Что такое диапазон регулирования вариаторов и как он определяется

Какие устройства называют вариаторами? Их назначение.

Вариатор— устройство, передающее крутящий момент и способное плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Вариатор применяется в механизмах, где требуется бесступенчато изменять передаточное отношение

22. Цилиндрические фрикционные передачи — определение, классификация, геометрические характеристики, силовые отношения

где i­­1-2 – передаточное отношение ɛ — коэф. скольжения

Фрикционную передачу с параллельными осями валов и с рабочими поверхностями цилиндрической формы называют цилиндрической. Могут быть: с гладкими, выпуклыми, выпукло-вогнутыми катками ( в некоторых случаях с клинчатыми катками).

Геометрические параметры передачи

Диаметр ведущего катка

Диаметр ведомого катка

Рабочая ширина обода катка

где ψa= 0,2 ÷0,4 — коэффициент ширины обода катка по межосевому рас­стоянию.

Силы в передаче

Для обеспечения работоспособности фрикционных передач необходи­мо прижать катки силой нажатия Fr таким образом, чтобы со­блюдалось условие, т. е.

где Ff — максимальная сила трения; Ft — передаваемая окружная сила; f — коэффициент трения. Отсюда сила нажатия Fr>Ft/f или

где Kc — коэффициент запаса сцепления; вводится для предупреждения пробуксовки от перегрузок в период пуска передачи (для силовых передач Kc = 1,25 ÷ 1,5; для передач приборов Kc = 3 ÷ 5).

Подставив формулу, определим силу нажатия

Условие для пре­дотвращения усталостного выкрашивания (или условие прочности):

где [σ]Н — допустимое контактное напряжение для материала катков.

Наибольшие контактные напряжения определяют по формуле Герца (для материалов, подчиняющихся закону Гука (металлы и текстолит)):

где q — нормальная нагрузка на единицу длины контактных линий (для цилиндрических катков q= ); — приведенный модуль упругости; Е1 и Е2 — модули упругости материалов ведущего и ве­домого катков; — приведенный радиус кривизны ци­линдрических катков; R1 и R2 — радиусы катков (равны D1/2 и D2/2).

При перекатывании катка, имеющего радиус R, внутри катка (кольца) радиуса R₂ приведенный радиус кривизны (внутреннее зацепление).

Формула (5) применима для фрикционных передач из материалов, деформации которых отвечают закону Гука.

10.5. Вариаторы

В качестве механизма главного движения в ва­риаторах применяют передачи разного типа — фрикционные, ременные, цепные. Их выпол­няют в виде отдельных механизмов с непосред­ственным контактом ведущего и ведомого катков (см. рис. 10.2) или с промежуточным элементом (например, ремнем, рис. 10.3). Разработано боль­шое число конструкций с различными принци­пиальными схемами. Применяют в станкострое­нии, химической, текстильной, бумажной про­мышленности и др.

Рис. 10.3. Схема вариатора

с раздвижными конусами

Бесступенчатое регулирование скорости спо­собствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора опти­мального режима, оно благоприятно для автома­тизации и управления на ходу.

Для некоторых машин — волочильные станы, текстильные, бумагоделательные и подобные им машины — плавное регулирование скорости является технологически обязательным.

Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка п_2тм к его минимальной частоте вращения n_2min:

Обычно для одноступенчатых вариаторов Д= 3. 8.

Вариаторы подбирают по каталогам и справочникам в зависимости от передаваемого вращающего момента, диапазона регулирования и частоты вращения ведущего вала.

Разновидности вариаторов. В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и др.

Лобовые вариаторы (см. рис. 10.2) применяют в винтовых прессах и приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R₂. Допускают реверсирование вращения (передвижением мало­го катка из положения А в положение Б, см. рис. 10.2). Имеют интен­сивный износ рабочих поверхностей катков и пониженный КПД вслед­ствие разности скоростей на площадке контакта (геометрическое сколь­жение). Так как R₁ = const, диапазон регулирования лобового вариатора

Вариаторы с раздвижными конусами (см. рис. 10.3) имеют наиболь­шее применение в машиностроении. Промежуточным элементом явля­ется широкий клиновой ремень или специальная цепь. Плавное из­менение частоты вращения ведомого вала достигается раздвижением ведущего и синхронным сближением ведомого конусных катков, т. е. изменением расчетных радиусов катков R₁ и R₂. 104

Максимальное и минимальное зна­чения передаточного числа:

Клжоременные вариаторы (см. рис. 10.3) просты и надежны в эксплуатации, стандартизованы. Диапазон регулирова­ния Д< 5. При использовании широких ремней передаваемая мощность дости­гает 50 кВт при КПД п. = 0,8. 0,9.

Рис. 10.4. Схема торового вариатора

Цепные вариаторы сложнее и до­роже клиноременных, но компактнее, долговечнее. Обеспечивают постоянство передаточного числа. Применяют для мощностей до 100 кВт; Д< 7; η = 0,8. 0,9.

Торовые вариаторы состоят из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух промежуточ­ных роликов (рис. 10.4). Частоту вращения регулируют поворотом роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются ради­усы поверхностей контакта R, и R₂. Текущее значение передаточного числа

Из всех вариаторов торовые наиболее компактны и совершенны, скольжение у них сведено к минимуму, КПД < 0,95; Д< 6,3. Недостат­ками являются сложность конструкции, требование высокой точности изготовления и монтажа.

Рис. 10.5. Схема многодискового вариатора

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раз­движных конических тонких дисков, прижимаемых пружинами (рис. 10.5).

Изменение частоты вращения п_г ведомого вала осуществляют радиаль­ным смещением ведущего вала относительно ведомого, изменяя при этом расчетный радиус R_x ведущих дисков. Долговечность повышается при работе дисков в масляной ванне.

Вариатор

Передача вращающего момента в вариаторах происходит за счет сил трения — независимо от типа конструкции, регулирование передаточного отношения, как правило осуществляется путем переноса точек контакта элементов передачи. Рассмотрим несколько основных конструктивных схем вариаторов.

Лобовой вариатор

Принципиальная схема вариатора с перекрещивающимися валами (или лобового) показана на рисунке.

Ось ведомого вала перпендикулярна оси ведущего. На ведущем валу закреплен диск. Каток с фрикционными накладками установлен на шлицах ведомого вала. Получается, что каток может линейно перемещаться вдоль оси ведомого вала. Если каток вариатора прижат диску то вращение будет передаваться от ведущего вала к ведомому. Причем соотношение скоростей в вращающих моментов будет зависеть от расположения точки касания.

Чем ближе эта точка к центру тем медленнее будет вращаться выходной вал, и тем выше будет вращающий момент на нем.

• где n₁ — частота вращения ведущего вала
• n₂ — частота вращения ведомого вала
• X — расстояния от центра ведущего диска до точки касания
• r — радиус ведомого катка

Передаточное отношение вариатора (отношение, угловых скоростей, частот вращения, моментов) можно вычислить по формуле:

Диапазон регулирования лобового вариатора определяется минимальным и максимальным значением Х:

Представленная конструкция вариатора позволяет реализовать изменять и направление вращения ведомого вала. Если точку касания диска переместить в противоположную сторону от центра ведущего диска, то направление вращения ведомого вала изменится.

Вариатор с раздвижными конусами

Вариаторы этого типа получили широкое применяют в трансмиссиях автомобилей, мотоциклов, станков. Устройство вариатора с раздвижными конусами показано на рисунке.

Валы установлены в корпусе на подшипниках. Оси вращения ведущего и ведомого валов расположены параллельно.

На ведомом и ведущем валу расположены конические диски, которые могут перемещаться вдоль осей вращения.

Между дисками зажат стальное или армированное резиновый ремень. При вращении ведущего вала, вращение через ремень передается ведущему валу.

Получается, что диски образуют два шкива, между которыми расположен ремень, благодаря конструкции рабочий диаметр шкивов может изменяться, а значит будет меняться и передаточное отношение.

Отношение частот вращения валов вариатора будет зависеть от расположения точек касания дисков и конуса.

Чем дальше точка касания от оси вращения ведущего вала, и чем ближе к оси вращения ведомого, тем выше будет частота вращения ведомого вала.

Передаточное отношения вариатора с раздвижными конусам можно вычислить по формуле:

Диапазон регулирования можно вычислить, используя зависимость:

Вариатор с постоянными конусами и промежуточным диском

Устройство вариатора показано на рисунке.

На ведомом и ведущем валу вариатора закреплены конические барабаны, между которыми, на оси расположен каток. С помощью винта каток может перемещаться по оси. Пружина позволяет обеспечить надежное прижатие барабанов и катка.

Передаточное отношение вариатора будет зависеть от расположения точки касания катка и барабанов:

Диапазон регулирования будут определяться как:

Торовый вариатор

Конструкция торового вариатора показана на рисунке.

На валах расположены торовые чашки со сферическими поверхностями. Между чашечками установлены ролики, через которые вращающий момент передается от ведомого вала к ведущему.

Регулирование передаточного отношения осуществляется за счет изменения угла наклона роликов. Если ролики перпендикулярны дискам, то передаточное число будет равно 1.

Двухступенчатые вариаторы

Для диапазонов регулирования выше 10 рекомендуется применять двухступенчатые вариаторы, содержащие две фрикционные передачи. Разработаны конструкции с регулированием двух и четырех шкивов. В зависимости от способа перемещения дисков различают:

• вариаторы с принудительным перемещением двух дисков на ведущем и ведомом валах или на промежуточном валу и с двумя плавающими дисками;
• с принудительным перемещением двух дисков и с двумя подгруженными дисками;
• с принудительным перемещением четырех дисков.

КПД двухступенчатых вариаторов с плавающими дисками не составляет 60-85%. Применение схемы с четырьмя принудительно перемещаемыми дисками позволяет повысить КПД вариатора.

Применение вариаторов

Вариаторы используют в качестве бесступенчатой трансмиссии:

• автомобилей;
• сельскохозяйственных машин;
• волочильных станков; ;
• прокатных станов;
• токарно-винторезных станков;
• фрезерных станков;
• текстильных и других станков с намоточными устройствами.

Надежность вариаторов

Основным вектором развития вариаторов является повышение КПД, надежности и ресурса. Одна из главных задач — повышение долговечности ремня, при сохранении должных фрикционных свойств.

Другой важной задачей является поддержание хорошего качества поверхности и геометрии дисков.

Ресурс ремня вариатора

При работе вариатора в ремне возникают циклически изменяющиеся напряжения. Под действием циклического деформирования в элементах ремня необратимые возникают усталостные изменения — появляются микротрещины, надрывы, которые в итоге приводят к разрыву ремня.

Для повышения надежности работы вариатора для производства ремней используются современные износостойкие полимеры, композиционные материалы, применяется армирование, также разрабатываются конструкции с металлическими «цепными» ремнями.

Ресурс вариаторов современных автомобилей, по заверениям производителей, может достигать 150 — 200 тысяч километров, при грамотном обслуживании.

Масло для вариатора

Правильное подобранное масло позволяет значительно повысить ресурс и надежность вариатора.

Масло, залитое в вариатор должно обеспечивать следующие функции:

• смазывание поверхостей подвижных деталей;
• отвод тепла от нагретых элементов;
• удаление мелких частиц износа из зоны контакта трущихся деталей;
• предотвращении коррозии металлических поверхностей;
• сохранять характеристики в широком диапазоне рабочих температур.

Получается, что с одной стороны масло должно смазывать подвижные детали, с другой — не допускается проскальзывания ремня. Добиться этого помогает специальное масло низкой вязкости с присадками, отличающееся, от того, что заливают в в редукторы, коробки передач и т.д.

Важным фактротом надежности вариатора является и своевременная замена масла. На современных автомобилях масло в вариаторе рекомендуется менять не реже, чем каждые 30 тысяч километров пробега.

Диапазон регулирования вариатора

диапазон регулирования вариатора — диапазон регулирования Отношение максимальной частоты вращения ведомого элемента вариатора к минимальной частоте вращения при постоянной частоте вращения ведущего элемента. [ГОСТ 28358 89] Тематики вариаторы Синонимы диапазон регулирования … Справочник технического переводчика

диапазон регулирования — 6.30 диапазон регулирования: (Нрк. диапазон изменения пропускной способности): Отношение условной пропускной способности регулирующей арматуры к ее минимальной пропускной способности, при которой сохраняется вид пропускной характеристики в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

диапазон регулирования, механизм регулирования вариатора, установленная безотказная наработка — диапазон регулирования, механизм регулирования вариатора, установленная безотказная наработка: По ГОСТ 26546. Источник: ГОСТ 26957 97: Вариаторы с широким клиновым ремнем. Общие технические условия … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

диапазон — 3.9 диапазон (range): Диапазон между пределами, выраженными заявленными значениями нижнего и верхнего пределов. Примечание Термин «диапазон», как правило, используют в различных модификациях. Он может представлять собой различные характеристики,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 28358-89: Вариаторы общего назначения с гибкой связью. Термины и определения — Терминология ГОСТ 28358 89: Вариаторы общего назначения с гибкой связью. Термины и определения оригинал документа: 2. ВАРИАТОРЫ С ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ 5. Вариатор зацепления Вариатор с гибкой связью, передающий окружное усилие при помощи пластинчатой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 26957-97: Вариаторы с широким клиновым ремнем. Общие технические условия — Терминология ГОСТ 26957 97: Вариаторы с широким клиновым ремнем. Общие технические условия оригинал документа: вариатор с широким клиновым ремнем: Вариатор, в котором вращение от входного вала к выходному осуществляется при помощи фрикционной… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Вариатор — Клиноремённый вариатор с клиновой цепью Фрикционный клиноремённый вариатор … Википедия