В статье рассматриваются существующие виды конструкций бесступенчатых передач и анализ и достоинств и недостатков.
Ключевые слова: бесступенчатая передача, механические бесступенчатые приводы, генератор энергии, мехатрон, автоматизация
Под бесступенчатой передачей понимается механизм для плавного изменения передаточного числа, электрические бесступенчатые передачи представляют собой совокупность устройств для преобразования электрической энергии в механическую и регулирования потока преобразованной энергии по определенному закону. Электрическая энергия вырабатывается генератором, который приводится во вращение двигателем [1].
По типу передачи электрические бесступенчатые передачи разделяют на электрические и электромеханические. Достоинствами таких передач являются долговечность, непрерывность и регулируемость. Ее узлы соединяются между собой гибкими связями, что значительно упрощает компоновку трансмиссии. Недостатками являются сравнительно низкий КПД, большой вес электромашин и значительный расход цветного металла [3].
Гидравлическая передача — устройство, в котором механическая энергия и движение с заданными усилиями (крутящими моментами) и скоростью (частотой вращения) передается с помощью рабочей жидкости с преобразованием параметров.
По принципу действия гидропередачи разделяют на гидростатические (или объемного действия) и гидродинамические. К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки, простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена, большая передаваемая мощность на единицу массы привода, надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей [3].
В современных машинах наряду с электрическими и гидравлическими бесступенчатыми приводами широко применяют и механические бесступенчатые приводы (вариаторы), которые имеют принципиальное преимущество: так как при трансформировании механической энергии механическими устройствами не происходит двойного преобразования энергии движущегося твердого тела в энергию потока жидкости или в электрический ток и обратно в энергию движущегося твердого тела, то трансформирование механической энергии механическими устройствами возможно осуществлять с наименьшими потерями. Для целого ряда машин применение механических бесступенчатых приводов является наиболее простым способом совершенствования их технико-экономических показателей.
Конструктивно наиболее просто бесступенчатое регулирование осуществляется в передачах трением, вследствие чего они получили преимущественное распространение в вариаторах.
Передачи зацеплением характеризуются большим постоянством установленного передаточного отношения, меньшим давлением на валы, большей долговечностью. Однако из-за необходимости иметь шаг рабочих колес переменным, они оказываются конструктивно сложными и дорогими в изготовлении. Зубчатые передачи практически не применяются. Надежными и достаточно долговечными являются цепные вариаторы. В передачах периодического действия ведомое звено получает движение импульсами. При таких передачах в них и приводимых ими в движение системах имеют место значительные инерционные воздействия, снижающие долговечность элементов машин. Этот недостаток импульсных передач ограничивает их распространение, хотя конструктивно они относительно просты.
Бесступенчатые фрикционные передачи относятся к передаточным механизмам машин и служат для трансформации механической энергии по частоте вращения и передаваемым усилиям. Располагаются они, как правило, в приводе машин между двигателем и ее исполнительными органами. Фрикционным передачам по сравнению с другими видами передач присущ ряд достоинств: они позволяют легко и в широком диапазоне осуществлять бесступенчатое регулирование скорости, содержат простые по форме тела качения, обеспечивают равномерность вращения при высоких скоростях, обладают высоким КПД.
Существенным достоинством фрикционных передач с цилиндрическими рабочими телами является также то, что они по нагрузочной способности, уровню шума и характеру вибраций при равных условиях работы не уступают, а в ряде случаев превосходят зубчатые передачи [2].
В фрикционных механизмах передача вращательного движения и мощности осуществляется силами трения, возникающими на площадках контакта рабочих тел под действием нормальных сил. Однако силы трения составляют весьма малую часть нормальных сил прижатия рабочих тел. Если принять, что коэффициент трения в зависимости от вида материалов и условий работы фрикционной пары изменяется в пределах от 0,2 до 0,05, то нормальная сила прижатия рабочих тел превосходит полезную передаваемую силу (силу трения) в 5–20 раз. В реальных фрикционных передачах из-за необходимости создания запаса сцепления, зависящего от характера нагружения передачи, потребная сила прижатия будет еще больше. Это обстоятельство в первую очередь препятствует созданию малогабаритных фрикционных передач большой мощности. В таких передачах валы и подшипники испытывают повышенные нагрузки, и может оказаться, что нагрузочная способность передачи будет ограничиваться не прочностными и фрикционными свойствами контактных пар, а прочностью валов и подшипников.
К недостаткам фрикционных передач, кроме того, относят высокие требования к точности изготовления рабочих тел, необходимость применения специальных нажимных устройств, опасность повреждения при буксовании, наличие геометрического скольжения на контактных площадках. Устранение указанных недостатков и совершенствование фрикционных передач идет по пути создания их с замкнутыми нормальными силами прижатия, использования в конструкции принципа многократности, улучшения профиля рабочих тел, автоматически действующих нажимных устройств, улучшенных материалов и технологии изготовления рабочих тел, планетарных схем, применения фрикционных передач в схемах с разветвленным потоком мощности.
Многочисленные виды фрикционных передач отличаются назначением, характером изменения передаточного отношения (с постоянным и переменным передаточным отношением), конструкцией и другими признаками.
В ходе анализа, было выявлено, что наибольшее применение в машинах получили фрикционные передачи с переменным передаточным отношением, т. е. фрикционные вариаторы, которые изготовляются в виде отдельных агрегатов или же специально для привода конкретных машин.
Литература:
- Егоров О. Д., Подураев Ю. В. Конструирование мехатронных модулей Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств Издательство МГТУ Станкин 2005
- Егоров О.Д, Подураев Ю. В. Мехатронные модули. Расчет и конструирование М.: МГТУ «СТАНКИН», 2004.- 360с.
- Капустин Н.М, Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ, — М,: Машиностроение, 1976,-288 с.
- Митрофанов В. Г., Калачев О.П, Схиртладзе А. Г., Басин A. M. САПР в технологии машиностроения. Учеб. Пособие. — Ярославль: Изд-во Яросл. Гос.Тех.ун-та, 1995.-298 с.
