ремни наиболее подходят из ряда 2-В (см. табл. 6) с относительной шириной V = 2,25.

Учитывая допустимость меньшего срока службы ремня и кратковременность работы вариатора на наименьшем диаметре при Мщах, допускаемое полезное напряжение для вариаторов мототранспортных средств принимают повышенным: для мопедов и мотороллеров [k] = 15 кгс/см; для мотонарт до 30 кгс/см.

Расчетным является положение при i и передаче наибольшего момента двигателя М. Расчет ведется по формуле (148), в которую вместо отношения Ni/iii вводят MJ97 400.

После определения осевых сил Fi и f 2 в крайних положениях выбирают вид нажимных устройств обоих шкивов и их характеристики так, чтобы создаваемые ими осевые силы были возможно ближе к требуемым. Желательно характеристики нажимных устройств принимать такими, чтобы коэффициент тяги на всем диапазоне был бы в пределах оптимальных значений = = 0,5 ... 0,8, что обеспечивает и наибольший КПД вариатора.

Рациональность выбранной схемы и параметров вариатора следует проверить детальным поверочным расчетом. Последний проводят для нескольких значений момента двигателя в том же порядке, что и для стационарных вариаторов (см. с. 160). В отличие от последних частота вращения вала двигателя в подобной трансмиссии зависит от нагрузки. Поэтому начало поверочного расчета ведут при неизвестной частоте п. После определения осевой силы Fi из формулы, характеризующей нажимное устройство ведущего шкива [типа зависимости (152)], находят частоту вращения п, по которой устанавливают скоростной режим работы трансмиссии. Сопоставление полученного значения tii при данном моменте двигателя с внешней его характеристикой указывает на реальность данного режима.

На рис. 100 приведен, для примера, график изменения основных параметров вариатора мотонарт, полученный из подобного

Рис. 100. Силовая характеристика вариатора мотонарт при Mj = 3,25 кгс-м

поверочного расчета. Из графика ВиДно, чТо в данном случае характеристика нажимных устройств подобрана так, что осевые силы Fxi и f ,2 изменяются соответственно передаваемому моменту Мз, что обеспечивает работу вариатора почти при постоянном коэффициенте тяги ip. При этом большая часть осевой силы создается кулачком за счет момента и малая ее часть за счет закрутки пружины Fnpv и ее сжатия Fnpx-- Получение из расчета подобных графиков для ряда моментов и построение на их основе тяговой характеристики по примеру графика рис. 98 дает полную характеристику вариатора и всей трансмиссии.

Глава 6

ТЕОРИЯ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА ФРИКЦИОННЫХ ВАРИАТОРОВ

6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Фрикционная передача позволяет легко осуществить бесступенчатое регулирование скорости, вследствие чего фрикционные вариаторы получили широкое применение.

Благодаря тому, что фрикционная пара включает детали, являющиеся реальным воплощением соответствующих аксоид в относительном движении, она может наиболее точно обеспечить мгновенное значение передаточного отношения.

Не следует возлагать на фрикционную пару функции предохранительного звена при перегрузках, так как при буксовании на ведомом колесе образуется местный износ, приводящий впоследствии к возникновению вибраций и ударов, а также к интенсивному износу.

Фрикционным передачам свойственны существенные недостатки: большие давления на валы и опоры, связанные с использованием сил трения в их работе; нежесткость характеристики передачи; малая долговечность при больших давлениях; геометрическое скольжение в зонах контакта, снижающее КПД и срок службы передачи. Однако все эти недостатки могут быть в значительной степени устранены или ослаблены рациональным конструированием передач. В этом направлении проявляются следующие тенденции развития вариаторов.

1. Расширение использования принципа многоконтактности, благодаря которому мощность передается значительным количеством контактных зон, доходящим в крупных типоразмерах вариаторов до 150 и более. Использование этого принципа, например в дисковых вариаторах, позволило увеличить передаваемую мощность в конструкциях вариаторов Beier до 250 кВт и более.

Однако фрикционные вариаторы на такие мощности оказываются менее конкурентоспособными по сравнению, например, с гидропередачами.

2. Изыскание новых оптимальных форм фрикционных пар, в частности, сочетание выпуклой и вогнутой поверхностей контактирующих фрикционных тел, что существенно увеличивает приведенный радиус кривизны и, следовательно, снижает контактные давления.

3. Применение многопоточных симметричных схем с замыканием усилий нажатия и разгрузкой от них валов, подшипников и корпусов, что позволяет уменьшить вес и габаритные размеры передачи и повышает ее КПД.

4. Преимущественное применение автоматически действующих нажимных устройств, исключающих излишнее нажатие фрикционных тел при недогрузках.

5. Изыскание новых материалов для фрикционных пар и совершенствование технологии изготовления. Применение стальных термообработанных до высокой твердости и шлифованных колес, а также повышение точности их изготовления.

6. Использование масляных ванн, что существенно улучшает охлаждение фрикционных пар и повышает износостойкость и долговечность колес.

7. Применение планетарных схем вариаторов, что позволяет значительно расширить диапазон регулирования и получить компактные передачи.

8. Расширение применения вариаторов в приводах с разветвленным потоком мощности, в которых потери регулируемой передачи сказываются лишь частично на общих потерях.

9. Расширение применения дистанционного и автоматического регулирования скорости.

Реализация указанных тенденций в современном вариаторо-строении позволила поднять долговечность наиболее совершенных систем фрикционных вариаторов до 25 ООО ч и более, а также получить весьма компактные передачи.

В Советском Союзе проведены обширные исследования фрикционных вариаторов [в Московском текст шьном институте, ЦНИИТМАШе, ЭНИМСе, НАМИ, Академии им. Жуковского, ВНИИМЕТМАШе, Ростовском институте сельскохозяйственного машиностроения (РИСХМе), УКРНИИХИММАШе, ВНИИРедук-торе и др. ]. Непрерывно ведутся работы по изысканию наиболее рациональных схем и конструкций вариаторов. Отечественными учеными проведены большие исследования по изучению геометрии и контактной прочности пар, работающих в условиях как чистого качения, так и при качении со скольжением. Все это позволяет более строго подойти к расчету и конструированию фрикционных вариаторов.

6.2. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ. МАТЕРИАЛЫ

Кинематические зависимости даны в разделе 1.2. Для передачи окружной силы Ft фрикционныг колеса должны быть прижаты одно к другому с такой силой F,, чтобы возникающая между ними сила трения F была больше передаваемой окружной силы. При этом условии основная зависимость, определяющая работоспособность фрикционной пары,

int-Pt. (162)

Запас сцепления р выбирается с таким расчетом, чтобы при всех возможных перегрузках передача была гарантирована от пробуксовок. Для силовых передач принимают р = 1,2 ... 2,0, для передач приборов р повышают до 3,0. При установлении значения коэффициента запаса сцепления необходимо учитывать характер действующей нагрузки и способ осуществления нажатия.

- Иногда фрикционные свойства рабочей пары вариаторов характеризуют так называемым коэффициентом сцепления Km = = Ft/F,,.

Из сопоставления последних выражений следует, что Кг„ = = Р < 1.

Как видно, для работы фрикционной пары необходимо развить силу нажатия, значительно превышающую окружную силу. Так, при / = 0,2 и р = 1,5 сила F„ = 7,5F.

При больших силах нажатия и начальном контакте колес по линии или в точке в месте касания возникают значительные контактные напряжения. Эти напряжения носят переменный характер и при многократном приложении вызывают усталостное разрушение рабочих поверхностей.

Одной из особенностей работы фрикционной пары вариаторов является изменение окружной силы в зависимости как от силового, так и от скоростного режима работы машины.

Для получения достаточно высокого КПД передачи на всех режимах работы и уменьшения напряженности работы деталей передачи целесообразно, чтобы сила нажатия в вариаторах была переменной, так чтобы Fi/F„ было постоянным.

Другой особенностью фрикционных пар вариаторов является значительное скольжение в месте контакта, которое обусловливается геометрией пары.

Скольжение вызывает существенные потери, сопровождающиеся интенсивным выделением тепла, и при определенных условиях - износ рабочих поверхностей.

Отмеченные условия работы фрикционных пар вариаторов должны учитываться как при выборе для них материалов, так и при расчете и конструировании передачи. Особенно серьезное внимание должно быть уделено всемерному снижению скольжения и достаточно интенсивному охлаждению передачи.

В вариаторах применяют фрикционные пары, работающие как в масляной ванне, так и без смазки. В передачах, работающих без смазки, коэффициент трения больше, давление на валы и опоры меньше, передачи обладают более высоким КПД. Во фрикционных вариаторах, работающих без смазки, скольжение является особенно нежелательным. Оно вызывает быстрый износ и значительное выделение тепла. При отсутствии смазки отвод тепла затруднен, что ведет к местному нагреву и повреждению рабочих поверхностей. В результате долговечность передач, работающих без смазки, оказывается невысокой.

Учитывая сказанное, в передачах этого типа необходимо в ма-кси.мальной степени уменьшать скольжение колес, обеспечивать хорошее охлаждение их потоком воздуха и ограничивать передаваемую мощность 10 ... 15 кВт.

В настоящее время шире применяются вариаторы, фрикционные пары которых работают в масляной ванне. Фрикционные колеса в них стальные, с высокой твердостью рабочей поверхности и высокой точностью обработки. Важным для нормальной работы этих передач является правильный выбор масла с применением противозадирных и противоизносных присадок.

В передачах, работающих в масле, коэффициент трения ниже и действующие усилия больше, чем при работе без смазки. Однако это компенсируется тем, что скольжение здесь не так опасно: масляная ванна уменьшает износ и способствует лучшему охлаждению колес. В ряде схем благоприятное направление скорости скольжения, когда оно перпендикулярно контактной линии, способствует образованию жидкостного трения, что в свою очередь уменьшает износ пары. Передачи, работающие в масле, могут проектироваться на значительно большие мощности, чем при работе без смазки. Лучшие условия их работы позволяют повышать допускаемые контактные напряжения. Поэтому, несмотря на увеличение силы нажатия, габариты их получаются не больше, чем передач, работающих без масла.

Фрикционные пары могут выполняться с начальным контактом как по линии, так и в точке. В практике большей частью применяются передачи с линейным контактом, в них колеса работают с меньшей напряженностью, и изменение передаточного числа при изменении нагрузки меньше, чем при точечном контакте.

Передачи с точечным контактом имеют более высокий КПД. Силовые передачи этого типа могут работать только в масляной ванне.

В отношении передаваемой мощности наибольшей универсальностью характеризуются работающие в масле многодисковые вариаторы (от долей кВт до нескольких сот кВт). Передаваемая мощность вариаторами с другими модификациями фрикционных пар обычно не превышает 20 кВт. Вариаторы целесообразно использовать в приводах машин в качестве быстроходного звена обычно непосредственно за электродвигателем. Предельные частоты вращения фрикционных колес зависят от типов вариаторов и указываются при рассмотрении конкретных разновидностей вариаторов.

Материалы элементов фрикционной пары должны обладать: возможно более высоким коэффициентом трения, что уменьшает требуемое усилие нажатия; достаточно высоким модулем упругости и низким коэффициентом внутреннего трения, так как в противном случае увеличиваются скольжение и гистерезисные потери на деформирование при перекатывании; высокой контактной выносливостью; повышенной стойкостью к износу и заеданию при скольжении; хорошей теплопроводностью.