Пассивная адаптивность и «живучесть» фрикционного вариатора

Нурбей Гулиа, Дмитрий Ковчегин, Сергей Юрков, Екатерина Петракова

Испытания нового планетарного дискового вариатора (пат. РФ№2140028, автор – Н.В.Гулиа) показали, что он обладает свойством адаптивности, или приспособляемости к внешним воздействиям, в данном случае – моменту сопротивления на выходном валу [1]. Однако, анализ экспериментальных характеристик этого вариатора [2] показал, что упомянутая адаптивность распространяется на значительно более широкий диапазон варьирования, чем он предусмотрен конструкцией вариатора. Так, например, при максимальном кинематическом передаточном отношении вариатора i_к , определяемом величиной перемещения подвижных фрикционов – сателлитов [1], равном 7,84, реальное передаточное отношение i_р достигало 14 и более. Предположение, что такое значительное снижение частоты вращения выходного вала связано только с проскальзыванием рабочих тел (фрикционов) вариатора, характерное для описания этого явления в научной литературе [3], оказалось несостоятельным. Дело в том, что при таком повышении реального передаточного отношения i_р КПД вариатора падал не так резко, как это должно было происходить, а главное – момент на выходном валу продолжал повышаться, чего просто не могло быть при простом проскальзывании. Между тем, наличие того или иного проскальзывания обязательно при работе фрикционного вариатора. Для разрешения возникшего противоречия авторы провели подробный анализ явления повышения реального передаточного отношения i_р за пределами границ, разрешенных кинематикой вариатора – i_к .

Авторы предположили, что на изменении передаточного отношения сказываются два фактора одновременно – упругогидродинамическое (УГД) скольжение s и пассивная адаптивность. Была поставлена задача установить роль каждого из указанных факторов.

На основе анализа экспериментальных данных, полученных на испытательном стенде кафедры «Детали машин» Московского Государственного Индустриального Университета (МГИУ), а также данных [3], Е.А.Петраковой получены соотношения, отражающие влияние как УГД скольжения, так и пассивной адаптивности на изменение i_p .

УГД скольжение – сложный физический процесс, но в технике его действие можно свести к следующему.

1. УГД скольжение s снижает частоту вращения выходного вала при постоянной частоте вращения входного, а, следовательно, повышает i_p за счет его составляющей i_ск :

i_ск = 1 / (1 – s). (1)

2. УГД скольжение не изменяет соотношения вращающих моментов на выходном T₂ и входном T₁ валах.

3. Потери мощности N_ск при УГДскольжении прямо пропорциональны величине УГДскольжения s, а КПД, зависящий от УГДскольжения, равен:

η_ск = (1 – s). (2)

Под пассивной адаптивностью (или пассивной адаптацией) в теории автоматического управления понимается способность системы обеспечивать требуемые качества управления при изменении параметров объекта управления в определенных пределах. Таким обобщенным параметром объекта управления в данном случае может служить коэффициент запаса по сцеплению β, хорошо известный из трибологии*:

* Трибология (от греч. tribos – трение и ...логия), научная дисциплина, занимающаяся изучением трения и износа узлов машин и механизмов в присутствии смазочных материалов.

β = (F_n · f ) / F_t , (3)

где f–коэффициент трения; F_n , F_t – соответственно, нормальные и тангенциальные составляющие силы в фрикционном контакте.

Исходя из [1], при фиксированных F_n (нажим в контакте) и f, именно значение β определяет величину F_t , а, следовательно, и момент на выходном валу.

Влияние пассивной адаптивности можно определить из рассмотрения зоны фрикционного контакта ведущего и ведомого тел качения вариатора (рис.1).

Рис. 1. Зона фрикционного контакта ведущего и ведомого тел качения вариатора

Центры О₁ и О₂ а также, радиусы R₁ и R₂ , соответственно, относятся к ведущему и ведомому телам качения; m– смещение нескользящей точки О, тем большее, чем меньше β.

Таким образом, при нахождении точки О в центре зоны контакта и m=0 (F_t =0 и момент на валах равен нулю), кинематическое передаточное отношение:

i_к = ω₂ / ω₁ = R₂ / R₁ . (4)

При появлении и возрастании усилия F_t в передаче m возрастает и реальное передаточное отношение i_p (пока без учета УГД скольжения) тоже растет:

i_р = (R₂ + m) / (R₁ – m). (5)

Если выразить для этого случая

i_p = i_к · i_m , (6)

где i_m – передаточное отношение, зависящее от смещения нескользящей точки, то:

(7)

Реальное передаточное отношение вариатора можно выразить как произведение его составляющих i_m и i_ск на кинематическое передаточное отношение i_к :

i_p = i_к · i_m · i_ск . (8)

На кафедре «Детали машин» МГИУ проводились испытания дисковой фрикционной передачи с повышением частоты вращения от входного вала к выходному, поэтому в данно

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать