фрикционные передачи

Необходимость улучшения технико-экономических характеристик рабочих машин настоятельно диктуется су-ш,ествующей общей тенденцией в развитии машин, повышения их мощности и быстроходности.

Применяемые в настоящее время в приводе машин зубчатые передачи с эвольвентным зацеплением уже не могут из-за ограниченной нагрузочной способности удовлетворить предъявляемым к ним требованиям.

В последние годы внимание исследователей стали привлекать фрикционные передачи (ФП), которые по своей нагрузочной способности не уступают, а иногда значительно превосходят зубчатые передачи. Так, например, нагрузочная способность новых видов фрикционных передач с замкнутыми нормальными силами прижатия рабочих тел, созданных в ВВИЛ им. Н. Е. Жуковского, выше в 1,5 раза, чем зубчатых передач {51].

Весьма перспективно применение в приводе рабочих машин многоконтактных фрикционных передач, нагрузочная опособность которых также выше, чем зубчатых передач [36]. Кроме того, многоконтактные фрикционные передачи по своим шумовым характеристикам превосходят зубчатые передачи.

в ряде зарубежных стран - Японии, ФРГ, Англии и др.- для привода машин широко применяются фрикционные бесступенчатые передачи, в частности многодисковые вариаторы, которые изготавливаются отдельными фирмами в виде параметрического ряда на мощность от 3 до 250 кВт и выше.

Многодисковые фрикционные вариаторы (ФВ) позволяют за счет изменения числа контактных пар и порядка их соединения проектировать передачи с заранее заданными эксплуатационными характеристиками: широким диапазоном регулирования скорости, высокими к. п.д. и долговечностью.

Создание многоконтактных фрикционных передач с малыми энергетическими потерями, высокой несущей способностью контактных пар, устойчивостью движения и долговечностью требует принципиально нового подхода к проектированию и расчету ФП.

Прежде всего, повышение передаваемой мощности и долговечности ФВ за счет формального увеличения числа контактных пар, как это принято в настоящее время, не принесет должного результата, если в конструкции передачи не будут реализованы следующие требования:

- обеспечение стабильности формы и размеров контактной площадки фрикционной пары в процессе работы тередачи;

- обеспечение равной нагруженности контактных пар;

- сохранение устойчивости движения передачи.

Эти требования выполняются путем размерного расчета вариатора и применения ряда конструктивных мер, рассмотренных в данной монографии.

Точность изготовления и сборки рабочих тел ФП оказывает доминирующее влияние на энергетические потери, распределение нагрузки между отдельными контактными парами и динами- { ческую устойчивость ФП. Поэтому расчет на точность должен лежать в основе проектирования ФП, а нормирование точности линейных и угловых размеров, а также погрешностей формы рабочих тел ФВ необходимо вести с учетом заданных значений к.п.д. и требований динамической устойчивости (критических скоростей) движения передачи.

Тесная связь точности изготовления и сборки рабочих тел с энергетическими потерями и динамической устойчивостью обусловливает применение комплексных методов расчета ФВ.

Необходима также идентификация методов расчета ФВ на основе классификации ФВ по числу контактных пар и порядку их соединения с использованием физических моделей отдельных групп передач для размерного, энергетического и динамического расчетов.

В Советском Союзе выполнены многоплановые исследования многодисковых вариаторов [40, 41, 25, 13 и 36]. Однако производство их ,не налажено. Опытные образцы многодисковых вариаторов конструктивно сложны, трудоемки и дороги в изготовлении.

Анализ работ по многодисковым вариаторам показывает, что: - исследования процессов трения и износа, протекающих в фрикционной паре, как «правило, ведутся на идеальной модели без учета искажения формы и размеров контактной площадки под влиянием погрешностей изготовления и сборки рабочих тел шередачи;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на одной изолированной фрикционной паре, автоматически переносятся на работу ,многоконтактных фрикционных .передач. При этом полностью игнорируется взаимовлияние контактных пар на распределение скоростей и сил трения на контактной площадке;

- при исследовании динамики ФВ не учитываются вынужденные колебания, возникающие в передаче под влиянием векторных погрешностей формы рабочих тел. Эти колебания при больших скоростях могут привести к нарушению устойчивости вариатора;

- сравнительно мало работ посвящено изучению и исследованию производственных погрешностей и функциональной взаимозаменяемости ФВ;

- не исследована технико-экономическая эффективность отдельных видов вариаторов;

- слабо используются при проведении экспериментальных исследований методы многофакторного эксперимента, что затрудняет получение сравнимых результатов.

Таким образом, дальнейшее совершенствование методов исследования, проектирования и расчета многодисковых передач актуально и может оказать заметное влияние на повышение уровня отечественного вариаторостроения.

В настоящей монографии приведены результаты оригинальных теоретических и экспериментальных исследований, выполненных авторами, и обобщен опыт работы коллектива научных работников Таганрогского радиотехнического института под руководством Н. А. Бакаева по созданию новых конструкций многодисковых и фрикционно-гидродинамических передач.

Целью проведенных исследований являлось создание основ теории проектирования оптимальных конструкций многоконтактных фрикционных передач. Основное внимание при этом уделялось выявлению и изучению размерных цепей ФВ: изучению ви-

- 5 -

дов и закономерностей образования погрешностей функциональных параметров рабочих тел, их влиянию на выходные характеристики вариатора.

Экспериментальные исследования вариаторов проведены в лабораториях ВНИИредуктора и ГСКБ ino зерноуборочным комбайнам и самоходным шасси при Таганрогском комбайновом заводе.

Авторы выражают глубокую -благодарность научным сотрудникам ТРТИ: доц. С. М. Нагорному, ст. преп. Н. Д. Певзнеру, Д. А. Лопатину, Н. А. Ковалеву, В. И. Вдовенко, принимавшим участие в разработке конструкций вариаторов и их испытаниях.

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧАХ

1.1. Характеристика и классификация фрикционных передач

Фрикционные передачи относятся К тередаточным механизмам машин и служат для 11рансформации механической энергии ио частоте вращения и передаваемым усилиям. Располагаются они, как правило, в приводе машин между двигателем и ее исполнительными органами. Фрикц1ианнЫМ передачам по сравнению с другими видами передач присущ ряд достоинств: они позволяют легко и ;в широком диапазоне осуществлять бесступенчатое регулирование скорости, содержат простые по форме тела качения, обеспечивают равномерность вращения при высоких скоростях, обладают высоким к. п. д.

Существенным достоинством фрикционных передач с цилиндрическими рабочими телами, как это показано щ работе [51], является также и то, что они по нагрузочной способности, уровню шума и характеру вибраций при равных условиях работы не уступают, а в ряде случаев превосходят зубчатые передачи.

В фрикционных механизмах передача -вращательного движения и мощности осуществляется силами трения, возникающими на площадках контакта рабочих тел под действием нормальных сил. Однако силы трения в соответствии с законом Кулона составляют весьма малую часть нормальных сил прижатия рабочих тел. Если принять, что коэффициент трения в зависимости от Вида материалов и условий работы фрикционной пары изменяется в пределах от 0,20 до 0,05, то нормальная сила прижатия рабочих тел превосходит полезную передаваемую силу (силу трения) в 5-20 раз. В реальных ФП из-за необходимости создания запаса сцепления, зависящего от характера на-гружения передачи, потребная сила прижатия будет еще больше. Это обстоятельство в первую очередь препятствует созданию малогабаритных ФП большой мощности. В таких передачах валы и подшипники испытывают повышенные нагрузки, и может

оказаться, что нагрузочная способность передачи будет ограничиваться не прочностными и фрикционными свойствами контактных пар, а прочиостью валов и подшипников.

К недостаткам ФП, кроме того, относят 1высакие требования к точности Изготовления рабочих тел, необходимость применения специальных нажимных устройств, опасность повреждения при буксовании, наличие геометрического скольжения на контактных площадках.

Устранение указанных недостатков и совершенствование ФП идет по пути создания ФП С замкнутыми нормалшыми силами прижатия [51], использования в конструкции ФП принципа мно-гоконтактности, улучшенных форм профиля рабочих тел, автоматически действующих нажимных устройств, улучшенных материалов и технологии изготовления рабочих тел, планетарных схем, применения ФП в схемах с разветвленным потоком мощности [40].

Особенный интерес для совершенствования конструкций ФП представляют исследования, проведенные в .ВВИА В. А. Чесно-ковым по созданию соосных фрикционных передач с цилиндрическими рабочими телами, в которых усилия прижатия не передаются на подшипники и валы [51]. Разработанные передачи выполнены ПО схеме планетарного редуктора (рис. 1.1) и различаются лишь способом прижатия рабочих тел.

При вращении ведущего вала- солнечного колеса 1 - прижатые ,к нему Сателлиты 2 обкатываются по инутренней поверхности охватывающего неподвижного коронного .колеса - кольца 3. Оси сателлитов, помещенные на подшипниках (на схеме . они не наказаны) в радиальных прорезях выступающих щек водила 4, увлекают его за собой. Выступающий конец водила является выходным валом планетарного редуктора. Если водило 4 закрепить неиодвижно, то получится соосная передача с тремя переборами 2, пр которым разветвляется поток мощности. В этих передачах прижатие рабочих тел осуществляется за счет деформиравания либо охватывающего кольца 3, либо гильзы ведущего вала 1, либо того и другого. При этом одновременно обеспечивается также свобода радиальных перемещений промежуточных тел, что приводит к разгрузке подшипников от усилий прижатия рабочих тел. Такие передачи получили общее название фрикционных передач с заминутыми нормальными силами прижатия.

Прижатие рабочих тел осуществляется либо путем изготовления рабочих тел с соответствующими допусками и последующей сборкой с натягом, либо путем применения специального «ажимного устройства, размещенного на кольце 3 или в гильзе

вала 1 (стрелки на рис. 1.1 указывают усилия, вызывающие деформацию). Деформирование гильзы 1 воз1Можно лишь в случае, когда размеры гильзы позволяют размещать нажимные устройства внутри нее.

Многочисленные виды ФП отличаются назначением, характером изменения передаточного отношения (с постоянным и переменным передаточным отношением), конструкцией и другими признаками.

Наибольшее применение в машинах получили фрикционные передачи с переменным передаточным отношением, т. е. фрикционные вариаторы. Фрикционные вариаторы изготовляются в виде отдельных агрегатов или же специально для привода конкретных машин.

Согласно принятой в на- „ , , „ стоящее время классификации ГГилГд?„1£ГТабо*

(40] ФВ по характеру контак- чими телами та рабочих тел делят на три

типа: с непосредственным контактом ведущего колеса с ведомым; с промежуточным элементом и планетарные. Приведенная классификация позволяет в наглядной форме описать принцип регулирования передаточного отношения и конструктивные особенности передачи. Однако эта классификация не отражает условий работы контактных пар и не может быть использована для разработки общих методов расчета отдельных групп передач. Более удобной для этой цели является классификация ФВ по числу потоков мощности, числу и порядку соединения контактных пар. В предлагаемой классификации (табл. 1.1) ФВ подразделяются 1на следующие группы и подгруппы:

I. Однопоточные: одноконтактные; двухконтактные; многоконтактные однорядные с последовательным соединением кон-, тактных пар.

II. Многопоточные: многорядные с нием контактных пар; многорядные с тельным соединением контактных пар.

III. Многопоточные планетарные.

IV. Многопоточные замкнутые.

К однопоточным одноконтактнЫМ передачам относятся лобо-

параллельным соединен параллельно-последовач