Техническая механика

       3. Фрикционные передачи.  Назначение.  Достоинства,  недостатки.  Особенности  конструкций.  Применение  в устройствах  перемещения носителей  информации. 

       Фрикционная передача – кинематическая пара, использующая для передачи механической энергии силы трения между прижатыми друг к другу телами. Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи. Силы прижатия создают пружинами, поджимными винтами, силами тяжести и т.д.

       Фрикционные механизмы предназначены для  изменения скорости вращательного  движения (рис. 3.1, а) или преобразования вращательного в поступательное движение (рис. 3.1, в). В зависимости от расположения осей валов фрикционные механизмы классифицируют на механизмы с параллельными (рис. 3.1, а, в) и пересекающимися (рис. 3.1 , г) осями; механизмы с нерегулируемым, постоянным (рис. 3.1, а, г) и регулируемым, плавно изменяемым передаточным (i = var) отношением (рис. 3.1, б). 

в          г 

    Рис. 3.1

       Достоинства фрикционных механизмов;

• простота конструкции и изготовления;
• бесшумность в работе;
• автоматическое предохранение от перегрузок из-за проскальзывания звеньев;
• отсутствие мертвого хода;
• возможность плавного бесступенчатого изменения передаточного отношения.

       Недостатки  фрикционных механизмов:

• непостоянство заданного передаточного отношения из-за отсутствия жесткой кинематической связи между ведущим и ведомым звеньями;
• необходимость наличия нажимных устройств для прижатия тел качения к друг другу;
• усиленный износ в местах прикосновения из-за больших удельных давлений;
• сравнительно низкий КПД (0,7 … 0,9);
• большие нагрузки на валы и опоры, что приводит к необходимости увеличивать их размеры;
• нагрев при работе.

       Движение  соприкасающихся звеньев (диски, цилиндрические или конические катки, цилиндры, конуса) фрикционных механизмов сопровождается их относительным скольжением. Различают упругое и геометрическое скольжение, а также буксование.

       Упругое скольжение возникает из-за различной упругой деформации ведущего и ведомого звеньев в зоне контакта. Скорость упругого скольжения составляет 0,2 … 3% от величины окружной скорости катков и увеличивается с увеличением площадки контакта, т.е. с уменьшением модуля упругости материала, поэтому КПД фрикционных передач тем меньше, чем меньше модуль упругости материала катков.

       Геометрическое  скольжение объясняется наличием разности величин скорости точек касания звеньев фрикционного механизма вдоль линии контакта. Геометрическое скольжение разнотипных передач может быть различным.

        Так же возможно буксование – проскальзывание, вызванное нагрузкой передачи. Буксование возникает, когда движущая сила больше величины силы сцепления между звеньями. Оно ведет к местному интенсивному износу поверхности ведомого звена, что нежелательно. Буксование – одна из причин использовать для ведомых звеньев более износостойкий материал, чем материал ведущих звеньев. В этом случае местный износ ведомого звена заменит равномерный износ всей поверхности ведущего звена.

    Материалы катков фрикционных механизмов должны иметь высокую контактную прочность  и износостойкость для обеспечения  необходимой долговечности, значительный коэффициент трения для уменьшения силы нажатия колес; высокий модуль упругости для обеспечения минимального проскальзывания, высокую коррозионную стойкость и теплопроводность.

    Обычно  катки фрикционных передач выполняют  из разных материалов, образующих пары с повышенным трением: сталь-сталь, сталь-текстолит, сталь-резина, сталь-асбест и др. Рекомендуется изготавливать ведущий каток из более мягкого материала, что обеспечивает высокий коэффициент трения, меньшую силу прижатия и снижение шума, но при этом получают меньший КПД и большее упругое скольжение.

       В зависимости от формы и расположения колес различают передачу цилиндрическую, коническую и лобовую (рис. 3.2). 

       Рис. 3.2 – Фрикционные передачи: I – цилиндрическая с прямым ободом; II  –   цилиндрическая  с клинчатым  ободом;  III –  коническая;   IV – лобовая; V – с передвижным цилиндрическим колесом.

       Цилиндрическая  является одной из наиболее простых и во многих случаях достаточно надёжной фрикционной передачей, состоящей в простейшем случае из двух колёс (катков), закреплённых на ведущем и ведомом валах. Колеса цилиндрической передачи могут быть с прямым и клинчатым ободом. Фрикционная передача с клинчатыми колесами применяется для уменьшения силы нажатия колес, что очень важно, так как при этом уменьшается изнашивание колес и подшипников.

       Фрикционные передачи могут быть с постоянным и переменным передаточным отношением. Последние называются вариаторами (рис. 3.3 а, б). 

рис. 3.3 

       Колеса  фрикционного механизма могут быть изготовлены коническими (рис. 3.2), хотя такая передача применяется редко. В конической фрикционной передаче угол между валами может быть любым, но в большинстве случаев он равен 90°. Для правильной работы колес оба конуса должны иметь общую вершину.

       Вместо  конических катков чаще применяется  лобовая фрикционная передача (рис. 3.2). Устанавливается на взаимоперпендикулярных валах и применяется в тех случаях, когда необходимо изменять число оборотов ведомого колеса в широких пределах или когда необходимо иметь реверсивную передачу. И то и другое осуществляется перемещением ведомого колеса А. (Его различные положения показаны на рисунке 3.2 пунктиром). Такой механизм применяется в так называемых винтовых фрикционных прессах.

       Возможность получить при помощи фрикционного механизма  бесступенчатое изменение чисел  оборотов широко используется в таких  механизмах, где нужно получить плавное  регулирование скорости.

       Механизмы для бесступенчатого изменения скоростей называются вариаторами. Для получения больших передаточных отношений применяются вариаторы, в которых ролик расположен между двумя конусами или вместо ролика между двумя конусами располагается бесконечный ремень с колодками, стальные кольца, клиновые ремни, цепи. Сдвигание и раздвигание конусов для регулирования числа оборотов достигается специальными устройствами, например, пружинами.

       Для того чтобы регулировать силу сцепления  колес в любой фрикционной  передаче, одно из колес должно иметь возможность перемещаться перпендикулярно относительно оси другого колеса.

       Фрикционные механизмы применяются в приводах систем, в устройствах транспортирования  различных носителей информации, в приводах лентопротяжных, бумагопротяжных устройств, прессах. Передача движения в них осуществляется за счет сил трения между звеньями.

       Так же возможно использование в таких  системах как вал прокатных станов, мотор-редуктор с фрикционным вариатором, ведущие колёса транспортных средств взаимодействующих с опорной поверхностью посредством сил трения.