в этих формулах знак плюс при наружном касании и минус - при внутреннем.

Фрикционные передачи работают с относительно небольшими скоростями (и < 15 ... 25 м/с). Поэтому потерями на сопротивление воздуха можно пренебречь.

В передачах, работающих в масле, потери на его разбрызгивание и перемешивание могут достигать существенной величины. Испытания шариковых вариаторов показали, что они особенно возрастают при чрезмерном уровне масла. Температурный режим работы вариатора при увеличении количества масла сверх необходимого не улучшается, а ухудшается.

Потери мощности (кВт) на разбрызгивание масла можно приближенно определить по эмпирической формуле, используемой при проектировании зубчатых редукторов:

(196)

где V - окружная скорость погруженного в масло тела, м/с; В - его ширина, м; - кинематическая вязкость масла при рабочей температуре, м*/с.

Общие потери мощности в передаче

КПД передачи

iVa-biVnoT

Как показывает анализ, у многих вариаторов наибольшими являются потери на геометрическое скольжение. Они могут превосходить все остальные потери, что значительно понижает общий КПД вариатора. Кроме того, это скольжение вызывает износ рабочих поверхностей, и поэтому при конструировании передачи необходимо стремиться к уменьшению геометрического скольжения.

Если опоры передачи не разгружены от усилий нажатия, то потери на трение в них значительны. При материалах с малым модулем упругости существенное значение имеют потери на упругий гистерезис и упругое скольжение.

В передачах без разгрузки опор и при нерациональной геометрии КПД составляет 0,6 ... 0,7, в целесообразных же конструкциях и при тщательном выполнении он может достигать 0,95 ... 0,96.

С целью снижения потерь и повышения КПД передачи, а также для уменьшения износа колес следует:

стремиться к наиболее близкому совпадению вершин конусов, касательных к рабочим поверхностям в различных положениях;

брать возможно меньшей длину контакта в пределах, допустимых по расчету на контактные напряжения:

применять материалы с большим коэффициентом трения;

всемерно снижать потери в подшипниках, по возможности применять схемы передач с разгрузкой опор от сил нажатия;

выбирать для заданных габаритных размеров возможно большие диаметры колес;

избегать применения материалов с малым модулем упругости;

выбирать достаточный запас сцепления, чтобы не было пробуксовывания, но избегать излишнего нажатия, повышающего потери в вариаторе.

КПД передачи будет максимальным при полной ее нагрузке,

= pf . Если сила нажатия постоянна, то при меньших нагрузках КПД резко снижается. В связи с этим целесообразно применение автоматического нажатия, при котором сила нажатия изменяется соответственно изменению нагрузки.

6.6. НАЖАТИЕ

Способ нажатия на фрикционные колеса имеет большое значение для работы вариатора.

Применяются следующие способы нажатия: затяжкой с помощью специальных пружин, центробежными силами, автоматическое нажатие под действием передаваемой нагрузки.

При первых двух способах осуществления нажатия величина нажимной силы определяется по максимальной нагрузке. В процессе работы эта сила постоянна и не зависит от режима. При неполной нагрузке имеет место избыточное давление. Это неблагоприятно отражается на долговечности деталей и резко снижает КПД вариатора. Действительно, при снижении полезной нагрузки величина потерь остается почти такой же, как и при полном моменте; относительная же величина потерь значительно; возрастает. Во время перегрузок, превышающих предусмотренные коэффициентом запаса, при этих способах нажатия неизбежны пробуксовки, что ведет к местному износу колес и к выходу их из строя.

В вариаторах с автоматическим нажатием сила нажатия переменна; она автоматически устанавливается в зависимости от передаваемой нагрузки. В результате здесь отсутствует излишнее давление на колеса, валы и опоры, увеличивается срок их службы, уменьшаются потери. Запас сцепления можно выбирать меньше, чем при постоянном нажатии. При определенных условиях, отмеченных ниже, передача гарантирована от пробуксовок. Если сила нажатия изменяется с изменением нагрузки вариатора так, что FjIFn остается постоянным, то это одновременно обеспечивает постоянство передаточного отношения. Вследствие этих преимуществ во фрикционных вариаторах в большинстве случаев применяется автоматическое нажатие, реже пружинами. Автоматическое нажатие может осуществляться: свободно подвешенным колесом или паразитным элементом под действием активных или реактивных сил или моментов - самозатягивающиеся передачи;

специальным нажимным устройством шарикового, винтового или кулачкового типа.

Для выборки зазоров и создания начального трения при пуске в ход в вариаторах с автоматическим нажатием должны предусматриваться приспособления для создания предварительного прижима колес. Наиболее часто это достигается введением дополнительных пружин. В некоторых самозатягивающихся передачах предварительный прижим может производиться силой тяжести подвижного элемента или за счет натяга при сборке.

При оценке способов нажатия необходимо учитывать возможность пробуксовки передачи при пуске и других ускорениях, возникающих со стороны ведущей или ведомой системы. Для неповреждаемости колес более целесообразны способы, при которых исключены пробуксовки при любых ускорениях и замедлениях. Это будет тогда, когда силы инерции, возникающие при неустановившемся режиме, воздействуют на нажимное устройство, как и основные силы, и увеличивают силу нажатия.

В передачах самозатягивающихся для воздействия сил инерции на подвижный элемент необходимо вначале возбудить между ним и сопряженным колесом силы трения. Поэтому такие передачи могут пробуксовывать при ускорениях

Помимо этого, чтобы передача не пробуксовывала при изменениях угловой скорости, она должна быть обратимой - сила нажатия в ней не должна изменяться, когда ведущая и ведомая системы меняются местами. Большинство самозатягивающихся передач необратимы. Нажимные устройства второго типа с обеих этих позиций более рациональны.

Конструктивное выполнение и расчет нажатия передач с самозаклинивающимся элементом зависят от принятой схемы и могут быть весьма разнообразны. Ниже рассмотрена передача с нажатием реактивным моментом.

Наибольшей универсальностью отличаются нажимные муфты, 11 . Они применимы в любом типе вариатора.

нажатие может быть создано осевым уси-

показанные на рис если необходимое л нем.

В шариковом нажимном устройстве (рис. HI, а) колесо связано с валом при помощи двух или трех шариков, помещенных в гнездах клиновидной формы. Если вал привести во вращение, то он сместится по отношению к колесу на некоторый угол, выжмет шарики, создаст необходимую силу нажатия на колеса и одновременно увлечет их во вращение. При действии на валу крутящего момента М на колесе развивается осевая сила

" tg V

(197)

где Гц, - радиус окружности центра шариков; у - угол наклона канавки на средней окружности.

Если угол конуса колеса 2а, то сила нажатия

sin а

Шариковое устройство обеспечивает осевую силу, пропорциональную крутящему моменту на данном валу. При больших осевых силах шарики заменяют роликами.

Винтовое нажимное устройство (рис. 111, б) работает так же, как и предыдущее. Ввиду значительного трения в резьбе оно медленнее реагирует на изменение нагрузки. Кроме того, сила на-

Рис. 111. Нажимные устройства:

а - шариковое; б - винтовое; в - кулачковое; s - ролико-ку-лачковое

жатия при ОДНОМ и том же моменте оказывается различной в зависимости от характера изменения нагрузки. Осевая сила при нэ-установившемся режиме

Гер tg (А, ± р)

при установившемся режиме

•-Teptg. (199)

здесь Гер - средний радиус нарезки винта; К - угол подъема винтовой линии на среднем радиусе; р - угол трения. Знак плюс берется при увеличении нагрузки, знак минус при ее уменьшении.

Разновидностью винтового нажимного устройства является показанное на рис. 111, в кулачковое устройство, в котором рабочая поверхность кулачков представляет собой винтовую поверхность со средним радиусом гр- Сила нажатия в нем определяется . по зависимостям, выведенным для винтовых нажимных устройств.

На рис. 111, г показано ролико-кулачковое нажимное устройство, состоящее из соосно расположенных двухкулачкового стакана и крестовины с двумя роликами.

Применение роликов позволяет заменить трение скольжения на рабочих поверхностях кулачков трением качения, благодаря чему уменьшается необходимая осевая сила, повышается четкость срабатывания нажимного устройства при колебаниях нагрузки и в переходных процессах.

Для уменьшения влияния сил трения иногда в вариаторах применяют винтовое нажимное устройство, в котором между винтом и гайкой введены шарики. Подобное устройство поставлено в вариаторах Пирожкова.

Шариковое нажимное устройство предпочтительнее винтового. При установке подобных устройств одновременно на ведущем и ведомом валах передача гарантирована от пробуксовок при любом воздействии инерционных сил.

Сила нажатия при шариковом устройстве не зависит от направления вращения и от направления действия момента, т. е. от того, будет ли эта система ведущей или ведомой.

При рассмотрении нажимного устройства необходимо учитывать, что в вариаторах окружная сила может изменяться в зависимости не только от нагрузки, но и от скоростного режима работы. Так, в передачах с регулируемым ведомым колесом даже при постоянном Mi окружная сила будет изменяться при изменении диаметра ведомого колеса. Если в таких передачах поставлено нажимное устройство, обеспечивающее силу нажатия, пропорциональную моменту М2, то передача будет работать с переменным

Необходимое для целесообразной работы передачи постоянства Ff/Fn обеспечивается и при винтовых и шариковых нажимных устройствах лишь при определенных условиях. Объединив (197) и (198), будем иметь

Гт tg V Sin а

Гш tg V sin а »

откуда

Ft . sin а

(200)

Из анализавыражения (200) следует, что FJF„ = const можно получить при установке нажимного устройства на колесе постоянного диаметра, или если это колесо с криволинейной образующей - при условии примерного постоянства отношения sin aJRx. Следовательно, при выборе способа нажатия и места установки нажимного устройства необходимо оремиться к тому, чтобы Ff/F„ колебалось в возможно меньших пределах. Достижение этого условия зависит от самой схемы передачи и геометрии колес. Существенное значение имеет силовая характеристика привода: работает ли он при постоянном моменте сопротивления,, при постоянной мощности или то и другое изменяется.

6.7. типы ВАРИАТОРОВ

При оценке схем вариаторов и выборе той или иной из них для данных условий работы необходимо учитывать: целесообразный для данной схемы диапазон регулирования; величину относительного геометрического скольжения; возможность применения целесообразного способа нажатия; удобство перемещения элемента, регулирующего скорость; возможность перемещения одного из валов; возможность изоляции от смазки (для передач, работающих без смазки); быстроту изменения скорости ведомого вала при равномерном перемещении элемента, регулирующего скорость; технологичность конструктивного решения.

В зависимости от геометрических и конструктивных особенностей каждый тип передачи имеет целесообразный диапазон регулирования. Проектирование передачи с диапазоном, превышающим целесообразный, значительно снижает показатели работы - КПД и долговечность передачи.

Траектория перемещения регулируемого элемента определяет простоту конструктивного решения. Имеются теоретические схемы передач, например со шкивами, описанными по трактрисе, в которых геометрическое скольжение полностью исключено. Однако сложность движения при регулировании одного колеса делает эти схемы практически неприменимыми, В большинстве существующих вариаторов регулирование достигается прямолинейным или вращательным перемещением регулирующего элемента. Ряд схем требует перемещения одного из валов передач, что не всегда является возможным.

Для удобства и точности отсчета по шкале установленной скорости и обеспечения устойчивости передаточного отношения при деформациях деталей передачи важно, чтобы изменения частоты вращения ведомого вала при равномерном перемещении регулирующего элемента были по возможности постоянными. Если в какой-то части диапазона при небольших перемещениях скорость изменяется значительно, то это увеличивает цену деления на шкале. Кроме того, здесь при небольших деформациях деталей, изменяющих положение колес, угловая скорость будет произвольно изменяться на большую величину.

Фрикционные вариаторы, нашедшие практическое применение, разделяются на три типа: с непосредственным контактом ведущего колеса с ведомым (рис. 112, а... ж); с промежуточным элементом (рис. 112, 3 ... ц); планетарные (см. раздел 8.1).

В вариаторах первого типа в большинстве случаев одно из колес имеет постоянный диаметр. Регулируемое колесо может быть как ведущим, так и ведомым. Изменение рабочего диаметра его достигается относительным перемещением колес. Если неподвижное колесо имеет прямолинейную образующую и подвижное колесо цилиндрическое (рис. 112, а и б), то валы обоих колес остаются в неизменном положении. Во всех осталь-