Что такое фрикция в механике

Детали машин

Фрикционными называют передачи, в которых движение передается силами трения, возникающими в зоне контакта между двумя катками (колесами) , прижимаемыми друг к другу с некоторой силой и при вращении одного из них.
При этом сила трения, возникающая между катками фрикционной передачи, должна быть равна по величине или превышать передаваемое передачей окружное усилие.

Возможность передавать заданную нагрузку для фрикционных передач описывается условием:

где:
F_t – передаваемая окружная сила;
R_f = fF_r – сила трения в зоне контакта катков фрикционной передачи; F_r – прижимная сила; f – коэффициент трения.

Если указанное выше условие не соблюдается, катки фрикционной передачи будут проскальзывать друг относительно друга, не передавая мощность.

Как правило, для создания требуемой силы трения R_f катки прижимают друг к другу силой F_r , которая во много раз превышает окружную силу F_t .
При коэффициенте f трения 0,05. 0,3 сила прижатия катков превосходит передаваемую (окружную) силу не менее, чем в 3. 25 раз (с учетом необходимого запаса сцепления) .
Прижатие катков фрикционной передачи может осуществляться различными способами – собственным весом конструкции, рычагами, пружинами или специальными устройствами.

Фрикционные передачи работают с небольшим упругим скольжением, которое обусловлено упругими деформациями поверхностных слоев катков.

Классификация фрикционных передач

В зависимости от назначения различают фрикционные передачи с нерегулируемым передаточным числом и с бесступенчатым (плавным) регулированием передаточного числа – вариаторы.

В зависимости от взаимного расположения валов и осей фрикционные передачи бывают цилиндрические (при параллельных осях) , конические (при пересекающихся осях) , лобовые (при перекрещивающихся осях) .

В зависимости от условий работы фрикционные передачи подразделяют на открытые (работающие всухую) и закрытые (работающие в масляной ванне) .
Открытые передачи обладают большей нагрузочной способностью (большим коэффициентом трения f ), требуют меньшую прижимную силу, но обладают такими недостатками, как повышенный нагрев и износ катков при перегрузках.
В закрытых передачах масляная ванна обеспечивает отвод тепла, уменьшает износ катков, тем самым увеличивая надежность и долговечность передачи, но снижает коэффициент трения, что приводит к необходимости увеличивать прижимное усилие между катками.

Достоинства фрикционных передач

К достоинствам фрикционных передач можно отнести следующие их качества:

• Простота конструкции, простая форма рабочих тел (катков) и относительно низкая стоимость.
• Плавность и бесшумность работы, в том числе и при высоких скоростях.
• Возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.
• Возможность пробуксовки при перегрузке, т. е. фрикционная передача способна выполнять функцию своеобразного механического предохранителя, избавляющего дорогостоящие узлы и детали машины от поломки при неожиданных перегрузках.

Недостатки фрикционных передач

Недостатки фрикционных передач обусловлены особенностями их конструкции:

• Необходимость применения специальных прижимных устройств, усложняющих конструкцию.
• Большие нагрузки на валы и подшипники, обусловленные прижимной силой, что требует увеличения размеров валов и осей, а также применения усиленных опор и подшипников. Этот недостаток фрикционных передач зачастую ограничивает возможность передавать большую мощность.
• Непостоянное передаточное отношение из-за проскальзывания катков. Скольжение в фрикционной передаче связано с упругими деформациями поверхностных слоев катков, износом поверхностей, возможным ослаблением прижимных устройств, возможным непостоянством коэффициента трения по рабочей поверности катков..
• Изнашивание рабочих поверхностей катков вследствие проскальзывания, возможность их повреждения (образования лысок) при буксовании.

Скольжение в фрикционной передаче

При работе фрикционной передачи неизбежно упругое скольжение, которое вызывается разностью скоростей поверхностных слоев ведущего и ведомого катков. Элементы поверхности ведущего катка подходят к зоне контакта сжатыми, а уходят от нее растянутыми.
У ведомого катка, наоборот – к зоне контакта элементы поверхности подходят растянутыми, а уходят от нее сжатыми.

Следовательно, в зоне контакта удлинение рабочей поверхности обода ведущего катка, соприкасающейся с укорачивающейся поверхностью обода ведомого катка приводит к упругому скольжению, которое всегда имеет место при работе фрикционной передачи.
В результате окружная скорость v₂ точек обода ведомого катка несколько меньше окружной скорости точек обода v₁ ведущего катка.

Для передач, работающих в масле скольжение связано, также, с наличием масляной пленки.

Скольжение в фрикционной передаче зависит от нагрузки. При перегрузке может наступить буксование, при этом ведущий каток скользит по ведомому, ведомый каток останавливается. Буксование приводит к интенсивному износу рабочих поверхностей.

Материалы катков фрикционных передач

К материалам катков предъявляются следующие основные требования:

• износостойкость и контактная прочность;
• высокий коэффициент трения;
• высокий модуль упругости, препятствующий появлению значительной деформации площадки контакта и увеличению потерь на трение.

Для фрикционных катков чаще всего применяют следующие сочетания материалов:

1. Закаленная сталь по закаленной стали. Для быстроходных закрытых силовых передач применяют стали марок 18Х2Н4МА, 18ХГТ, ШХ15 и другие. Такие передачи имеют высокую износостойкость и КПД, малые габариты, но они требуют точного изготовления.

2. Фрикционные пластмассы (марок 16Л, 24А, КФ-3), текстолит, ретинакс по стали. Эти материалы применяют в малонагруженных открытых передачах. Катки из таких материалов имеют пониженную износостойкость, не требуют высокой точности изготовления.

3. Металлокерамика марки ФАБ-II по закаленной стали применяется в открытых силовых передачах.

4. Сочетание материалов чугун-чугун и чугун-сталь используется в передачах, работающих без смазки (всухую) или с недостаточной смазкой.

5. Применяются также катки, покрытые кожей или резиной. Эти материалы обеспечивают высокий коэффициент трения, но обладают малой контактной прочностью. Кроме того, коэффициент трения в таких материалах сильно зависит от влажности воздуха.

6. В малонагруженных и малоответственных фрикционных передачах иногда применяют катки с деревянным покрытием или изготовленные из дерева. Такой материал дешев и имеет достаточно высокий коэффициент трения.

Ниже представлена таблица значений коэффициента трения f для некоторых сочетаний материалов, используемых в фрикционных передачах.

Что такое фрикция в механике

Для расчёта геометрических, кинематических и силовых соотношений во фрикционных передачах удобно воспользоваться онлайн калькулятором

Ременные передачи

В общем виде, ременная передача, состоит из ведущего и ведомого шкивов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и соединенных ремнём, надетым на шкивы с натяжением. Вращение ведущего шкива преобразуется во вращение ведомого благодаря трению, развиваемому между ремнем и шкивами.

Простые ременные передачи

Изображение	Обозначение / Комментарий
	Передача с круглым профилем ремня. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт совпадения формы сечения ремня и углубления на шкиве, при этом, позволяет сократить толщину шкива. Используется такая передача, в основном в миниатюрных приборах точной автоматики, таких как лентопротяжные механизмы, верньеры, системы автоматизированного регулирования. Ремни в таких передачах часто называют пассики. Пассики обычно изготавливаются из резины.
	Плоскоременная передача. Обеспечивает хорошее сцепление за счёт ширины ремня. Передача простая в изготовлении, но требует широких шкивов и строгой параллельности их осей.
	Трапецеидальная (или клиноременная) передача имеет профиль ремня в виде трапеции с углом в 40°. Имеет хорошее сцепление при небольшой ширине ремня. Такие передачи часто используют в высоконагруженных силовых установках, таких, например как электропривод металлорежущих станков, лифтов, конвейеров и тому подобных. Часто, для увеличения сцепления и повышения надёжности на шкивах делается несколько канавок под ремни и на шкивы одевается несколько ремней. Повреждение одного из ремней не приведёт к критическому сбою в работе всей передачи. Клиновидные ремни для приводов общего назначения стандартизированы по ГОСТ 1284.1-89 и ГОСТ 1284.2-89.

Для натяжения ремней (чаще плоских) используют подвижную станину, в которой закреплено одно из колёс передачи:

Широкое распространение получили механизмы натяжения ремня подпружиненным роликом:

Передаточное число в ременных передачах рассчитывается как отношение диаметра ведущего шкива к ведомому i = D1/D2. Если в передаче участвует большее число колёс, например три, то расчёт передаточных отношений, а соответственно и числа оборотов, ведется относительно ведущего шкива.

Например, примем для шкивов следующие диаметры: D1 = 120 мм, D2 = 30 мм и D3 = 160 мм.
Пусть шкив D1 будет ведущим. Тогда:
i1 = D1/D2 = 120/30 = 4;
i2 = D1/D3 = 120/160 = 0,75.

Примем число оборотов ведущего шкива равным 1200 об/мин. Тогда число оборотов второго шкива n2 = 1200 * 4 = 4800 об/мин, третьего шкива n3 = 1200 * 0,75 = 900 об/мин.

Муфты фрикционные

Для осуществления надёжного сцепления на приёмный шкив должна действовать прижимная сила Fпр которая создаётся за счёт применения витых или мембранных пружин.
В качестве фрикционных материалов используют:
— тканые асбестовые ленты ЛАТ-2;
— эластичные фрикционные асбестовые материалы:
ЭМ-1 (8-45-62) для тормозных и фрикционный узлов, работающих при давлении до 1,5 МПа, коэффициент трения: по чугуну СЧ 15 — 0,4. 0,6, по стали 45 — 0,44, плотность 2000. 2150 кг/м 3 ;
ЭМ-2 (6КВ-10, 6КВ-56а) для тормозных и фрикционных узлов, работающих при давлении до 2,5 МПа, коэффициент трения: по чугуну СЧ 15 — 0,39. 0,54, по стали 45 — 0,4, плотность 2100. 2250 кг/м 3 ;
ЭМ-3 (6-147Н-59) для тормозных и фрикционных узлов, работающих при давлении до 0,8 МПа, коэффициент трения по стали 20 — 0,41. 0,6, плотность 2100. 2200 кг/м 3

Фрикционная передача

Фрикционная передача – передаточный механизм, располагающийся в приводах машин. Она используется для трансформации механической энергии по частоте вращения и передаваемым усилиям. Они позволяют осуществлять бесступенчатое регулирование скорости и отличаются высоким КПД. Фрикционные механизмы изучаются технической механикой и используются в промышленности.

Принцип работы

Фрикционные передачи состоят из 2 тел вращения: ведомого и ведущего катков, насаженных на валы. Передача вращательного движения производится посредством силы трения, появляющейся на площадках контакта рабочих тел под действием сил прижатия. Прижатие катков производится следующими способами:

1. Посредством гидроцилиндров. Используется во время больших нагрузок.
2. Собственным весом машины или ее узла.
3. При помощи комплексных рычажных механизмов.
4. С использованием центробежной силы. Применяется во время перемещения фрикционных звеньев в планетарных системах.

Многочисленные виды фрикционных механизмов отличаются назначением, характером изменения передаточного значения и конструкцией. Наибольшее применение в промышленности из них нашли фрикционные вариаторы. Они изготавливаются в виде отдельных агрегатов для привода машин и характеризуются переменным передаточным отношением. Выделяют следующие разновидности фрикционных вариаторов:

1. Лобовые: имеют упрощенную конструкцию и применяются универсально токарно-винторезных станках. Из-за низкой точности изготовления рабочих тел они быстро изнашиваются, что снижает КПД.
2. Торовые: оснащены дисками конусовидной формы и чашками в виде круглого тора. Данные механизмы обеспечивают равенство контактных напряжений и позволяют увеличить КПД и износоустойчивость инструмента.
3. Ременные: передача движения производится с применением закрытого кольцевого ремня с разными видами сечения (трапециевидным, круглым, прямоугольным, клиновым). Натяжение ремня производится при помощи приводных моторов, шкива, пружины или груза, выступающего в качестве противовеса.
4. Дисковые: смена скоростных характеристик производится посредством вращения двух дисков (фрикционов), расположенных на валах. Данный вид вариаторов не требует дополнительного обслуживания и функционирует при наличии синтетической смазки. Он не издает лишних шумов и плавно изменяет скорость вращения в заданном порядке.

Выбор определенного типа вариатора зависит от условий его работы: величины передаваемой мощности, требуемого диапазона регулирования, и минимальной частоты вращения валов. Эти характеристики указываются при изображении фрикционного механизма на кинематических схемах.

Основные характеристики фрикционной передачи

Для расчета фрикционной передачи необходимо учитывать следующие критерии

1. Передаточное число – величина, равная отношению числа зубьев ведомого и ведущего валов. Оно оказывает воздействие на скорость передачи крутящегося момента от мотора к приводу узла. Эта характеристика равна отношению угловых скоростей катков. Также передаточное количество можно выразить при помощи отношения частот вращения или диаметров катков. В большинстве фрикционных механизмов его значение меньше или равно 7.
2. КПД: указывает количество утраченных мощностей. Зависит от числа потерь во время качения и скольжения. Величина этого параметра рассчитывается экспериментальным методом, при помощи сравнения мощностей ведущего и ведомого валов. Средний КПД фрикционных механизмов равняется 90%.
3. Контактная прочность: характеризует способность передачи выдерживать крупные нагрузки. Оценивается при помощи контактного напряжения, возникающего в месте соприкосновения катков. Чем ниже контактная прочность конструкции, тем сильнее изменяется форма основных деталей во время соприкосновения. Рассчитать эту характеристику можно при помощи формулы Герца, где учитываются коэффициент нагрузки, приведенный радиус кривизны, модуль упругости и сила сжатия катков.
4. Тип движения катков: характеризует траекторию движения рабочих тел вращения. Оно может быть реверсивным и нереверсивным. При реверсивном движении рабочие тела вращения перемещаются в противоположных направлениях, что позволяет осуществлять передачу 2 путями. При нереверсивном движении катки движутся в 1 направлении. Передача производится только 1 единственным способом.
5. Материал тел качения – характеристика, влияющая на износостойкость устройство, контактную прочность, коэффициент трения и модуль упругости. Чаще всего при изготовлении деталей кинематической пары используется металлокерамика или сочетание стандартной и закаленной стали (закалка до 60 HRC). Эти материалы уменьшают габариты механизма и увеличивают величину КПД. При использовании чугуна катки смогут работать без использования смазки. Наиболее дешевым материалом являются фрикционные пластмассы и текстолит. Но они обладают низким КПД: 50%. Высокими показателями трения обладают валы с кожаным или деревянным покрытием. Минусом этих материалов является низкая контактная прочность.

В следующей таблице указана величина коэффициента трения для фрикционных передач из разных материалов:

Покрытая смазкой сталь	0,04 – 0,05
Сталь с сухой поверхностью	0,14 – 0,19
Фрикционная пластмасса с высушенной поверхностью	0,36 – 0,46
Текстолит с высушенной поверхностью	0,31 – 0,36
Металлокерамика с сухой поверхностью	0,29 – 0,34

Эти факторы и характеристики учитываются при изображении фрикционной передачи на кинематических схемах.

Типы фрикционных передач

Специалисты выделяют надлежащие классификация фрикционных устройств:

1. По характеру изменения передаточного значения: нерегулируемые и регулируемые (фрикционные вариаторы). Передаточное число в нерегулируемых механизмах не изменяется. В регулируемых устройствах передаточное отношение постоянно меняется.
2. По способу прижатия тел вращения: с переменной или неизменной мощью. В механизмах, где валы соприкасаются с переменной мощью применяются вспомогательные нажимные приспособления.
3. По условиям функционирования механизмов: открытые и закрытые. Открытые передачи работают только при использовании смазочных материалов. Закрытые механизмы могут функционировать с сухой поверхностью.

В зависимости от местоположения валов эксперты выделяют 3 основных вида фрикционных передач:

1. Цилиндрическая: механизм с параллельными осями валов. Ее плоскости выполнены в форме цилиндра. Используется для передачи маленькой мощности. Данный вид передач производится с гладкими, вогнутыми или выпуклыми поверхностями. При использовании цилиндрических кинематических пар со звеньями клиновой формы трение уменьшается на 50%.
2. Коническая: механизм с пересекающимися осями валов. Оснащается дисками с конической поверхностью. Для ее функционирования не требуется прикладывать большую силу нажатия. Передачи этого типа могут быть как реверсивными, так и нереверсивными.

1. Лобовая: механизм с лобовой поверхностью и перекрещивающимися осями валов. По причине интенсивного скольжения она содержит невысокий коэффициент полезного воздействия. Предоставляет возможность изменять направление движения и интенсивность вращения валов. Этот тип передачи применяется в маломощных устройствах.

Выделяют отдельную классификацию для вариаторов по числу потоков мощности:

1. Однопоточные: одноконтактные лобовые или двухконтактные торовые вариаторы.
2. Многопоточные: многорядные вариаторы с параллельным или последовательно-параллельным соединением контактных пар.
3. Многопоточные замкнутые вариаторы.
4. Многопоточные планетарные вариаторы.

Данная классификация условия работы фрикционных механизмов и может использоваться для разработки общих методов расчета отдельных групп передач.

Сферы применения

Применение фрикционных передач для больших мощностей ограничено из-за высоких нагрузок на валы и присутствия скольжения между телами вращения. В этом случае катки изнашиваются быстрее, что приводит к их частичной или полной поломке. Фрикционные устройства не используются в механизмах, где не допускается большое количество ошибок в углах поворота фрикционных звеньев. В противном случае повышается количество недопустимых углов передач, приводя к появлению скольжений в зоне соприкосновения рабочих тел вращения. В промышленности фрикционные передачи используются при изготовлении кузнечно-штамповочных машин и прессового оборудования, транспортировочных устройств, тяговых приборов с приводом и станков для обработки заготовок из металла. В машиностроительных отраслях чаще всего используются фрикционные радиаторы, объединенные с двигателями внутреннего сгорания или электронными моторами. Они позволяют бесступенчато регулировать скорость передачи силовых усилий между трансмиссией и приводом автомобиля или другого транспортного средства.

Передачи с неизменным передаточным числом применяются при производстве винтообразных прессов. В отраслях по изготовлению текстиля они используются в центрифугах для равномерного разгона и в силовых приводах для натягивания волокна и нитей. В деревообрабатывающем секторе фрикционные устройства регулируют мощность обрабатывающих устройств, учитывая породу дерева и структуру заготовки.

Достоинства и недостатки

Выделяют следующие плюсы фрикционных передач:

1. Несложное строение механизмов, небольшое число деталей.
2. Бесступенчатое смена скорости машинных приборов и станков.
3. Во время работы механизмы работают плавно и не издают дополнительных шумов.
4. Предоставляет возможность реверсировать, включать и отключать передачи во время рабочего процесса.
5. Имеет предохранительные свойства, что обусловлено интенсивной пробуксовкой механизмов.
6. При реверсе не возникает мертвый ход.
7. Позволяет регулировать значение передаточного количества на ходу.
8. При сильной нагрузке на катки или валы устройство автоматически останавливается, что понижает риск возникновения аварийных ситуаций.

Во время эксплуатации были выявлены следующие минусы фрикционных передач:

1. Открытые передачи, функционирующие при наличии смазки, обладают низким КПД.
2. Невысокая передаваемая мощность: до 300 кВт.
3. Непостоянство передаточного числа, вызванного сильным скольжением звеньев.
4. При использовании дополнительных прижимных устройств и опор для валов конструкция становится тяжелой, что снижает ее мобильность и повышает количество передаваемых мощностей.
5. Окружная скорость составляет не больше 7 — 10 м/с.
6. При долгом буксовании валы изнашиваются, что может привести к неисправности прибора.
7. Во время соприкосновения катков возникают колоссальные потери на трение.

Устранение указанных недостатков осуществляется при помощи разработки фрикционных передач с замкнутыми силами прижатия, внедрения в их конструкцию принципа многоконтакности, создания улучшенных форм рабочих тел вращения, нажимных устройств, применения улучшенных материалов при изготовлении катков и использования планетарных схем.

Характер и причины отказов фрикционных передач

Главным параметром фрикционных устройств, определяющим их износоустойчивость, считается контактная прочность, оцениваемая по напряжениям смятия плоскости в месте соприкосновения катков. Выделяет следующие виды разрушения механизмов для преобразования движений:

1. Усталостное разрушение. Оно появляется в механизмах, обработанных смазочными материалами.
2. Износ звеньев кинематической пары. Свойственен для передач высушенной поверхностью. Возникает при буксовании рабочих поверхностей, что обусловлено несоблюдением главного условия работоспособности.
3. Абразивный износ: происходит при загрязнении смазочных материалов твердыми частицами.
4. Коррозийный износ: возникает при химическом воздействии или окислении материалов рабочих поверхностей катков. Окисление происходит в условиях высоких температур, при недостаточной смазке. Интенсивное окисление может произойти при низких температурах и пластических деформациях рабочих тел вращения.
5. Задир плоскости, обусловленный разрывом смазочной пленки. Появляется в быстроходных системах при высоких нагрузках.

Выделяют следующие факторы отказов фрикционных передач:

1. Выкрашивание: свойственно для закрытых видов передачи, работающих с высушенной поверхностью. Прижимная сила повышает напряжение на контактных поверхностях фрикционных звеньев. В итоге сего влияния образуются трещинки маленьких объемов. Они заполняются смазочными материалами, что приводит к частичному или полному выкрашиванию части и появлению раковин на поверхностях катков.
2. Заедание: свойственно для передач с быстрым ходом. Из-за сильных нагрузок происходит разрыв смазочной пленки. В месте соприкосновения мгновенно повышается температурный режим, что приводит к молекулярному сцеплению частиц металла в месте соприкосновения поверхностей катков. После длительного воздействия высоких температур происходит сварка железных механизмов и нарушение конструкции валов. Приварившиеся части задирают плоскости катков в направленности скольжения. На рабочей поверхности образуются крупные борозды.
3. Диспергирование: возникает на отдельных участках поверхности трения, характерно для катков, работающих на граничной смазке при умеренных температурах. Разрушение поверхностного слоя происходит без разрыва масляной пленки.
4. Смятие (пластические деформирование): проявляется в виде блестящих полос на конических дисках. Обусловлено большими силами прижатия и недостаточной прочности рабочих поверхностей передачи.
5. Изнашивание: обусловлено воздействием упругого скольжения, возникшего в зоне соприкосновения рабочих тел. Из-за повышенного трения детали постепенно изнашиваются, понижается показатель КПД и появляется непостоянство передаточного числа.

Для предотвращения отказа фрикционных устройств нужно рассчитать контактную прочность прибора. Катки обязаны быть изготовленными из жестких материалов, выдерживающих высочайшее контактное усилие. Предотвратить заедание плоскостей возможно с поддержкой противозадирных масел. Они увеличивают коэффициент трения в 1,5 раза.

Передачи, их виды: фрикционные, ременные, цепные, зубчатые, червячные

Механическая передача — механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов. [1]

Типы механических передач:

• зубчатые (цилиндрические, конические);
• винтовые (винтовые, червячные, гипоидные);
• с гибкими элементами (ременные, цепные);
• фрикционные (за счёт трения, применяются при плохих условиях работы).

В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:

• редукторы (понижающие передачи) — от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;
• мультипликаторы (повышающие передачи) — от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.

Зубчатая передача — это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. [2]

Зубчатые передачи предназначены для:

• передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси;
• преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача «рейка-шестерня»).

Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом.

Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов:

• с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями);
• с пересекающимися осями (конические);
• с перекрестными осями (рейка-шестерня).

Цилиндрические зубчатые передачи (рисунок 1) бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колёса. С увеличением угла повышается прочность косозубых передач (за счёт наклона увеличивается площадь контакта зубьев, уменьшаются габариты передачи). Однако в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы угол наклона ограничивают 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.

Рисунок 1 — Основные виды цилиндрических зубчатых передач

Конические зубчатые передачи (рисунок 2) применяют в тех случаях, когда оси валов пересекаются под некоторым углом, чаще всего 90°. Конические передачи более сложны в изготовлении и монтаже, чем цилиндрические. Нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет приблизительно 85% цилиндрической. Для повышения нагрузочной способности конических колёс применяют колёса с непрямыми (тангенциальными, круговыми) зубьями.

Рисунок 2 — Конические зубчатые передачи

Достоинства зубчатых передач:

• компактность;
• возможность передавать большие мощности;
• большие скорости вращения;
• постоянство передаточного отношения;
• высокий КПД.

Недостатки зубчатых передач:

• сложность передачи движения на значительные расстояния;
• жёсткость передачи;
• шум во время работы;
• необходимость в смазке.

Червячные передачи (рисунок 3) применяют для передачи движения между перекрещивающимися осями, угол между которыми, как правило, составляет 90°. Движение в червячных передачах передается по принципу винтовой пары.

Рисунок 3 — Червячная передача

В отличие от большинства разновидностей зубчатых в червячной передаче окружные скорости на червяке и на колесе не совпадают. Они направлены под углом и отличаются по значению. При относительном движении начальные цилиндры скользят. Большое скольжение является причиной низкого КПД, повышенного износа и заедания. Для снижения износа применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк — сталь, венец червячного колеса — бронза (реже — латунь, чугун).

Достоинства червячных передач:

• большие передаточные отношения;
• плавность и бесшумность работы;
• высокая кинематическая точность;
• самоторможение.

Недостатки червячных передач:

• низкий КПД;
• высокий износ, заедание;
• использование дорогих материалов;
• высокие требования к точности сборки.

Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга валами применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передаётся с помощью гибких звеньев. В качестве гибких звеньев применяются: ремни, шнуры, канаты разных профилей, провода, стальную ленту, цепи различных конструкций.

Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношения со ступенчатым или плавным изменением его величины.

Для сохранности постоянства натяжения гибких звеньев в механизмах применяются натяжные устройства: ролики, пружины, противовесы и т.п.

Различают следующие разновидности передач с гибкими звеньями:

• по способу соединения гибкого звена с остальными:
  • фрикционные;
  • с непосредственным соединением;
  • с зацеплением;
  • открытые;
  • перекрёстные;
  • полуперекрёстные;

  Ременная передача (рисунок 4) состоит из двух шкивов, закреплённых на валах, и ремня, охватывающего эти шкивы. Нагрузки передается за счёт сил трения, возникающих между шкивами и ремнём вследствие натяжения последнего.

  В зависимости от формы поперечного перереза ремня различают передачи:

  • плоскоременную;
  • клиноременную (получили наиболее широкое применение);
  • круглоременную.

  

  Рисунок 4 — Ременная передача

  Наибольшие преимущества наблюдаются в передачах с зубчатыми (поликлиновыми) ремнями.

  Достоинства ременных передач:

  • возможность передачи движения на значительные расстояния;
  • плавность и бесшумность работы;
  • защита механизмов от колебаний нагрузки вследствие упругости ремня;
  • защита механизмов от перегрузки за счёт возможного проскальзывания ремня;
  • простота конструкции и эксплуатации (не требует смазки).

  Недостатки ременных передач:

  • повышенные габариты (при равных условиях диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров зубчатых колёс);
  • непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания ремня;
  • повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанная с большим предварительным натяжением ремня (в 2-3 раза больше, чем у зубчатых передач);
  • низкая долговечность ремней (1000-5000 часов).

  Цепная передача (рисунок 5) основана на принципе зацепления цепи и звёздочек. Цепная передача состоит из:

  • ведущей звёздочки;
  • ведомой звёздочки;
  • цепи, которая охватывает звёздочки и зацепляется за них зубьями;
  • натяжных устройств;
  • смазывающих устройств;
  • ограждения.

  

  Рисунок 5 — Цепные передачи: а) с роликовой цепью; б) с зубчатой пластинчатой цепью

  Область применения цепных передач:

  • при значительных межосевых расстояниях;
  • при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым;
  • когда зубчатые передачи неприменимы, а ременные недостаточно надёжны.

  По типу применяемых цепей бывают:

  • роликовые;
  • втулочные (лёгкие, но большой износ);
  • роликовтулочные (тяжёлые, но низкий износ);
  • зубчатые пластинчатые (обеспечивают плавность работы).

  Достоинства цепных передач (по сравнению с ременной передачей):

  • большая нагрузочная способность;
  • отсутствие скольжения и буксования, что обеспечивает постоянство передаточного отношения и возможность работы при кратковременных перегрузках;
  • принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи;
  • могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях.

  Недостатки цепных передач связаны с тем, что звенья располагаются на звёздочке не по окружности, а по многоугольнику, что влечёт:

  • износ шарниров цепи;
  • шум и дополнительные динамические нагрузки;
  • необходимость обеспечения смазки.

  Фрикционная передача — кинематическая пара, использующая силу трения для передачи механической энергии (рисунок 6). [3]

  Рисунок 6 — Фрикционные передачи

  Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

  Фрикционные передачи делятся:

  • по расположению валов:
    • с параллельными валами;
    • с пересекающимися валами;
    • с внешним контактом;
    • с внутренним контактом;
    • нерегулируемые;
    • регулируемые (фрикционный вариатор);
    • цилиндрические;
    • конические;
    • сферические;
    • плоские.

    Перечень ссылок

    Лекция 16. Механические передачи // Информационно-образовательный портал «Ореанда». — http://bcoreanda.com/ShowObject.aspx?ID=252. Зубчатая передача // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Зубчатая_передача. Фрикционная передача // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Фрикционная_передача.

    Вопросы для контроля

    1. Что называют механической передачей, их основные разновидности?
    2. Что представляют собой зубчатые передачи: описание, назначение, классификация, достоинства и недостатки?
    3. Каков принцип работы червячных зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки?
    4. Что представляют собой передачи с гибкими звеньями: описание, назначение, классификация?
    5. Какие основные достоинства и недостатки ременных передач в сравнении с цепными?
    6. Что представляют собой фрикционные передачи: описание, назначение, классификация?

    Подобные посты

    Трение, его виды. Трение скольжения и трение качения. Сила и коэффициент трения. Борьба с износом трущихся деталей

    материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Трение (фрикционное взаимодействие) — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. Изучением процессов трения занимается раздел физики, который называется трибология (механика фрикционного взаимодействия).

    Виды деформаций деталей: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб

    материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Деформация – изменение формы, размеров тела под действием приложенных к нему сил. Линейная деформация – изменение линейных размеров тела, его рёбер. Линейные размеры тела могут изменяться одновременно в одном, двух или трёх взаимно перпендикулярных направлениях, что соответствует линейной, плоской и объёмной деформации. Линейная деформация, как правило, сопровождается изменением объёма тела.

    Механизмы преобразования движения: их назначение и устройство

    материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Механизм преобразования движения предназначен для преобразования вида движения или его характеристик от одного к другому. К механизмам преобразования движения относятся:

    Похожие публикации:

    1. Как подобрать масло для двигателя
    2. Какой глушитель подойдет на ваз 2114
    3. Какой двигатель стоит на чери амулет
    4. Форд мондео как открыть подлокотник