Техника - молодёжи 1977-12, страница 37

еняй

скорость

плавно,

или

Вариации на тему „Варна-

н

торы

НУРБЕЯ ГУЛИА,

профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой политехнического института, г. К у р с к

Думается, не нужно объяснять, что работа почти любой современной машины (будь то автомобиль или станок) требует регулирования скорости вращения ее валов. Поэтому между ведущим валом двигателя и ведомым валом исполнительного органа (соответственно скаты или патрон) ставится специальный механизм, меняющий свое передаточное число. На автомобилях его именуют коробкой передач, а на станках — коробкой скоростей. В основном эти механизмы ступенчатые. А на практике мы сталкиваемся обычно с «бесступенчатыми» задачами: варьирование режима движения автомашины при подъеме или спуске, регулирование скорости вращения обрабатываемой детали при изменении ее размеров и многое другое. Стало быть, и передаточные механизмы тоже должны быть бесступенчатыми. И такие механизмы — вариаторы — электрические, гидравлические (статические и динамические) и механические — уже используются в самых различных областях техники. Из них особенно заманчивы механические. Вы

сокие КПД и удельная мощность (мощность на единицу массы), простота конструкции — вот что привлекает в них.

Хотя механические вариаторы скорости на редкость разнообразны, их условно можно разделить на три основных класса: фрикционные, импульсивные и специальные. Самые распространенные

ФРИКЦИОННЫЕ ВАРИАТОРЫ

Наиболее простой и наглядный из фрикционных вариаторов, пожалуй, лобовой. Один из его типов показан на рисунке 1. Большой ведущий диск вращается с постоянной угловой скоростью со, а по нему перемещается малый диск — колесико, посаженное на ведомый вал с помощью скользящей Шпонки или шлицев. Когда ведомый диск находится на периферии ведущего, угловая скорость первого o>i максимальна. По мере приближения к центру эта величина падает, а когда колесико очутится точно в центре, оно вообще замрет, 0)i = 0. Если продолжать двигать ведомый диск в ту же сторону, то он начнет вращаться в противоположном направлении и тем быстрее, чем дальше удалится от центра, то есть: —Ci)i = max. С первого взгляда представляется, что цель достигнута — мы получили бесступенчатое регулирование скорости, причем в обоих направлениях!

Но оказывается, тут не все так-то легко, и мы добиваемся лишь частичного результата. Лобовым вариаторам присущи недостатки, к сожалению, характерные в той или иной степени для всего «фрикционного» класса. И причина столь печального обстоятельства прежде всего в том, что в зоне контакта ведущего и ведомого дисков неизбежно возникает скольжение и износ. Если рассмотреть эту зону в увеличенном виде (рис. 1а), то нетрудно заметить, что точки по ширине колесика находятся на различном расстоянии от его поперечной оси и, следовательно, имеют неодинаковую скорость V. Поскольку оно, как единое твердое тело, вращается с какой-то одной средней скоростью Vcp# те точки зоны контакта, у которых скорость должна бы быть больше или меньше данной, скользят. Можно, конечно, утоньшить ведомый диск, снизив при этом скольжение, но тогда площадь контакта уменьшится, в ее зоне возрастут удельные давления, и диски повредятся. Скольжение, помимо износа, приводит и к непостоянству передаточного числа. Кроме того, для передачи сколь-ни-будь значительного крутящего момента диски обязаны быть прижаты друг к другу со значительным уси

лием. А оно вызывает большие нагрузки в подшипниках, что также относится к минусам конструкции. В итоге механизм получается громоздким, недолговечным. Но справедливости ради отметим, что из-за своей простоты лобовые вариаторы все-таки находят применение в некоторых приборах, а также в некоторых мощных машинах, например прессах.

А вот другая разновидность лобового вариатора (рис. 2) — у него два больших ведущих диска. Ведомое колесико попеременно прижимается то к одному, то к другому. Благодаря этому варьирование скорости и реверсирование (изменение направления вращения) осуществляется при меньшем ходе колесика вдоль вала.

Стремление увеличить диапазон изменения передаточного числа привело к созданию конструкций с промежуточным звеном. Так, если в последнем вариаторе разъединить и сместить диски на величину их радиуса, то, используя один в качестве ведущего, а другой — в качестве ведомого, получим почти вдвое больший диапазон варьирования (рис. 3). Роль промежуточного звена здесь играет ролик. Иногда необходимо, чтобы ведущий и ведомый валы были соосны, то есть были бы продолжением один другого. Тогда у вариатора, изображенного на рисунке 2, разъединяют диски и снабжают его вторым роликом (рис. 4). В этом случае один ролик становится ведущим, другой — ведомым, а большие диски играют роль промежуточного звена. Появляется и дополнительное преимущество: ролики частично предохраняют диски от перекоса.

Мы уже говорили, что ширина зоны контакта фрикционных звеньев — основная причина их проскальзывания, а стало быть, низкого КПД (0,8—0,85), ускоренного износа. Можно, конечно, и увеличить диаметр большого диска, тогда ширина ролика будет относительно малой и скольжение уменьшится. Правда, сам вариатор значительно вырастет в габаритах. Иное дело, если диск как бы «свернуть» в конус: мы достигнем того же эффекта без существенного увеличения габаритов механизма. Такой вариатор с коническим барабаном показан на рисунке 5. Из-за того, что в подобных конструкциях изменение передаточного числа невелико, их обычно изготовляют с двумя «конусами» (ведущим и ведомым) и промежуточным роликом (рис. 6). Диапазон варьирования увеличивается почти вдвое, причем входной и выходной валы вращаются в одну и ту же сторону.

У вариаторов с коническим барабаном КПД повыше, чем у лобо-

34