Оснвные типы фрикционных передач и вариаторов
Во фрикционной передаче с гладкими цилиндрическими катками (см. рис. 11.1)
/=пхп2=d 2j[dx(1 — в)]" d^du Fn=KFJf,
Где 0,01...0,03 — коэффициент скольжения; К — запас сцепления;
1,25...1,5 для силовых передач; Кя 3 для передач приборов.
Коэффициент трения / во фрикционных передачах для разных случаев принимают:
Сталь по стали в масле 0,04...0,05;
Сталь по стали или чугуну без смазки 0,15...0,20;
Сталь по текстолиту или фибре без смазки/"0,2...0,3.
Формула (11.4) позволяет отметить, что сила прижатия катков фрикционной передачи велика. Например, принимая/=0,1 и К= 1,5, получаем ^"=15Fh тогда как в зубчатых передачах нагрузка в зацеплении примерно равнаFt.
Для передачи движения между валами с пересекающимися осями используют коническую фрикционную передачу (рис. 11.3). Угол £ между осями валов может быть разным, чаще всего он равен 90°. Без учета проскальзывания передаточное отношение
Учитывая, чтоD2=2Rsind29 a rf, = 2i? sin<51, для конической передачи получаем
Z’=sin (52/sin и при Z = <51 + <52=90°,
Z=Tg<52 = Ctg<5,.
Необходимые величины сил прижатия Ft и F2 определяют из уравнений
KF, =fFn =/F,/sin<5ьKF,=fF2/sm52.
Из формул (11.6) с учетом (11.5) следует, что с увеличением передаточного отношения уменьшается Fi и увеличивается F2. Поэтому в понижающих конических передачах прижимное устройство целесообразно устанавливать на ведущем валу.
Лобовой вариатор (см. рис. 11.2). Максимальное и минимальное передаточные отношения
*тах — п1 Mfrmn ^ ^2тах/DJ
*’min= Щ/Щтах. ~ тш/d
Диапазон регулирования
D= /щах/ W=^2max/^2min= ^2 max/^2min*
Диапазон регулирования является одной из основных характеристик любого варианта.
Теоретически для лобового вариатора можно получить rf2min-*0, а 2)->оо. Практически диапазон регулирования ограничивают 2)^3. Это объясняется тем, что при малых d2 значительно возрастает скольжение и износ, а КПД понижается (см. § 11.3).
В отношении КПД и износостойкости лобовые вариаторы уступают другим конструкциям. Однако простота и возможность реверсирования обеспечивают лобовым вариаторам достаточно широкое применение в маломощных передачах приборов и других подобных устройствах. Для повышения диапазона регулирования применяют двухдисковые лобовые вариаторы с промежуточным роликом (см. рис. 11.7, б). В этих вариаторах получают D = 8...10.

Вариатор с раздвижными конусами (рис. 11.4). Передающим элементом служит клиновой ремень или специальная цепь. Винтовой механизм управления раздвигает РиС ц 3
Одну и сдвигает другую пару конусов одновременно на одну и ту же величину. При этом ремень перемещается на другие рабочие диаметры без изменения своей длины.
Кинематические зависимости:
*тят ~ Д^тпят/DM;N,Imm ~
D = D тах^2тах/ (^1 Min^2Mm)-
Силовой расчет выполняют по теории ременных передач или с помощью специальных таблиц [30]. Максимальную (расчетную) нагрузку ремня определяют в положении, соответствующем
Возможный по условиям конструкции диапазон регулирования зависит от ширины ремня. Стандартные приводные клиновые ремни по ГОСТ 1284.1 — 89 позволяют получатьD до 1,5, а специальные широкие — до 5. Клиноременные вариаторы являются простыми и достаточно надежными.
Торовый вариатор (рис. 11.5). В этом варианте на ведущем и ведомом валах закреплены чашки 1 и 2, выполненные по форме кругового тора. Между чашками зажаты ролики 5. Изменения передаточного отношения достигают поворотом роликов вокруг осей О. Оси роликов закреплены в специальной рамке так, что они всегда располагаются симметрично относительно оси чашек. Ошибки в расположении осей вызывают неравномерную нагрузку роликов, дополнительное скольжение и износ, снижают КПД. Условием минимума скольжения является, кроме того, минимальное отклонение вершин начальных конусов роликов от оси чашек.
Работу чашек с роликом можно рассматривать условно как обкатывание трех начальных конусов. При этом вершины конусов чашек (точки бив) располагаются на оси валов, а вершина конуса ролика (точка а) занимает некоторое положение на дуге сс в зависимости от текущего передаточного отношения /. Работа без скольжения возможна только в том случае, если вершины всех конусов сходятся в одной точке. Чем больше расхождение вершин, тем больше скольжение.
У торовых вариаторов скольжение удается свести к минимуму при соответствующих соотношениях геометрических параметров [30]. В этом заключается основное преимущество торового вариатора.
Недостатками его являются сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления и монтажа.
Текущее передаточное отношение (без учета скольжения)
I=nlln2=r2lrl = = [r0-rcos(y+a)]/[r0- — rcos(y —a)]. (11.10)
Предельные i определяют по максимальному углу отклонения роликов а. При этом углы отклонения влево от оси ОО считают отрицательными. Вариатор имеет симметричную зону регулирования.
Для прижатия тел качения применяют обычно шариковое нажимное устройство 4, изменяющее силу Fn в соответствии с изменением нагрузки. Необходимую осевую силу Fn определяют из условия равновесия чашки:
КТ Sin (у—A)
Fn=mFnl sin(y-a)=
/[го—г Cos (у—A)] Здесь учтено, что
Fn = KFtjfm=KTjfrxm9 a r!=r0-rcos(y-a),
Где m — число роликов (обычно m=2).
Максимальная величина Fn соответствует a=+amax, т. е. максимальному отклонению роликов вправо, или W — По F"m" определяют необходимый угол /? в нажимном устройстве:
Tg P=F"/Fnmn=Tll(r>Fnmn).(11.12)
Расчет контактной прочности чашек и роликов выполняют по ^iimax — Учитывая формулы (11.11) и (11.12), получаем
Fnlmax= ТхЦтПГъ tg 0 Sill (у ~ 0^)].
Величина FnLmax соответствует также
Испытания показали достаточно высокие качества торовых вариаторов (малое скольжение, КПД до 0,95). В России они нор мализованы для мощностей 1,5...2,0 кВт при диапазоне регулирования 6,25...3. Материал тел качения — закаленная сталь по закаленной стали при смазке или сталь по текстолиту без смазки.
Текстолитовыми выполняют ободы роликов. Применение текстолитовых роликов, как более податливых, позволяет снизить высокие требования к точности изготовления вариаторов.
Дисковые вариаторы (рис. 11.6). В этих вариаторах момент передается за счет трения между набором ведущих и ведомых дисков. Изменения передаточного отношения достигают перемещением ведущего вала 1 относительно ведомого вала 2 в направлениях, указанных стрелками. При этом изменяются межосевое расстояние А и рабочий диаметрD2. Передаточное отношение
/«D2M = Var.
В выполненных конструкциях вариатор сочетают обычно с зубчатой передачей, а вал 1 является промежуточным [30].
Применение зубчатых передач планетарного типа позволяет разместить по окружности несколько промежуточных валов 1 (обычно три), а входной вал вариатора расположить соосно с выходным.
Основной идеей конструкции дискового вариатора является увеличение числа точек контакта между фрикционными элементами. Это позволяет значительно снизить контактные давления, а вместе с этим и износ дисков. Значительно снижается также и сила прижатияFn. Пренебрегая влиянием конусности дисков, получаем
Fn=KFtl(McJ)=2КТ {Mcfdx (11.14)
ГдеM — число мест контакта, равное удвоенному числу ведущих дисков (выполняют т= 18...42 и более); с — число ведущих валов 1.
Прижатие осуществляют пружиной (см. рис. 11.6) или шариковым нажимным устройством (см. рис. 11.5). Диски изготовляют из стали и закаливают до высокой твердости (50...60 HRC). Вариатор
Работает в масле. Обильная смазка значительно уменьшает износ и делает работу вариатора устойчивой, независимой от случайных факторов, влияющих на трение. Снижение коэффициента трения при смазке в этих вариаторах компенсируют увеличением числа контактов. Для уменьшения скольжения (потерь) дискам придают коническую форму (конусность 1°30’...3°00′). При этом получают точечный первоначальный
------ г-1------
(J
В
Рис. 11.7
Контакт, переходящий в небольшое пятно под действием нагрузки. Тонкие стальные диски позволяют получить компактную конструкцию при значительной мощности.
Выполняют вариаторы мощностью до 40 кВт с диапазоном регулирования до 4,5 при КПД 0,8...0,9.
Кроме схемы с наружным контактом разработаны схемы с внутренним контактом дисков. В этих конструкциях ведущие диски имеют кольцевую форму и охватывают ведомые. Внутренний контакт позволяет дополнительно снизить потери на скольжение, а также выполнить конструкцию с «прямой передачей» (/= 1), что особенно важно для применения вариаторов на автомобилях.
Принципиальные схемы вариаторов других типов изображены на рис. 11.7: а — конусный с передвигающимся ремнем; б — лобовой двухдисковый; в — конусный; г — шаровой простой; д — Шаровой сдвоенный. Такие вариаторы выполняют для малых мощностей и применяют преимущественно в кинематических цепях приборов.