При создании машин и механизмов наиболее часто встречающейся задачей, стоящей перед проектировщиками, является передача вращательного момента от одной детали к другой. Решается она различными способами. Зубчатые шестерни, погонные ремни и даже электромагнитные поля приводят в движение колеса, и в каждом случае применение того или иного способа мотивировано техническими требованиями. Фрикционная передача используется тогда, когда требуется плавное изменение скорости вращения.
Когда не было зубчатых колес
Слово frictio по-латыни означает «трение». До тех пор пока не было изобретено зубчатое колесо, фрикционная передача была главным средством сообщения вращательного момента. При этом уже в древности механики выявили зависимость угловой скорости от соотношения диаметров ведущего и ведомого роликов, научившись ускорять или замедлять работу мельниц или водонапорных станций. Это изобретение применяется и сегодня.
Плавный разгон – заслуга фрикциона
Серьезная инженерная проработка этого узла началась в конце XIX века, надобность в нем возникла во время бурного развития машиностроения, а особенно с появлением первых автомобилей. Трансмиссия, построенная на зубчатых колесах, не выдерживала резко меняющихся нагрузок при переходе с одной скорости на другую, шестерни ломались, требовался сложный и дорогостоящий ремонт. Дисковая фрикционная передача обеспечила мягкий контакт между валом двигателя и карданом, давая время на плавное изменение скорости, что намного повысило надежность автотранспортных средств.
Применение в радиотехнике
И в других механических системах, когда требуется плавный разгон или торможение, инженеры-механики применяют этот важный элемент. Конструкция любого магнитофона непременно включает особые встречные диски для изменения угловой скорости узла подмотки, ведь чем больше наматывается приемная катушка, тем она должна крутиться медленнее. Фрикционная передача обеспечивает изменение числа оборотов в единицу времени: в начале проигрывания кассеты или катушки приемный узел крутится быстро, а в конце – медленно.
Разнообразие форм
Между зубчатой передачей и фрикционом есть много общего. Во-первых, соотношение диаметров колес в обоих случаях образует передаточное число. Во-вторых, направления движения приемного и выходного валов могут иметь разнообразную пространственную ориентацию, от параллельной до перпендикулярной. При экспериментировании с первыми образцами железнодорожного транспорта пытались даже создать зубчатую пару «рельс-колесо», но вскоре от этой мысли отказались, сделав ее гладкой, с возможностью проскальзывания и плавным нарастанием трения. Виды фрикционных передач соответствуют типам зубчатых кинематических схем, они бывают коническими, цилиндрическими и дисковыми (лобовыми). Гладкая форма контактирующих поверхностей создает условия и для решения более сложных технических задач, когда требуются сферическая или торовая геометрия деталей, например, при изменяемом векторе ведомого вала. При этом на выбор того или иного способа кинематики влияет поставленная задача. Цилиндрическая фрикционная передача служит для параллельной трансмиссии, а коническая – для перпендикулярной.
Недостатки
Несмотря на древний возраст изобретения, этот способ передачи вращательного механического момента находит широкое применение в современной технике. Но есть у него и недостатки. Диски сцепления и тормозные колодки периодически требуют замены на всех автомобилях - от шикарного «Бентли» до скромных «Жигулей».
Основные усилия технологов-материаловедов, занимающихся фрикционами, направлены на увеличение срока службы контактирующих поверхностей, ведь они постоянно трутся друг о друга, а следовательно, и изнашиваются.
