Вариаторы различных типов и их применение
Вариатор как бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, позволяющая автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя. История его создания, конструкция, типы и функции.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.12.2013 |
| Размер файла | 39,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Курсовая работа
Вариаторы различных типов и их применение
Введение
Вариатор - бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, которая позволяет автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. В технике существует множество различных конструкций такого типа, но на автомобиле получили распространение два вида вариаторов: клиноременной и тороидный.
Вариатор - особый тип автоматической коробки передач. Первый работоспособный автомобиль с этим типом трансмиссии появился в 50-х годах прошлого века. Вариатор ставился серийно на автомобили DAF, позднее - на Volvo. По-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь недавно.
1. История создания
Малознакомое пока еще устройство для передачи крутящего момента под названием вариатор или по-английски continuosly variable transmission (CVT) на самом деле появилось куда раньше традиционной «механики» и уж тем более раньше автоматической трансмиссии. Над его созданием размышлял еще Леонардо да Винчи, и в средние века что-то подобное применяли для привода мельничных жерновов. Во всяком случае тот механизм, который выглядел как два конуса с направленными в разные стороны сужающимися частями и натянутым между ними ремнем, уже представлял собой примитивный вариант бесступенчатой трансмиссии. Передвигая ремень по конусам, средневековые мельники плавно изменяли передаточное число и тем самым меняли скорость вращения своих жерновов.
На смену примитивному конусному вариатору пришел клиноременный, который весь прошлый век широко использовался в промышленности. Его применяли для привода индустриального оборудования, к примеру, швейных машинок, а также для вращения всевозможных жаток-сенокосилок и т.д. Позже подобным механизмом заинтересовались производители мопедов-скутеров. А вот автокомпании долго интереса не проявляли, хотя были и исключения. Но прежде чем говорить о них, давайте разберемся, что дает подобный бесступенчатый тип трансмиссии.
2. Конструкция вариатора
В основе конструкции вариаторов, при всем богатстве и разнообразии вариантов, лежит все же одно и то же свойство тела вращения с различным диаметром по всей длине. Разноудаленные от оси вращения точки на его поверхности при движении проходят разное расстояние на протяжении полного оборота. Иначе говоря, они движутся с разной скоростью в то время, как тело вращения в целом совершает один и тот же неизменный оборот вокруг своей оси. Таким образом, вариатор предоставляет уникальную возможность обеспечить превращение скорости в крутящий момент и наоборот простым изменением точки соединения с вращающимся валом. Попытки полномасштабного применения вариаторов на транспорте прекращались начиная с 1886 года. Тогда, собственно говоря, и был оформлен первый патент на это устройство. Еще в конце ХХ века в конструкции автомобилей для преобразования крутящего момента двигателя применялись бесступенчатые КПП. В 1930-е годы автомобили Austin оснащались бесступенчатой трансмиссией с тороидным вариатором Хейса. Но это - далеко не единственный пример. В качестве основы для бесступенчатой коробки передач во все времена предлагались и предлагаются самые разнообразные типы вариаторов. Выбирать ведь есть из чего.
Практические конструкции вариаторов включают в себя устройства для обеспечения плавного трогания с места, движения задним ходом, систему управления, гидронасос.
Система управления состоит из блока управления, датчиков, гидросистемы управления шкивами (Приложение 1). Получая данные об оборотах двигателя, скорости автомобиля и положении педали акселератора, блок управления определяет оптимальное для данного режима движения передаточное число. По показаниям датчиков скорости вращения первичного и вторичного валов определяется реальное передаточное отношение. При их несовпадении блок управления выдает команду гидросистеме на изменение диаметра шкивов.
Рабочее давление в гидросистеме и смазку деталей вариатора обеспечивает насос, приводимый от первичного вала. Причем давление в системе зависит не от оборотов двигателя, а поддерживается пропорциональным развиваемому крутящему моменту. Чем больше момент, тем сильнее сжимаются диски, предотвращая проскальзывание ремня. От давления, создаваемого насосом, зависит быстродействие вариатора - чем оно выше, тем быстрее изменяется передаточное отношение. Масло в системе применяется специальное, с маркировкой CVT. В качестве напоминания такая же надпись ставится на маляном щупе вариатора.
Электронная система управления позволяет наделить вариатор большим перечнем дополнительных функций: адаптация к стилю вождения, экономичный или спортивный режим, «ручное» переключение передач.
3. Типы вариаторов
Существует много типов вариаторов.
ь Фрикционные вариаторы:
· лобовые;
· конусные;
· шаровые;
· многодисковые;
· торовые;
· волновые;
· дискошариковые;
· клиноременные.
ь Вариаторы зацепления:
· цепной вариатор.
· высокомоментный вариатор.
Рассмотрим некоторые из них более подробно.
Фрикционные вариаторы
Лобовые вариаторы
Наиболее простые вариаторы, но из-за значительной величины геометрического скольжения уступают вариаторам других конструкций по КПД и износостойкости. Диапазон регулирования Д=D2/d2<3. Это объясняется тем, что при, малых d2 значительно возрастают скольжение, износ и падает КПД. Лобовые вариаторы нашли применение в маломощных механизмах привода распределительного вала токарно-револьверных автоматов. (Приложение 2)
Ведущий каток лобового вариатора 1 радиуса R1, устанавливается на валу на скользящей шпонке и может перемещаться вдоль оси. Ведомый каток 2 радиуса R2 закреплен на валу неподвижно. За счет нажимного устройства создается сила трения, необходимая для работы вариатора. Бесступенчатое изменение угловой скорости в этом вариаторе достигается перемещением вдоль вала ведущего катка 1; при этом ; . Отсюда передаточное число
,
здесь не учитывается проскальзывание катков, поэтому равенство приближенное.
Лобовой вариатор позволяет изменять направление и частоту вращения ведомого вата, останавливать его на ходу без выключения привода.
4. Вариаторы с коническими катками
Они предназначены для изменения передаточного отношения в определенном диапазоне значений (Приложение 3). Конструктивно они составляют пару конусного (ведущего) зубчатого колеса и классического плоского (ведомого) зубчатого колеса с внутренним расположением зубьев (чашка), или же из двух колес в форме конуса расположенных зеркально друг к другу таким образом, чтобы больший диаметр одного колеса располагался напротив меньшего диаметра второго. Помимо прочего могут встречаться конусные вариаторы с расположением зубчатых колес под прямым углом.
Изменение передаточного отношения происходит за счет варьирования вертикальной позиции ведущего колеса по отношению к ведомому. Конусные вариаторы могут быть с промежуточным или без промежуточного звена, что в определенной степени влияет на показатель скольжения.
Вариаторы конусного типа могут применяться в широком диапазоне конструкций для передачи для различных мощностей.
Для вариаторов оснащенных дисками внешнего зацепления, передача вращения на промежуточные валы осуществляется при задействовании дополнительных передач, которые ускоряют процесс за счет присутствия паразитных колес. Передача движения на ведомый вал происходит через фрикционную передачу от промежуточных. При этом ведомый и ведущий валы являются соосными.
Конусные вариаторы в которых конус (ведущее колесо) непосредственно контактирует с колесом, изменяющим положение автоматически, предназначен также для изменения частоты вращения.
Существуют конусные вариаторы, элементы которых в рабочем состоянии помещены в масло. К таким относится вариатор марки Shimpo Kogyo, в котором колесо может передвигаться в направлении оси за счет рейки и маховика. Этот процесс и приводит к изменению скорости вращения.
На практике конусные вариаторы применяются в машиностроении (станки, конвейеры), в различных отраслях промышленности, в транспортных средствах (автомобили, снегоходы, квадроциклы и т.д.). В данной конструкции вариатора ; . Отсюда
.
Диапазон регулирования для вариаторов с коническими катками
.
5. Многодисковый вариатор
В вариаторе конструкции ВНИИредуктор (Приложение 4) ведомые диски 15 приводятся во вращение под действием сил трения в местах контакта с расположенными между дисками ведущими дисками 14, которые набраны в пакеты на трех шлицевых валах 12, приводимых от ведущего вала 10 через центральное зубчатое колесо 9 и три пары зубчатых колес 8, 11. Для предварительного поджатия дисков 15 служит пружина 19. Сила, сжимающая диски 15, является переменной и зависит от передаваемого вращающего момента. Для этого использован кулачково-роликовый механизм 18, расположенный в шлицевом барабане 21, который соединен с ведомым валом20. Частота вращения выходного вала регулируется изменением радиуса окружности ведущих дисков 14. Каретки поворачиваются на осях 4 тягами 17, соединяющими подвижные оси 16 кареток с поворотным фасонным диском 6. Поворот диска 6 осуществляется тягой 1, винтовой парой 2 и маховичком 7. При повороте кареток зубчатые колеса 11 обкатываются по зубчатым колесам 8, расположенным между зубчатыми колесами 11 и центральным зубчатым колесом 9.
6. Торовые вариаторы
На концы валов насажены две торовые чашки 1 и 2 (Приложение 5), выполненные по форме круглого тора. Вращение от ведущей чашки к ведомой передается промежуточными дисками 3, свободно вращающимися на осях 4. Угловая скорость ведомой чашки изменяется при одновременном повороте осей 4 вокруг шарнира 5.
При этом изменяются радиусы R1 и R2 чашек 1 и 2, т.е. ; . Отсюда
.
Для торовых вариаторов диапазон регулирования
.
Такая схема вариатора характеризуется малым геометрическим скольжением, что является основным преимуществом торового вариатора, позволяющим повысить КПД до 0,95. Для прижатия тел качения применяют обычно шариковое нажимное устройство, при котором чашка 1 связана с валом при помощи двух или трех шариков, помещенных в гнездах клиновидной формы. Если вал привести во вращение, то он сместится по отношению к чашке на некоторый угол, выжмет шарики, создаст необходимую силу нажатия. Такое устройство обеспечивает величину силы нажатия в соответствии с изменением нагрузки. В СНГ торовые вариаторы нормализованы для мощностей от 1,5 до 20 кВт при Д от 6,25 до 3. Материал тел качения - закаленная сталь по закаленной стали в масле или сталь по текстолиту без смазки.
В ниссановском вариаторе Extroid применена специальная система, где управляемый электроникой прецизионный гидравлический механизм перемещает обоймы с роликами вверх или вниз на микроскопическую величину, а далее, из-за возникшего сдвига относительно оси дисков, ролик поворачивается сам.
7. Волновая передача
Это механическая передача (зубчатая, фрикционная, винтовая), в которой вращение передаётся и преобразуется циклическим возбуждением волн деформации в так называемом гибком элементе (отсюда название «волновая»). Изобретатель В. п. - американский инженер У. Массер (1959).
Наиболее распространена зубчатая волновая передача (Приложение 5), которая обычно состоит из жёсткого элемента - зубчатого колеса с внутренними зубьями, неподвижно закреплённого в корпусе передачи; гибкого элемента - цилиндрической тонкостенной шестерни, выполненной в виде стакана с наружными зубьями, число которых несколько меньше числа зубьев жёсткого колеса (стакан закреплён на выходном валу и расположен внутри жёсткого колеса); генератора волн деформации (волнообразователя) - овального кулачка с надетым на него шарикоподшипником. Генератор вставлен соосно в гибкое колесо и при вращении растягивает его. Число волн деформации равно числу выступов кулачка. В вершинах волн зубья гибкого колеса полностью входят в зацепление с зубьями жёсткого, а во впадинах волн полностью из него выходят. При вращении генератора с той же угловой скоростью движутся волны деформации, т.е. в гибком колесе возбуждаются бегущие волны, в вершинах которых происходит зацепление. Разница чисел зубьев жёсткого и гибкого колёс обычно равна (реже кратна) числу волн деформации. В зависимости от числа волн В. п. называются одно-, двух- или трёхволновыми.
8. Клиноременной вариатор
Данный тип вариатора состоит из нескольких (как правило, одной - двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.
Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.
Начнем с самого простого. Почему клиновидный ремень? Ремень в разрезе имеет трапециевидную форму и «вклинивается» в шкив только своими боковыми поверхностями. При износе этих поверхностей, благодаря своей форме, он врезается глубже в шкив и все равно остается в хорошей сцепке с ним. Как изменяется передаточное число? Устройство ведущего шкива (ведущий шкив вращается коленвалом) таково, что его щеки при воздействии центробежных сил плавно сжимаются и выталкивают клиновидный ремень все дальше и дальше от центра шкива. Ведомый же шкив при этом наоборот, разжимается (Приложение 6), и ремень на нем плавно утопает все ближе и ближе к центру шкива. Чем больше обороты двигателя - тем больше сжимается ведущий шкив и разжимается ведомый, тем самым меняя передаточное число от коленвала к заднему колесу.
9. Шариковые вариаторы
В шаровых вариаторах ведущие и ведомые колеса имеют конические рабочие поверхности. Промежуточными телами являются шары. Регулирование производится изменением угла наклона оси вращения шаров, что изменяет радиусы до точек контакта шара с конусами. При одинаковых углах конусов обоих колес ось вращения шара параллельна оси. При наклоне оси вращения шара из этого положения против часовой стрелки на угол у имеет место работа на ускорение, при обратном наклоне оси вращения - работа на замедление. Шаровой вариатор может обладать большим диапазоном регулирования с остановкой и реверсом ведомой системы. Однако при приближении оси вращения шара к точке контакта геометрическое скольжение значительно возрастает, характеристика вариатора получается нежесткой (угловая скорость ведомого вала значительно изменяется при изменении нагрузки), а КПД резко падает.
10. Вариаторы зацепления
Цепной вариатор
Вариатор имеет конические диски 8 с радиальными канавками и цепь с выдвижными пластинами 9. Вращающий момент передается вследствие зацепления пластин цепи с радиальными канавками на конических торцах дисков 8. Конические диски посажены на вал так, что против выступа одной находится впадина другой. Диапазон регулирования D = 6, передаваемая мощность от 0 до 50 кВт. Предварительное натяжение цепи создается специальным устройством, состоящим из пластин 1, рычагов 2 и пружины 3, которая способствует уменьшению динамических нагрузок. Звездочки перемещаются вдоль оси рычагами 11, шарнирно закрепленными на гайках 13 винта 12. Поворот рычагов осуществляется от электродвигателя 4 через червячную 5 и цепную 6 передачи и винт 16, на котором расположен червяк 15 червячной передачи, соединенной со стрелкой-указателем 7 частоты вращения. Под стрелкой размещена кнопочная станция, включающая электродвигатель. В привод вариатора включен ленточный тормоз 14.
11. Высокомоментный вариатор
Высокомоментные вариаторы - это одно из перспективных направлений современного машиностроения. Нефрикционные высокомоментные вариаторы имеют обширные перспективы применения в самых различных силовых агрегатах. При этом использование высокомоментных вариаторов позволяет радикальным образом повысить технические характеристики: увеличить эффективность использования энергии двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей, повысить экономичность, улучшить эксплуатационные показатели.
Ниже представлены основные свойства высокомоментных вариаторов, выгодно отличающие их от традиционных трансмиссий.
· Вариаторы предназначены для плавного изменения передаточного отношения между входным и выходным валами без прерывания передаваемой мощности, возможен останов под нагрузкой и реверс выходного вала.
· Предлагаемый вариатор является нефрикционным, поэтому передаваемый момент значительно выше, чем у фрикционных вариаторов, так как ограничен, в основном, прочностью зубчатой передачи.
· При постоянной скорости входного вала скорость выходного также постоянна. Коэффициент неравномерности вращения выходного вала равен нулю. В вариаторах имеет место уравновешивание сил инерции.
· Габариты, стоимость и механический КПД вариаторов на уровне многоступенчатой коробки передач.
· Область применения достаточно широкая, в основном - в приводах машин, работающих при нестационарных силовом и кинематическом режимах: городской транспорт, сельскохозяйственная, строительная, железнодорожная, военная техника, технологическое оборудование.
· Вариаторы позволят компенсировать плохие тягово-динамические характеристики двигателей внутреннего сгорания и заменить применяемую сейчас более дорогую гидро- или электротрансмиссию в автомобилях и тракторах, обеспечат удешевление с повышением технико-экономических характеристик технологического оборудования за счёт использования вариатора с асинхронным двигателем как плавно регулируемого привода, например, для металлорежущих станков и прокатных станов.
Вывод
вариатор управление двигатель передаточный
Принцип устройства под названием «вариатор» не нов - мысли о бесступенчатой трансмиссии стали посещать конструкторов практически сразу с началом применения поршневых ДВС на транспорте. Современное же развитие электроники и технологии материалов дало возможности усовершенствовать (остающиеся, однако, в принципе своем неизменными) конструкции вариаторов, и сейчас наблюдается, по-видимому, начало самого широкого распространения таких трансмиссий на автотранспорте.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Передаточные механизмы и их предназначение для передачи движения от источников движения к рабочим органам исполнительных механизмов. Классификация передач, передаточное число. Характеристика основных видов передач. Устройство технологических машин.
контрольная работа [1004,4 K], добавлен 22.10.2010Цилиндрическая прямозубая передача, вращательное движение шестерни и колеса. Предварительный выбор двигателя. Расчет мощности двигателя. Передаточное число редуктора. Расчет размеров цилиндрической прямозубой передачи. Расчет шариковинтовой передачи.
контрольная работа [831,6 K], добавлен 12.11.2012Фрикционная передача: общее понятие, сущностная характеристика, критерии работоспособности. Виды фрикционных передач: коническая и фрикционные вариаторы. Разновидности вариаторов, их описание: лобовые, с раздвижными конусами, ногодисковые, торцовые.
презентация [187,7 K], добавлен 28.06.2013Применение стояков различных типов для налива нефтепродуктов в автоцистерны. Использование одиночных и объединенных наливных устройств с ручным и автоматизированным управлением. Технология заполнения автоцистерны методом герметичного верхнего наполнения.
реферат [2,4 M], добавлен 15.03.2021Разработка цилиндрического зубчатого редуктора приводного устройства лесотаски. Расчет двигателя: мощность, частота вращения вала, передаточное число привода и его ступеней, силовые и кинематические параметры. Выбор материала и расчет нагрузки валов.
дипломная работа [242,5 K], добавлен 06.08.2013Выбор типа и кратности полиспаста, расчёт и выбор каната, определение размеров барабана и блоков. Время разгона и торможения механизма при установочной скорости. Передаточное число планетарной муфты. Исчисление статической мощности и выбор двигателя.
курсовая работа [146,1 K], добавлен 03.12.2012Конструкция и принцип действия поршневых эксцентриковых насосов, их применение для преобразования механической энергии двигателя в механическую энергию перекачиваемой жидкости. Применение гидромеханической трансмиссии на сельскохозяйственном тракторе.
контрольная работа [3,7 M], добавлен 08.07.2011Применение механической передачи. Назначение, особенности конструкции, преимущества и недостатки, устройство и действие фрикционной, цепной, зубчатой, червячной и ременной передач. Передаточное число, ведущие, промежуточные и ведомые части передач.
презентация [4,4 M], добавлен 13.04.2014Основное применение конических зубчатых колес в передачах между валами, оси которых расположены под углом. Геометрические параметры, силы и передаточное число детали. Компоновочные возможности при разработке сложных зубчатых и комбинированных механизмов.
реферат [3,0 M], добавлен 14.02.2011Назначение и конструкция детали "Корпус". Расчет припусков на обработку и усилий зажимов. Разработка маршрута механической обработки детали. Оценка на прочность наиболее нагруженного звена. Определение допусков на расстояния между осями отверстий.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 13.07.2015
