Детали машин





Вариаторы



Область применения вариаторов

Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала.
разновидности вариаторов Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального режима, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

В качестве механизма главного движения в вариаторах применяют передачи разного типа – фрикционные, ременные, цепные. Их выполняют в виде отдельных механизмов с непосредственным контактом ведущего и ведомого катков, с промежуточным элементом (например, ремнем) и планетарные.

Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка n2max к его минимальной частоте вращения n2min:

Д = n2max/n2min = u2max/u2min.

Обычно для одноступенчатых вариаторов диапазон регулирования выбирают в пределах Д = 3...8.

***

Разновидности вариаторов

В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и другие.
Разработано большое число конструкций вариаторов с различными принципиальными схемами, в зависимости от назначения и применения в различных механизмах и машинах.
Многообразие конструкций вариаторов не позволяет систематизировать методы их расчетов.

Вариаторы подбирают по каталогам и справочникам, в зависимости от передаваемого крутящего момента, диапазона регулирования, частоты вращения ведущего вала и конструктивных особенностей.

***

Лобовые вариаторы

Лобовые вариаторы применяют в винтовых прессах и различных приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R2.
лобовой вариатор Лобовые радиаторы допускают реверсирование вращения (передвижением малого катка из положения А в положение Б, см. рис. 2).

Рабочие поверхности катков лобовых вариаторов подвержены интенсивному износу вследствие существенной разницы скоростей на площадке контакта (геометрическое скольжение).
По этой же причине лобовые вариаторы имеют невысокий КПД.

Поскольку R1 = const, диапазон регулирования лобовых вариаторов определяется по формуле:

Д = R2max/R2min.

***



Вариаторы с раздвижными конусами

Этот тип вариаторов имеет наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным элементом вариаторов с раздвижными конусами является широкий клиновый ремень (см. рис. 3) или специальная цепь.
принцип работы вариатора Плавное изменение частоты вращения ведомого вала достигается раздвижением ведущего и синхронным сближением ведомого конусных катков, т. е. изменением расчетных радиусов катков R1 и R2.

Максимальное и минимальное значение передаточного числа вариатора с раздвижными конусами определяется по формулам:

umax = n1/n2min = R2max/R1min;
umin = n1/n2max = R2min/R1max.

Клиноременные вариаторы просты и надежны в эксплуатации, стандартизированы.
Диапазон регулирования таких вариаторов Д ≤ 8.
При использовании широких ремней передаваемая мощность достигает 50 кВт при КПД η = 0,8...0,9.

Наглядно принцип работы клиноременного вариатора можно увидеть здесь.

Цепные вариаторы сложнее и дороже клиноременных, но компактнее, надежнее и долговечнее. Они обеспечивают постоянство передаточного числа из-за отсутствия проскальзывания.
Цепные вариаторы могут передавать мощности до 100 кВт и имеют диапазон регулирования Д ≤ 7.
КПД таких вариаторов η = 0,8...0,9.

Клиноременные и цепные вариаторы не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Торовые вариаторы

Торовый вариатор состоит из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух или трех промежуточных роликов (рис. 4).
принцип работы торового вариатора Частоту вращения ведомого вала регулируют поворотом промежуточных роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы поверхностей контакта R1 и R2.

Торовые вариаторы имеют наиболее совершенную и компактную конструкцию в сравнении с вариаторами других типов. Скольжение у них сведено к минимуму.
КПД достигает 0,95, диапазон регулирования Д ≤ 6,3.

Основные недостатки торовых вариаторов – сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления и монтажа.
Особенностью торовых вариаторов является противоположное вращение ведущего и ведомого валов.
Реверсивное движение ведомого вала не осуществляют.

Текущее значение передаточного числа торовых вариаторов рассчитывают по формулам:

u = n1/n2 = R2/R1.

***

Многодисковые вариаторы

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических дисков, прижимаемых пружинами (рис. 5).
Изменение частоты вращения ведомого вала в таких вариаторах осуществляется за счет перемещения ведущего вала относительно ведомого в направлениях, указанных на рис. 5 красными стрелками. многодисковый вариатор При этом изменяется межосевое расстояние и расчетный радиус R1 ведущих дисков.

При работе дисков в масляной ванне долговечность и надежность многодисковых вариаторов существенно повышается.

Передаточное число многодисковых вариаторов определяется по формулам:

u = n1/n2 = R2/R1.

Диапазон регулирования многодисковых вариаторов Д ≤ 4,5, КПД η = 0,8...0,9.

Применение многодисковых вариаторов позволяет уменьшить габариты конструкции при больших значениях передаваемой мощности.
Как и рассмотренные выше типы вариаторов (клиноременные, цепные, торовые), многодисковые не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Кроме рассмотренных здесь типов вариаторов применяются и другие конструкции - конусные, двухконусные, дисковые, роликовые и т. д. Конструкции некоторых из них представлены на рисунке ниже.

разновидности и типы вариаторов

***

Передача винт - гайка