Волновые зубчатые передачи Редукторы Основные понятия о ременных передачах Передачи плоским ремнем Валы и оси Подшипники скольжения Муфты

Надежность машин Соединения деталей машин Соединения с натягом Расчет шпоночных соединений Механические передач Вариаторы Конструкции колес зубчатых передач Расчет на контактную прочность Цилиндрические косозубые передачи

Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин

Вариаторы

Назначение и характеристики. Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала.

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 (см. рис. 10.2) или с промежуточным элементом (например, ремнем, рис. 10.3). Разработано большое число конструкций с различными принципиальными схемами. Применяют в станкостроении, химической, текстильной, бумажной промышленности и др.

Рассмотрим как находится мгновенный центр ускорений

Рис. 10.3. Схема вариатора

с раздвижными конусами

Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального режима, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

Для некоторых машин — волочильные станы, текстильные, бумагоделательные и подобные им машины — плавное регулирование скорости является технологически обязательным.

Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка п2тм к его минимальной частоте вращения n2min:

(10.4)

Обычно для одноступенчатых вариаторов Д= 3...8.

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

Разновидности вариаторов. В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и др.

Лобовые вариаторы (см. рис. 10.2) применяют в винтовых прессах и приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R2. Допускают реверсирование вращения (передвижением малого катка из положения А в положение Б, см. рис. 10.2). Имеют интенсивный износ рабочих поверхностей катков и пониженный КПД вследствие разности скоростей на площадке контакта (геометрическое скольжение). Так как R1 = const, диапазон регулирования лобового вариатора

Вариаторы с раздвижными конусами (см. рис. 10.3) имеют наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным элементом является широкий клиновой ремень или специальная цепь. Плавное изменение частоты вращения ведомого вала достигается раздвижением ведущего и синхронным сближением ведомого конусных катков, т. е. изменением расчетных радиусов катков R1 и R2. 104

Максимальное и минимальное значения передаточного числа:

Клжоременные вариаторы (см. рис. 10.3) просты и надежны в эксплуатации, стандартизованы. Диапазон регулирования Д< 5. При использовании широких ремней передаваемая мощность достигает 50 кВт при КПД п. = 0,8...0,9.

Рис. 10.4. Схема торового вариатора

Цепные вариаторы сложнее и дороже клиноременных, но компактнее, долговечнее. Обеспечивают постоянство передаточного числа. Применяют для мощностей до 100 кВт; Д< 7; η = 0,8...0,9.

Торовые вариаторы состоят из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух промежуточных роликов (рис. 10.4). Частоту вращения регулируют поворотом роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы поверхностей контакта R, и R2. Текущее значение передаточного числа

(10.6)

Из всех вариаторов торовые наиболее компактны и совершенны, скольжение у них сведено к минимуму, КПД < 0,95; Д< 6,3. Недостатками являются сложность конструкции, требование высокой точности изготовления и монтажа.

Рис. 10.5. Схема многодискового вариатора

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических тонких дисков, прижимаемых пружинами (рис. 10.5).

Изменение частоты вращения пг ведомого вала осуществляют радиальным смещением ведущего вала относительно ведомого, изменяя при этом расчетный радиус Rx ведущих дисков. Долговечность повышается при работе дисков в масляной ванне.

Расчет на прочность и КПД фрикционных передач

Расчет на прочность. Для фрикционных передач с металлическими катками основным критерием работоспособности является контактная прочность. Контактные напряжения передач с начальным контактом по линии определяют по формуле Герца [см. формулу (2.13)].

Для катков из стали и других материалов с коэффициентом Пуассона v = 0,3 имеем

 (10.7)

где w= Fr/b2 — номинальная нагрузка на единицу длины контактных линий; Eпр = 2Е1Е2/(Е1 + Ег) — приведенный модуль упругости; ρnp = R1R2/(RI + R2) — приведенный радиус кривизны цилиндрических катков {Е1 и Е2, RI , и R2,- соответственно модули упругости материалов и радиусы ведущего и ведомого катков); [σ]н— допускаемое контактное напряжение для менее прочного из материалов пары катков.

Для закаленных (Н > 60 HRC) сталей при качественном смазывании [σ]н = 800...1200 Н/мм2 (£=2,1 • 105 Н/мм2); для чугунов |σ]н = 500...800 Н/мм2 (£= 105 Н/мм2); для текстолита [σ]н = 80...100 Н/мм2 (£=6-103 Н/мм2).

Заданный ресурс и переменность режима нагружения учитывают при выборе допускаемых напряжений так же, как и при расчете зубчатых передач (см. § 12.5).

КПД фрикционных передач зависит от потерь на качение и скольжение катков и потерь в подшипниках. КПД обычно определяют экспериментально. Чаще всего г) = 0,85...0,95.

Контрольные вопросы

Как классифицируются фрикционные передачи? Перечислите основные виды передач.

Каковы достоинства и недостатки фрикционных передач?

Какие материалы применяют для изготовления рабочих поверхностей фрикционных катков? Какими свойствами должны обладать эти материалы?

Как обеспечивают прижатие катков фрикционных передач?

Почему во фрикционных передачах непостоянное передаточное число?

Как протекает процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхностей катков закрытой передачи?

Что такое заедание рабочих поверхностей катков? Как можно предупредить его?

Какие устройства называют вариаторами? Их назначение.

Что такое диапазон регулирования вариаторов и как его определяют?

Основные понятия о зубчатых передачах В зубчатой передаче движение передается с помощью зацепления лары зубчатых колес. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большее — колесом. Термин «зубчатое коле-cо» относят как к шестерне, так и к колесу. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, колеса — индекс 2.

Образование эвольвентного зацепления Пусть заданы межосевое расстояние aw и передаточное число и зубчатой передачи

Исходный контур зубьев зубчатой рейки При увеличении до бесконечности числа зубьев колеса в передаче без смещения получают основную рейку