Фрикционная передача

Фрикционная передача - это кинематическая пара, используемая для передачи механической энергии за счёт сил трения. Простейшая фрикционная передача - это передача между параллельными валами с цилиндрическими колёсами (катками) или пересекающимися валами с коническими колёсами (катками) с изменением крутящего момента (рис. 80).

Для работы фрикционных передач необходимо обеспечить выполнение двух условий:

- достаточная сила прижатия F _сж звеньев передачи друг к другу;

- достаточный для сцепления звеньев передачи коэффициент трения f между ними.

Сила прижатия F _сж, направленная по нормали к площадке контакта звеньев передачи, будет создавать силу трения F _тр:

. (9.1)

Для схемы передачи, изображённой на рис. 80, б, сила трения между коническими катками будет определена с учётом угла конуса δ:

. (9.2)

Для передачи крутящего момента необходимо, чтобы сила трения по площадке контакта была больше окружной полезной силы F_t:

,

,

, (9.3)

где Т _вед и R _вед - крутящий момент и радиус ведущего катка соответственно.

а) б)

Рис. 80. Схема фрикционной передачи:

а) - цилиндрической; б) - конической

Если сила трения F _тр < F_t, между катками возникает проскальзывание, что приводит к усиленному изнашиванию катков. Из формулы (9.3) видно, что для нормальной работы фрикционной передачи, то есть при отсутствии проскальзывания, необходимо:

- увеличить диаметр (увеличить радиус R) или уменьшить крутящий момент Т _вед на ведущем катке;

- увеличить силу прижатия F_n или коэффициент трения f.

Наиболее рациональным способом обеспечения нормальной работы фрикционной передачи является подбор материалов звеньев передачи с высоким коэффициентом трения.

Так как по условию нормальной работы фрикционной передачи является выполнения условия , то для передачи окружной силы F_t звенья передачи должны быть прижаты одно к другому с силой F_n, направленной по нормали к площадке контакта:

, (9.4)

где s - коэффициент запаса сцепления (в силовых передачах s = 1,25 … 2).

Фрикционные передачи работают с небольшим проскальзыванием, значение которого оценивается коэффициентом ε, учитывающим скольжение в передаче (ε = 0,005 … 0,05). Передаточное отношение фрикционной передачи определяют с учётом коэффициента скольжения ε:

, (9.5)

где n ₁ и n ₂ - частота вращения ведущего и ведомого звена;

d ₁ и d ₂ - внешние диаметры ведущего и ведомого звена соответственно.

Для конической передачи (рис. 80, б) передаточное отношение определяют с учётом угла конуса δ:

, и ,

. (9.6)

Для автотранспортного средства фрикционная передача - это передача между ведущими колёсами автомобиля и дорожным покрытием, а также между ведомым и нажимным диском сцепления.

При движении автомобиля без пробуксовывания (рис. 81, а) необходимо выполнить условие:

, , (9.7)

, (9.8)

где G _сц - сцепной вес автомобиля, приходящийся на одно ведущее колесо;

F_t - окружная полезная сила, определяемая крутящим моментом T _кр;

R _к - радиус колеса.

а) б)

Рис. 81. Схема фрикционного сцепления:

а) - между ведущими колёсами автомобиля и дорожным покрытием;

б) - между ведомым и нажимным диском сцепления

Для передачи крутящего момента от вала двигателя к колёсам автомобиля (рис. 81, б) без уменьшения его значения необходимо выполнить условие, при котором статический момент трения М _тр будет больше крутящего момента Т ₁:

, , (9.9)

, (9.10)

где F _н - нажимное усилие;

R _сц - средний радиус нажимного диска сцепления;

z_f - количество поверхностей трения (в данном случае z_f = 2).

Нажимное усилие:

, или . (9.11)

Преимущества фрикционных передач:

- простота в изготовлении и эксплуатации;

- плавность и бесшумность работы;

- возможность бесступенчатого регулирования передаточного отношения на ходу (без остановки работы передачи).

Недостатки фрикционных передач:

- большой и неравномерный износ контактирующих поверхностей и вследствие этого ограниченный срок службы;

- большие нагрузки на валы и подшипники от прижимного усилия, что увеличивает габариты передачи и ограничивает величину передаваемой мощности;

- непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания звеньев передачи.

Коэффициент полезного действия η фрикционных передач зависит от потерь, обусловленных скольжением и потерь в подшипниках. Для открытых передач η = 0,68 … 0,86, для закрытых - η = 0,88 … 0,93.

10. Неразъёмные соединения деталей машин

Любая машина, агрегат, сборочная единица или узел состоят из n -го числа деталей, соединённых между собой тем или иным способом. В зависимости от способа соединение может быть подвижным (шарниры, подшипники, зацепления зубчатых колёс) или неподвижным (сварные, резьбовые, клеммовые). Подвижные соединения образуют кинематические пары, неподвижные соединения не допускают взаимного перемещения. Неподвижно связанные детали в машиностроении называют соединениями.

По признаку разъёмности все соединения разделяют на разъёмные и неразъёмные.

Разъёмные соединения позволяют разъединять детали без их повреждения. К ним относят резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые, профильные и клеммовые соединения.

Неразъёмные соединения не позволяют разъединять детали без их повреждения. К ним относят сварочные, заклёпочные и соединения с натягом (прессовые).

Основным критерием работоспособности и расчёта соединений является прочность. Предельное состояние соединения, при котором становится возможной потеря его работоспособности, называется нагрузочной способностью соединения.