Фрикционные передачи

ПЕРЕДАЧИ ТРЕНИЕМ Раздел №1: Фрикционные передачи. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ. Во фрикционной передаче вращающее движение от ведущего катка к ведомому передается силам трения, возникшими в месте их контакта. ведомый каток ведущий каток Rf – сила трения в месте контакта Rf = f ·Fr Условие передачи вращающего момента Rf >Ft Для создания требуемой силы трения Rf катки прижимают друг друга с силой Fr, которая во много раз превышает передаваемую силу Ft (до 20 раз). Фрикционные передачи работают с упругим скольжением, вызываемым упругими деформациями поверхностных слоев катков. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕДАЧ Виды фрикционных передач: с нерегулируемым передаточным числом (передача с цилиндрическими катками) с регулированным передаточным числом (конусный вариант) В зависимости от расположения осей валов фрикционные передачи бывают: 1. цилиндрические (при параллельных осях) 2. конические (при пересекающихся осях) 3. лобовые (при перекрещивающихся осях) В зависимости от условий работы: 1. открытые (работают без смазки) 2. закрытые (работают в масляной ванне) ДОСТОИНСТВА ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ: - простая форма рабочих тел - плавность и бесшумность работы даже на больших скоростях - возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа - возможность пробуксировки при перегрузке НЕДОСТАТКИ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ: - необходимость специальных прижимных устройств - большая нагрузка на валы и опоры - непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания катков - изнашивание рабочих поверхностей вследствие проскальзывания Материалы фрикционных катков должны быть: - высокий коэффициент трения f для уменьшения силы прижатия Fr - высокий модуль упругости Е для уменьшения упругого скольжении и потерь при перекатывании - высокую износостойкость и влагостойкость РАЦИОНАЛЬНОЕ СОЧЕТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ: закаленная сталь f = 0.15 . . . 0.18 по закаленной стали текстолит, фибра f = 0.30 . . . 0.35 по стали металлокерамика f = 0.30 . . .0.35 по закаленной стали ВИДЫ РАЗРУШЕНИЙ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КАТКОВ УСТАЛОСТНОЕ ВЫКРАШИВАНИЕ Характерно для закрытых передач, работающих в условиях хорошего смазывания. Прижимная сила Fr вызывает в месте касания катков контактного напряжения. Зона контакта при вращении нагружается циклически что приводит: - к появлению усталостных микротрещин; - выкрашиванию частиц; - образованию мелких раковин. ЗАЕДАНИЕ Наблюдается в быстроходных тяжелонагруженных передачах при разрыве масляной пленки в зоне контакта. В результате возникновения высокой температуры в зоне контакта происходит местное схватывание частиц материала катков и повреждение рабочих поверхностей; затрудняется вращение. ИЗНАШИВАНИЕ Происходит в результате упругого скольжения в месте касания катков. Характерно для открытых передач и передач, работающих без смазки. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧ Скольжение и буксование Окружная скорость υ1 ведущего катка несколько больше скорости υ2 ведомого катка вследствие скольжения. коэффициент скольжения: ε =( υ1 – υ2)/υ1 обычно ε = 0.005 . . . 0.05 Скольжение приводит к уменьшению угловой скорости ведомого вала ω2, поэтому передаточное число фрикционной передачи определяют с четом скольжения. передаточное число: U = ω1 /ω2 = D2 /D1(1-ε) ≈D2 /D1 ω1,ω2 – угловые скорости катков межосевое расстояние: а =(D1 +D2)/2 = D1(U+1)/2 диаметр ведущего катка: D1 = 2a / (U+1) диаметр ведомого катка: D2 = D1·U СИЛЫ В ПЕРЕДАЧЕ окружная сила: Ft1 = 2T1/D1= Ft2 T1 - вращ. момент на ведущем катке D1 – диаметр катка прижимная сила: Fr = K·Ft /f K – запас сцепления, гарантирующий отсутствие пробуксования при эксплуатации в заданных режимах. f– коэффициент трения Раздел №2: Ременные передачи. Ременные передачи – это передачи трением с гибкой связью. Нагрузку передают силы трения между шкивами и ремнем. Для обеспечения необходимы силы трения, ремень должен быть натянут. Натяжение ремня – основное условие работы ременных передач. В зависимости от схемы передачи движения ременные передачи бывают: открытые перекрестные полуперекрестные с натяжным роликом В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают передачи: плоским ремнем клиновым ремнем круглым ремнем поликлиновым ремнем ДОСТОИНСТВА РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ: - простота конструкции - возможность передачи движения на большие расстояния (до 15 м ) - возможность работы с высокими частотами вращения - плавность и бесшумность работы - смягчение вибраций и толчков - предохранение механизмов от перегрузок за счет проскальзывания ремня НЕДОСТАТКИ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ: - большие радиальные размеры - малая долговечность ремня - непостоянное передаточное число из-за проскальзывания ремня - большие нагрузки на валы и подшипники - чувствительность к состоянию окружной среды(нефтепродуктам, жирам, влаги и т.д.) ОСНОВНЫЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ Основными геометрическими параметрами ременных передач являются: - диаметры шкивов d1 и d2 - межосевое расстояние а - расчетная длина ремня Lp - угол обхвата на малом шкиве α1 Межосевое расстояние а определяет конструкция привода. Рекомендуют: - для плоскоременных передач а ≥1,5 (d1+d2) - для клиноременных передач а ≥ 0,55 (d1+d2) +h , где h – высота сечения ремня. Расчетную длину ремня находят как сумму длин дуг обхвата шкивов и прямолинейных участков ремня: Lp = 2a + 0.5π(d1+d2) +0.25(d2-d1)²/a По найденному значению из стандартного ряда выбирают ближайшую большую расчетную длину ремня, после выбора длины ремня корректируют межосевое расстояние. Угол обхвата ремнем малого шкива: α1 = 180º- 2γ - для плоскоременных передач α1≥150º - для клиноременных передач α1≥110º При меньших значениях угла обхвата возможно снижение КПД из-за частичного буксования ремня под нагрузкой. Для создания трения между ремнем и шкивом необходимо предварительное натяжение ремня силой Fо. Чем больше Fo, тем выше тяговая способность передачи. В состоянии покоя или холостого хода на каждую ветвь ремня действует только сила предварительного натяжения Fo. При передаче полезного вращающего момента Т1 натяжение в ветвях ремня изменится. В ведущей ветви натяжение увеличивается до силы F1, а в ведомом уменьшается до F2. окружная сила на шкиве: f1-F2 = Ft Ft = 2T1/d1 следовательно: F1 = Fo+Ft /2 F2 = Fo-Ft/2 При обегании ремнем шкивов в ремне возникает центробежная сила Fυ: Fυ = ρ·A·υ² ρ – плотность материала ремня А – площадь сечения ремня υ – скорость движения ремня Сила Fυ отбрасывает ремень от шкива, уменьшает силу натяжения Fo, снижает силу трения и нагрузочную скорость передачи. НО увеличивает нагрузку на сам ремень!!! → ведущая ветвь F1+Fυ → ведомая ветвь F2+Fυ Силы натяжения ветвей ремня создают нагрузку на валы и подшипники равнодействующей силой Fn. Fn = 2Fo·sin(α1/2) Обычно сила Fn в 2 . . .3 раза больше полезной окружной силы Ft. Это является существенным недостатком ременных передач. ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ. Передаточное число ременных передач непостоянно из-за скольжения ремня по шкивам. Виды скольжения: 1. упругое (неизбежно при нормальной работе передачи) 2. буксование (полная потеря сцепления ремня со шкивом при нагрузке) При обегании ведущего шкива сила натяжения ремня уменьшается от F1 до F2. Под действием силы упругости ремень укорачивается, преодолевая сопротивление силы трения и отстает от шкива- возникает упругое скольжение. На ведомом шкиве наоборот – сила натяжения возрастает от F2 до F1, ремень удлиняется и опережает шкив. В ременной передаче упругое скольжение ремня неизбежно, оно возникает из-за разности F1 и F2, нагружающих ведущую и ведомую ветви ремня. Упругое скольжение ремня характеризуют: - коэффициент скольжения ξ ξ = (υ1 – υ2)/υ1 , отсюда υ2 = υ1(1- ξ) υ1,υ2 – окружные скорости шкивов - передаточное число U = ω1 /ω2; U = υ1d2 /υ2d1; U = d2 /d1(1-ξ) НАПРЯЖЕНИЕ В РЕМНЕ. При работе ременных передач напряжения по длине ремня распределены неравномерно. Виды напряжений в ремне: 1. напряжение от силы предварительного натяжения σо = Fo /A 2. напряжение от полезной нагрузки σt = Ft /A; σt = σ1–σ2 3. напряжение изгиба (при огибании шкивов) σu = δЕ /d , δ – толщина ремня; Е – модуль упругости. 4. напряжение от центробежной силы συ = Fυ /A Напряжение изгиба, изменяясь по отнулевому циклу, является главной причиной усталостного разрушения ремня. ЭПЮРА НАПРЯЖЕНИЙ В РЕМНЕ ПРИ РАБОТЕ ПЕРЕДАЧИ Максимальное напряжение действует в поперечном сечении ремня в месте его набегания на малый шкив. σmax = σu1+ σ1+ συ; σmax = σu1+ σо+ σt/2+συ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ Основные критерии работоспособности ременных передач: - тяговая способность ( способность передачи передавать заданную нагрузку без буксования) - долговечность ремня ( свойство ремня сопротивляться усталостному разрушению) тяговая способность Тяговую способность характеризуют экспериментальными кривыми относительного скольжения ε(%), совмещенными с кривыми КПД η (%), в зависимости от степени загруженности передачи. Степень загруженности характеризуют коэффициентом тяги φ : φ = Ft /2Fo При увеличении φ до 40 происходит только упругое скольжения ремня, КПД передачи η возрастает, а при φ = φо достигается максимальное значение. В диапазоне от φо до φmax появляется частое буксование, КПД резко возрастает. При φо = φmax наступает полное буксование – передача мощности прекращается. Оптимальные значения коэффициента тяги: - для плоскоременных передач φо = 0.4 . . .0.6 - для клиноременных передач φо = 0.6 . . .0.75 долговечность ремня Долговечность ремня определяется его сопротивлением усталости и зависит от величины напряжений изгиба σu и числа циклов нагружения, пропорциональных числу пробегов ремня П: П = υ/Lp υ-скорость ремня, Lp –расчетная длина ремня Долговечность приводных ремней в 2000. . . 3000 ч. обеспечивают, ограничивая число пробегов по условию: П ≤ [ П ] [ П ] – допускаемое число пробегов ремня. - для плоских ремней [ П ] ≤ 10 с‾ ¹ - для клиновых ремней [ П ] ≤ 20с‾ ¹ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ РЕМНЕЙ. Конструкция ременных передач должна допускать изменение межосевое расстояние для установки и натяжения ремня. 1. перемещение двигателя по салазкам 2. автоматическое натяжение ремня 3. поворот двигателя на качающейся плите 4.натяжение натяжным роликом 5. натяжение оттяжным роликом ПРИВОДНЫЕ РЕМНИ Ремень – важнейший элемент передачи, определяющий ее работоспособность. Требования к материалам ремней: - прочность при переменных напряжениях - износостойкость - эластичность - надежность сцепления со шкивом - невысокая стоимость Наиболее распространены прорезиновые ремни с несущими элементами из ткани ( кордтканевые) или шнуров(кордшнуровые). Кордшнуровые ремни обеспечивают более высокий КПД передачи, более гибки и долговечны. ШКИВЫ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ. (плоскоременная передача) Форма рабочей поверхности обода определяется видом ремня. Для предупреждения спадания плоского ремня со шкивов ведомый шкив выполняется с выпуклым ободом. (клиноременная передача) Диаметры шкивов ременных передач стандартизованы по ряду предпочтительных чисел R20. Материалы шкивов: - чугун - сталь - аллюминевые сплавы - пластмассы и т.д. Шкивы быстроходных передач балансируют. Раздел №3: Вариаторы. Вариатор – механизм, служащий для плавного(бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала. ВИДЫ ВАРИАТОРОВ фрикционные ременные Одна из основных характеристик вариатора – диапазон регулирования Д = ω2max / ω2min = Umax / Umin ≤5 Передаваемая мощность 50кВт ( и более) КПД = 0.8 . . .0.9 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РЕМЕННЫХ ВАРИАТОРОВ Плавное изменение частоты вращения ведомого вала достигается синхронным сдвижением – раздвижением подвижных половин конических шкивов. При этом радиусы ведущего R1 и ведомого R2 шкивов изменяются, что приводит к изменению передаточного числа: U = R2 / R1 Максимальные и минимальные значения передаточного числа: Umax = ω1 / ω2min = R2max / R1min Umin = ω1 / ω2max = R2min / R1max