Расчет фрикционных передач на прочность

Для фрикционных передач с металлическими катками основным критерием работоспособности является контактная прочность. Прочность и долговечность фрикционной передачи оцениваются по контактным напряжениям – напряжениям смятия поверхности на площадке контакта.

Контактные напряжения передач с контактом по линии определяют по формуле Герца:

σ_н = √{(qE_пр)/[2π(1 – μ²)ρ_пр]}, (здесь и далее √ - знак квадратного корня)

где:
q – нормальная нагрузка по длине контактной линии, q = F_rK/l, где F_r – сила прижатия катков,
K – коэффициент запаса сцепления (коэффициент нагрузки), K = 1,25...2; l – длина контактной линии;
ρ_пр - приведенный радиус кривизны:
ρ_пр = R₁R₂/(R₁ + R₂), где R₁ и R₂ – радиусы ведущего и ведомого катков;
Е_пр - приведенный модуль упругости, Е_пр = 2Е₁Е₂/(Е₁ + Е₂) ;
μ - коэффициент поперечной деформации.

При μ = 0,3 получим условие прочности по контактным напряжениям:

где: σ_н – допускаемое контактное напряжение для менее прочного материала катков.

Характер и причины отказов фрикционных передач

Этот вид отказа характерен для закрытых передач, работающих в условиях качественного смазывания и защищенных от попадания абразивных частиц. Прижимная сила F_r 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.

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.

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

Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала.

Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального режима, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

В качестве механизма главного движения в вариаторах применяют передачи разного типа – фрикционные, ременные, цепные. Их выполняют в виде отдельных механизмов с непосредственным контактом ведущего и ведомого катков, с промежуточным элементом (например, ремнем) и планетарные.

Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка n_2max к его минимальной частоте вращения n_2min:

Обычно для одноступенчатых вариаторов диапазон регулирования выбирают в пределах Д = 3...8.

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 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 положение Б, 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:

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

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: