Схемное решение адаптивного торового автовариатора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.839-86

П. Д. БАЛАКИН О. С. ДЮНДИК Е. А. ДЮНДИК

Омский государственный технический университет

СХЕМНОЕ РЕШЕНИЕ АДАПТИВНОГО ТОРОВОГО АВТОВАРИАТОРА

Предложено техническое решение конструкции адаптивного торового вариатора, обеспечивающего автоматическое изменение передаточного отношения в зависимости от уровня силового нагружения. Проведена оценка уровня контактных напряжений, чтобы исключить приближение к зоне допустимых о^.

Ключевые слова: автовариатор, адаптация, конструкция, схема, передаточное отношение, диафрагма.

В современных технологических и транспортных машинах весьма актуальной задачей является создание технического решения автовариаторной механической передачи, связывающей двигатель и исполнительный орган, для обеспечения его эксплуатации на оптимальных режимах работы. Синтез таких схем можно проводить, используя принцип конструирования реальных механических систем путем наделения их свойством адаптации к переменному силовому на-гружению. Такой принцип позволяет в автоматическом режиме полно использовать располагаемую мощность двигателя за счет его эксплуатации на стабильном, экономичном режиме независимо от переменного внешнего нагружения [ 1 ].

Среди большого многообразия конструкций механических автовариаторов [2] с передаточной функцией, зависимой от уровня передаваемого силового потока, известен, например, автоматический фрикционный вариатор [3], в котором передаточное отношение изменяется автоматически в зависимости от изменения внешнего силового нагружения. Конструкция вариатора достаточно полно исследована, и поэтому интерес исследователей представляет устранение в данной конструкции некоторых недостатков

связанных с тем, что в момент изменения нагрузки, из-за отсутствия жесткой связи между телами качения, возможны их нерадиальные перемещения, что приводит к проскальзыванию тел качения, которое, в свою, очередь влечет за собой неравномерность передаваемого силового потока, нагрев элементов передачи, уменьшение их срока службы, уменьшении общего к.п.д., а кроме того, автовариатор обладает узким диапазоном изменения передаточного отношения.

Все это учтено конструкцией предлагаемого автоматического вариатора, схема которого приведена на рис. 1а и б.

Расширение диапазона и автоматическое изменение передаточного отношения можно реализовать в автоматическом фрикционном вариаторе, содержащим ведущее и ведомое звенья, которые связаны соответственно с ведущим и ведомым валами, промежуточные тела качения, оси вращения которых размещены в гнездах сепаратора, исполненного в виде диафрагмы, периферийная часть которой жестко закреплена в корпусе и нажимное устройство. Внутренняя часть диафрагмы соединена со штоком, который деформирует диафрагму в зависимости от передаваемой силовой нагрузки за счет косого разреза, разделяющего ведомое звено на две части.

Предлагаемый автоматический фрикционный вариатор содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы, связанные, соответственно, с ведущим 3 и ведомым 4 звеньями. Промежуточные тела качения 5, взаимодействующие с рабочей поверхностью ведущего 3 и ведомого звена 4. Оси промежуточных тел соединены с диафрагмой 6, периферийная часть последней жестко закреплена на неподвижном корпусе 7, а центральная часть связана с нажимным устройством через

10

а)

Рис. 1. а) Модифицированная конструкция автоматического фрикционного вариатора; 6) вариант выполнения звена управления

~1 %

р

Рис. 2. К определению передаточного отношения вариатора

Рис. 3. Схема контактного силового взаимодействия активных поверхностей вариатора

шток 8. Перемещение штока 8 регулируется за счет цепи управления, включающей два звена со связью в виде косого разреза 9 по рис. 1 а., выполненного на ведомом звене 3. В иных случаях косой разрез может быть заменен на осевой разрез, поворот и осевое смещение которого регулируется стержневыми звеньями 10, шарнирно закрепленными на двух частях ведомого звена 3 по рис. 1 б.

Цепь управления при изменении нагрузки на ведомом звене реализуется в данной конструкции за счет деформации диафрагмы, регулируемой перемещением штока, за счет которого меняется угол а осей промежуточных тел, тем самым обеспечивается автоуправление передаточным отношением, последнее подчиняется зависимости:

Я -г

<хтах =0.3883(2) I Ч Р

Основным элементом, входящим в цепь управления автовариатора, является упругая диафрагма, в частности ее деформация, регулируемая перемещением штока. Именно она корректирует угол поворота промежуточного тела качения, что регулирует автоматическое изменение передаточного отношения в зависимости от силового нагружения. Поэтому именно она является объектом дальнейших исследований.

где Я, — кинематический радиус рабочей поверхности ведущего звена и тел качения, Р12 — кинематический радиус рабочей поверхности ведомого звена и тел качения (рис. 2).

Поскольку к, может быть любым, в том числе Л -> 0,, то диапазон вариации II, 2 существенно расширяется. При уменьшении нагрузки под воздействием пружин растяжения 11 происходит обратное относительное перемещение штока и, как следствие, изменяется угол а установки осей промежуточных тел качения и адекватное изменение передаточного отношения. Упругая диафрагма обеспечивает синхронное движение промежуточных тел 5 (рис. 1а).

При инженерном расчете на прочность значительный интерес представляет собой возникающие контактные напряжения на площадке при взаимодействии тела качения и цилиндрической поверхности ведущего звена. Допускаемые максимальный контактные напряжения для стали достигают сгмах = 50000кг/см2 [4]. На стадии проектирования необходимо провести отдельный расчет уровня контактных напряжений, чтобы исключить приближение к зоне допустимых сгмах.

Оценку максимальных контактных напряжений по рис. 3 в площадке контакта в первом приближении можно провести по известной зависимости, учитывающей внешнее нагружение Р и упругие свойств материала [4]:

Библиографический список

1. Балакин, П. Д Механические передачи с адаптивными свойствами/ П. Д. Балакин. - Омск: Изд-во ОмГГУ, 1996. - 144 с.

2. Балакин, П. Д. Механические автовариаторы : учеб. пособие/П. Д. Балакин // Омск: ОмГТУ, 1996. - 146 с.

3. Пат. 2101584 Российская Федерация. MKH6F 16 Н 15/50. Автоматический фрикционный вариатор / Балакин П. Д., Биенко В. В.; заявитель и патентообладатель Омский государственный технический университет. - №96115811/28; заявл. 31.07.96; опубл. 10.01.98, Бюл.№ 1. - Зс. :ил.

4. Писаренко, Г. С. Справочник по сопротивлению материалов/Г. С. Писаренко и другие// Киев: Наукова думка, 1975. — 704 с.

БАЛАКИН Павел Дмитриевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор, заведующий кафедрой «Теория механизмов и машин». ДЮНДИК Ольга Сергеевна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Теория механизмов и машин».

ДЮНДИК Евгений Александрович, магистрант кафедры «Теория механизмов и машин». Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Статья поступила в редакцию 29.03.2011 г. © П. Д. Балакин, О. С. Дюндик, Е. А. Дюндик