Фрикционные передачи

Фрикционные передачи, или передачи трением, по сути дела должны включать в себя и ременные передачи. Однако наличие промежуточного гибкого звена вносит свою специфику, и фрикционными передачами считаются только те, где усилия и вращающие моменты передаются от одного твердого тела — ведущего другому — ведомому. Фрикционные передачи в древности предшествовали зубчатым в маломощных устройствах: два гладких колeca, чаще всего с пересекающимися осями, просто прижимались друг к другу грузами или своим весом и передавали усилия. Любое колесо, катящееся под действием вращающего момента по гладкой поверхности, является фрикционной передачей; такие известны с античных времен. На рис. 2.27 изображена лобовая фрикционная передача. Но настоящая инженерно проработанная фрикционная передача была создана в XIX в. в качестве трансмиссии автомобиля. Дело в том, что в первых автомобилях из-за толчков и перегрузок трансмиссии при езде по неровным дорогам зубчатые передачи часто ломались. Фрикционная же передача за счет проскальзывания при перегрузках оставалась целой. Одна из наиболее удачных автомобильных фрикционных передач XIX в. представлена на рис. 2.28. Три катка — один ведущий (в центре) и два вспомогательных (поменьше) — помещались внутри упругого закаленного стального кольца, которое, деформируясь, сжимало катки. Само кольцо могло играть роль ведомого звена, но наряду с этим один из вспомогательных катков мог быть также ведомым.

Рис. 2.27. Старинная фрикционная передача с пересекающимися осями: 1 — горизонтальный фрикционный каток; 2 — вертикальный фрикционный каток; 3 — вертикальная ось

Главная особенность фрикционных передач, способствующая их широкому распространению, — это возможность получать плавное (бесступенчатое) регулирование передаточного отношения. Устройства, предназначенные для этого, называются вариаторами. Как и простые фрикционные передачи, вариаторы обязаны своим появлением автомобилю. На рис. 2.29 представлен так называемый лобовой вариатор, примененный на одном из первых легковых автомобилей. Два диска с пересекающимися осями, совсем как в древних фрикционных передачах, прижаты друг к другу силой пружины через рычаг. Но в отличие от древнего аналога в этой передаче ведомый правый (горизонтальный) диск мог двигаться по своей вертикальной оси. В результате передаточное отношение от ведущего диска (на горизонтальной оси) к ведомому менялось бесступенчато, плавно изменяя скорость автомобиля. Положение ведомого диска в центре ведущего означало остановку первого, а следовательно, и автомобиля. Казалось, решены все проблемы трансмиссии автомобиля — плавная (бесступенчатая) иегулировка скорости вперед и назад и даже остановка обеспечивались вариатором. Но первые конструкции вариаторов оказались недолговечными, маломощными и больших размеров. Вся последующая работа ученых и инженеров сводилась в основном к преодолению этих недостатков.

Рис. 2.28. Автомобильная фрикционная передача XIX в. (стрелками показано направление движения): 1 — ведущий каток; 2, 4 — вспомогательные катки; 3 — стальное упругое колесо	Рис. 2.29. Схема лобового вариатора: 1 — пружина; 2 — рычаг; 3 — ведущий фрикционный диск; 4 — ведомый подвижный фрикционный диск

В результате сейчас существуют вариаторы не с «сухими» поверхностями, как в описанной конструкции, а со смазываемым маслом, или еще лучше — трактантом (см. подразд. 1.4). Прочная пленка жидкости, перешедшей в упруго-вязкое состояние, разделяет поверхности трения, препятствуя их изнашиванию, а также передает рабочие усилия. Современные вариаторы имеют много тон фрикционного контакта; огромные усилия, сжимающие их рабочие поверхности, часто уравновешены. Особенно перспективны вариаторы, выполненные по планетарной схеме, — они компактны, имеют высокий КПД, позволяют легко реверсировать передачу.

Вариаторы бывают с принудительным и с автоматическим регулированием передаточного отношения; последние называются с аморегулирующимися, или адаптивными.

Применение вариаторов обоснованно там, где требуется безступенчатое изменение передаточного отношения. Очень многие процессы в технике плохо вписываются в ступенчатое изменение скорости рабочего органа — ведущего колеса, шпинделя, конвейера и пр. Тогда приходится делать передачи многоступенчатыми, т. е. обеспечивающими множество различных скоростей рабочих органов. Но такие передачи сложны и не всегда оправдывают назначение. В этих случаях целесообразно использование механических бесступенчатых передач — вариаторов, подавляющее количество которых фрикционные.