§ 7. Вариаторы

2.30. Фрикционный механизм, предназначенный для бессту­пенчатого регулирования передаточного числа, называют фрик­ционным вариатором или просто вариатором. Вариаторы вы­полняют в виде отдельных одноступенчатых механизмов с непосредственным касанием катков (см. рис. 2.4) или с промежуточным диском (см. рис. 2.5 и 2.6). Основная кинема­тическая характеристика вариатора - диапазон варьирования угловой скорости (передаточного числа) ведомого вала при по­стоянной угловой скорости ведущего вала:

Д=w_2max/w_2min=n_2max/n_2min (2.13)

Что является основной кинематической характеристикой ва­риатора? Дайте определение.

2.31. Лобовые вариаторы (см. рис. 2.4). Ведущий каток 1 радиуса R\ устанавливается на валу на скользящей шпонке и может перемещаться вдоль оси. Ведомый каток 2 радиуса R2 закреплен на валу неподвижно. За счет нажимного устрой­ства создается сила трения, необходимая для работы вариа­тора. Бесступенчатое изменение угловой скорости в этом вари­аторе достигается перемещением вдоль вала ведущего катка 1 , при этом R₁ = const; R₂ = const. Отсюда передаточное число

u=R₂/R₁ = const. (2.37)

Лобовой вариатор позволяет изменять направление и ча­стоту вращения ведомого вала, останавливать его на ходу без выключения привода.

Увеличится или уменьшится передаточное отношение вариа­тора (см. рис. 2.4), если малый каток перемещать к центру большого? Как классифицировать лобовой вариатор по вза­имному расположению осей валов?

2.32. Торовые вариаторы (см. рис. 2.5). На концы валов насажены две торовые чашки 1 к 2. Вращение от ведущей чашки к ведомой передается промежуточными дисками 3, сво­бодно вращающимися на осях 4. Угловая скорость ведомой чашки изменяется при одновременном повороте осей 4 вокруг шарнира 5. При этом изменяются радиусы R₁ и R₂ чашек 1 и 2, т. е. R₁ = const; R₂ ≠ const. Отсюда

и = R₂/R₁ ≠ const.

Для торовых вариаторов диапазон варьирования

Д = (R_max/R_min) . (2.38)

В какое положение необходимо поставить промежуточный диск 3, чтобы передаточное число и было равно единице (см. рис. 2.5)? Правильно ли показано направление вращения ведомого катка у торового вариатора. Как классифицировать рассматриваемый вариатор по взаимному расположению осей валов.

2.33. Вариатор с коническими катками (см. рис. 2.6). На ве­дущем и ведомом валу установлены катки 1 и 2 с рабо­чими поверхностями конической формы. Вращение от ведущего катка 1 к ведомому 2 передается промежуточным диском 3 цилиндрической формы, свободно вращающимся на оси 4. Пружина 5 обеспечивает необходимую силу нажатия для нор­мальной работы вариатора. При перемещении промежуточного диска 3 вдоль оси 4 радиусы R₁ к R₂ ведущего / и ведомого 2 катков изменяются. В данной конструкции вариатора R₁ =const; R₂ ≠ const. Отсюда

u = R₂/R₁ ≠ const.

Диапазон варьирования для вариаторов с коническими катками

Д = (R_max/R_min) .

Влияет ли размер диаметра промежуточного диска 3 на передаточное число (см. рис. 2.6)? Докажите. Передаточное число больше или меньше единицы при установке проме­жуточного диска 3, показанной на рис. 2.6? Как класси­фицировать вариатор с коническими катками по взаимному расположению осей валов?

2.34. В современном машиностроении применяют вариа­торы с принципиально различными схемами. В данной книге рассмотрены наиболее распространенные конструкции фрик­ционных вариаторов.

Вариаторы находят практическое применение в машино­строении (в станках, прессах, конвейерах и т. п.), приборо­строении и других отраслях промышленности.

Рис. 2.14

На рис. 2.14 показана схема дискового фрикционного вариа­тора. Запишите формулу диапазона варьирования для этой передачи.

2.35. Контрольная карточка 2.4.

Контрольная карточка 2.4

Вопрос	Ответы	Код
Как называется передача, пока­занная на рис. 2.4?	Цилиндрическая фрикцион­ная передача Лобовой вариатор Торовый вариатор Вариатор с коническими кат­ками Дисковый вариатор	1 2 3 4 5
К каким передачам относятся вариаторы?	С постоянным передаточным числом С переменным передаточным числом	6 7
В какое положение необходимо поместить ведущий каток 1 (см. рис. 2.4), чтобы увели­чить угловую скорость ведо­мого катка 2?	Влево к оси вала катка 2 В правое крайнее положение	8 9
Какое направление вращения будет иметь ведомый каток 2 (см. рис. 2.4), если ведущий каток / переместить влево (на рисунке показано штри­ховыми линиями)	По часовой стрелке Против часовой стрелки	10 11
Как называется деталь, обоз­наченная цифрой 3 на рис. 2.5?	Ведущий каток Ведомый каток Промежуточный диск	12 13 14

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

Начертите в конспекте фрикционную передачу (см. рис. 2.1). Кратко опишите работу катков фрикционной передачи при боковом сжатии.

2.1. При буксовании ведомый каток 2 (см. рис. 2.1) оста­навливается, а ведущий 1 скользит по нему, при этом ра­бочие поверхности катков изнашиваются (получаются лыски).

По перечисленным признакам классификации дайте харак­теристику передаче, изображенной на рис. 2.7.

2.2. Передача, изображенная на рис. 2.7, имеет постоянное передаточное число, коническая с пересекающимися осями ва­лов, закрытая нереверсивная.

Укажите основные до­стоинства и недостатки фрикционной передачи, работающей в режиме пробуксовки катков.

2.3. Достоинство - предохранение от поломок; недостат­ки - непостоянство передаточного числа и, повышенное и не­равномерное изнашивание катков.

Можно ли рекомендовать фрикционную передачу для точных делительных механизмов? Чем объяснить ухудшение качества звучания проигрывателя (звук «плывет») при нормальной работе всех его электронных блоков.

2.4. Не рекомендуется вследствие непостоянства передаточ­ного числа. Пробуксовкой фрикционной передачи механизма привода диска (вращающего пластинку).

Почему ведомый каток рекомендуют изготовлять из более износостойкого материала? Каким материалом покрывают катки, показанные на рис. 2.8?

2.5. Ведомый каток во избежание образования лысок ре­комендуют изготовлять из более износостойкого материала (рис. 2.8): а и б - резина; в - дерево; г - прорезиненная ткань (или ферродо); д - кожа.

Назовите другие, не перечисленные в шаге 2.6, силовые параметры фрикционной передачи, показанные на рис. 2.1.

2.6. На рис. 2.1 F_r, - сила нажатия катков; M₁ - вращаю­щий момент на ведущем валу; w₁(n₁), w₂(n₂) - угловая скорость (частота вращения) ведущего и ведомого валов.

Чем обусловлено скольжение в закрытой фрикционной пе­редаче? Дайте определение передаточного числа и. Запишите формулу передаточного числа при условии известных частот вращения ведущего и ведомого валов n₁ и n₂.

2.7. Наличием на рабочих поверхностях катков масляной пленки, невозможностью оптимизировать величину силы на­жатия вследствие неравномерности передаваемой нагрузки при работе передачи. Передаточное число фрикционной передачи - отношение угловой скорости w₁ ведущего катка (вала) к угло­вой скорости w₂ ведомого катка (вала) или отношение диа­метра ведомого катка D₂ к диаметру ведущего D₁; u = n₁/n₂.

Чем объяснить, что КПД в закрытых передачах больше, чем в открытых?

2.8. Детали закрытых фрикционных передач работают в масляной ванне, поэтому сумма относительных потерь Σψ этих передач меньше, чем открытых.

Определите конструктивные исполнения прижимных устройств цилиндрических фрикционных передач, показанных на рис. 2.1 и 2.10.

2.9. При движении ведущего катка 1 в поверхностном слое ведомого катка 2 за счет сил трения образуются микро­трещины. При вращении катков давление масла 3 возрастает, микротрещина увеличивается и от поверхности катка 2 отка­лываются частицы металла.

2.11. В качестве прижимного устройства для/цилиндриче­ской фрикционной передачи могут служить пружины, рычаги с противовесом и т. п. (на рис. 2.1 прижимное устройство показано схематично стрелками, на рис. 2.10-прижимное устройство пружинного типа). Предназначена для передачи вращательного движения между параллельными валами.

Как назвать передачу, показанную на рис. 2.12,г? Ее назначение?

2.13. Фрикционная цилиндрическая передача с гладкими катками (или другой конструкции). Предназначена для преоб­разования вращательного движения в поступательное.

Выведите формулу для определения диаметра ведомого катка.

2.14. Формула для определения диаметра ведомого катка D₂: u = D₂/D₁, отсюда D₂ =D₁u. Подставим вместо D₁ его значение из формулы (2.7). Тогда D₂ = 2аu/(1 + u).

Какой должна быть сила трения R_f в месте контакта катков ?

2.15. Максимальная сила трения R_f в месте контакта кат­ков должна быть больше передаваемой окружной силы F,, т. е. R_f > Ft.

2.16. Для цилиндрической фрикционной передачи со сталь­ными, чугунными или текстолитовыми катками. Контактные напряжения [σ]н зависят от значений D_1, D₂ и б.

2.17. Левую и правую части формулы (2.15) возведем в квадрат:

Заменив b = aψ_a и решив уравнение относительно а, по­лучим

или

2.18. От силы нажатия Fr.

2.19. Для цилиндрических фрикционных передач, катки ко­торых изготовлены (или облицованы) из фибры, резины, кожи и дерева.

Пример 2.1 (домашнее задание). Рассчитать фрикционную коническую передачу по следующим данным: момент на ве­дущем валу M₁ = 205 10 Н-мм; угловая скорость w₁ = 6,2 рад/с; w₂ = 13,4 рад/с.

2.20. Решение примера 2.1.

1. Выбираем материал катков - сталь по стали всухую. По табл. 2.2 принимаем: [σ]н = 600 МПа; Е = 2,1·10 МПа.

2. По табл. 2.1 выбираем коэффициент трения f=0,15; ψ = 0,3, коэффициент запаса сцепления Кс = 1,5

3. Определяем момент на валу ведущего катка:

M₁ =9,55 (P₁/n₁) =9,55(4100/1000)= 39 Н·м = 39·10 Н·мм

по формуле (2.16) вычисляем межосевое расстояние

мм

4. Определяем геометрические размеры катков:

диаметр ведущего катка (2.7): D₁=(2a/1+u)=2·148/1+3,27=69 мм; принимаем D₁ = 70 мм;

диаметр ведомого катка (2.8): D₂ = D₁u = 70·3,27 = 228 мм; принимаем D₂ = 230 мм;

по формуле (2.6) уточняем межосевое расстояние: а = 1/2(D₁ + D₂) = 1/2(70 + 230) = 150 мм;

рабочая ширина обода ведомого катка b = аψ_a = 150·0,3 = 45 мм, ведущего b₁ = b + 5 = 45 + 5 = 50 мм.

5. Определяем силу нажатия (2.14): F_r = K_cM₁(1+u)/f a = = H.

6. Проверяем окружную скорость v=(π В₁ n₁/ 60 )= 3,14·70·1000/60·1000=3,6 м/с, что меньше v_max =(74 ÷ 10) м/с.

7. Проверочный расчет по контактным напряжениям про­водим по формуле

< [σ]_H =600 Мпа

Недогрузка составляет 4,35%, что допустимо.