ным центр повороти в процессе регулирования скорости и при износе роликов не искажается часть дуги окружности, на которой находятся образующие чашек.

Благодаря указанным особенностям конструкции вариатора обеспечивается более равномерное контактирование роликов и чашек и допустим больший износ роликов без нарушения контакта.

Рис. 139. Торовый вариатор фирмы Arter

Повышение эксплуатационных показателей торовых вариаторов--их долговечности и нагрузочной способности - может быть достигнуто путем применения закаленных до высокой твердости фрикционных пар и работы их в масле. Так, швейцарская фирма

Arter много лет изготовляет

И,,кгс-м

такие вариаторы на небольшую мощность (рис. 139). Конструктивными особенностями этих вариаторов являются несимметричное регулирование, применение самоустанавливающихся роликов, наличие центральной опоры чашек, применение одного механизма автоматического нажатия, располагаемого со стороны входного вала, а также последовательное расположение пружины предварительного нажатия.

Вариаторы выпускаются как в виде самостоятельных передач, так и с прифланцованными электродвигателями и редукторными приставкам 1 с простыми и планерными зубчатыми передачами. Изготовляются вариаторы на мощность 0,15 ... 5,5 кВт с диапазоном регулирования от 4,5 до 10; максимальное передаточное отношение фрикционной передачи 3,1 ... 4,67. Частота вращения

250 т woo 1500 г ООО гбоо то п,о1/тн

Рис. 140. Зависимость передаваемой мощности, крутящего момента и КПД от частоты вращения выходного вала для наибольшего типоразмера вариатора фирмы After

входного вала га = 1400 об/мин; у малых типоразмеров - до 2800 об/мин. Передаточное отношение приставок от 2,58 до 4,58.

На рис. 140 показан на примере наибольшего типоразмера характер изменения мощности и крутящего момента на выходном валу, а также КПД вариатора. Максимальное значение Т1„ах 0,92.

Рис. 141. Схема шарового вариатора

7.3. ШАРОВЫЕ ВАРИАТОРЫ

В шаровых вариаторах (см. рис. 112, ф, х) ведущее и ведомые колеса имеют конические рабочие поверхности. Промежуточными телами являются шары. Регулирование производится изменением угла наклона оси вращения шаров, что изменяет радиусы и Гг (рис. 141, а) до точек контакта шара с конусами. Если ось вращения шара параллельна линии, соединяющей точки контакта а и Ь, или при одинаковых углах конусов обоих колес ! па- / раллельна оси колес (рис. 141, б), то r-i = и передаточное отношение вариатора / = 1. При наклоне оси вращения шара из этого положения против часовой стрелки на угол у (рис. 141, а) имеет место

работа на ускорение, при обратном наклоне оси вращения -работа на замедление. Если ось вращения шара проходит через точку b касания его с ведомым конусом (рис. 141, в), то rg = О, и ведомая система останавливается. Если ось вращения проходит между точками контакта а и (рис. 141, г), то ведомая система вращается в обратную сторону.

Следовательно, шаровой вариатор может обладать большим диапазоном регулирования с остановкой и реверсом ведомой системы. Однако при приближении оси вращения шара к точке контакта геометрическое скольжение значительно возрастает, характеристика вариатора получается нежесткой (угловая скорость ведомого вала значительно изменяется при изменении нагрузки), а КПД резко падает. Поэтому практически диапазон регулирования принимают для вариаторов, выполненных по схеме, показанной на рис. 112, до 10 ... 12, а для вариаторов, выполненных по схеме на рис. 112, л: - до 9.

В вариаторах на рис. 112, ф при вращении ведомого и ведущего валов в одну и ту же сторону вершина конуса, касательного к поверхности шара в точке контакта, и вершина конуса соответствующего колеса расположены по одну сторону от рабочего пояска. В вариаторах на рис. 112, х вершины конусов лежат по разным сторонам рабочего Аояска. Вследствие этого геометрическое скольжение в вариаторах первого типа меньше. Однако пятно

контакта в них расположено менее благоприятно, чем в передачах по схеме, показанной на рис. 112, х, а именно большей осью по направлению движения (см. рис. 107, б), что ухудшает условия работы пары в контакте.

Рабочие радиусы шара (рис. 142)

rix = г cos (а ± Y.); = г cos (а =р у);

здесь Ух - угол наклона оси вращения шара к оси вариатора; г - радиус шара.

.1" Ось вращения

Рис. 142. Кинематическая схема Рис. 143. Силы нажа-шарового вариатора тия, действующие на шар

Передаточное отношение вариатора

• Jh Zl£ cos (« ± Ух) 1 + tg « tg

R COS (a + ух) 1 ± tg a tg y

Из формулы (223) может быть найден угол наклона оси вращения шара, соответствующий данному передаточному отношению:

(224)

(1 +ix) tga

В приведенных формулах верхние знаки берутся при работе на ускорение, нижние - при работе на замедление.

Выражение (223) дано без учета смещения полюса качения.

Нажатие рабочих тел в шаровых вариаторах осуществляется шариковыми нажимными устройствами, которые устанавливаются на обоих валах вариатора. Из изложенного в разделе 6.6 следует, что эти устройства развивают осевые силы, пропорциональные крутящим моментам на валах, которые и создают необходимые силы нажатия (рис. 143). Так как шары в осевом направлении не закреплены, то осевые составляющие, а также и силы нажатия в обеих точках контакта шара с колесами должны быть одинаковы. Следовательно, необходимая сила нажатия будет осуществляться в данный момент лишь нажимным устройством, поставленным на тихоходном валу с большим моментом: при работе на замедление - устройством ведомого вала и при работе на ускорение - устройством ведущего вала. Вследствие этого ва-246

риатор работает в области замедления при постоянном моменте на ведомом валу и в области ускорения при постоянной мощности.

Сила нажатия в контакте тихоходного колеса с шаром будет строго соответствовать передаваемой нагрузке. Запас сцепления для этой пары при всех положениях постоянный. Величина силы нажатия в контакте шара с быстроходным колесом будет всегда больше необходимой.

Сила нажатия

« - Rfz

(225)

где М - момент на тихоходном валу; R - радиус колеса; г - число шаров.

Осевая сила, по которой следует рассчитывать нажимное устройство.

f „ = zF„ sin а =

-- jz.- Cl

sma.

(226)

Шары и колеса шаровых вариаторов выполняются из стали марки ШХ15, закаленной до твердости HRC 60 ... 65. Рабочие тела работают в масле.

Шаровые вариаторы можно выполнять как с шарами, вращающимися на осях, так и с гладкими шарами без физических осей, с ориентированной осью вращения. В последнем случае геометрическая ось вращения шаров задается вспомогательными роликами, находящимися в соприкосновении с шарами.

Вариаторы первого типа изготовляются с внешним касанием шаров с конусами (см. рис. 112, х), второго типа - с внутренним контактом (см. рис. 112, ф).

Приведенные выше формулы и положения действительны для вариаторов обоих типов. Конструкции и особенности расчета каждого типа вариаторов даны ниже.

Вариаторы с ориентированной осью вращения шаров. Теоретические исследования, конструирование и испытания вариаторов этого типа проведены в Союзчаспроме и в ЭНИМСе. В первом были запроектированы и выполнены вариаторы с шарами диаметром 15 и 25 мм, а в ЭНИМСе серия вариаторов с = 16, 30 и 50 мм.

В шаровом вариаторе Союзчаспрома колеса 1 и 2 (рис. 144) с внутренним конусом. Промежуточные тела представляют собой четыре гладких шара 8. Регулирование наклона осей их вращения достигается при помощи четырех вспомогательных роликов 7, оси которых установлены в червячных колесах 6. Все четыре червячных колеса сцепляются с одним червяком 4. При вращении червяка валиком 3, проходящим через отверстие одного из валов вариатора, червячные колеса поворачиваются и поворачивают на некоторый угол оси вращения роликов. В результате этого оси

вращения шаров также поворачиваются. Нажатие рабочих тел осуществляется двумя шариковыми нажимными устройствами 5.

В вариаторах с йц, = 16 мм ролики 7 вращаются непосредственно на осях. При больших размерах шаров ролики сидят на шариковых подшипниках. Вариаторы ЭНИМСа отличаются

Рис. 144. Шаровой вариатор конструкции Союзчаспрома

ОТ показанного на рис. 144 мелкими конструктивными изменениями: заменой манжетных уплотнений лабиринтовыми и т. д. Положение геометрических осей вращения шаров находится из того условия, что все они, а также оси вращения роликов должны сходиться в одной точке (рис. 145). Оси шаров составляют грани пирамиды, а оси роликов - их апофемы. Угол наклона оси шара к оси вариатора в зависимости от угла наклона оси ролика определится из выражения

/2а 12 а

tgP,= 1.41 tgp„

где а - сторона квадрата основания пирамиды (расстояние между центрами шаров); Я -• высота пирамиды.

Подставив в формулу (223) выражение для tg Ух, получим

1 + l,4ngatgp

Рис. 145. Расположение осей вращения шаров и роликов

l,41tgatgp

По этой формуле передаточное отношение определяется в зависимости от угла поворота роликов.

Для удобства регулирования в вариаторе принято, что = О получается при (3 = 45°. В этом положении ось вращения шара

перпендикулярна образующей ведомого конуса, т. ё. у - = 90° -а. Угол конуса

tg а = tg (90° - Y) = ctg 7 = 0,707; а = 35° 15.

Точное значение передаточного отношения с учетом смещения полюса качения определяется из выражения

[Rm sin g} [г cos (а ±Ух) ±т sin (а ± Ук)\ . ~ \R ±т sin а] [г cos (а + 7ж) + m sin (а + Ух)}

здесь R и г - радиусы конуса и шара; т - координата полюса качения, определяемая по диаграмме на рис. 108.

Верхние знаки перед ух берутся при работе на ускорение, нижние - при работе на замедление.

7 , „ / . / sin а

Если tg (а - у,) < --,

то в выражениях, заключенных в фигурные скобки, в области замедления и в выражениях, стоящих в квадратных скобках, в области ускорения перед m надо брать нижние знаки; во всех остальных случаях - верхние знаки. При равенстве обеих частей последнего условия длины конусов шара и колеса совпадают, и данная пара работает без геометрического скольжения. Однако во второй паре скольжение в этом положении значительно.

В целом потери на геометрическое скольжение будут наименьшими при i = 1 и возрастают к обоим крайним положениям. Это полностью подтверждается результатами испытаний. Оптимальная величина КПД достигалась при i = 1, когда она составляла, по опытам Р. В. Вирабова, 0,9 и, по опытам В. А. Михайловой, 0,88.

С увеличением и уменьшением скорости вращения ведомого вала от величины, равной щ, КПД значительно падал. В. А. Михайлова отмечает, что геометрическое скольжение особенно быстро нарастает при работе на ускорение. Поэтому она рекомендует брать = 0,5 и /щах = 6, чему соответствует Д = 12. Однако, по испытаниям Р. В. Вирабова, при = 6 КПД вариатора падал до т) 0,3, что совершенно неприемлемо. Очевидно, следует ограничиваться /„ах = 3 ... 3,5, при котором т] = 0,6.

Как, указывает Р. В. Вирабов, наиболее целесообразные соотношения размеров вариатора получаются при диаметре окружности, по которой располагаются центры шаров, D = 3d {d = = 2r -диаметр рабочего шара); тогда расчетный радиус конуса

" 7? = 3r + rcosa = r(3-f-cosa) = 3,817r

и радиус ролика

/-p = 3rcos45°-/-= 1,12г.