Фрикция что это в механике

Детали машин

Фрикционные передачи

Общие понятия и определения

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.

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.

Достоинства фрикционных передач

К достоинствам фрикционных передач можно отнести следующие их качества:

Недостатки фрикционных передач

Недостатки фрикционных передач обусловлены особенностями их конструкции:

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:

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.

Источник

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:

Важно, чтобы выполнялось следующее условие: сила трения должна быть больше или равна окружной силе. Нарушение данного принципа приводит к возникновению упругого и геометрического скольжения в месте соприкосновения рабочих тел вращения. В результате снижается угловая скорость ведущего катка, что приводит к буксованию фрикционных передач.

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:

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

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

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

Типы фрикционных передач

Специалисты выделяют надлежащие классификация фрикционных устройств:

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

Выделяют отдельную классификацию для вариаторов по числу потоков мощности:

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:

Во время эксплуатации были выявлены следующие минусы фрикционных передач:

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:

Выделяют следующие факторы отказов фрикционных передач:

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.

Источник

Фрикционная передача: что это такое, ее достоинства и недостатки – схема и классификация

Взглянем на устройства, преобразующие механическую энергию. В фокусе внимания – фрикционная передача: что это такое, из чего состоит, где применяется, как выглядит, какими особенностями обладает – рассмотрим все эти и другие важные моменты, чтобы вы понимали, где, когда и как ее использовать.

Сразу отметим, что она является традиционным предметом изучения в области прикладных наук: понимая ее важное практическое значение, инженеры постоянно предлагают решения по ее улучшению. А все потому, что она сверхактуальна даже в условиях современной промышленности, ведь причин для ее востребованности хватает: это и трансформация по частоте вращения, и высокий коэффициент полезного действия, и возможность бесступенчатой регулировки скорости… хотя подробнее об этом – ниже.

Общие понятия и определения

Фрикционные передачи являются передачами продлевающими движение за счет сил трения, появляющихся в точках соприкосновения двух катков. Последние представляют собой пару плотно прижатых друг к другу колес, ведущего и ведомого.

Они преобразуют энергию и транспортируют нагрузку на последующие углы в соответствии с таким условием:

Rf ≥ Ft, в котором участвуют силы:

Для нормальной работы указанное соотношение обязано соблюдаться, в противном случае катки в процессе эксплуатации будут лишь скользить по поверхностям друг друга, но никак не поставлять мощность дальше, другим функциональным узлам оборудования.

Чтобы обеспечить Rf нужной величины, следует добиться того, чтобы Fr значительно превышала Ft. Для этого необходимо прижать колеса – за счет собственного веса приспособления, с помощью пружины, рычага или какого-то другого устройства.

Принцип работы

Любая отдельно взятая фрикционная передача состоит из двух тел вращения: как мы уже выяснили, это пара катков, ведущий и ведомый. Первый приводит второй в движение благодаря трению, которое возникает в зоне контакта за счет сил прижатия. Как мы уже определили, необходимая плотность прилегания может быть достигнута несколькими способами – на практике наиболее применимы следующие решения:

Напомним, главное, чтобы трение значительно превышало окружное воздействие. Иначе в зоне контакта будет наблюдаться лишь упругое скольжение. В таком случае угловая скорость главного (ведущего) колеса будет постепенно снижаться, вплоть до полного буксования.

Основные характеристики

Виды фрикционных передач

Классифицировать все их разнообразие можно по нескольким важным параметрам.

По характеру работы:

По условиям использования:

По количеству направлений мощности фрикционных передач классификация предполагает разделение на две группы:

Катки могут работать с такой мощью прижима:

По зоне расположения колес выделяют такие три типа:

Несмотря на такую широту признаков разделения, есть определенные особенности, которыми обладают практически все фрикционные передачи: основные достоинства и недостатки их мы рассмотрим прямо сейчас.

Преимущества

В числе главных плюсов:

Недостатки

Они тоже есть, ведь иначе любая сборка фрикционных передач в коробке (или другом достаточно надежном корпусе) применялась бы просто безальтернативно. В списке эксплуатационных минусов:

Недостатки нельзя не учитывать, но достоинства все-таки перевешивают, иначе применение не было бы столь частым. Явные минусы можно устранить: обеспечив замкнутый прижим, используя принцип многоконтактности, взяв более надежные материалы и так далее.

Скольжение во фрикционной механической передаче

Оно неизбежно возникает в процессе эксплуатации из-за разницы в скоростях катков. У того же ведущего поверхностные элементы подходят к месту соприкосновения сжатыми, а покидают ее уже растянутыми; и наоборот в случае с ведомым. В результате у первого обод удлиняется, а у второго – укорачивается, что и приводит к потерям трения.

При сравнении окружных скоростей оказывается, что V2 значительно, в разы, меньше V1, а в таких условиях крайне проблематично добиться хорошего прижима.

Особняком стоят случаи, когда механизмы фрикционных передач залиты СОЖ, то есть функционируют в так называемых ваннах: масляная пленка способствует еще большему скольжению.

Свою роль, причем серьезную, также играет нагрузка: если она будет чрезмерной, это обернется буксованием, а значит и отсутствием должного трения, что приведет к остановке ведомого колеса и/или к быстрому износу взаимодействующих поверхностей.

Материалы исполнения катков

Необходимо, чтобы они отвечали следующим требованиям:

В общем случае коническая, лобовая или цилиндрическая фрикционная передача может быть оснащена такими сочетаниями колес:

Где используется фрикционная передача: область применения

Они не очень подходят для обеспечения больших мощностей, так как при высоких нагрузках наблюдается скольжение, сопровождающееся быстрым износом валов с последующей частичной или даже полной поломкой. Также их нельзя устанавливать там, где особо критичны ошибки в углах поворота звеньев, так как могут возникать в зоне контакта.

Ниша, в которой они востребованы, – это производство прессов, кузнечно-штамповочных комплексов, транспортеров, тяговых приводов, металлообрабатывающих станков. Наиболее актуальны из них те, что подключены к электромотору или ДВС (двигателю внутреннего сгорания). С их помощью появляется возможность бесступенчатой регулировки скорости, что особенно удобно, например, для АКПП в машинах.

Те, чье передаточное число неизменно, становятся важной частью магнитофонов, спидометров и других устройств, эксплуатируемых при незначительных нагрузках. Вариаторы используют в текстильной промышленности: в силовых агрегатах, чтобы натягивать нити и волокна, в центрифугах, дабы обеспечивать равномерный разгон, при деревообработке, чтобы соотносить скорость с плотностью породы и так далее.

Характер и причины отказов

Фрикционные передачи, назначение которых мы только что рассмотрели, сильно зависят от контактной прочности, которую определяют по напряжению смятия в зоне взаимодействия валов. Рассмотрим снижающие ее факторы и типы повреждений вообще.

Виды разрушений механизмов

Факторы отказов

Фрикционная передача, схема которой предполагает простоту и надежность, все-таки выходит из строя. Виной поломки может быть:

Чтобы предотвратить отказы, следует правильно рассчитать контактную прочность и использовать тот механизм, у которого она на достаточном уровне, а также применять подходящие противозадирные масла.

Предлагаем закрепить впечатление и посмотреть фото фрикционных передач и ролики, показывающие их устройство и работу. Лучшие из них устанавливаются в станки ижевского производителя «Сармат» – в мощное, удобное в пользовании и надежное оборудование, помогающее решать самые ответственные задачи.

Источник

ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ и Вариаторы

ПЕРЕДАЧИ ТРЕНИЕМ (сцеплением)

Фрикционные передачи передают движение за счет сил трения (лат. frictio – трение). Фрикционная передача состоит из двух соприкасающихся между собой колес (катков, роликов, дисков); вращение одного из колес преобразуется во вращение другого за счет сил трения, возникающих в месте контакта колес. Необходимая сила трения достигается прижатием одного колеса к другому. Бывают с постоянным и переменным передаточным числом.

Передаточное отношение цилиндрической фрикционной передачи определяют как отношение частот вращения или диаметров тел качения.

0,01 – для передач со смазкой и большими передаточными отношениями).

Для конической передачи – вместо диаметров берут углы конусов.

Фрикционные передачи выполняются либо с постоянным, либо с регулируемым передаточным отношением (вариаторы).

Передачи с постоянным передаточным отношением применяются редко, главным образом, в кинематических цепях приборов, например, магнитофонов и т.п. Они уступают зубчатым передачам в несущей способности. Зато фрикционные вариаторы применяют как в кинематических, так и в силовых передачах для бесступенчатого регулирования скорости. Зубчатые передачи не позволяют такого регулирования.

Достоинства фрикционных передач:

— простота тел качения (например, не нужно резать зубьев);

— равномерность вращения, что удобно для приборов;

— возможность плавного регулирования скорости;

— отсутствие мёртвого хода при реверсе передачи.

Недостатки фрикционных передач:

— потребность в прижимных устройствах;

— большие нагрузки на валы, т.к. необходимо прижатие дисков;

— большие потери на трение;

— повреждение катков при пробуксовке;

— неточность передаточных отношений из-за пробуксовки.

Основными видами поломок фрикционных передач являются:

— усталостное выкрашивание (в передачах с жидкостным трением смазки, когда износ сводится к минимуму);

— износ (в передачах без смазки);

— задир поверхности при пробуксовке.

Поскольку всё это следствие высоких контактных напряжений сжатия, то в качестве проектировочного выполняется расчёт по допускаемым контактным напряжениям [29]. Здесь применяется формула Герца-Беляева, которая, собственно говоря, и была выведена для этого случая. Исходя из допускаемых контактных напряжений, свойств материала и передаваемой мощности определяются диаметры фрикционных колёс

Основные требования к материалам фрикционных колёс:

— высокая износостойкость и поверхностная прочность;

— высокий коэффициент трения (во избежание больших сил сжатия);

— высокий модуль упругости (чтобы площадка контакта, а значит и потери на трение были малы).

Наиболее пригодными оказываются шарикоподшипниковые стали типа ШХ15 или 18ХГТ, 18Х2Н4МА.

Разработаны специальные фрикционные пластмассы с асбестовым и целлюлозным наполнителем, коэффициент трения которых достигает 0,5. Широко применяется текстолит.

Более надёжны передачи, у которых ведущий каток твёрже, чем ведомый, т.к. тогда при пробуксовке не образуются лыски.

Применяются обрезиненные катки, однако их коэффициент трения падает с ростом влажности воздуха.

Для крупных передач применяют прессованный асбест, прорезиненную ткань и кожу.

Вариатор –это фрикционная передача, характеризующаяся переменным передаточным отношением, т.к. одно из колес или оба колеса этой передачи имеют переменный диаметр вращения. Фрикционные вариаторы нашли применение в сельхозмашиностроении, станкостроении, сварочных и литейных машинах, машинах текстильной, химической и бумажной промышленности, различных отраслях приборостроения и т.д.

Фрикционный вариатор ступенчатого типа.

(в проигрывателе с пластинками)

Вариатор тарельчатого типа.Чтобы замедлить, нужно переместить ролик вправо, чтобы увеличить радиус и уменьшить число оборотов.

Конический вариатор. Между двумя конусами поставили паразитный ролик, который может двигаться. Чем больше диаметр, тем больше линейная скорость (см. верхний конус, левая часть). Если ролик посередине, то скорости одинаковые.

Клиноременной вариатор. Ремень все время растянут. Радиусы не постоянны, т.к. мы сами (вмешиваясь) меняем их. При правой резьбе гайки (по часовой стрелке), если хотим затормозить, то крутим маховик по часовой стрелке. Если их сжимать, то R₂ – будет увеличиваться. И наоборот. Этот вариатор может перебрасывать довольно большие крутящие моменты. # Комбайн «Нива-5»; снегоход «Буран».

Источник