Фрикционные передачи с гибкой связью

Все известные конструкции такого типа представляют собой варьирование известной бесступенчатой передачи — клиноремен-ного вариатора.

Схема клиноременного вариатора представлена на рис. 44. На ведущем валу укреплен ведущий шкив, причем один полушкив закреплен неподвижно, а второй — на шлицах с возможностью осевого смещения. На ведомом валу крепится ведомый шкив, в котором так­же один полушкив закреплен неподвиж­но, а —второй на шлицах с возможно­стью осевого смещения. Осевое смеще­ние ведущего полушкива осуществля­ется под действием осевого усилия Q, создаваемого системой управления. Подвижный полушкив ведомого вала нагружен осевой пружиной. При отсут­ствии управляющего усилия Q усилие пружины уравновешивается на ведомом валу осевым усилием клинового ремня, возникающим при передаче ремнем тя­нущего усилия, обеспечивающего пе­редачу крутящего момента на ведомый вал. При этом подвижные полушкивы ведущего и ведомого валов занимают

положения, определяющие рабочие радиусы контакта ремня со шки­вами /?] для ведущего и Л2 для ведомого. Передаточное число передачи определяется отношением рабочих радиусов. При прило­жении к ведущему подвижному полушкиву управляющего усилия Q он сместится по направлению к неподвижному полушкиву и через ремень отодвинет ведомый подвижный полушкив от непо­движного. При этом изменятся рабочие радиусы и соответственно передаточное число передачи.

Для обеспечения работы передачи без значительного скольжения ремня осевая сила, сжимающая шкивы, должна увеличиваться с увеличением величины передаваемого крутящего момента, что обес­печивается либо установкой специального механизма (клинового нажимного устройства), либо при микропроцессорном управлении передачей регулированием по специальной программе давления жид­кости в силовых цилиндрах, управляющих подвижными полушки­вами обоих валов.

Управляющее усилие может создаваться разнообразными мето­дами. На рис. 45 показана конструктивная схема системы управ-

Рис. 44. Схема клиноремен­ного вариатора

ления клиноременной передачи легкового автомобиля (ведущий шкив с системой управления). Ведомый шкив, не показанный на рисунке, имеет осевую пружину, сжимающую полушкивы, и кли­новое устройство, увеличивающее осевое усилие при увеличении передаваемого крутящего момента. Управляющее устройство состоит из центробежного механизма с грузами 5, вращающимися с частотой входного вала 1, пружин 6, вакуумной камеры 7, корпус которой жестко прикреплен к подвижному полушкиву, и поршня 9, непо­движно закрепленного на ведущем валу /.

Центробежный регулятор отслеживает заданную частоту враще­ния ведущего вала и при отклонении отслеживаемой частоты из­меняет расстояние между полушкивами, меняя тем самым переда­точное число (при увеличении отслеживаемой частоты в сравнении с заданной передаточное число уменьшается).

Очевидно, что в рассматриваемой системе водитель не может воздействовать на настройку регулятора, поэтому регулирование скорости равномерного движения осуществляется, как и на авто­мобилях со ступенчатой коробкой передач, изменением количества подаваемого в двигатель топлива. Поскольку минимальное переда­точное число трансмиссии выбирается, как правило, из условия движения автомобиля с максимальной скоростью при работе дви­гателя на режиме максимальной мощности, равномерное движение со скоростями, меньшими максимальной, возможно только за счет уменьшения подачи топлива. При этом частота вращения вала дви­гателя будет уменьшаться одновременно с уменьшением скорости автомобиля, а центробежный регулятор, реагируя на уменьшение отслеживаемой частоты, будет увеличивать передаточное число пе-

Рис. 45. Конструктивная схема клиноременного вариатора

редачи. Это вынудит водителя для поддержания постоянной ско­рости, меньшей максимальной, еще больше уменьшать подачу топ­лива, чем это имеет место при применении ступенчатой коробки передач, что в результате ухудшит топливно-экономические харак­теристики автомобиля с бесступенчатой передачей в сравнении с автомобилем со ступенчатой трансмиссией.

Чтобы избежать этого, в бесступенчатых передачах, при которых регулирование равномерной скорости автомобиля производится из­менением подачи топлива в двигатель, необходимо ввести второй управляющий параметр. Чаще всего в этом качестве выступает на­грузка на валу двигателя. В рассматриваемой конструкции датчиком загрузки двигателя является разрежение во впускном трубопроводе. Силовой регулятор представляет собой вакуумную камеру 7, жестко прикрепленную к подвижному полушкиву. Поршень вакуумной ка­меры жестко связан с неподвижным полушкивом. Правая полость вакуумной камеры связана с впускным коллектором двигателя и находится под разрежением, левая связана с атмосферой. При умень­шении подачи топлива, что имеет место при движении автомобиля со скоростями, меньшими максимальной, разрежение в правой по­лости увеличивается, и вакуумный регулятор противодействует стремлению центробежного регулятора увеличить передаточное чис­ло при уменьшении скорости, поддерживая его в области мини­мального значения. Следует отметить, что если при применении бесступенчатой передачи регулирование скорости осуществляется изменением подачи топлива, то управление бесступенчатой пере­дачей по двум параметрам - - скоростному и силовому является объективной необходимостью. Известно, что бесступенчатая пере­дача может обеспечить улучшение топливно-экономических харак­теристик автомобиля в сравнении с автомобилем со ступенчатой трансмиссией только в том случае, когда эта передача загружает двигатель на всех скоростных режимах автомобиля по характеристике минимальных удельных расходов, что требует от передачи сравни­тельного большого диапазона регулирования. Стремление увеличить диапазон регулирования приводит к необходимости работы ремня на маленьких радиусах одного из шкивов. Чрезмерная деформация ремня на маленьких рабочих радиусах ведет к росту гистерезисных потерь в ремне. Такие же потери обусловлены циклом растяжения ремня в тянущей ветви и последующего сжатия его в свободной ветви. Поэтому клиноременные вариаторы с большим диапазоном регулирования имеют обычно недостаточно высокий КПД, что за­ставляет конструкторов искать пути повышения их КПД, так как сама идея применения клиноременного вариатора в трансмиссии автомобиля остается весьма привлекательной из-за простоты, тех­нологичности и других достоинств.

Рис. 46. Конструкция ремня клиноременного вариатора

Парис. 46 показана конструкция рем­ня фирмы «Gates Rubber». На тонкий пло­ский ремень 3, внутри которого проходят специальные работающие на растяжение волокна 1, насажены металлические звенья 2, имеющие по бокам резиновые накладки 4, соприкасающиеся с поверхностями шки­вов. Благодаря такой конструкции ремня снижаются потери энергии при изгибе рем­ня, что предоставляет возможность исполь­зовать шкивы малого диаметра.

В последнее время широкое распространение получили конст­рукции клиноременных вариаторов, использующих стальной кли­новой ремень толкающего типа (рис. 47).

Работающий в масле ремень представляет собой две параллельные ленты /, состоящие из 10—14 стальных колец толщиной 0,2мм и при­мерно 300 звеньев 2 трапециевидной формы с неодинаковой толщиной. Слоистость конструкции ленты увеличивает ее гибкость, что позволяет уменьшить размеры передачи. Неодинаковая толщина звеньев позволяет предотвратить колебания ремня. Ленты входят в боковые прорези звеньев и являются единственной связью между ними. Это позволяет отказаться от сложных креплений, значительно упрощает производство и обслу­живание. В отличие от передач с резиновым ремнем, передача с ме­таллическим основана на принципе толкающего, а не тянущего соеди­нительного элемента. Каждое очередное звено, увлекаемое силами трения с ведущим шкивом, толкает предшествующее и все следующие за ним звенья к ведомому шкиву. Стальные ленты прижимают звенья к по­верхности шкивов, но сами крутящего момента и толкающего усилия не передают. Таким образом, при работе такого ремня отсутствуют гис-терезисные потери при изгибе ремня и гистерезисные потери, связанные с растяжением-сжатием ремня, что значительно повышает КПД. Сталь­ной ремень является более дорогой конструкцией в сравнении с другими видами гибких элементов в основном из-за технологических сложностей, связанных с производством стальных лент, на которых крепятся тра-

Рис. 47. Конструкция металлического ремня толкающего типа

Рис. 48. Конструкция цепи вариатора

пециевидные звенья. Существует опасность складывания стального ремня в передачах с большим межцентровым расстоянием, необходимым в передачах с большим диапазоном регулирования.

Существуют конструкции клиноременных вариаторов, где в качестве гибкого звена используется цепь, взаимодействующая со шкивами за счет сил трения между головками пальцев звеньев и коническими поверхностями шкивов. Элементы цепи соединены между собой с по­мощью V-образных накладок и пальцев, продетых через накладки. Го­ловки пальцев с обеих сторон цепи имеют особой формы поверхность, что позволяет иметь точечный контакт между цепью и коническими поверхностями шкивов. Для того чтобы избежать трения скольжения между пальцами и звеньями цепи, пальцы выполнены из двух поло­винок, при этом каждая из этих половинок с помощью специального замкового устройства соединяется со своим звеном и имеет профили­рованную поверхность контакта со второй половинкой пальца. При относительном повороте двух звеньев половинки пальцев обкатываются друг по другу, т.е. трение скольжения, характерное для обычной вту-лочно-роликовой цепи, заменяется трением качения. Очевидно, что, как и в случае с металлическим ремнем толкающего типа, работа цепи не сопровождается гистерезисными потерями в ремне при изгибе на шкивах и при растяжении и сжатии соответственно в тянущей и сво­бодной ветвях, что существенно повышает КПД передачи в сравнении с резиновым ремнем. Определенное опасение вызывают значительные контактные напряжения при взаимодействии головок пальцев и шкивов, однако при соответствующем выборе материала и смазки эта проблема решается. На рис. 48 показаны цепная клиноременная передача и конструкция цепи, а на рис. 49— схема управления передачей.

Центробежный регулятор

Рис. 49. Схема управления клиноременной передачей

В большинстве современных клиноременных вариаторов регули­рование осевых сил, управляющих передаточным числом вариатора, обеспечивается поршнями гидравлических цилиндров, воздействующих на ведущий и ведомый подвижные полушкивы. Давление в гидроци­линдрах регулируется золотниковыми устройствами, управляемыми со­леноидами по команде микропроцессора. Программа микропроцессора составлена с учетом необходимости создания оптимальных осевых уси­лий для обеспечения работоспособности узла и обеспечивает регули­рование передаточных чисел с учетом основных информационных па­раметров (частота вращения ведущего вала, частота вращения ведомого вала, нагрузочный режим двигателя и др.).