Дипломная работа: Разработка динамической модели привода с фрикционным вариатором

Фрикционные передачи вращательного движения можно разделить на две основные группы: передачи нерегулируемые, т.е. с условно постоянным передаточным отношением, и передачи регулируемые, позволяющие плавно изменять передаточное отношение (бесступенчатое регулирование) (рис. 1.1).

Одной из наиболее простых и во многих случаях достаточно надёжной является фрикционная передача, состоящая в простейшем случае из двух колёс (катков), закреплённых на ведущем и ведомом валах. Для передачи движения без скольжения необходимо приложить к одному из колёс силу Q, достаточную для возникновения трения в месте контакта, при этом касательная сила их сцепления равна по величине передаваемого окружному усилию [1].

Рисунок 1.1 – Лобовой фрикционный вариатор

Достоинствами фрикционных передач являются: плавность и бесшумность в работе, простота конструкции, невозможность поломки при резком изменении крутящего момента на одном из валов благодаря возможности проскальзывания катков, возможность бесступенчатого регулирования скоростей на ходу, без остановки передачи.

Недостатками являются: необходимость прижимного устройства, большие давления на валы и опоры от действия внешней силы прижимного устройства, что увеличивает их размеры и делает передачу громоздкой, а также ограничивает величину передаваемой мощности; непостоянство передаточного отношения из-за проскальзывания катков; сравнительно высокий износ.

Фрикционные вариаторы применяют как в кинематических, так и силовых передачах в тех случаях, когда требуется бесступенчатое регулирование скорости (зубчатая передача не позволяет такого регулирования). Фрикционные вариаторы используются станкостроении, в литейных машинах, подъемных и транспортных машинах, приводах летательных аппаратов и металлорежущих станках, роботах и манипуляторах, цифровых следящих системах, механизмах для сельского хозяйства и других изделиях.

Значение фрикционных вариаторов как бесступенчатых регуляторов скорости возрастает в связи с широким фронтом работ по автоматизации управления производственными процессами.

Один из катков фрикционного вариатора изготовляют из качественных сталей (40, 50, ШХ15 и т.д.), а другой – из серого чугуна, текстолита, фибры и других пластмасс.

Из всех типов фрикционных бесступенчатых передач с твердыми телами касания лобовые фрикционные вариаторы конструктивно наиболее просты. В таком вариаторе возможно перемещать колесо по валу в направлениях, указанных стрелками, при этом передаточное отношение будет плавно меняться в соответствии с изменением рабочего диаметра диска.

Геометрическое скольжение вариатора определяют по формуле:

знак «+» - для ведущего колеса, знак «-» - для ведущего диска (рис 1.2 а и б),

где - радиус диска, при скольжение максимальное;

b – ширина диска.

Рисунок 1.2 – Лобовой фрикционный вариатор:

а) с ведущим колесом; б) с ведущим диском

Основной недостаток лобовых вариаторов – большое геометрическое скольжение, поэтому в силовых передачах их диапазон регулирования передаточного отношения приходится ограничивать .

При ведущем колесе его радиус определяют по формуле:

;

где .

При проектном расчете принимают:

- коэффициент запаса сцепления;

- минимальный рабочий радиус диска.

Рабочие поверхности стальных фрикционных колес выполняются шлифованными с шероховатостью Ra 0,63 ... 0,32 мкм.

Соединение дисков с валами рекомендуется осуществлять шариковыми или винтовыми нажимными устройствами (рис. 1.3).

Во избежание чрезмерного скольжения центральную часть диска использовать не следует.

Расчет на контактные напряжения следует вести на минимальном диаметре диска, при котором требуется наибольшая сила нажатия и скольжение достигает наибольшей величины.

Рисунок 1.3 – Нажимные устройства: а) винтовое; б) шариковое

2 Исходные данные

Рассчитаем лобовую фрикционную передачу для привода ленточного конвейера при условии, что ведущее колесо передает мощность Р= 2 кВт при угловой скорости ω₁ =90 рад/с ведомому колесу, вращающемуся с угловой скоростью ω_2max = 45 рад/с [2].

В качестве прижимного устройства выбираем винтовое прижимное устройство, обеспечивающее постоянную силу прижатия.

Назначаем материалы колес: меньшего — текстолит ПТК, а большего — сталь 45.

Принимаем диапазон регулирования передаточного отношения