Лекция 13. ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ Назначение и особенности фрикционных передач

Лекция 13.
ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Назначение и особенности фрикционных передач
Фрикционная передача основана на использовании силы трения R f, возникающей в месте
контакта фрикционных катков 1 и 2 (рис. 173) в результате прижатия их друг к другу силой F о и
приложения к ведущему катку 1 момента М1.
Фрикционные механизмы в зависимости от относительного расположения геометрических осей
валов делятся на передачи:
o с параллельными осями — с цилиндрическими катками (рис. 174, а), с коническими
катками (рис. 174, б);
o с пересекающимися осями — с коническими катками (рис. 174, в), с цилиндрическими
катками (рис. 174, г).
Достоинства фрикционных передач:
простота конструкции; плавность, бесшумность работы; возможность осуществления передач с
плавным изменением передаточного отношения, возможность проскальзывания фрикционных
катков при перегрузках, что предохраняет от поломок детали приводимого в движение
механизма.
I
Недостатки фрикционных передач:
ограниченная величина передаваемой мощности (для цилиндрической фрикционной передачи
обычно до 10 кВт); большая нагрузка на валы и опоры валов; непостоянство передаточного
отношения, являющееся следствием взаимного проскальзывания катков; повышенный износ
катков, вследствие которого передача начинает работать со значительным шумом; сравнительно
низкий к.п.д. (для передач обычного типа = 0,8-0,9).
Кинематические соотношения во фрикционных передачах
При отсутствии проскальзывания между ведущим и ведомым звеньями передаточное отношение
передачи (см. рис. 173)
Однако при работе фрикционной передачи всегда имеется проскальзывание, выражающееся в
некотором уменьшении скорости ведомого катка по сравнению со значением ω2, полученным из
соотношения (а). Величина скольжения зависит от конструкции передачи, нагрузки и других
факторов.
Скольжение учитывается коэффициентом ε:
где
— соответственно теоретическая (без скольжения) и фактическая
угловые скорости и частоты вращения ведомого катка.
С учетом скольжения передаточное отношение принимает следующий вид:
Практически значения ε могут колебаться в пределах от 0,005 до 0,05
.
Фрикционная передача с коническими катками применяется при пересекающихся осях (рис. 175).
Передаточное отношение (при отсутствии скольжения)
Так как для передачи с
справедливы соотношения:
то:
Понятие о вариаторах
Фрикционные передачи могут осуществляться с постоянным или переменным передаточным
отношением. Фрикционные передачи, обеспечивающие плавное (бесступенчатое) изменение
угловой скорости ведомого вала, называют вариаторами. Широкое распространение получили
фрикционные вариаторы, применяемые в станках, кузнечно-прессовом оборудовании, в
механизмах приборов и т. д.
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Виды зубчатых передач. Передаточное отношение
Наиболее распространенные передачи в современном машиностроении — зубчатые передачи.
Основные их достоинства — высокий к.п.д., компактность, надежность работы, простота
эксплуатации, постоянство передаточного отношения, большой диапазон передаваемых
мощностей (от тысячных долей до десятков тысяч киловатт). К основным недостаткам зубчатых
передач относятся сравнительная сложность их изготовления (необходимость в специальном
оборудовании и инструментах) и шум при неточном изготовлении и высоких окружных
скоростях. При больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов зубчатые
передачи получаются громоздкими и применение их в этих случаях нерационально.
В зависимости от относительного положения геометрических осей ведущего и ведомого валов
различают:
o зубчатые передачи с цилиндрическими колесами, применяемые при параллельных осях
валов;
o передачи с коническими колесами, применяемые при пересекающихся осях валов;
o передачи с винтовыми и гипоидными колесами — при скрещивающихся в пространстве
осях валов.
Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими зубчатыми колесами.
По расположению зубьев относительно образующей цилиндрические зубчатые колеса бывают:
прямозубые (рис. 177, а), косозубые (рис. 177, б) и шевронные (рис. 177, в, г).
В зависимости от применяемого зуборезного оборудования и инструмента шевронные зубчатые
колеса выполняют либо с проточкой (рис. 177, в), либо с жестким углом шеврона (рис. 177, г).
Цилиндрические зубчатые колеса могут быть с внешним (рис. 178,а) и внутренним зацеплениями
(рис. 178, б). Конические колеса изготовляют с прямыми (рис. 179, а), косыми (рис. 179, б) и
криволинейными (рис. 179, в) зубьями.
По конструктивному оформлению различают зубчатые передачи:
o открытые, т. е. не заключенные в непроницаемый корпус и подверженные действию пыли
и грязи;
o закрытые, т. е. размещенные в специальном корпусе, защищенные от проникновения пыли
извне и обеспеченные постоянной смазкой из масляной ванны корпуса (окунанием) или
смазкой, поступающей на места зацепления зубьев (смазка поливанием). При
недостаточной точности и высокой скорости зубчатая передача работает со значительным
шумом, а зубья испытывают дополнительные динамические нагрузки. Поэтому чем
больше окружная скорость, тем выше должна быть точность изготовления зубчатых
колес.
Рассмотрим кинематику зубчатой передачи.
На рис. 178, а, б изображены схемы цилиндрической зубчатой передачи. Зубья одного из колес,
насаженного на ведущий вал, входят во впадины парного колеса. Зуб вращающегося ведущего
колеса заставляет ведомое колесо повернуться на некоторый угол, после чего в зацепление
входит вторая, третья и т. д. пары зубьев. Ведомое колесо приводится таким образом в
непрерывное вращение. Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется
шестерней, а с большим — колесом.
передача основана на использовании силы трения Rf, возникающей в месте контакта z1:
При одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называется ведущее зубчатое
колесо, а колесом — ведомое. Передаточное число может быть больше или равным единице.
Передаточное отношение зубчатой передачи называется отношением угловых скоростей
зубчатых колес:
Знак плюс (+) указывает одинаковое направление угловых скоростей; знак минус (—) —
противоположное направление.
Численное значение отношения угловой скорости шестерни к угловой скорости колеса равно
передаточному числу.
Передаточные отношения серии зубчатых колес
В том случае, когда ведущий и ведомый валы находятся на значительном расстоянии друг от
друга, передача движения при помощи только двух зубчатых колес оказывается невыгодной, так
как габариты передачи получаются большими (рис. 183). Передачу с требуемым передаточным
отношением i целесообразнее осуществить так, как показано на рис. 183, т. е. при помощи
нескольких зубчатых колес, насаженных на параллельные валы. На ведущий вал насажено
зубчатое колесо с диаметром d1 и числом зубьев z1 на ведомый вал — колесо диаметром d4 и
числом зубьев z4. Колеса с диаметрами d2 и d3 и числом зубьев z2 и z3, имеющие тот же шаг,
называют промежуточными или «паразитными».
Передаточное отношение первой пары –
второй пары –
третьей пары –
Перемножив частные передаточные отношения, найдем:
Полученный результат представляет собой общее передаточное отношение зубчатой передачи.
Из изложенного следует, что общее передаточное отношение последовательного ряда зубчатых
колес с промежуточными колесами равно отношению числа зубьев ведомого колеса к числу
зубьев ведущего.
Промежуточные колеса не изменяют общего передаточного отношения, но влияют на
направление вращения ведомого вала: при четном числе промежуточных колес направления
вращения ведущего и ведомого колес противоположны, при нечетном – одинаковы.
Включение серии малых зубчатых колес вместо двух колес больших габаритов и массы при
сохранении заданного передаточного отношения снижает металлоемкость передачи, уменьшает
ее габариты (что очень важно в машинах и станках) и дает возможность изменить направление
вращения ведомого колеса.
Одной парой зубчатых колес невозможно осуществить передачу с большим передаточным
отношением (обычно umax < 10) Для получения больших передаточных отношений применяют
так называемую многоступенчатую передачу (рис. 184).
Передаточное число передачи
определяется из следующих соображений:
После перемножения этих равенств получим
Таким образом, общее передаточное отношение многоступенчатой передачи равно
произведению передаточных отношений всех ступеней. В том случае, если числа зубьев малых
колес равны между собой, т. е.
и числа зубьев больших колес
тоже равны между собой, т. е.
общее передаточное число
будет
Если число одинаковых пар зубчатых колес п, то
u = (Zz)n/.