Фрикційна передача: коли потрібна плавність

При створенні машин і механізмів найбільш часто зустрічається завданням, що стоїть перед проектувальниками, є передача обертального моменту від однієї деталі до іншої. Вирішується вона різними способами. Зубчасті шестерні, погонні ремені і навіть електромагнітні поля приводять в рух колеса, і в кожному випадку застосування того чи іншого способу мотивовано технічними вимогами. Фрикційна передача використовується тоді, коли потрібно плавну зміну швидкості обертання.

Коли не було зубчастих коліс

Слово frictio по-латині означає «тертя». До тих пір поки не було винайдено зубчасте колесо, фрикційна передача була головним засобом повідомлення обертального моменту. При цьому вже в давнину механіки виявили залежність кутової швидкості від співвідношення діаметрів ведучого і веденого роликів, навчившись прискорювати або сповільнювати роботу млинів або водонапірних станцій. Цей винахід застосовується і сьогодні.

Плавний розгін - заслуга фрикциона

Серйозна інженерна опрацювання цього вузла почалася наприкінці XIX століття, потреба в ньому виникла під час бурхливого розвитку машинобудування, а особливо з появою перших автомобілів. Трансмісія, побудована на зубчастих колесах, не витримувала різко мінливих навантажень при переході з однієї швидкості на іншу, шестерні ламалися, був потрібний складний і дорогий ремонт. Дискова фрикційна передача забезпечила м`який контакт між валом двигуна і карданом, даючи час на плавну зміну швидкості, що набагато підвищило надійність автотранспортних засобів.

Застосування в радіотехніці

І в інших механічних системах, коли потрібно плавний розгін або гальмування, інженери-механіки застосовують цей важливий елемент. Конструкція будь-якого магнітофона неодмінно включає особливі зустрічні диски для зміни кутової швидкості вузла підмотки, адже чим більше намотується приймальня котушка, тим вона повинна крутитися повільніше. Фрикційна передача забезпечує зміну числа обертів в одиницю часу: на початку програвання касети або котушки прийомний вузол крутиться швидко, а в кінці - повільно.

Різноманітність форм

Між зубчастої передачею і фрикціоном є багато спільного. По-перше, співвідношення діаметрів коліс в обох випадках утворює передавальне число. По-друге, напрямку руху приймального і вихідного валів можуть мати різноманітну просторову орієнтацію, від паралельної до перпендикулярного. При експериментуванні з першими зразками залізничного транспорту намагалися навіть створити зубчасту пару «рейка-колесо», але незабаром від цієї думки відмовилися, зробивши її гладкою, з можливістю проковзування і плавним наростанням тертя. Види фрикційних передач відповідають типам зубчастих кінематичних схем, вони бувають конічними, циліндричними і дисковими (лобовими). Гладка форма контактуючих поверхонь створює умови і для вирішення більш складних технічних завдань, коли потрібні сферична або торів геометрія деталей, наприклад, при змінюваному векторі веденого вала. При цьому на вибір того чи іншого способу кінематики впливає поставлене завдання. Циліндрична фрикційна передача служить для паралельної трансмісії, а конічна - для перпендикулярній.

Недоліки

Незважаючи на древній вік винаходи, цей спосіб передачі обертального механічного моменту знаходить широке застосування в сучасній техніці. Але є у нього і недоліки. Диски зчеплення і гальмівні колодки періодично потребують заміни на всіх автомобілях - від шикарного «Бентлі» до скромних «Жигулів».

Основні зусилля технологів-матеріалознавців, що займаються фрікціонами, спрямовані на збільшення терміну служби контактуючих поверхонь, адже вони постійно труться одна об одну, а отже, і зношуються.