в вариаторах конструкции ЭНИМСа принято - г, Тогда

R = + г cos а = 3,645г.

cos 45°

Обозначим в общем случае R = Сг и Гр = Сг.

Испытаниями установлено, что вариаторы этого типа могут нормально работать при окружных скоростях конусов и шаров до у = 20 м/с. Наибольшая скорость достигается при работе на ускорение в контакте шара с ведомым колесом, т. е.

ЗОг,

(227)

Отсюда можно установить наибольший допустимый диаметр шара dm (мм) в зависимости от частоты вращения п, об/мин:

бОУщахтт

dm =

1000.

(228)

При использовании вариатора первым звеном кинематической цепи, при синхронном числе оборотов электродвигателей единой серии, Cl = 3,82 и ii = 0,5 предельные диаметры шаров будут следующими:

rti, об/мин .................. 3000 1500 1000

rfmmax. мм .................. 16 33 50

Сила F„ нажатия рабочего шара на конус определяется по формуле (225); усилие нажатия шара на ролик

COS а

COS 45°

Так как касание шара с конусом внутреннее, а с роликом - внешнее и радиус кривизны конуса больше радиуса кривизны ролика, то контактные напряжения в паре шар-ролик больше, чем в паре шар-конус. Поэтому расчет рабочих тел вариатора на контактные напряжения производится по формуле (208) по паре шар-ролик. Кривизны для этого случая кц = ki = \/г; ht = l/р; 22 = 0; тогда

2]y:=A + L==%±-L; л = \ , 0,308...0,333.

2С, + 1

По рис. 117 По = 0,98. Подставив в формулу (208) значения По, 2. £ = 2,1-10" кгс/см при средних значениях коэффициентов Cj и С2, а также выражение для Fn, получим зависимость для (кгс/см)

а, = 6600 Y СушООУ- < [а1я.

(229)

Формула (229) может быть использована для поверочного расчета. Вводя в нее выражение для £„ из (225), после преобра-

зований получаем для проектного расчета выражение для dui (см)

dш =

8300 [а] я

/г С=С

(230)

Рис. 146. Шаровой вариатор типа Корр

где М - крутящий момент на тихоходном валу, кгс-см; z - число шаров.

В. А. Михайлова рекомендует принимать [о] = = 30000 кгс/см а при учете коэффициента долговечности и Ло = = 10 [а 1 = 50 ООО кгс/см. Однако для увеличения срока службы целесообразно допускаемые напряжения назначать несколько ниже.

Испытания в ЭНИМСе показали, что вариаторы с ориентированной осью вращения шаров оказались вполне работоспособными. Долговечность шаров и роликов составляла 2000 ч. Вариаторы могут выполняться на мощность до 3 кВт. В изготовлении они технологичнееторовых, но также требуют высокой точности исполнения. Так, при перекосе ведущей чашки на 3 срок службы тел качения снижался в 6 раз.

Швейцарская фирма Contraves изготовляет аналогичные вариаторы на мощность до 3,5 кВт.

Вариаторы с физической осью вращения типа Корр. Вариаторы типа Корр выпускаются рядом иностранных фирм (А Ispeeds, Aciera, Wulfel, Cleveland и др.). На рис. 146 показана конструкция такого вариатора. Рабочими телами являются два колеса / и шары 2, которые вращаются на игольчатых подшипниках на осях 3. Квадратные концы этих осей скользят в радиальных канавках корпуса. На осях 3 сидят шаровые втулки 5, которые входят в спиральные прорези регулирующего диска 6. При повороте этого диска оси шаров наклоняются и радиусы качения шара по конусам изменяются. Шары удерживаются в радиальном направлении свободно висящим кольцом 4. Нажатие осуществляется двумя роликовыми механизмами 7, работающими так же, как соответствующие шариковые устройства (см. раздел 6.6). Для создания начального нажатия на обоих валах поставлены тарельчатые пружины 8. Поворот диска 6 при регулировании производится простейшей червячной парой 9. Рабочие тела работают в масле. Благодаря симметричному расположению шаров

валы разгружены от изгибающих моментов, а noflnjnnHHKH воспринимают лишь осевые усилия.

Вариаторы выполняются с симметричным регулированием при Д = 9. Частота вращения валов = 1500 и «а = 500 ... 4500 об/мин. Наибольшая мощность (11 кВт) развивается при «21пах- КПД, по данным фирм, при i = 1 составляет т) = 0,9 и при предельных передаточных отношениях т) 0,7...0,75.

Передаточное отношение без учета смещения полюса качения, угол наклона осей шаров, сила прижатия их к колесам и осевая сила определяются по формулам (223)...(226).

Усилие нажатия шара на кольца (рис. 143)

f„i = 2f„cosa.

Точное передаточное отношение

7?-Ь/и sin а / cos (a±v) + m sin (a±Y) .

R - m sin a r cos (сс+у) - m sin (a + y)

здесь R - радиус конуса посередине линии контакта; г - радиус шара; m - координата; определяется по диаграмме на рис. 108.

Верхние знаки при i < 1, нижние - при i > 1. Угол наклона образующей конуса а «=; 45°; его радиус R = Qr, причем С,

1,5. Если допустить предельную скорость v = 20 м/с и принять = 0,333 и Cl = 1,5, то наибольшие диаметры шаров по формуле (228) будут

til, об/мин .................. 3000 1500 1000

dm шах, ММ .................. 28 57 85

В этом вариаторе пятно касания расположено более благоприятно, чем в вариаторах предыдущего типа, условия смазки благодаря кольцу лучше и количество вращающихся деталей меньше. Поэтому здесь допустимы скорости, превышающие 20 м/с, и диаметры шаров больше указанных. Число шаров принимают от трех до шести.

Сила нажатия шара на кольцо F„i больше, чем на конус. Однако контакт между шаром и кольцом более полный, - касание внутреннее и радиус кривизны кольца в осевой плоскости близокк-радиусу шара. Поэтому расчет на контактные напряжения следует проводить по паре шар-конус. Для этого случая, кривизны

kii = ki2= Мп 21 = COS а ? и 22 = 0;

отсюда

1]/ = +

cos а

cos а

COS (xCir

2Ci + cos g . cos a

Jk R (2Ci + cos a) 2Ci + cos a

При a = 45° и Cl = 1,5 коэффиц]1ент Л 0,191 и по рис. 117 По = 0,992. Подставив в формулу (208) выражение для суммы кривизн, значения Пд и Е, получим выражение для Оя (кгс/см):

оя = 6300 УЩЩ! [а]я. (231)

Для проектного расчета (см) формула принимает вид 8000 3/-DTI-

где М - момент на тихоходном валу в кгс • см.

Допускаемое напряжение можно принимать таким же, как и для вариаторов с ориентированной осью вращения.

Вариаторы с физической осью вращения компактны и имеют относительно 11ебольшое количество деталей. Однако изготовление шаров с осями и направляющих пазов в корпусе сопряжено со значительными технологическими трудностями - требуется точность комплектования шаров 0,003 мм по форме и концентричности. При крупносерийном специализированном изготовлении с использованием соответствующего оборудования и технологической оснастки указанные трудности вполне преодолимы. Вариаторы с ориентированной осью вращения шаров обладают большими возможностями в части диапазона регулирования, но меньшей нагрузочной способностью и вследствие большей сложности конструкции применяются реже.

7.4. МНОГОДИСКОВЫЕ ВАРИАТОРЫ

В многодисковых вариаторах на ведомом валу (рис. 147, а) располагается пакет отбуртованных дисков с конической рабочей поверхностью шириной b и постоянным средним радиусом г. В промежутки между отбуртованными дисками входят конические диски ведущих пакетов с переменным радиусом г.

Передача выполняется многопоточной: с одним центральным пакетом контактирует одновременно от трех до шести периферийных пакетов дисков.

Регулирование скорости вращения ведомого вала достигается изменением межосевого расстояния. При этом диски имеют возможность осевого перемещения. Необходимое нажатие дисков" осуществляется осевым воздействием на крайние фланцевые диски центрального пакета. Отличительная особенность многодисковых вариаторов - многократность фрикционного контакта. Значительное количество параллельно работающих фрикционных пар, доходящее в крупных типоразмерах до 150 и более, позволяет существенно улучшить условия их работы, а именно: уменьшить контактные давления ицнтенсивность удельных сил трения;" резко снизить удельные мощности трения даже при сравнительно

низких значениях геометрического КПД; применить смазку (при этом снижение коэффициента трения восполняется многоконтакт-ностью и не вызывает повышения контактных давлений или габаритных размеров передачи).

Перпендикулярное расположение начальной контактной линии к направлению окружной скорости дисков в сочетании с малой кривизной рабочих поверхностей способствует надежному образованию тонких разделительных пленок смазки на площадках контакта, что существенно уменьшает износ и нагревание фрикционных пар.

Исследованием [79] установлено, что взаимодействие фрикционных тел в многодисковом вариаторе происходит в условиях

Рис. 147. Схема взваимодействия фрикционных дисков передачи: а - с наружным касанием; б - с внутренним касанием

жидкостного трения при наличии между ними масляной прослойки толщиной в несколько, микрометров. И только при работе на малых радиусах конусных дисков, чему соответствуют передача максимальных крутящих моментов, наибольшие контактные напряжения и приведенная кривизна рабочих поверхностей, указанное трение при возможных перегрузках становится граничным.

Относительно небольшие нагрузки в контакте и наличие разделительной масляной пленки делают значительное геометрическое скольжения неопасным.

Подвергнутые термообработке до твердости HRC 56 ... 60 фрикционные диски оказываются весьма износостойкими и долговечными.

Согласно данным японских исследователей за 6000 ч работы износ конических дисков не превышает 2 мкм, а отбуртованных - 6 мкм. Ими предложены следующие зависимости для определения массового износа б (мг) фрикционных дисков:

для конических дисков, изготовленных из высокоуглеродистой стали с присадкой хрома, марганца и повышенным содержанием вольфрама,

6-o,9ff;

для отбуртованных дисков

6 = 0,6ff,

где Т - время работы передачи, ч.

Хорошую износостойкость показали фрикционные диски вариатора ВНИИМЕТМАШа, изготовленные из стали 65Г. При контрольном измерении конических дисков после 4000 ч работы вариатора в приводе волочильного стана на московском заводе «Серп и молот» износ был всего лишь 5 мкм.

В работе [9б] отмечается, что при стендовых испытаниях двух серийных вариаторов фирмы Reeves (США) после 25 ООО ч, непрерывной работы при номинальной нагрузке Я = 40 кВт они оставались в работоспособном состоянии.

Благодаря перечисленным особенностям многодисковые вариаторы способны передавать значительные мощности (до 250 кВт) при относительно ненапряженной работе каждой контактной зоны. Так, в передаче на 37 кВт, имеющей шесть пакетов по десять дисков в каждом из них, мощность передается 120зонами контакта. Поскольку коническая форма дисков допускает большие скорости вращения (до 4500 об/мин), то на каждую контактную площадку приходится всего лишь

М = 974

= 974

4500 120

: 0,067 кгс-м.

Даже при учете погрешностей изготовления, вследствие которых не все диски одновременно в полной мере контактируют, требуются незначительные прижимные силы. Это способствует получению минимальных размеров площадок контакта дисков, что улучшает геометрический КПД передачи.

Осевые силы в многодисковом вариаторе замыкаются на валу; подшипники и корпус оказываются разгруженными от этих сил.

Эти вариаторы достаточно сложны, их КПД при наружном касании дисков не превышает 0,85, и не во всех случаях они предпочтительны.

Многодисковые вариаторы могут выполняться с наружным касанием дисков, когда пятно контакта располагается между осями вращения (рис. 147, а), и с внутренним касанием дисков, когда оси вращения их расположены по одну сторону от пятна контакта (рис. 147, б).Вследствие малой конусности дисков протяженность контактного пятна а в направлении вращения дисков оказывается значительной. Так, в передаче с внешним касанием длина а при номинальной нагрузке в 3 раза больше ширины рабочего пояска Ь.

Передачи с внутренним касанием дисков в отличие от передач с внешним касанием имеют меньшее скольжение в контактном пятне. Это объясняется расположением вершин конусов по одну сторону от зоны контакта, а акже более благоприятным расположением векторов скоростей по площади контактного пятна, что