Разница между фрикционным приводом и приводом зацепления

Машина представляет собой группу механизмов, которым требуется источник энергии для выполнения определенной задачи заранее определенным образом. Бытовые или промышленные механизмы чаще всего приводятся в движение с помощью первичных двигателей (таких как электродвигатель, ветряная мельница, гидравлическая или паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания и т. д.). Обычно этот первичный двигатель располагается в стороне от машинного агрегата и вращается с большей скоростью, чем это требуется в машинах. Механическая система передачи энергии используется для передачи мощности от этого первичного двигателя к агрегату машины. Такая система трансмиссии служит нескольким основным целям, таким как (i) передача движения, крутящего момента и мощности от ведущего вала к ведомому валу, (ii) изменение направления вращения, например, по часовой стрелке на против часовой стрелки или наоборот, и (iii) шаговое движение. увеличение или уменьшение скорости вращения.

Система механической передачи мощности состоит из четырех приводов и нескольких элементов. Четыре привода:зубчатая, ременная, цепная и канатная. Каждый из них имеет определенные преимущества перед другими. Они непосредственно участвуют в движении и передаче энергии, а также в манипулировании для точного выполнения требований. Они в основном получают мощность от ведущего вала и передают ее на ведомый вал. Такие приводы могут использоваться как в низкоскоростных и маломощных приложениях (таких как механические часы, игрушки и т. д.), так и в высокоскоростных и тяжелых приложениях (таких как морские приводы, электростанции, дифференциалы транспортных средств и т. д.). С другой стороны, элементы передачи мощности включают вал, шпонку, муфту, тормоз, муфту, звездочку, шкив и т. д. Эти элементы используются вместе с приводом для обеспечения простой и эффективной передачи мощности.

Четыре привода механической системы передачи энергии можно классифицировать по-разному. Одним из таких критериев классификации является способ передачи энергии. На этом основании четыре привода можно разделить на две группы — фрикционные и зацепляющие. Все такие приводы, в которых мощность передается посредством трения, называются фрикционными приводами. . Ременная передача и канатная передача подпадают под эту категорию. Их способность передачи мощности ограничена характеристиками трения двух контактирующих поверхностей. Потеря мощности также больше из-за трения. Тем не менее, они имеют встроенную способность защищать систему от перегрузки. С другой стороны, в стимулах взаимодействия , передача мощности происходит посредством последовательного зацепления и расцепления двух твердых частей. Сила трения в таких приводах роли не играет. Зубчатая передача и цепной привод подпадают под эту категорию. Различные различия между фрикционным приводом и зацеплением приведены ниже в виде таблицы.

Таблица:разница между фрикционным приводом и зацеплением

Средства передачи энергии: Основной задачей механических приводов является передача движения и мощности от ведущего вала к ведомому валу. Эта передача мощности может осуществляться либо посредством трения, либо посредством сопряжения. Такие механические приводы, в которых движение и передача энергии происходят посредством трения, называются фрикционными приводами. Например, сила трения между шкивом и ремнем помогает приводить в движение один вал, получая мощность от другого вала. Помимо ременного привода, под эту категорию также подпадает канатный привод. С другой стороны, когда передача мощности происходит посредством последовательного включения и выключения зубчатых колес, то такой механический привод классифицируется как привод зацепления. Здесь сила трения не играет роли в передаче мощности. Например, в цепном приводе совмещение зубьев звездочки с соответствующим пазом в цепи способствует передаче мощности. Точно так же зубчатая передача является еще одним примером привода зацепления.

Соотношение скольжения и скорости: Отношение скорости ведущего вала к скорости ведомого вала называется отношением скоростей. Различные явления, такие как проскальзывание, ползучесть и многоугольный эффект, могут изменить соотношение скоростей. Механический привод, который обеспечивает постоянное отношение скоростей, называется положительным приводом. Ременная передача, являясь фрикционной, склонна к проскальзыванию. Проскальзывание в этом контексте указывает на любой один или оба из двух случаев:(i) ведущий вал вращается, но ремень не вращается, и (ii) ремень вращается, но ведомый вал не вращается. Каждая фрикционная передача склонна к проскальзыванию и, следовательно, не может обеспечить постоянное отношение скоростей (непрямая передача). Помолвочные диски свободны от корабля; однако они не обязательно могут обеспечивать постоянное отношение скоростей. Цепной привод не подвержен проскальзыванию, но полигональный эффект в цепи может в небольшой степени повлиять на соотношение скоростей. Зубчатую передачу можно рассматривать как единственный положительный привод.

Защита от перегрузки: Иногда нагрузка на приводной вал резко возрастает сверх допустимого предела. Это может происходить по разным причинам, таким как поломка фрезы, ошибка в расчетах, внезапное заклинивание в одной части машины и т. д. Собственное проскальзывание фрикционных передач может защитить приводной элемент (электродвигатель) от перегрузки на ведомом валу. Всякий раз, когда нагрузка превышает максимально допустимый предел, автоматически происходит проскальзывание. Такое средство изоляции недоступно в приводах зацепления. Таким образом, существует высокая вероятность того, что любой элемент может навсегда повредиться. Например, может оборваться цепь или катастрофически затормозить зубья шестерни. В крайних случаях первичный двигатель также может выйти из строя.

Мощность передачи электроэнергии: Возможности любой фрикционной передачи ограничены силой трения, действующей между двумя контактными поверхностями. Соответственно фрикционные характеристики контактных поверхностей, начальное натяжение и угол охвата играют решающую роль в определении предела передачи мощности. Проскальзывание происходит по своей природе всякий раз, когда этот предел превышается. Таким образом, фрикционные приводы не подходят для передачи большой мощности. С другой стороны, прочность соответствующих элементов (таких как зубья шестерни или зубья звездочки) в первую очередь определяет предел передачи мощности в приводах с зацеплением. Сила трения здесь роли не играет. Эти приводы можно успешно использовать для передачи большой мощности.

Смазка: Фрикционные приводы требуют лишь периодической смазки. На самом деле, чрезмерное количество смазки не рекомендуется, так как это увеличивает проскальзывание, что приводит к ненужным колебаниям отношения скоростей и силы, воздействующей на подшипники. Выделение тепла и износ не являются существенными факторами в таких приводах. Напротив, приводы зацепления выделяют достаточное количество тепла и подвергаются постепенному износу. Таким образом, смазка здесь очень желательна. Цепной привод требует частой смазки; тогда как зубчатая передача в основном требует полной смазки. Соответственно, затраты на техническое обслуживание выше, если речь идет о привлечении клиентов.

Потери мощности и КПД: Потеря мощности из-за трения и проскальзывания снижает эффективность фрикционных приводов. Обычно ременный или канатный привод может обеспечить КПД 92–96% для одноступенчатого привода. Зацепляющие приводы могут обеспечить более высокий КПД за счет надлежащей смазки (уменьшение трения) и меньших потерь мощности. Цепной привод может обеспечить КПД 95 – 97%; тогда как зубчатый привод может обеспечить КПД до 99 % в одноступенчатом режиме.

В этой статье представлено научное сравнение между приводом трения и приводом зацепления. Автор также предлагает вам просмотреть следующие ссылки для лучшего понимания темы.

1. Design of Machine Elements by V.B. Bhandari (Четвертое издание; McGraw Hill Education).
2. Machine Design by R. L. Norton (пятое издание; Pearson Education).
3. Учебник по проектированию машин Р. С. Хурми и Дж. К. Гупта (С. Чанд, 2014 г.).