Фрикционные вариаторы. 
Детали машин и основы конструирования. 
Передачи

Фрикционные передачи чаще используются в исполнении вариаторов, позволяющих изменять частоту вращения ведомого диска по отношению к ведущему (рис. 10.3). Перемещение ведущего катка А вдоль оси позволяет плавно менять передаточное число не только по величине, но и по знаку. Фактически плавно изменяется диаметр D₂ диска практически от Z)_2min до D_2mAX. Так же меняется передаточное число от w_n,_in до и_т!1Х. Если кагок А переводится в противоположную сторону по диаметру катка Б, то передача реверсируется.

По физической природе взаимодействия фрикционные передачи во многом идентичны ременным, однако в вариаторном исполнении они приобретают дополнительные полезные качества.

Лобовой вариатор (см. рис. 10.3) позволяет иметь диапазон регулирования D, = w_mj_n/w_max, который теоретически может быть очень большим, а практически /),= 3…4, так как в области малых значений радиуса D₂ резко снижается КПД и даже наступает самоторможение. В лобовом варианте нормальная нагрузка F" обычно создается поджатием катка Б с помощью мощных пружин. Она получается из выражения (10.3а) или (10.36).

Сравнительно широкое распространение нашли клиноременные варианты с раздвижными конусами, имеющими внешние диаметры D_{ и D_b которые могут быть одинаковыми (рис. 10.4). При помощи винтового механизма раздвигается одна пара конусов и, наоборот, сдвигается другая, за счет чего именно и варьируются диаметры d_x и d₂ от значений </<sub>min до d_maXy а значит и передаточные числа. Для стандартных клиновых ремней диапазон регулирования передаточного числа получается небольшим —.

Рис. 10.4. Клиноременный фрикционный вариатор с раздвижными конусными шкивами.

1,5… 1,7. В случае применения специальных широких и утолщенных ремней его можно повысить до 5…6.

Податливость ремня в местах контакта с конусами улучшает передачу нагрузки, обеспечивает более плавную работу. За счет такого промежуточного звена повышается и коэффициент трения.

Подбор ремня делается по методике, изложенной в подразд. 9.2.

С промежуточными телами качения работает и торовый вариатор (рис. 10.5). В этом механизме ведущая и ведомая торовые чашки (соответственнолевая 1 и правая 3) закреплены на своих валах. Они выпол;

Рис. 10.5. Торовый фрикционный вариатор няются стальными по форме кругового тора. Рабочие поверхности торовых чашек в каждом сечении описываются окружностью диаметром D = 2 г. Между этими чашками «зажаты» обычно два ролика 2 (реже три) каждый диаметром d. Цапфы осей поворота роликов расположены на диаметрах D₀ = 2г₀. На этих цапфах ролики вместе с осями могут отклоняться в одну или другую сторону. Заметим, что чашки всегда вращаются в разные стороны.

Одновременное и одинаковое изменение наклона осей роликов позволяет регулировать передаточное число редуктора также за счет варьирования диаметрами качения роликов по чашечкам с рабочими диаметрами этих чашек Z), = 2 г, и D₂ = 2г₂. Диапазон регулирования передаточного числа 6…6,25. Для взаимного прижатия роликов и чашек чаше всего используется шариковое нажимное устройство (см. вид Л на рис. 10.5), но возможно применение и пружин. Передача требует точного изготовления тел качения и тщательного монтажа для обеспечения чистого качения и равномерности нагрузки при минимальном отклонении вершин начальных конусов роликов от осей вращения конусов чашек, которое определяется углом у. Теоретически этого отклонения вообще не следует допускать.

Если не учитывать скольжение, то передаточное число по абсолютной величине

Или, если передаточное число выразить через диаметры, то.

Из этого соотношения вытекает, что передаточное число зависит от диаметров Z)₀, D и углов у и, а (угла регулирования). Если сделать преобразования формулы (10.56) и приняв у₀ = Д,/0, имеем.

Аналитически вычисление получаемых углов в соответствии с у₀ и в зависимости от заданного передаточного числа и затруднительно. Практически удобнее пользоваться номограммой (рис. 10.6). При выборе определенного варианта соотношений j/₀, у и, а следует подставить их значения в формулу (10.6) и проверить точность получения заданного передаточного числа. Если необходимо, надо скорректировать эти показатели.

Если все тела качения выполнены из закаленной стали, то работа вариатора обязательно происходит с обильной смазкой. Для сухого трения-качения ролики выполняются текстолитовыми, иногда капролактамовыми. Некоторая податливость пластмасс позволяет снизить требования к точности изготовления и монтажа. В этих же целях обод ролика иногда обрезинивается.

Рис. 10.6. Номограмма для расчета передаточного числа в торовом фрикционном вариаторе

В местах соприкосновения каждого ролика с поверхностями чашек действуют нормальные силы F_n (см. рис. 10.5), вследствие чего и появляются окружные силы F_t-fF_n. Для надежности работы передачи нормальное усилие выбирается с запасом F_n=r/f.

Силы F_n, действующие на чашки, создают осевые составляющие: Р_Л = fn sin (у — а), приложенная на левую ведущую чашку /, и F_al = /^sin (у + а) — на правую чашку 3 в соответствии с положением ролика 2. Кроме того, на чашки действуют радиальные нагрузки F_rX — F" cos (у-а) и F_r2 = = F_ncos (y + а). Ha каждой чашке радиальные силы уравновешиваются вследствие симметрично расположенных роликов. Осевые силы на каждой чашке суммируются в зависимости от числа роликов.

На цапфу поворота каждого ролика действует нагрузка.

Эта сила также создает осевые и радиальные составляющие. В частности, осевая составляющая F_ail — /^sina, которая численно равна разности F_au= F_a2— F_ol.

Если механизм работает в редукторном режиме, то осевая нагрузка на ведущую чашку оказывается меньше, поэтому здесь выгоднее устанавливать нажимное устройство. Оно часто выполняется шариковым или роликовым в виде поворотных обойм с соответствующими тремя лунками переменной глубины по числу шариков или роликов. Если угол скоса лунки р, то расчетная нагрузка на шарик или ролик для редуктора с числом роликов п

Наибольшее значение осевой силы F_a]1 а значит и расчетной нагрузки в механизме нажатия получается при, а = +а_тах, т. е. когда реализуется максимальное передаточное число.

Рис. 10.7. Многодисковый фрикционный вариатор с боковым полжатисм дисков трения

На рис. 10.7 показан вариант многодискового вариатора, в котором момент передается за счет сил трения между наборами ведущих и ведомых дисков. Взаимный поджим дисков обеспечивается пружиной или другими способами. Изменение передаточного числа обеспечивается за счет изменения межосевого расстояния a — var, и значит соответственно диаметра D₂ (возможно, но редко и Л,). Применение такого типа вариаторов в сочетании с планетарными передачами позволяет сделать устройство многопоточным не только за счет многодисковости каждой секции, но и вследствие симметричного расположения нескольких таких секций в обшем блоке. При работе в масле диски делаются из высокотвердых сталей (HRC 50…60). Вариаторы выпускаются промышленностью на передаваемую мощность до 40 кВт с диапазоном регулирования D = 4,5…5,0 и КПД 0,8…0,9.

В случае работы без смазки трущиеся поверхности ведущих дисков выполняются пластмассовыми, иногда из материала типа Фсррадо. Ведомым дискам вариатора целесообразно придавать небольшую конусность 2…3° для снижения явлений скольжения и увеличения КПД.

Достоинством дисковых вариаторов является большое число мест контакта ведущих и ведомых дисков, так как каждый диск задействован с двух сторон в каждом блоке вариатора. Поэтому пятно контакта стараются уменьшить по ширине, чтобы исключить геометрическое скольжение. Передаточное число выражается отношением u-Di/D.

Рис. 10.8. Кинематические схемы фрикционных вариаторов:

а— конусный с промежуточным передвижным плоским ремнем; б — лобовой лвухлисковый с промежуточным роликом; в—конусный с внутренним контактированием; г — шаровой конусный; д — сдвоенный шаровой Необходимая нормальная расчетная нагрузка в каждом пятне контакта.

(здесь я_6л — число блоков в механизме; чаще п_6л = 1 или 2,.

либо 3; z — число мест контакта дисков).

В настоящее время разработано множество различных кинематических схем фрикционных вариаторов. Некоторые из них представлены на рис. 10.8. Такие вариаторы редко используются в качестве силовых передач, а чаще встречаются в кинематических цепях приборов и маломощных устройствах.