2.2.5 Механические вариаторы скоростей

Непрерывное и плавное изменение в определённом диапазоне скоростей движения рабочих органов обеспечивается приводами с бесступенчатым регулированием. При бесступенчатом регулировании возможно обеспечение экономических режимов резания и сокращение машинного времени на обработку, сокращение времени на холостые ходы. Регулирование скорости приводов производится на ходу станка. Различают механические, гидравлические и электрические приводы бесступенчатого регулирования. В механических бесступенчатых приводах станков находят применение механические фрикционные передачи (механические фрикционные вариаторы скоростей).

Некоторые из фрикционных вариаторов показаны на рис. 2.5:

- во фрикционно-лобовом вариаторе или лобовой передаче(см. рис. 2.5,а) ведущим элементом может являться ролик 1, имеющий возможность осевого перемещения по валуI, вращающемуся с постоянной скоростью, ведомым – диск 2, закреплённый на валуII, скорость вращения которого должна варьироваться. Передаточное отношение механизма:

где r₁и r₂– радиусы средней точки линии контакта ролика и диска, при этом r₁– постоянный (r₁ =const), а r₂– изменяемый (r₂ =var);

_р  0,98 – коэффициент, учитывающий проскальзывание в передаче.

При переходе ролика через ось диска направление вращения последнего меняется.

Детали передачи изготавливаются: ролик – из чугуна или стали с обкладкой из кожи, из пластмассы, текстолита; диск – из чугуна или стали.

Достоинства вариатора: простота конструкции и низкая стоимость.

Недостатки: увеличенное проскальзывание из-за различных скоростей точек по линии контакта, принадлежащих ролику и диску, в связи с чем – сильное срабатывание роликов при большой их ширине и неспособность механизма передавать большие моменты при малой ширине роликов; малый КПД;

- в вариаторе с коническим диском или сфероконическом (см. рис. 2.5,б) движение коническому диску 2 передаётся установленным на валу электродвигателя диском 1, имеющим форму сферического сегмента.

Передаточное отношение механизма (r₁ = var, r₂ = var) изменяется при повороте корпуса двигателя и соответствующем изменении положения оси вала I.

Диски механизма изготавливаются: ведущий – из стали или чугуна; ведомый – из текстолита.

Вариатор является маломощным поскольку площадь контакта фрикционных тел мала (теоретически – точка);

- в вариаторе с раздвижными конусами (см. рис. 2.5,в) имеются две пары раздвижных конических дисков (конусов), образующих попарно ведущий и ведомый шкивы. Движение с одной пары конусов на другую может передаваться стандартным или специальным клиновым ремнем, специальной цепью или стальным кольцом. Изменение скорости достигается путём одновременного раздвигания одной и сближения другой пары конусов. При этом изменяются радиусы средней точки линий контакта ведущей и ведомой пар конусов с ремнём (цепью, кольцом), а, следовательно, и передаточное отношение. Оно равно:

, r₁ = var, r₂ = var.

Примечание. Пары конусов передают движение с одной на другую не непосредственно, а через промежуточное звено (например, ремень). Поэтому передаточное отношение есть произведение двух дробей, в которых знаменатель первой и числитель второй – один и тот же параметр, относящийся к промежуточному звену. Приведённое выражение для i – результат сокращения изначального выражения.

Материал конусов: сталь, чугун, текстолит.

Максимальная окружная скорость, допускаемая передачей – до 15-18 м/с; КПД – в пределах 0,8-0,9. Наибольшая передаваемая мощность – от 2,5 квт (для вариаторов со стандартными клиновыми ремнями) до 25 квт (для цепных вариаторов). Вариаторы со стальным закалённым кольцом могут передавать мощность до 7 квт. Вариаторы со специальным клиновым ремнем имеют достаточно большой диапазон регулирования.

Вариаторы нетребовательны к уходу; их недостатки – значительные габариты и падение мощности с уменьшением скорости;

- в вариаторе Светозарова или торовом (см. рис. 2.5,г) имеются ведущая и ведомая чашки 1 и 2 и три промежуточных ролика 3. Контактные поверхности этих тел в сечениях по оси представляют собой дуги окружности. При изменении положения роликов изменяются рабочие диаметры ведущей и ведомой чашек (или: радиусы средней точки линий контакта чашек с промежуточными роликами) и передаточное отношение, которое определяется также, как для предыдущего механизма.

Чашки вариатора изготавливаются из закалённой стали ШХ15, промежуточные ролики – из такой же стали или из текстолита.

Передаваемая мощность 1,7-20 квт и более; КПД – в пределах 0,92-0,98.

Достоинства: надёжность в работе; износостойкость (т.к. мало относительное скольжение на контактных поверхностях роликов и чашек); простота управления; высокий КПД; бесшумность; автоматическое прижатие рабочих элементов; технологичность фрикционных поверхностей;

- в шариковом вариаторе (см. рис. 2.5,д) имеются ведущая 1 и ведомая 2 чашки с внутренними коническими контактными поверхностями и четыре промежуточных шарика 3, прижимаемых к контактным поверхностям направляющими роликами 4. Оси вращения шарика и направляющего ролика всегда параллельны. Для изменения радиусов окружностей контакта шариков с ведущей и ведомой чашками, а значит и передаточного отношения, необходим поворот осей вращения шариков. Он осуществляется при повороте осей направляющих роликов. Для этого ролики устанавливаются внутри кольцевых червячных колёс, сопрягаемых с червяком, приводной вал которого расположен по оси чашек.

Поскольку передаточное отношение этого механизма определяется радиусами окружностей контакта не ведущего и ведомого элементов (см. примечание выше), а шариков, являющихся промежуточными звеньями, с ведущей и ведомой чашками, то оно будет равно:

, r₁ = var, r₂ = var.

Шариковые вариаторы допускают изменение передаточного отношения в большом диапазоне, обеспечивая одинаково значительные ускорение (r₁>r₂) и замедление (r₁<r₂) скоростей, их равенство (r₁ ≈ r₂).

вращение валов I и II может происходить как в одном направлении (при расположении оси вращения шариков под углом к оси вращения чашек от 0^о примерно до ±40^о), так и в разных (когда этот угол от примерно 50^о до 90^о).

Материал чашек, шариков и роликов – закалённая сталь ШХ15.

Вариаторы работают в масле и потому весьма долговечны. Их КПД находится в пределах 0,8-0,85.