ФРИКЦИОННЫЙ ВАРИАТОР
FRICTION VARIABLE-SPEED DRIVE

Изобретение относится к области механических передач и может быть использовано в качестве элемента трансмиссии в технологическом оборудовании, транспортных, грузоподъемных и сельскохозяйственных машинах.
Известны фрикционные вариаторы, содержащие диск, прижимаемый пружинами к ролику, перемещаемому по радиусу диска [1].
Недостатком указанного вариатора являются большие габариты.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран фрикционный вариатор, содержащий два металлических конуса, прижимаемых к металлическому промежуточному телу, перемещаемому между ними [2].
Недостатком указанного вариатора является изменение предельной нагрузочной способности при перемещении промежуточного тела. Когда промежуточное тело приближается к вершине ведущего конуса, то при постоянстве крутящего момента на ведущем конусе окружное усилие в контакте ведомого конуса растет обратно пропорционально радиусу среднего сечения ведомого конуса в зоне контакта с промежуточным телом, что ограничивает величину передаваемого момента в зависимости от скорости вращения ведомого звена.
Целью изобретения является фрикционный вариатор для передачи заданного крутящего момента с ведущего конуса на ведомый без проскальзывания промежуточного тела по конусам при определенной скорости вращения ведомого вала с одновременным уменьшением величины износа ведущего и ведомого конусов и промежуточного тела.
Известно влияние на трибологические процессы прохождения электрического тока [3]. Коэффициент трения (сцепления) в контакте «металл-металл» зависит от плотности тока в пятне контакта и может быть повышен до значений 0,6 и более. Для более детального исследования влияния электрического тока на коэффициент трения системы «металл-металл» были проведены испытания на специальных установках [4]. Результаты испытаний показали, что для исследуемых моделей колеса и рельса при прохождении тока в зоне их контакта возможно повышение коэффициента трения (сцепления) более чем в два раза.
Указанная цель достигается в вариаторе, содержащем ведущий и ведомый металлические конусы, прижимаемые пружинами к металлическому промежуточному телу, перемещаемому между ними посредством привода (не показан), отличающемся тем, что вариатор имеет источник тока и токосъемные устройства, при этом величина силы трения между конусами и промежуточным телом определяется величиной силы тока, проходящего через их контакт, которая регулируется подчиненной системой регулирования, состоящей из регулятора тока, сигнал на который поступает с выхода сумматора, сравнивающего сигнал задания величины крутящего момента, поступающего с блока уставки крутящего момента, и действительный сигнал крутящего момента с датчика крутящего момента, опоры осей конусов изолированы вставками и вал привода промежуточного тела выполнен из диэлектрического материала.
На чертеже представлена схема предлагаемого фрикционного вариатора.
Фрикционный вариатор содержит ведущий 1 и ведомый 2 металлические конусы, прижимаемые пружинами 3 к металлическому промежуточному телу 4, которое может перемещаться вдоль поверхностей конусов. К конусам 1 и 2 при помощи токосъемных устройств 5 подведено напряжение от источника тока 6. Чтобы избежать короткого замыкания через опоры осей конусов, опоры конусов изолированы вставками 7 и вал привода 12 промежуточного тела 4 выполнен из диэлектрического материала. Подчиненная система регулирования состоит из регулятора тока 8 (РТ), сумматора 9 (Σ), блока уставки 10 (У) и датчика крутящего момента 11 (ДМ).
Фрикционный вариатор работает следующим образом.
При вращении ведущего конуса 1 крутящий момент за счет силы трения между конусами 1 и 2 и промежуточным телом 4, создаваемой пружинами 3, передается на ведомый вал 2. Вал 12, перемещающий промежуточное тело 4, выполнен из диэлектрического материала. Величина тока, проходящего через точки контакта конусов 1 и 2 и промежуточного тела 4, задается подчиненной системой регулирования. На регулятор тока 8 (РТ) поступает сигнал с выхода сумматора 9 (Σ). На сумматор 9 (Σ) подается сигнал от блока уставки 10 (У), который пропорционален заданному крутящему моменту на выходном валу вариатора, и сигнал с датчика крутящего момента ДМ (10), который, в свою очередь, пропорционален действительному крутящему моменту. Разность этих сигналов, поступая на регулятор тока 8 (РТ) с выхода сумматора 9 (Σ), в зависимости от знака приводит к уменьшению или увеличению тока, проходящего через точки контакта конусов 1 и 2 и промежуточного тела 4, что, в свою очередь, вызывает значительное изменение силы трения. При этом регулирование силы тока приводит к поддержанию силы трения на уровне, обеспечивающем передачу заданного крутящего момента на ведомый конус 2 без проскальзывания промежуточного тела 4 по конусам 1 и 2 при определенной скорости вращения ведомого конуса.
Предлагаемое изобретение обеспечивает получение следующего технического результата.
Плавное изменение коэффициента трения между конусами и промежуточным телом, определяемое величиной тока, пропускаемого через контакт конусов и промежуточного тела, позволит сделать передачу заданного крутящего момента с ведущего конуса на ведомый без проскальзывания промежуточного тела по конусам при определенной скорости вращения ведомого конуса, что уменьшит величину износа ведущего и ведомого конусов и промежуточного тела.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кожевников С.Н., Есиненко Я.И., Раскин Я.М. Механизмы. Справочник. Изд. 4-е, перераб. и доп. Под ред. С.Н.Кожевникова. М.: Машиностроение, 1976, с.333, рис.5.19.
2. Кожевников С.Н., Есиненко Я.И., Раскин Я.М. Механизмы. Справочник. Изд. 4-е, перераб. и доп. Под ред. С.Н.Кожевникова. М.: Машиностроение, 1976, с.333, рис.5.23.
3. Ткаченко В.П. Кинематическое сопротивление движению рельсовых экипажей / Монография. - Луганск: изд-во Восточно-украинского государственного университета, 1996. - 200 с., с.78-79.
4. Тихомиров В.П. Моделирование сцепления колеса с рельсом / В.П.Тихомиров, В.И.Воробьев, Д.В.Воробьев, Г.В.Багров, М.И.Борзенков, И.А.Бутрин. Орел: ОрелГТУ, 2007. 127 с., с.95-                                                                   101.