Основные виды повреждений рабочих поверхностей катков и критерии  расчета.

        Усталостное выкрашивание (питтинг). Встречается в закрытых передачах, работающих при обильной смазке и защищенных от попадания абразивных частиц. Сила прижатия катков  необходимая для обеспечения работоспособного состояния фрикционной пере дачи, на опорной поверхности катков вызывает значительные контактные напряжения  . Эти напряжения (рис. 2.7, а) носят циклический характер, так как при обкатывании точки обода катка проходят неподвижную точку контакта. Циклическое действие контактных напряжений способствует развитию усталостных микротрещин на рабочих поверхностях катков. На рабочей поверхности катка появляются мелкие раковины. В за крытых передачах, работающих при обилии смазочного материала, микротрещины расклиниваются смазочным материалом, и от рабочей поверхности катка выкрашиваются частицы металла (рис.6, 6). Такой вид разрушения катка называют усталостным выкрашиванием. Поэтому проектный расчет фрикционных передач выполняют на контактную прочность. При этом повышение твердости поверхностного слоя катков обеспечивает более высокие допускаемые контактные напряжения. Условие для предотвращения усталостного выкрашивания (или условие прочности):

         ,                                                                                         (4)

где — допустимое контактное напряжение для материала катков. На основании опытов допускаемые напряжения рекомендуют принимать в этом случаепри 10⁷ циклов и постоянной работе  = 1000...1200 МПа.

Рис. 6. Усилия и напряжения в контакте цилиндрических колес:

1— ведущее колесо; 2 — ведомое колесо; 3 — смазочное масло

 

Наибольшие контактные напряжения определяют по формуле Герца:
,                                                             (5)
где q — нормальная нагрузка на единицу длины контактных линий (для цилиндрических катков  ); — приведенный модуль упругости; Е₁и Е₂— модули упругости материалов ведущего и ве

---

домого катков;   —приведенный радиус кривизны цилиндрических катков; R₁и R₂— радиусы катков (равны  и  ).

       При перекатывании катка, имеющего радиус R, внутри катка (кольца) радиуса R₂приведенный радиус кривизны    (внутреннее зацепление).

Формула (5) применима для фрикционных передач из материалов, деформации которых отвечают закону Гука.

Изнашивание. Этот вид повреждения рабочих поверхностей катков чаще наблюдается в открытых передачах, так как именно в эти передачи в процессе работы больше всего попадает абразивных материалов, что, в свою очередь, увеличивает их изнашивание. Наблюдается также изнашивание катков при буксовании и вследствие упругого скольжения, как в открытых, таки в закрытых передачах. Для обеспечения износостойкости фрикционные передачи рассчитывают на контактную прочность (для стальных или чугунных катков) или по условию ограничения нагрузки q на единицу дли ны контактной линии (для катков из фибры, резины и других материалов).

        Задир возникает в быстроходных сильно нагруженных передачах при разрыве масляной пленки на рабочей поверхности катков. В месте касания катков повышается температура, масляный слой разрывается, и катки непосредственно соприкасаются друг с другом. В результате происходит приваривание частиц металла с последующим отрывом от одной из поверхностей катков. Приварившиеся частицы задирают рабочие поверхности в направлении скольжения. Для предупреждения задира применяют противозадирные масла.

        Скольжение является причиной износа, уменьшения КПД и непостоянства передаточного отношения во фрикционных передачах. Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение, геометрическое скольжение.

         Буксование наступает при перегрузках, когда не соблюдается условие (1). При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, вызывая местный износ или задир поверхности.

          Нарушение геометрической формы и качества поверхности катков выводит передачу из строя. Поэтому при проектировании следует принимать достаточный запас сцепления К и не допускать использования фрикционной передачи в качестве предохранительного устройства от перегрузки.

---

          Упругое скольжение связано с упругими деформациями в зоне контакта. Величина этого скольжения невелика и обычно не превышает 0,2% для стальных катков и 1%для текстолита по стали. Это можно объяснить на примере цилиндрической передачи. Если бы катки были абсолютно жесткими, то первоначальный контакт по линии оставался бы таким и под нагрузкой. При этом окружные скорости по линии контакта равны и скольжения не происходит. При упругих телах первоначальный контакт по линии переходит под нагрузкой в контакт по некоторой площадке. Равенство окружных скоростей соблюдается только в точках, расположенных на одной из линий этой площадки. Во всех других точках происходит скольжение.

          Геометрическое скольжение. Помимо упругого скольжения катков, которое возникает так же, как и в ременных передачах, во фрикционных передачах может иметь место еще геометрическое скольжение вслед ствие разности скоростей ведущего и ведомого катков по длине контакта b. Геометрическое скольжение не позволяет катки делать широкими, вследствие чего в передаче возникают большие контактные напряжения, ограничивающие передаваемую мощ ность. Геометрическое скольжение является основной причиной износа рабочих поверхностей фрикционных передач.        

        Широкое применение нашли фрикционные вариаторы, работающие в масле. Хотя при этом коэффициент трения ниже и сила прижатия больше, однако скольжение в этом случае менее опасно: наличие масла уменьшает износ, способствует лучшему охлаждению катков, приближая условия работы катков к работе зубьев зубчатой закрытой передачи.

 

Цилиндрическая фрикционная передача. Устройство, основные геометрические и силовые соотношения
Фрикционную передачу с параллельными осями валов и с рабочими по верхностями цилиндрической формы называют цилиндрической. Простейшая фрикционная передача с гладкими катками и постоянным передаточным числом показана на рис.5.

Один вал диаметром d_xустанавливают на неподвижных подшипниках, подшипники другого вала диаметром d₂ — плавающие. Катки 1 и 2 закреп ляют на валах с помощью шпонок и прижимают один к другому специаль ным устройством с силойF_r. Цилиндрические фрикционные передачи с гладкими катками применяют для передачи небольшой мощности (в ма шиностроении до 10 кВт); эти передачи находят широкое применение в приборостроении. Для одноступенчатых силовых цилиндрических фрикци онных передач рекомендуется 

---

и ≤ 6.

 

В некоторых случаях применяется цилиндрическая фрикционная передача с катками клинчатой формы (см. рис.2).

В передачах с клинчатыми катками при данной силе F_rприжатия одно го катка к другому нормальные силы между рабочими поверхностями, a следовательно, и силы трения значительно больше, чем в передачах с гладкими катками (тем большие, чем меньше угол клина).

Это позволяет снизить в передачах с клинчатыми катками силу F_rв 2—3 раза.

Число клиновых выступов для катков принимают равным z = 3 ÷ 5 (рис.7). При z> 5 условие равномерного прилегания всех рабочих по верхностей таких катков ухудшается.

 

        Цилиндрические фрикционные передачи могут быть выполнены с гладкими, выпуклыми и выпукло-вогнутыми катками (рис. 8, а, б, в). Имеются и другие конструктивные разновидности фрикционных цилинд рических передач.

 



Рис.7. Катки клинчатой передачи

 



а) б) в)

Рис.8. Типы катков: a — гладкие катки:

 б — выпуклые катки: в — выпукло-вогнутые катки

 

Геометрические параметры передачи (см. рис. 5).

Межосевое расстояние

        .                                               (6)

Диаметр ведущего катка

        .                                                                           (7)

Диаметр ведомого катка

       .                                                               (8)

Рабочая ширина обода катка

        ,                                                                                (9)

 где  = 0,2 ÷ 0,4 — коэффициент ширины обода катка по межосевому рас стоянию.

Для компенсации неточности монтажа на практике ширину малого катка (см. рис.9) принимают, мм:

.                                                                  (10)

 

Силы в передаче.

Для обеспечения работоспособности фрикционных передач необходи мо прижать катки (см. рис.5) силой нажатия   таким образом, чтобы со блюдалось условие (1), т. е.

                                                                             (11)

где  — максимальная сила трения;   — передаваемая окружная сила;  — коэффициент трения (выбирается по табл.1). Отсюда сила нажатия  или

---

        ,                                                                                  (12)

где  — коэффициент запаса сцепления; вводится для предупреждения пробуксовки от перегрузок в период пуска передачи (для силовых передач  = 1,25 ÷ 1,5; для передач приборов  = 3 ÷ 5).

По схеме, показанной на рис.5,

        .                                              (13)

Подставив формулу (13) в формулу (12), определим силу нажатия

       .                                                                (14)

        На практике применяют два способа прижатия катков: постоянной силой и автоматическое. Постоянная по значению прижимная сила катков допустима при передаче постоянной нагрузки. При переменной нагрузке прижатие катков должно изменяться автоматически — пропорционально изменению передаваемого вращающего момента. В этом случае снижаются потери на трение, повышается долговечность передачи.

В первом случае сила прижатия, осуществляемая обычно с помощью пружин, в процессе paботы изменена быть не может; во втором случае сила прижатия изменяется с изменением нагрузки, что положительно, сказывается на качественных характеристиках передачи. Однако применение специальных нажимных устройств (например, шариковое самозатягивающее устройство) усложняет конструкцию.

Один каток к другому может быть прижат:

- предварительно затянутыми пружинами (в передачах, предназначен ных для работы при небольших нагрузках);

- гидроцилиндрами (при передаче больших нагрузок);

- собственной массой машины или узла;

- через систему рычагов с помощью перечисленных выше средств;

- центробежной силой (в случае сложного движения катков в плане тарных системах).

         Пример 1. Определить необходимую силу прижатия катков закрытой фрикционной цилиндрической передачи. Вращающие момент на ведущем катке Т₁ = 135 Н·м. Материал обоих каткой — сталь. Диаметр ведущего катка D₁=270 мм.

         Решение. 1. Окружная сила.

         F_t=2·10³T₁/D₁= 2·10³∙135/270 =1000 Н.

         Прижимная сила. Для закрытой передачи (при работе в масляной ванне) f=0,05. По формуле (12) прижимная сила при коэффициенте запаса сцепления К=1,4

        F_r=KF_t/f= 1,4·1000/0,05=28000 Н.

В данном примере прижимная сила F_r больше окружной силы F_tв 28 раз. Большое значение прижимной силы является существенным недостатком фрикционных передач.

---

Смотрите также файлы

• Геологопоисковые работы на территории Коми асср.pptx

• Геймификация обучения образовательный.pptx

• Конспект для проведения занятия со слушателями Учебного пункта в группе профессиональной подготовки пожарный по дисциплине Экстренная психологическая помощь пострадавшим в чс.doc

• Методические указания к лабораторным работам д ля студентов направления 230700 Прикладная информатика.doc

• Направление подготовки 09. 03.docx