Вариатор

Вариатор – механизм для бесступенчатого регулирования передаточного отношения. Чаще всего в качестве вариатора используют фрикционный механизм, в котором в процессе регулирования изменяют радиусы взаимодействующих поверхностей тел. Вариатор выполняют в виде двух взаимодействующих тел вращения, одно из которых перемещают относительно другого. При этом касание тел может быть внешним или внутренним. В качестве рабочих поверхностей используют конусы, цилиндр и плоскость, сферу и конус, торговые поверхности и др. При регулировании вариатора меняют относительное положение взаимодействующих тел. В некоторых вариантах вариатор выполняют также с промежуточным звеном. Обычно это ролик, кольцо или двухвенцовое колесо, при этом входное и выходное звенья в процессе регулировки сохраняют свое положение, а перемещают только промежуточное звено. Кроме того, промежуточное звено используют в сочетании с основными звеньями различной геометрической формы с внешним и внутренним касанием. От этого сочетания зависят знак и величина передаточного отношения. Вариаторы выполняются также в следующих вариантах:

1) входное и выходное звенья данного механизма вращаются в одну сторону;

2) входное и выходное звенья механизма вращаются в разные стороны;

3) оси конусов механизма расположены под прямым углом, а промежуточное звено выполнено в виде диска с рабочим буртиком;

4) промежуточное звено механизма гибкое.

По перечисленным выше вариантам диапазон регулирования вариатора обычно составляет 3—6, а коэффициент полезного действия – в пределах от 0,85 до 0,95. В различных технических системах применяются такие вариаторы, как: волновой фрикционный; торовый; клиноременный; многодисковый; планетарный фрикционный.

I. Волновой фрикционный вариатор представляет собой волновую фрикционную передачу с передаточным отношением, регулируемым путем изменения разности длин дорожек взаимодействия гибкого и жесткого звеньев.

Данный вариатор выполняется и применяется в различных механизмах нескольких видов:

1) вариатор, в котором регулирование передачи осуществляют осевым перемещением гибкого конусного колеса относительно специального устройства – генератора волн и жесткого колеса;

2) вариатор, имеющий в своей конструкции гибкое конусное колесо, ролик генератора волн, ориентирующий образующую поверхность гибкого колеса параллельно оси вариатора; жесткое колесо, соединенное со специальной стойкой поступательной парой; при этом варианте перемещают в осевом направлении только жесткое колесо;

3) вариатор имеет гибкое и жесткое колесо, выполненные в виде дисков; два ролика генератора волн, поджимающие гибкое колесо к жесткому. При радиальном перемещении роликов в таком вариаторе изменяется передаточное отношение механизма.

Данный вид вариатора в своей конструкции содержит такие элементы, как:

1) жесткое колесо в виде конуса с внутренней рабочей поверхностью;

2) конусное гибкое колесо, установленное между конусом генератора волн и жестким колесом;

3) шары, поджимающие гибкое колесо к жесткому, при этом шары перемещают вдоль образующей конуса генератора волн, в результате чего происходит взаимодействие участков жесткого и гибкого звеньев, но с разной длиной дорожек взаимодействия.

Кроме того, изменяется соотношение диаметров дорожек качения шаров, и соответственно изменяется угловая скорость генератора волн при его ведущем конусе. В некоторых случаях ведущим звеном делают генератор волн, но при этом его конус фиксируется в осевом направлении и свободно вращается.

У вариатора имеются:

1) гибкое колесо;

2) жесткое колесо;

3) гибкое звено в виде клинового ремня;

4) два жестких звена в виде раздвижных шкивов;

5) звено, расположенное на генераторе волн и перемещаемое в радиальном направлении; оно же поджимает гибкое колесо к жесткому.

В процессе работы такого вариатора конусы шкивов раздвигаются тем больше, чем дальше от оси вращения перемещают звено, расположенное на генераторе волн, и соответственно изменяются длины дорожек взаимодействия остальных звеньев вариатора.

II. Клиноременный вариатор – передаточный механизм, содержащий клиновой ремень, взаимодействующий со шкивами и обеспечивающий бесступенчатое регулирование передаточного отношения путем изменения радиусов огибания шкивов ремнем. Такой вариатор имеет шесть вариантов исполнения.

III. Торовый вариатор представляет собой соосный фрикционный механизм, служащий для регулирования передаточного отношения и содержащий соосные звенья с торовыми рабочими поверхностями. С помощью торового вариатора получают диапазон регулирования передаточного отношения 0,4—2,5 (при максимальном коэффициенте полезного действия от 0,92 до 0,96).

IV. Планетарный фрикционный вариатор – соосный фрикционный механизм, служащий для регулирования передаточного отношения и содержащий звенья с перемещаемыми в процессе работы осями вращения. Планетарный фрикционный вариатор выполняют по любой известной схеме планетарных механизмов. В подобных механизмах задают форму звеньев (обычно сателлитов), которая позволяла бы менять соотношение радиусов взаимодействующих поверхностей. В различных механических системах используется три вида планетарно-фрикционных вариаторов, в том числе вариатор советского конструктора Е. И. Пирожкова, представляющий собой симметричное параллельное соединение двух механизмов типа 3К, в которых все пары контактирующих звеньев выполнены фрикционными.