Cilindrični frikcioni prenosnici

Slika 1

Jedno vratilo treba da ima pokretne oslonce da bi se na taj način mogla pri radu ostvariti između točkova sila pritiskivanja Q. Ima i takvih konstrukcija kod kojih oba vratila imaju pokretne oslonce.

Za prenos obodne sile P=75 N/v sa predajnog vratila na prijemno potrebno je da postignuti otpor trenja μQ bude veći ili, u krajnjem slučaju, jednak obodnoj sili:

$P\le \mu Q$

obično se računa sa 

$Q=1,5\;\frac{P}{\mu }$

Pri prenosu glatkim frikcionim točkovima, stoga, je potreban veliki međusobni pritisak točkova da bi se ostvario potreban otpor trenja. Ovaj pritisak jako opterećuje vratila i povećava gubitak usled trenja u ležištima, tj. smanjuje stepen iskorišćenja prenosnika. Tako je npr. za cilindrične točkove od livenog gvožđa μ=0,1 i pritisak Q za prenos sile P dobije se iz jednačine:

$Q\geqslant \frac{P}{\mu }=\frac{P}{0,1}; \quad Q\geqslant 10P$

tj. sila pritiskivanja mora biti jednaka najmanje desetorostrukoj vrednosti korisne sile koja se prenosi. Ova okolnost, da je za prenos potreban veliki međusobni pritisak točkova, ograničava primenu frikcionih prenosnika za veće snage, naročito s obzirom na to što je vrlo teško ostvariti tačno sklapanje širokih točkova i postići ravnomerno naleganje po celoj širini dodira. Stoga se frikcioni prenosi primenjuju uglavnom za brzokretna vratila kod kojih je, prema tome, veličina obodne sile neznatna. Sklapanje takvih prenosnika mora se izvršiti naročito pažljivo, što se postiže na taj način da se frikcione površine, pošto se točkovi utvrde na svojim vratilima, naknadno obrade. Radi bolje centričnosti, točkovi se često utvrđuju na vratilima pomoću koničnih čaura sa uzdužnim prorezom. Frikcioni točkovi moraju, pored toga, imati vrlo čvrste oslonce da bi nalegali po cijeloj dodirnoj površini. Ravnomerno naleganje teško je ostvariti kod širokih točkova i stoga su konstrukcije sa malom širinom točkova bolje.

Izbor materijala i proračun. Obično je zadana snaga N [ks] za koju se konstruišu točkovi i obodna brzina »v« [m/s]. Tada se izračuna obodna sila P=75 N/v. Da bi se pri radu postigla potrebna sigurnost protiv klizanja, otpor trenja, a prema njemu i sila međusobnog pritiska Q, određuju se prema vrednosti (1,3-2) P. Obično se proračun vrši prema 1,5 P.

Pri obrtanju točkova izloženih sili pritiskivanja Q, javlja se na mestu njihovog dodira pritisak kotrljanja »k«. Između sile pritiskivanja Q i pritiska kotrljanja postoji, u slučaju dodira po liniji, odnos

$Q=2bk\rho ;\quad Q=1,5\:\frac{P}{\mu }; \quad b=\frac{1,5\:P}{2\mu k\rho }$

»b« [cm] - zajednička širina dodira,

ρ [cm] - poluprečnik kotrljanja: $\rho =\frac{{R}_{1}\:{R}_{2}}{{R}_{2}+{R}_{1}}$

Dozvoljena vrednost pritiska kotrljanja uzme se, u zavisnosti od materijala frikcionih površina, iz tablice, pa se tada izračuna potrebna širina točkova, sl. 2. Ovakav način proračunavanja može da se primeni na sve frikcione materijale za koje su utvrđeni pritisak kotrljanja i modul elastičnosti. Međutim, pojedini proizvođači frikcionog materijala daju, mesto pritiska kotrljanja »k«, dozvoljeno opterećenje po 1 cm. širine točka. U tom slučaju potrebna širina točka računa se prema

$b=\frac{Q}{p}; \quad Q=\frac{1,5\:P}{\mu }; \quad b=\frac{1,5\:P}{\mu p} \;{\left[ {cm} \right]}$

Ovo većinom važi za točkove od mekih frikcionih materijala, npr. gume, sl. 2. Kako se ovi točkovi obično sastavljaju, radi boljeg odvođenja toplote, iz više zasebnih prstenova, proračun se svodi na određivanje broja frikcionih prstenova:

$b=z \:b; \quad z=\frac{B}{b}, \; sl.2$

»b« [cm] - širina jednog prstena na osnovu prospekta

Slika 2

Metalni frikcioni točkovi danas se obično grade od kaljenog čelika tvrdoće Rc≥ 60. Pošto rade u ulju, imaju mali koeficijent trenja. Stoga su ovde potrebni vrlo visoki pritisci da bi se ostvario potreban otpor protiv klizanja. Kod podmazanih frikcionih površina koeficijent trenja zavisi najviše od brzine obrtanja i viskoznosti maziva. Kod prenosnika od LG, frikcione površine se ne podmazuju. Dozvoljeni površinski pritisak za LG je neznatan i stoga se takvi prenosnici primjenjuju samo u slučaju ako je oblik točkova složen, ili ako su im dimenzije velike. Ali i tada jedan od spregnutih točkova treba da dobije naročitu frikcionu oblogu. Kod metalnih frikcionih točkova potrebni su, zbog male vrednosti koeficijenta trenja, velike sile pritiskivanja koje jako opterećuju vratila i ležišta. Frikcioni točkovi sa mekom oblogom, a naročito točkovi od frikcionih plastičnih masa nemaju ove mane i rade bez šuma. Uspešno se primjenjuju pri prenosu malih snaga pri visokim brojevima obrtaja. Usled velikih deformacija pri radu, točkovi sa mekom frikcionom oblogom jako se greju. Stoga površina sa koje se toplota odvodi zračenjem treba da bude što veća, da ne bi temperatura u radu prekoračila 70° C. Obično se gumeni frikcioni prsten veže uz čelični venac točka postupkom vulkaniziranja. Za tu svrhu služi guma od 90 Šorea kao vanredno otporna protiv habanja, toplote i starenja. Koeficijent trenja za nepodmazane površine guma po čeliku iznosi 0,6-0,8.

Silu pritiska između točkova treba prilagoditi veličini obrtnog momenta. Stalan pritisak naleganja dopušta se jedino kod prenosnika sa malim brojem obrtaja, gde je rad trenja još neznatan. Za veće brojeve obrtaja treba upotrebiti prenosnike kod kojih se pritisak izmedu frikcionih površina reguliše sam od sebe prema veličini obrtnog momenta koji se prenosi. Osim gume za frikcione obloge upotrebljava se koža, fiber, tekstolit i vulkolan.

Veliki pritisci na vratila uslovljavaju kod cilindričnih frikcionih točkova znatne gubitke snage u ležištima, zahtevaju jako dimenzionisana vratila i zato onemogućuju uspešnu primenu ovakvih prenosnika za veće snage. Stoga konstrukcije frikcionih prenosnika sa međusobno rasterećenim vratilima zaslužuju naročitu pažnju.

Slika 3

Rasterećenje ležišta prema sl. 3 postiže se tako što se frikcioni prenosnici zajedno sa pridodatim slobodnim koturom A smeste unutar čeličnog elastičnog prstena koji na taj način ovde slobodno lebdi. Usled pritiska prstena, između ovih točkova postoji izvestan mali prednapon koji sam po sebi još nije dovoljan za prenos obrtnog momenta. Kad se predajni točak C stavi u pokret, slobodni, malo zategnuti, prsten P spušta se kod tačke E dole, a podiže se kod F. Usled toga prsten se podigne i zauzme položaj predstavljen na slici isprekidanim linijama. Ovako ekscentrično pomereni prsten jače steže točkove, pošto sada krajnje dodirne tačke E i F leže na tetivi a ne na prečniku kao ranije. Ekscentrično pomeranje prstena zaustaviće se upravo onda kada će se prijemno vratilo, usled međusobnog pritiska točkova, staviti u obrtanje. Time se ujedno postiže i automatsko prilagođavanje sile međusobnog pritiska promenljivom obrtnom momentu. Ako bi, npr., pri preopterećenju nastupilo klizanje točka C po točku B, tada bi se, usled razlike brzina u tačkama E i F, povećavao ekscentricitet prstena, a time i pritisak izmedu točkova, sve dotle dok klizanje ne bi prestalo. Sila kojom se međusobno pritiskuju točkovi ograničena je jačinom prstena P. Kod glatkih točkova od vrlo tvrdog manganovog čelika postiže se kod podmazanih frikcionih površina μ=0,005-0,03, tako da su i ovde potrebne velike sile međusobnog pritiska. Usled rasterećenja ležišta, stepen iskorišćenja ovakvih prenosnika je znatno bolji. Prema fabričkim podacima, prenosnici za N=25 ks pri i=5:1 imaju stepen iskorišćenja ravan 0,98.

Primer. Odrediti potrebnu širinu cilindričnog točka koji prenosi na frikcionu presu N=4 ks pri n=1200 o/min. Za frikcione točkove, novotekst po LG, predvideni su prečnici D1=60 mm i D2=280 mm.

1. Obodna sila odredi se na osnovu zadane snage i obodne brzine:

$v = \frac{D_1 \pi n_1}{60} = \frac{0{,}06 \pi \cdot 1200}{60} = 3{,}77 \ \text{m/s}$

$P = \frac{75\,\text{N}}{v} = \frac{75 \cdot 4}{3{,}77} = 80 \ \text{kg}$

Zbog sigurnosti protiv klizanja, proračun se vrši prema 1,5 P.

2. Srednji poluprečnik kotrljanja:

$\rho = \frac{R_1 R_2}{R_2 + R_1} = \frac{3{,}0 \cdot 14{,}0}{14{,}0 + 3{,}0} = 2{,}47 \ \text{cm}$

Dozvoljeni pritisak kotrljanja i koeficijent trenja uzmu se iz tablice:

$k_{\text{dozv}} = 14 \ \text{kg/cm}^2; \quad \mu = 0{,}4$

3. Potrebna sila međusobnog pritiska dobije se iz $1,5P = \mu Q$

$Q = \frac{1{,}5P}{\mu} = \frac{1{,}5 \cdot 80}{0{,}4} = 300 \ \text{kg}$

Frikcioni prenosnici

Sadržaj knjige Elementi mašina - Inženjer Vasilije Volkov