закрытых передачах масляная ванна обеспечивает отвод тепла, уменьшает износ катков, тем самым увеличивая надежность и долговечность передачи, но снижает коэффициент трения, что приводит к необходимости увеличивать прижимное усилие между катками.

***

Достоинства фрикционных передач

К достоинствам фрикционных передач можно отнести следующие их качества:

· Простота конструкции, простая форма рабочих тел (катков) и относительно низкая стоимость.

· Плавность и бесшумность работы, в том числе и при высоких скоростях.

· Возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.

· Возможность пробуксовки при перегрузке, т. е. фрикционная передача способна выполнять функцию своеобразного механического предохранителя, избавляющего дорогостоящие узлы и детали машины от поломки при неожиданных перегрузках.

***

Недостатки фрикционных передач

Недостатки фрикционных передач обусловлены особенностями их конструкции:

· Необходимость применения специальных прижимных устройств, усложняющих конструкцию.

· Большие нагрузки на валы и подшипники, обусловленные прижимной силой, что требует увеличения размеров валов и осей, а также применения усиленных опор и подшипников. Этот недостаток фрикционных передач зачастую ограничивает возможность передавать большую мощность.

· Непостоянное передаточное отношение из-за проскальзывания катков. Скольжение в фрикционной передаче связано с упругими деформациями поверхностных слоев катков, износом поверхностей, возможным ослаблением прижимных устройств, возможным непостоянством коэффициента трения по рабочей поверности катков..

· Изнашивание рабочих поверхностей катков вследствие проскальзывания, возможность их повреждения(образования лысок) при буксовании.

***

Основные характеристики фрикционной передачи

 

Передаточное число

Передаточное число передачи без учета проскальзывания:

u = ω12 = n1/n2 = D2/D1

где:
ω1 и ω2 - угловая скорость вращения соответственно ведущего и ведомого катков, n1 и n2 - частота вращения катков, D1 и D2 – диаметр ведущего и ведомого катков.

С учетом скольжения передаточное число фрикционной передачи может быть подсчитано по формуле:

u = D2/D1(1 – ε),

где: ε – коэффициент скольжения.

ε = (v1 – v2)/v1,

где:
v1, v2 - линейные скорости в точке контакта. Обычно коэффициент скольжения ε равен 0,002...0,05.

Практически в силовых фрикционных передачах передаточное число u ≤ 7.

Сила трения в контакте

Сила трения в зоне контакта катков фрикционной передачи определяется по формуле:

Rt = f Fr,

где: f – коэффициент трения, Fr – сила прижатия катков.

КПД фрикционных передач

Коэффициент полезного действия (коэффициент потерь мощности) фрикционных передач зависит от потерь на качение и скольжение катков, а также потерь в подшипниках опор. Для каждого типа конструкций передач КПД определяют экспериментально, сравнивая мощность на ведущем и ведомом валах.

Обычно для закрытых фрикционных передач η = 0,88...0,95, для открытых – η = 0,70...0,85 (без учета потерь в подшипниках).

***

Усталостное выкрашивание.

Этот вид отказа характерен для закрытых передач, работающих в условиях качественного смазывания и защищенных от попадания абразивных частиц. Прижимная сила Fr вызывает в зоне контакта катков высокие контактные напряжения, которые циклически нагружают места контакта вследствие вращения катков.
В результате образуются усталостные микротрещины на рабочих поверхностях, развивающиеся из-за наполнения смазкой, и приводящих к выкрашиванию частиц и образованию раковин на поверхности катков.

Для предотвращения усталостного выкрашивания проводят расчет на контактную прочность, и применяют для катков материалы повышенной твердости, что обеспечивает более высокие допускаемые контактные напряжения.

Заедание.

Возникает в быстроходных тяжелонагруженных передачах при разрыве масляной пленки между рабочими поверхностями катков. Это приводит к повышению температуры в месте контакта и местному привару частиц металла (микросварка) с последующим отрывом от одной из поверхностей.
Приварившиеся частицы при последующем контакте задирают рабочие поверхности в направлении скольжения.

Для предотвращения заедания применяют специальные противозадирные масла ВТМ-1, ВТМ-2 и др., у которых коэффициент трения в 1,2...1,5 раза выше, чем у нефтяных масел.

Изнашивание.

Этот вид отказа наиболее часто встречается у открытых фрикционных передач. Изнашивание происходит вследствие упругого скольжения в зоне касания катков.

 

Вариаторы



 

Разновидности вариаторов

В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и другие.
Разработано большое число конструкций вариаторов с различными принципиальными схемами, в зависимости от назначения и применения в различных механизмах и машинах.
Многообразие конструкций вариаторов не позволяет систематизировать методы их расчетов.

Вариаторы подбирают по каталогам и справочникам, в зависимости от передаваемого крутящего момента, диапазона регулирования, частоты вращения ведущего вала и конструктивных особенностей.

***

Лобовые вариаторы

Лобовые вариаторы применяют в винтовых прессах и различных приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R2.
Лобовые радиаторы допускают реверсирование вращения (передвижением малого катка из положения А в положениеБ, см. рис. 2).

Рабочие поверхности катков лобовых вариаторов подвержены интенсивному износу вследствие существенной разницы скоростей на площадке контакта(геометрическое скольжение).
По этой же причине лобовые вариаторы имеют невысокий КПД.

Поскольку R1 = const, диапазон регулирования лобовых вариаторов определяется по формуле:

Д = R2max/R2min.

***



 

Торовые вариаторы

Торовый вариатор состоит из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух или трех промежуточных роликов (рис. 4).
Частоту вращения ведомого вала регулируют поворотом промежуточных роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы поверхностей контактаR1 и R2.

Торовые вариаторы имеют наиболее совершенную и компактную конструкцию в сравнении с вариаторами других типов. Скольжение у них сведено к минимуму.
КПД достигает 0,95, диапазон регулирования Д ≤ 6,3.

Основные недостатки торовых вариаторов – сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления и монтажа.
Особенностью торовых вариаторов является противоположное вращение ведущего и ведомого валов.
Реверсивное движение ведомого вала не осуществляют.

Текущее значение передаточного числа торовых вариаторов рассчитывают по формулам:

u = n1/n2 = R2/R1.

***

Многодисковые вариаторы

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических дисков, прижимаемых пружинами (рис. 5).
Изменение частоты вращения ведомого вала в таких вариаторах осуществляется за счет перемещения ведущего вала относительно ведомого в направлениях, указанных на рис. 5 красными стрелками. При этом изменяется межосевое расстояние и расчетный радиус R1ведущих дисков.

При работе дисков в масляной ванне долговечность и надежность многодисковых вариаторов существенно повышается.

Передаточное число многодисковых вариаторов определяется по формулам:

u = n1/n2 = R2/R1.

Диапазон регулирования многодисковых вариаторов Д ≤ 4,5, КПД η = 0,8...0,9.

Применение многодисковых вариаторов позволяет уменьшить габариты конструкции при больших значениях передаваемой мощности.
Как и рассмотренные выше типы вариаторов (клиноременные, цепные, торовые), многодисковые не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Кроме рассмотренных здесь типов вариаторов применяются и другие конструкции - конусные, двухконусные, дисковые, роликовые и т. д. Конструкции некоторых из них представлены на рисунке ниже.

 

Ременные передачи



 

Недостатки ременных передач

Основные недостатки ременных передач:

· Большие габаритные размеры (в особенности при передаче значительных мощностей).

· Малая долговечность ремня, особенно в быстроходных передачах.

· Большая нагрузка на валы и подшипники опор из-за натяжения ремня (этот недостаток менее выражен у зубчатоременных передач).

· Необходимость применения устройств натяжения ремня, усложняющих конструкцию передачи.

· Чувствительность нагрузочной способности к загрязнению звеньев и влажности воздуха.

· Непостоянное передаточное число вследствие неизбежного упругого скольжения ремня.

***

Силы в ременной передаче

При монтаже и эксплуатации ременной передачи в ней возникают силовые факторы, так или иначе снижающие долговечность машины, агрегата или отдельных узлов и деталей. Основные нагрузки на детали и узлы вызываются натяжением ремня, которое неизбежно присутствует как в неработающей передаче, так и при ее холостом и рабочем ходе.

 

Рабочее натяжение ремня

При приложении рабочего вращающего момента Т1происходит перераспределение сил натяжения в ветвях ремня: ведущая ветвь дополнительно натягивается до силыF1, а натяжение ведомой ветви уменьшается до силы F2(см. рис. 1б). Из условия равенства моментов относительно оси вращения получим уравнение:

- Т1 + F1d1/2 – F2d1/2 = 0 или F1 – F2 = Ft, (1)

где Ft = 2×103Т1/d1 – окружная сила на шкиве, Н. Здесь Т1 – в Н×м; d – в мм.

Общая геометрическая длина ремня не зависит от нагрузки и во время работы передачи остается неизменной. Дополнительное удлинение ведущей ветви компенсируется равным сокращением ведомой ветви. Следовательно, насколько возрастает сила натяжения ведущей ветви ремня, на столько же снижается сила натяжения ведомой ветви, т. е.

F1 = F0 + ΔF и F2 = F0 – ΔF, или F1 + F2 = 2F0. (2)

Решая совместно уравнения (1) и (2), получаем:

F1 = F0 +Ft/2; F2 = F0 – Ft/2.

 

Скольжение ремня по шкивам

В ременной передаче различают два вида скольжения ремня: упругое скольжение и буксование.

Упругое скольжение

В процессе обегания ведущего шкива ремнем сила его натяжения уменьшается от F1 до F2 (см. рис.3). А так как деформация ремня пропорциональна силе натяжения, то при уменьшении последней ремень под действием силы упругости укорачивается, преодолевая сопротивления силы трения в контакте ремня со шкивом.
При этом ремень отстает от шкива – возникает упругое скольжение ремня по шкиву.
На ведомом шкиве также происходит скольжение, но здесь сила натяжения возрастает от F2 до F1, ремень удлиняется и опережает шкив.

Упругое скольжение происходит не на всей дуге обхвата α, а лишь на части ее – дуге скольжения αc, которая всегда расположена со стороны сбегания ремня со шкива.
Длину дуги скольжения определяет условие равновесия сил трения на этой дуге и разность сил натяжения ветвей, т. е. окружная сила Ft = F1 – F2.
При нормальной работе ременной передачи αc1 = (0,5…0,7)α.

Со стороны набегания ремня на шкив имеется дуга покоя αn, на которой сила в ремне не меняется, оставаясь равной силе натяжения набегающей ветви, а сам ремень движется совместно со шкивом без скольжения. Сумма дуг αc и αn равна дуге обхвата α.

Скорости прямолинейных ветвей v1 и v2 равны окружным скоростям шкивов, на которые они набегают. Потерю скорости (v1 - v2) определяет скольжение на ведущем шкиве, где направление скольжения не совпадает с направлением движения шкива (см. рис. 3).

Таким образом, упругое скольжение ремня неизбежно в ременной передаче, оно возникает в результате разности сил F1 и F2, нагружающих ведущую и ведомую ветви ремня. Упругое скольжение приводит к снижению скорости и, следовательно, к потере части мощности, а также вызывает электризацию, нагревание и изнашивание ремня, сокращая его долговечность.

Упругое скольжение ремня характеризуется коэффициентом скольжения ξ:

ξ = (v1 – v2)/v1,

где v1 и v2 – окружные скорости ведущего и ведомого шкивов.

При нормальном режиме работы обычно ξ = 0,01…0,02.

Буксование ремня

По мере роста окружной силы Ft = F1 – F2 уменьшается дуга покоя αn1, следовательно, уменьшается и запас сил трения.
При значительной перегрузке дуга скольжения αc1 достигает значения дуги обхвата α1 и ремень скользит по всей поверхности касания с ведущим шкивом, т. е. буксует. При буксовании ремня на ведущем шкиве ведомый шкив останавливается – передача становится неработоспособной.

***

Напряжения в ремне



 

Полезное напряжение

Отношение окружной силы (полезной нагрузки) Ft к площади поперечного сечения ремня называют полезным напряжением σt (на рис. 1 полезное напряжение выделено синим цветом):

σt = Ft/A.

Так как Ft = F1 – F2, то полезное напряжение σt является разностью напряжений в ведущей и ведомой ветвях ремня при рабочем ходе на малой скорости (пока не сказывается влияние центробежных сил), т. е.

σt = σ1 – σ2.

Напряжения σ1 в ведущей и σ2 в ведомой ветвях от сил F1 и F2 с учетом сделанных ранее определений могут быть рассчитаны по формулам:

σ1 = F1/A = F0/A + 0,5Ft/A = σ0 + σt/2;
σ2 = F2/A = F0/A - 0,5Ft/A = σ0 - σt/2.

Величина σt определяет тяговую способность ременной передачи.

 

Напряжение изгиба в ремне

Напряжение изгиба σи (на рис. 1 напряжения изгиба выделены красным цветом) возникает в ремне при огибании им шкивов. В местах набегания ремня на шкивы и сбегания ремня не происходит резких скачков напряжений (см. рис. 1), так как радиус кривизны ремня изменяется постепенно.

По закону Гука σи = εE, где ε = ymax/r – относительное удлинение волокон на наружной стороне ремня при изгибе.
Согласно рис…, ymax = 0,5δ и r = 0,5(d + δ) ≈ 0,5d.
Тогда

σи = δE/d,

где δ – толщина ремня; E – модуль продольной упругости материала ремня; d – расчетный диаметр шкива.

Из формулы (3) следует, что наибольшее напряжение изгиба в ремне возникает на малом шкиве диаметромd1 (см. рис. 1). Обычно по соображениям компактности передачи стремятся принимать небольшие значенияd1. Однако при этом возникают большие напряжения изгиба σи, которые могут в несколько раз превышать все другие напряжения.

На практике значение напряжения изгиба ремня σи ограничивают минимально допустимым для каждого вида ремня значением диаметра малого (обычно - ведущего) шкива d1.

Напряжение изгиба, изменяясь по отнулевому циклу, является главной причиной усталостного разрушения ремня. На тяговую способность ременной передачи оно не влияет.

 

Фрикционные передачи



 

Общие понятия и определения

Фрикционными называют передачи, в которых движение передается силами трения, возникающими в зоне контакта между двумя катками (колесами), прижимаемыми друг к другу с некоторой силой и при вращении одного из них.
При этом сила трения, возникающая между катками фрикционной передачи, должна быть равна по величине или превышать передаваемое передачей окружное усилие.

Возможность передавать заданную нагрузку для фрикционных передач описывается условием:

Rf ≥ Ft,

где:
Ft – передаваемая окружная сила;
Rf = fFr – сила трения в зоне контакта катков фрикционной передачи; Fr – прижимная сила; f – коэффициент трения.

Если указанное выше условие не соблюдается, катки фрикционной передачи будут проскальзывать друг относительно друга, не передавая мощность.

Как правило, для создания требуемой силы трения Rfкатки прижимают друг к другу силой Fr, которая во много раз превышает окружную силу Ft.
При коэффициенте f трения 0,05...0,3 сила прижатия катков превосходит передаваемую (окружную) силу не менее, чем в 3...25 раз (с учетом необходимого запаса сцепления).
Прижатие катков фрикционной передачи может осуществляться различными способами – собственным весом конструкции, рычагами, пружинами или специальными устройствами.

Фрикционные передачи работают с небольшим упругим скольжением, которое обусловлено упругими деформациями поверхностных слоев катков.

***

Классификация фрикционных передач

В зависимости от назначения различают фрикционные передачи с нерегулируемым передаточным числом и с бесступенчатым (плавным) регулированием передаточного числа – вариаторы.

В зависимости от взаимного расположения валов и осей фрикционные передачи бывают цилиндрические(при параллельных осях), конические (при пересекающихся осях), лобовые (при перекрещивающихся осях).

В зависимости от условий работы фрикционные передачи подразделяют на открытые (работающие всухую) и закрытые (работающие в масляной ванне).
Открытые передачи обладают большей нагрузочной способностью (большим коэффициентом трения f), требуют меньшую прижимную силу, но обладают такими недостатками, как повышенный нагрев и износ катков при перегрузках.
В закрытых передачах масляная ванна обеспечивает отвод тепла, уменьшает износ катков, тем самым увеличивая надежность и долговечность передачи, но снижает коэффициент трения, что приводит к необходимости увеличивать прижимное усилие между катками.

***







ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2023 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.