Для правильного применения бесступенчатого регулирования и выбора средств его осуществления рабочие машины в зависимости от требований к скоростному режиму можно разделить на следующие группы.

1. Машины, работающие при постоянной скорости рабочих органов: генераторы, вентиляторы, специализированные станки и др.

2. Машины универсальные, рассчитанные на переменные условия работы, различные операции, значительное колебание физико-механических и размерных свойств объекта. При этом могут иметь место два случая:

скоростной режим не обусловлен технологическим процессом и определяется стремлением получить наибольшую производительность, использовать полную мощность - автомобили, станки на черновых операциях, транспортеры;

скоростной режим зависит от технологического процесса - сельскохозяйственные машины, станки для чистовой обработки, центробежные классификаторы, аппараты химического производства (экструдеры, грануляторы, каландры), технологические конвейеры, испытательные стенды, машины технологических линий по производству асбоцементных труб, шифера, легкой кровли, машины по переработке доменных шлаков и др.

3. Машины узкого назначения, требующие изменения скоростных режимов в процессе осуществления технологического процесса: волочильные станы, машины для производства бумаги, канатовьющие, тестомесильные; дозаторы; машины центробежного литья; намоточные аппараты; различные текстильные машины.

Особое место занимают приборы с переменным скоростным режимом или с переменным передаточным отношением.

Подавляющее число машин второй группы для изменения скоростного режима снабжено ступенчатыми коробками передач с большим числом зубчатых пар. Так, в коробках передач автомобилей их 4-6, самоходных шасси 8-И, станков 5-16 лишь в механизме главного движения. Применение в этих машинах бесступенчатых передач упрощает конструкцию, позволяет устанав-

ливать оптимальный скоростной режим в соответствии с технологическим процессом или изменившимися условиями работы. Возможность ускорения холостых ходов и регулирования скорости на ходу, без остановки, сокращает вспомогательное время. Все это существенно повышает производительность труда.

При относительно редком изменении условий работы машин бесступенчатое регулирование скорости носит спорадический характер и, как правило, осуществляется вручную. Если условия работы изменяются часто или непрерывно, то наибольший эффект достигается при автоматизированном управлении, когда скорости рабочих органов автоматически устанавливаются в зависимости от изменившихся параметров. Для этих условий работы применение ступенчатых коробок передач особенно нежелательно. Частое переключение скоростей помимо большой затраты времени весьма утомительно для рабочего.

Показательно значительное распространение бесступенчатой автоматической трансмиссии с клиноременным вариатором в мототранспортных средствах: мопедах, мотороллерах, мотосанях, мотоуборочных машинах. При подобной трансмиссии управление осуществляется одной педалью подачи газа, манипулирование сцеплением и коробкой передач отсутствует. Это, помимо упрощения и облегчения управления машиной, позволяет водителю основное внимание уделять дорожной обстановке, одновременно обеспечивает использование двигателя в оптимальном режиме без резких ускорений движения, а также без перегрузок при малых скоростях.

Машины третьей группы вообще не могут качественно работать без бесступенчатого регулирования. Так, при намотке пряжи в шпули, бумаги в рулоны, проволоки при волочении в бурты необходимо поддерживать постоянную линейную скорость. Для этого угловая скорость должна изменяться непрерывно или при переходе от одного ряда к другому. В тестомесильных машинах частота вращения должна непрерывно изменяться в зависимости от густоты замеса. Замена в этой группе машин коробок передач вариаторами повышает качество работы и производительность машин. Наиболее характерным для этих машин является автоматическое управление скоростным режимом, осуществляемое непрерывно в ходе технологического процесса.

Важным для ряда случаев является то, что бесступенчатые передачи вызывают меньший шум и значительно меньшие вибрации, чем зубчатые коробки передач. Это улучшает качество работы машин.

Применение бесступенчатых передач особенно удобно в автоматически действующих системах. Непрерывность регулирования бесступенчатой передачи и возможность его осуществления без останова машины позволяют легко автоматизировать управление.

Достоинства вариаторов обусловили широкое их распространение в различных областях машиност)0ёния (в станкостроении,

пищевой, легкой, тяжелой, химической промышленности; в энергетике; в сельскохозяйственных, строительных и дорожных машинах).

В настоящее время в машиностроении используется значительное количество различных бесступенчатых передач, отличающихся как принципом работы, так и конструкцией. Одни из-за малой износостойкости рабочих тел, низкого КПД, ограниченной нагрузочной способности, невысокой надежности себя не оправдали, другие же оказались работоспособными и получили распространение в тех или иных областях машиностроения.

Существующие вариаторы по принципу работы и виду контакта рабочих тел можно разделить на следующие группы:

1. Передачи непрерывного действия: а) работающие трением: с непосредственным контактом - фрикционные; с гибкой связью - ременные и цепные; б) работающие зацеплением: с непосредственным контактом - зубчатые; с гибкой связью - цепные.

2. Передачи периодического действия (импульсные): а) рычажные; б) инерционные.

. Конструктивно наиболее просто бесступенчатое регулирование осуществляется в передачах трением, вследствие чего они получили преимущественное распространение в вариаторах.

Передачи зацеплением характеризуются большим постоянством установленного передаточного отношения, меньшим давлением на валы, большей долговечностью. Однако из-за необходимости иметь шаг рабочих колес переменным, они оказываются конструктивно сложными и дорогими в изготовлении. Зубчатые передачи практически не применяются. Надежными и достаточно долговечными являются цепные вариаторы.

В передачах периодического действия ведомое звено получает движение импульсами. Очевидно, что при таких передачах в них и в приводимых ими в движение системах имеют место значительные инерционные воздействия, снижающие долговечность элементов машин. Этот недостаток импульсных передач ограничивает их распространение, хотя конструктивно они относительно просты.

Бесступенчатые фрикционные передачи нашли применение в приводах с малыми габаритами - в станках, приборных механизмах. При рациональном конструировании и тщательном изготовлении они имеют наиболее высокий КПД. Жесткость их характеристики, т. е. зависимость частоты вращения от нагрузки передачи, может быть получена в большом диапазоне - от мягкой до весьма жесткой, при которой угловая скорость ведомого вала не зависит от нагрузки передачи. Однако конструирование и изготовление фрикционных вариаторов требуют высокой квалификации и могут быть обеспечены только на специализированных заводах.

При выборе нерациональных схем, непродуманном назначении параметров передачи или при недостаточном уровне изготовления

показатели работы фрикционных вариаторов (КПД, долговечность, шумность) резко ухудшаются.

Ременные вариаторы более универсальны, менее сложны в производстве и в ремонте, надежны в эксплуатации, могут работать в любых условиях, в частности, при ударной нагрузке. Вследствие этих преимуществ их применяют чаще фрикционных. КПД ременных вариаторов достаточно высок, но по габаритам и жесткости характеристики они уступают фрикционным.

Вариаторы могут быть встроены в машины или представлять собой отдельный агрегат. В первом случае вариатор проектируют и изготовляют специально для данной машины или для данного типа машин. Во втором случае применяют универсальные вариаторы или мотор-вариаторы, выпускаемые специализированными заводами. Бесступенчатые ременные передачи могут быть бескорпусного типа - состоять из регулируемых шкивов, насаживаемых на валы двигателя, и рабочей машины. Для понижения частоты вращения ведомого вала к вариаторам пристраивают зубчатые редукторы, что делает привод весьма компактным.

Если диапазон регулирования вариатора меньше требуемого для данной машины, то последовательно устанавливают два вариатора, комбинируют вариатор с зубчатыми передачами или применяют замкнутые приводы с включением в одной цепи вариатора и замыканием контура дифференциалом. Подобные же приводы применяют и тогда, когда требуется передать мощность большую, чем может передать вариатор (см. гл. 12).

1.2. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАРИАТОРОВ

Изменение угловой скорости ведомого вала производится изменением диаметров одновременно обоих колесили одного из них. Переменные и предельные передаточные отношения вариатора будут

2.x

"1

П2ШДХ £>, (1-1)-

Соответственно частоты вращения ведомого вала

Кинематическим параметром вариатора служит диапазон регулирования - отношение предельных частот вращения ведомого вала

д гтах * max , d1d2

"2 mm I min didi

Наиболее часто применяются передачи с симметричным регулированием на замедление и ускорение, дающие наибольшие значения Д при меньших габаритах. Для них = = d,

- = D и, следовательно,

"2 • (la)

imln(l-)~ Cf(l-g) ~ 1-е

«1 = -

1 -g

(3a)

В передачах с постоянным ведущим {d = Di = D) и переменным ведомым колесом

max £,(i g) . imm - D(l-g)

«2л: -

(16)

(26) (36)

При постоянном ведомом {d. D. = D) и переменном ведущем колесе

max - 4(1 -g) п"" " Di(l-g) Dini (1 -g).

(ib)

(2b) (3b)

Относительная потеря скорости зависит от типа и конструкции передачи. Она снижает частоту вращения ведомого вала по сравнению с теоретическим значением, но на диапазон регулирования не влияет. Потеря скорости составляется из скольжения, обусловленного природой передачи трением, и так называемого кажущегося скольжения - изменения рабочих диаметров колес и передаточного отношения с изменением нагрузки. Последнее объясняется смещением рабочих колес или ремня вследствие деформации деталей передачи, смещением полюсов качения при перераспределении сил трения в контакте и другими причинами, рассмотренными ниже. Подобное изменение частоты вращения сопровождается обратно пропорциональным ему изменением крутящего момента и не влечет за собой потери мощности; однако оно искажает кинематическую характеристику вариатора. Относи-

тельное изменение частоты вращения устанавливается из опкТоЁ по формуле

«2(0

где «2x0 «2л - соответственно частота вращения ведомого вала в данном положении при холостом ходе и под нагрузкой; /до = OvcQ - передаточное отношение на холостом ходу, когда

g = 0. Здесь Di jo и Daio - расчетные диаметры колес на холостом ходу.

Скольжение определяется зависимостью

f 1 - Уг Dixn\ - Dxng П\ - nxi кк

Dixtii

«1

Здесь ViHV - окружные скорости колес на расчетных диаметрах Di и Dx под нагрузкой; / - отношение расчетных диаметров под нагрузкой.

Относительное изменение частоты вращения за счет кажущегося скольжения

xк - xo xк j

Величины , If. и 1, на основании формул (5)-(7) связаны зависимостью

(5а)

Истинное скольжение зависит от вида передачи и материала рабочих тел; величина его находится в пределах I-2%. Полная потеря скорости определяется видом и типом передачи и жесткостью ее деталей, она возрастает с увеличением податливости рабочих тел - ремня или фрикционных колес, податливости натяжного или нажимного устройства, а также валов и опор передачи. Величина потери скорости может достигать 5-7%.

Относительная потеря скорости - важная кинематическая характеристика вариатора. Ряд приводов (например, к центробежным сепарирующим устройствам) требует весьма жесткой характеристики, т. е. чтобы изменение скорости и величины I при изменении нагрузки были наименьшими.

Окружная скорость (м/с) в месте контакта фрикционных колес или скорость ремня в ременных вариаторах изменяется при регулировании в широких пределах, наибольшее ее значение

"max - gQ • [О)

Отношение предельных скоростей Ушах/тш = i/i-