4. Механическое устройство, предназначенное для бесступенчатого (плавного) регулирования на ходу угловой скорости ведомого вала при постоянной скорости ведущего, называется вариатором.

В настоящее время в машиностроении используется значительное число различных бесступенчатых передач, различающихся как по принципу работы, так и по конструкции. Существующие вариаторы по принципу работы и виду контакта рабочих звеньев можно разделить на: а) передачи трением с непосредственным контактом – фрикционные; б) передачи трением с гибкой связью – ремнем; в) передачи зацеплением с гибкой связью – цепью.

Конструктивно наиболее просто бесступенчатое регулирование осуществляется в передачах трением, вследствие чего они получили преимущественное распространение в вариаторах.

Бесступенчатые, фрикционные передачи нашли применение в приводах с малыми габаритными размерами: в станках, приборах. При рациональном конструировании и тщательном изготовлении они имеют наиболее высокий КПД (η = 0,8…0,9). Жесткость их характеристик, т.е. зависимость частоты вращения от нагрузки передачи, может быть получена в большом диапазоне.

Ременные вариаторы более универсальны, менее сложны в производстве и в ремонте, надежны в эксплуатации, могут работать в любых условиях, в частности при ударной нагрузке. Благодаря этим преимуществам их применяют чаще фрикционных. КПД ременных вариаторов достаточно высок (η = 0,8…0,85), но по габаритным размерам они уступают фрикционным. Вариаторы могут быть встроены в машины или представлять собой отдельный агрегат.

Фрикционные вариаторы.

Рис. 11.1.

Этот тип вариаторов может быть как с непосредственным контактом ведущего звена с ведомым, так и с промежуточным звеном.

На рис.11.1. приведена конструкция (а) и кинематическая схема (б) конусного вариатора, состоящего из двух конических катков-конусов 1 и 5 и промежуточного ролика 3. Катки 1 и 5 соединены с валами посредством удлиненных шпонок и могут перемещаться вдоль осей валов на некоторое расстояние под действием пружин 2 и 4. Пружины прижимают катки к ролику 3, смонтированному на подшипниках качения, которые, в свою очередь, насажены на втулку, выполняющую роль гайки-винта 6. Таким образом, при вращении винта 6 ролик может перемещаться вдоль образующих катков; при этом изменяются радиусы R₁ и R₂ катков.

Передаточное отношение вариатора при данном положении ролика u = , а диапазон регулирования такого вариатора .

Рис. 11.2. Рис. 11.3.

Лобовой вариатор (рис. 11.2) состоит из ведущего ролика 1, который приводит в движение ведомый диск 2. Ролик может перемещаться вдоль своей оси по направляющей шпонке. Так как при перемещении ролика изменяется рабочий радиус ведомого диска, то происходит плавное изменение передаточного отношения фрикционной передачи. Если ролик 1 перевести из положения I в положение II, то ведомый диск будет вращаться в обратную сторону т.е. получим реверсирование ведомого вала.

У лобовых вариаторов вследствие значительной разности скоростей на площадке касания происходит интенсивное изнашивание ролика и КПД ниже, чем в других конструкциях вариаторов. Однако благодаря своей простоте, возможности выполнения реверсивным, а также перпендикулярности осей ведущего и ведомого валов, что вряде случаев упрощает кинематическую схему привода машины, лобовые вариаторы применяют в винтовых прессах, приборах и других устройствах.

Одним из способов повышения несущей способности фрикционных вариаторов является использование принципа многопоточности, т.е. передачи мощности от ведущего звена к ведомому несколькими потоками. Наиболее перспективной реализацией этого направления является использование многодисковых вариаторов (рис. 11.3). В этих вариаторах момент передается за счет трения между пакетами дисков. На ведущем валу вариатора размещен пакет отбуртованных дисков. В промежутки между ними входят пакеты конических дисков. Изменения передаточного отношения достигаются перемещением ведущего вала 1 относительно ведомого вала 2 в направляющих, ука занных стрелками. При этом изменяется межосевое расстояние а и рабочий диаметр d₂.

Передаточное отношение

Основной идеей конструкции дискового вариатора является увеличение числа поверхностей контакта между фрикционными элементами. В зависимости от передаваемой мощности выбирают количество дисков в пакете от 3 до 16, а количество пакетов принимают от 3 до 6. Таким образом, мощность от ведущего вала к ведомому может передаваться одновременно большим числом контактов (100 и более). Это позволяет значительно снизить контактные напряжения, а вместе с этим и интенсивность изнашивания дисков. Значительно снижается также и величина потребной силы прижатия F_пр..

Пренебрегая влиянием конусности дисков, получаем , где m – число мест контакта.

Диски изготовляют из стали и закаливают до твердости HRC 50…60. Вариатор работает в масле. Обильная смазка значительно уменьшает изнашивание и делает работу вариатора устойчивой, не зависящей от случайных факторов, влияющих на трение. Снижение коэффициента трения при смазывании в этих вариаторах легко компенсируется большим числом контактов.

Многодисковые вариаторы имеют значительное геометрическое скольжение. Однако возможность использования большого числа параллельно работающих дисков позволяет уменьшить длину контакта и снизить тем самым скольжение. Для уменьшения скольжения дискам придают коническую форму (конусность от 1⁰30΄ до 3⁰00΄). При этом получаю точечный первоначальный контакт, переходящий в небольшое пятно контакта под действием нагрузки. Тонкие стальные диски позволяют получить компактную конструкцию при значительной мощности. Передачи этого типа с парами, работающими в масле, выпускают на гораздо большие мощности, чем передачи других типов.

Существуют вариаторы мощностью до 4000 кВт с диапазоном регулирования до 4,5 при КПД 0,8…0,9.