Пассивная адаптивність і «живучість» фрикційного вариатора

Пассивная адаптивність і «живучість» фрикційного вариатора

Нурбей Гулиа, Дмитро Ковчегин, Сергій Юрков, Катерина Петракова Испытания нового планетарного дискового вариатора (пат. РФ№ 2 140 028, автор — Н.В.Гулиа) показали, що він має здатність адаптивності, чи пристосовності до зовнішніх впливів, у разі - моменту опору на вихідному валу [1]. Проте, аналіз експериментальних характеристик цього вариатора [2] показав, ця адаптивність поширюється істотно більш широкий діапазон варіювання, що вона передбачено конструкцією вариатора. Так, наприклад, за максимального кинематическом передатному відношенні вариатора ік, визначеному величиною переміщення рухливих фрикционов — сателітів [1], рівному 7,84, реальне передатне ставлення iр досягало 14 і більш. Припущення, що таке значно знизився рівень частоти обертання вихідного валу пов’язано тільки з проскальзыванием робочих тіл (фрикционов) вариатора, притаманне цього явища у науковій літературі [3], виявилася неспроможною. Річ у тім, що за такого підвищенні реального передатного відносини iр ККД вариатора падав негаразд різко, як і мало відбуватися, а головне — момент на вихідному валу продовжував підвищуватися, чого просто більше не може бути при простому проскальзывании. Тим більше що, наявність тієї чи іншої проскальзывания обов’язково під час роботи фрикційного вариатора. Щоб вийти з виниклого протиріччя автори провели докладний аналіз явища підвищення реального передатного відносини iр за межами кордонів, дозволених кінематикою вариатора — iк.

Авторы припустили, що у зміні передатного відносини позначаються два чинника одночасно — упругогидродинамическое (УГД) ковзання p. s і пасивна адаптивність. Було поставлене завдання встановити роль кожного із зазначених факторов.

На основі аналізу експериментальних даних, отриманих на випробувальному стенді кафедри «Деталі машин» Московського Державного Індустріального Університету (МГИУ), і навіть даних [3], Е. А. Петраковой отримані співвідношення, відбивають вплив як УГД ковзання, і пасивної адаптивності зміну ip.

УГД ковзання — складний фізичний процес, але у техніці його можна зводити до следующему.

1. УГД ковзання p. s знижує частоту обертання вихідного валу при постійної частоті обертання вхідного, отже, підвищує ip з допомогою його складової iск:

iск = 1 / (1 — p. s). (1).

2. УГД ковзання не змінює співвідношення вращающих моментів на вихідному T2 і вхідному T1 валах.

3. Втрати потужності Nск при УГДскольжении прямо пропорційні величині УГДскольжения p. s, а ККД, залежить від УГДскольжения, равен:

?ск = (1 — p. s). (2).

Под пасивної адаптивностью (чи пасивної адаптацією) теоретично автоматичного управління розуміється здатність системи забезпечувати необхідні якості управління при зміні параметрів об'єкта управління у певних межах. Таким узагальненим параметром об'єкта управління у нашому випадку може служити коефіцієнт запасу по сцеплению ?, добре відомий з трибологии*:

* Трибология (від грецьк. tribos — тертя і …логия), наукову дисципліну, що займається вивченням тертя і зносу вузлів машин і європейських механізмів у присутності мастильних материалов.

? = (Fn · f) / Ft, (3).

где f-коэффициент тертя; Fn, Ft — відповідно, нормальні і тангенціальні складові сили у фрикционном контакте.

Исходя з [1], при фіксованих Fn (тиск контактують) і f, саме значення? визначає величину Ft, отже, і момент на вихідному валу.

Влияние пасивної адаптивності можна висунути зі розгляду зони фрикційного контакту ведучого і відомого тіл качения вариатора (рис.1).

.

Рис. 1. Зона фрикційного контакту ведучого і відомого тіл качения вариатора Центры О1 і О2 і навіть, радіуси R1 і R2, відповідно, ставляться до ведучого і відомому тілах качения; m- усунення нескользящей точки Про, тим більше, що менше ?.

Таким чином, під час перебування точки Про у центрі зони контакту і m=0 (Ft=0 і момент на валах нульовий), кинематическое передатне отношение:

iк = ?2 / ?1 = R2 / R1. (4).

При появу і зростанні зусилля Ft у передачі m зростає й реальне передатне ставлення ip (поки не враховуючи УГД ковзання) теж растет:

iр = (R2 + m) / (R1 — m). (5).

Если висловити при цьому случая.

ip = ік · im, (6).

где im — передатне ставлення, залежить від усунення нескользящей точки, то:

(7).

Реальное передатне ставлення вариатора можна означити як твір які його складають im і iск на кинематическое передатне ставлення iк:

ip = ік · im · iск. (8).

На кафедрі «Деталі машин» МГИУ проводилися випробування дискової фрикционной передачі з підвищенням частоти обертання від вхідного валу до вихідному, у даному разі, ми оперуємо з передаточным ставленням, менший від одиниці iк=0,17.

На графіці мал.2 показано як змінилося б кинематическое передатне ставлення ік -крива 1 внаслідок усунення нескользящей точки; не враховуючи УГДскольжения — кривая3; як впливає УГДскольжение, не враховуючи усунення нескользящей крапки над зміна ік — крива 2. Крива 4 відображає реальне передатне ставлення iр, отримане експериментально на випробувальному стенді кафедри «Деталі машин» МГИУ. Важливо зазначити, що реальні передавальні відносини, отримані експериментально, добре узгоджуються з розрахунковими ip обчисленими за запропонованою вище методиці щодо різноманітних ?.

.

Рис. 2. Залежність передатних відносин від коефіцієнта запасу по сцеплению ?: 1- кінематичного ік; 2 — з урахуванням УГД ковзання is; 3 — з урахуванням усунення нескользящей точки im; 4 — реального iр На графіці рис. 3 наведено залежності im/iк (крива 1) і iск/iк (крива 2) від коефіцієнта запасу по сцеплению ?.

.

Рис. 3. Залежність відносних величин icк/iк і im/iк від коефіцієнта запасу по сцеплению ?: 1-im/iк; 2-icк/iк Важно помітити, що поводить момент на вихідному валу не враховує величину iск:

T2 = T1 ік im? ск ?геом ?доб, (9).

где ?геом — ККД геометричного ковзання, добре відомий з триботехники; ?доб-КПД, залежить від втрат потужності опорах, на гистерезис і здавлювання олії на контакті, циркуляцію потужності і пр.

Вычисление ?геом і ?доб для вариатора наведено, наприклад, в[4].

На графіці рис. 4 наведено залежності загальних втрат швидкості на відомому ланці як від УГД ковзання, і від усунення нескользящей точки —? (крива 3), і навіть залежності втрат швидкості тільки від УГД ковзання — ?s (крива 1) і гіркоту втрат швидкості тільки від усунення нескользящей точки — ?m (крива 2) від значень ?.

.

Рис. 4. Залежність втрат швидкості на відомому ланці від коефіцієнта запасу по сцеплению ?: 1 — втрати швидкості від УГД ковзання? s; 2 — втрати швидкості, пов’язані з зміщенням нескользящей точки? m; 3-общие втрати швидкості ?

Так як із заданих кінематичних положеннях робочих тіл, визначальних тиск Fn для даного вариатора, значення Ft і T2, залежать від im відбудеться за незначного зниження ?, спрощення розрахунків введемо значення наведеного коефіцієнта тертя f'=f/?, який за зниженні? менше одиниці f'>f. Слід зазначити, що з високих значеннях Ft і T2 зростає УГД ковзання p. s, що знижує коефіцієнт тертя f'. Тому доцільно, підвищуючи величину m і знижуючи ?, робити це до певної межі, різного до різних швидкостей і тисків контактують те щоб значення f' лише підвищувався. Інакше за наявності суто диссипативных навантажень на відомому валу (наприклад, моменту тертя), може розпочатися повне буксування вариатора. Досвід свідчить, що у новому вариаторе це явище мало відбувається, навіть за дворазовому збільшенні реального передатного відносини з порівнянню з максимальним кинематическим iкmax.

На графіці див. мал.5 представлено зміна крутящего моменту T2 на вихідному валу нового планетарного дискового вариатора по експериментальним даним [2] в залежність від реального передатного числа uр.

Отметим, що у понижуючої передачі, якою є даний вариатор, передатне число u одно передатному відношенню і. Кинематическое передатне число (чи ставлення) даного вариатора змінюється не більше 1,3…7,84.

Следует помітити, що у планетарному вариаторе, що має два контакту — зовнішнє і внутрішній, нескользящие точки в обох контактах зміщуються щодо одного напрямі - до осі обертання ведучого диска. З іншого боку, УГД ковзання має місце й у обох контактах. Обидва зазначених чинника поруч із особливостями планетарного вариатора ще більше збільшують реальне передатне число, проти не планетарної схемою. Слід зазначити, що з ip>iкmax це властивість вариатора забезпечує, зокрема, більш плавний старт автомобілі з трансмісією використовує вариатор.

Максимальное значення кінематичного передатного відносини iкmax=7,84 показано на графіці див. мал.5 точковим маркером. Вхідний вал вариатора наводився від асинхронного двигуна з цими двома парами полюсів, синхронна частота обертання якого 1500мин-1.

.

Рис. 5. Залежність крутящего моменту на вихідному валу T2 вариатора від реального передатного числа uр Видно, як крива зростає навіть за iр>iкmax, та був при, що сягають дуже високих значень, починає стабілізуватися за величиною. За цих значеннях iр величина f' сягає максимума.

Свойство підвищувати величину крутящего моменту на вихідному валу навіть по зниження його частоти обертання нижчу від мінімальної, з iкmax, раніше назвали авторами «живучістю» вариатора. «Живучість» нового вариатора дозволяє істотно підвищити його спроможність до перевантажень і до реалізації високих передатних відносин, що особливо корисно, наприклад, при старті, і розгоні автомобіля, подоланні їм пікових сопротивлений.

Список литературы.

Gulia N. V., Martin F., YurkovS.A., KovcheginD.A. New adaptive variator for automobile automatic stepless transmission and its experimental characteristics. НиТ, 2002.

Гулиа Н.В., КовчегинД.А., ЮрковС.А. Основні експериментальні характеристики нового адаптивного вариатора. НиТ, 2002.

Vojacek H., Tribologisches Forschungs-Labor, Rechenschaft «Elmatik» Gmb, 1985.

Гулиа Н.В., ЮрковС.А., ПетраковаЕ.А., КовчегинД.А., ВолковД.Б. Методика розрахунку основних параметрів фрикційного дискового вариатора // Довідник. Інженерний журнал. — 2001. — № 1. — С.30…39.