Variatoare continue mecanice

Variatoarele continue mecanice se realizeaza intr-o multitudine de variante constructive, functie de conditiile impuse in primul rand de specificul cinematicii echipamentului respectiv.

Modificarea turatiei se bazeaza in principal pe frictiune, la majoritatea tipurilor constructive, exceptie facind citiva variatori cu lant sau curea (dintata).

Aceste variatoare se caracterizeaza prin Raportul de reglare a turatiilor Rv, curba de variatie a turatiilor, valorile limita ale momentului de torsiune transmis, randament, gradul de complexitate, etc.

Conventional, reteaua structurala este prezentata in figura urmatoare, unde I este arborele de intrare, iar II este iesirea, cu turatii variabile intre nmin si nmax.

Variatoarele continue mecanice nu au rapoarte de reglare a turatiilor suficient de mari incat sa poata fi utilizate ca mecanisme independente (maxim Rn ≤16). Pentru realizarea unui domeniu de reglare a turatiilor suficient, corespunzator, se intercaleaza in lanturile cinematice si mecanisme multiplicatoare de turatii cu roti dintate. Variatorul continuu poate fi plasat atat pe intrare in lantul cinematic (stanga), cat si la iesire din acesta (dreapta).

Amplasarea variatorului continuu de turatii intr-un lant cinematic cu mecanism de multiplicare se recomanda a se face la intrarea in lant, deoarece aici turatiile fiind mai ridicate, momentele de torsiune sunt mai mici si in consecinta dimensiunile variatorului vor avea valori corespunzatoare.

Variatoarele continue mecanice se pot imparti in variatoare cu contact direct si variatoare cu elemente intermediare.

Variatoare continue mecanice cu contact direct

Variatorul conic cu roata plana

Miscarea se transmite prin frecare, prin contact direct, intre elementul conducator (conul 1) si elementul condus (roata 2). Roata 2 are o suprafata plana de contact, presiunea de contact necesara fiind asigurata de arcul 3, a carui tensiune poate fi de regula reglabila.

Raportul de transmitere al mecanismului se determina cu formula:

unde, 0,97 (coeficient de

alunecare)Turatia la arborele II de iesire din variator se modifica (de obicei), asa cum rezulta si

din variatorul prezentat in dreapta figurii, prin modificarea razei r1 , deplasand conul pe directia generatoarei care este in contact cu roata plana (sageata stanga sus). Domeniul de reglare al turatiilor pentru aceste tipuri de variatoare nu este prea mare, ajunge maxim la

Rnv=4 ( ), ceea ce necesita, in exploatare, combinarea cu alte tipuri de variatoare. Alte

date tehnice orientative: P=2,5 kw, V=15m/s, randament η=0,9.Gabaritul acestor tipuri de variatoare este mic, utilizandu-se la masini de talie mica,

cum ar fi cele de gaurit ce se incadreaza in datele tehnice prezentate mai sus. Se poate lega asa ca in figura din dreapta, direct dupa motorul de actionare. Trebuie tinut cont in proiectare si exploatare de turatiile relativ mari, incalzirea si uzurile ce apar din cauza frecarilor din zona de contact.

Variatorul prezentat in dreapta figurii este actionat de motorul M al carui ax reprezinta si calea de intrare a miscarii, roata conica 1, roata plana de frictiune 2, arcul elicoidal 4 cu care se poate modifica presiunea specifica de contact, angrenajul z1, z2 cu dantura inclinata, pentru o functionare mai silentioasa si de asemenea o demultiplicare de turatie necesara la arborele de iesire III.

Variator cu rola cilindrica si con

Este tipul de baza al variatorilor mecanici continui fara elemente intermediare. Miscarea se poate transmite atat de la rola la con cat si invers. Datele tehnice sunt sensibil egale cu ale variatorului conic cu roata plana, respectiv dispune de un raport de reglare al turatiilor Rnv=3...4.

Pentru o pozitie oarecare a rolei cilindrice, la distanta x fata de virful conului, expresia raportului de transmitere este:

,

unde: Rx=x sinα

Unghiul α al semiconului de rotatie este o constanta constructiva influentand raportul de transmitere si raportul de reglare al turatiilor. O crestere a unghiului α determina o crestere si pentru raportul de transmitere.

Un caz particular al acestui tip de variator este atunci cand unghiul α este de 900, caz in care conul devine o roata plana.

Acest tip de actionare se intilneste frecvent la presele cu frictiune, roata plana fiind masiva pentru indeplinirea si a uni rol de volant, pentru scoaterea din punctele moarte, respectiv pentru cresterea momentului de impact la presa respectiva.

Utilizarea unei constructii cu doua conuri, la care unghiul α poate fi sau nu egal, duce la o marire a raportului de reglare al turatiilor (Rn= 4...9).

De obicei conurile au acelasi unghi (2α) deci cele doua axe vor fi paralele. Acest paralelism al axelor faciliteaza constructia fizica a acestor variatoare si incadrarea lor intr-un lant cinematic mai complex.

In cazul acestor variatoare raportul de reglare nu se dubleaza, rola de contact lucrand bine doar pina la h1, respectiv h2. Pe ansamblu se obtine un raport H/h=3...4.

O alta varianta constructiva a acestor tipuri de variatoare, avind un inel rigid in locul rolei de contact este prezentata alaturat.

Variatia turatiei este similara cu a variatorului cu doua conuri si rola. Avantajele in acest caz ar fi paralelismul axelor conurilor si marimea suprafetei in contact (a inelului de legatura), aceasta fiind mai mare

decat circumferinta rolei. Acest tip de variator poate functiona in interiorul unei cutii de viteze ce are ungere interna, putandu-se asigura un coeficient de frecare suficient de mare intre conuri si inel.

O constructie apartinand aceleiasi familii este prezentata alaturat, respectiv varianta constructiva a variatorului cu doua conuri si rola, atunci cand unghiurile α1 si α2 au ambele 900.

Contactul intre discuri si rola este in punctele N1

si N2. Teoretic acest echipament ar putea deplasa pentru variatia turatiei doar rola (pozitia axei N1- N2), sau in conditiile in care am putea deplasa si unul din axele discurilor am mari considerabil raportul de reglare.

Variator cu modificarea unghiului dintre axe

Dupa cum se poate intui din schema alaturata, arborele de intrare in variator este I, pe el fiind plasat si motorul electric 1. Acest ax are si posibilitatea schimbarii unghiulare α, deci schimbarea punctului de contact dintre roata conducatoare 2 si conul condus 3, respectiv valoarea celor doua raze r1 si r2.

Raportul de transmitere:

unde, 0,97 (coeficient de alunecare)

Domeniul de reglare al turatiilor Rnv≤8, viteza periferica maxima vmax=15m/s, puterea maxima P=2,5kw, cu un randament de η=0,85.

Aceste variatoare pot fi intalnite la masini de gaurit de putere mica cu coloana. Motorul impreuna cu arborele I si roata conducatoare 2 se amplaseaza in carcasa masinii, discul conic 3 fiind rigid cu arborele principal.

Variatoare continue mecanice cu elemente intermediare

Variatoare sferice

La aceste tipuri de variatoare miscarea se transmite de la arborele I la arborele II, sau invers, prin intermediul mai multor sfere dispuse circular, in contact cu cele doua conuri (2 si 3) de pe arborii I si II. Sferele sunt obligate sa se roteasca in jurul axelor x-x, fiind in contact permanent cu ambele conuri de inclinatie α. Pozitia acestor axe se poate modifica (unghiul β), prin aceasta modificandu-se raportul de transfer.

r1=Rcos(α- β) r2=Rcos(α+ β)Raportul de transmitere al variatorului are expresia:

Raportul de reglare al turatiilor Rnv≤9, puterea maxima ce poate fi transmisa cu acest variator Pmax=7,5kw, la un randament aproximativ de 0,8.

Variatoare toroidale

Ca si la variatoarele sferice unde elementul intermediar este sfera, aici avem dispuse circular mai multe role in contact permanent (frictiune) cu discurile toroidale 1 si 2 solidare la rindul lor cu arborii I si II de intrare, respectiv iesire din variator.

Raportul de transmitere:

;

unde R1=A-r0sin(θ-α)R2=A-r0sin(θ+α)

Deci:

Raportul de transmitere maxim are loc pentru unghiul +αmax ≈ 300, si raportul de transmitere minim pentru - αmax ≈ 300.

Raportul de reglare al turatiilor, Rnv este in jurul valorii de 8, la o viteza periferica maxim admisa de 20m/s, o putere maxima de transmis de 25kw, la un randament de aproximativ 85%.

Aceste tipuri de variatoare au o raspandire mai larga, intalnindu-se in lanturile cinematice (principale) ale strungurilor, strungurilor revolver, masini de gaurit.

Variatoare cu roti conice duble

Sunt cele mai raspandite variatoare continue, si pentru faptul ca elementul intermediar (elastic sau rigid) poate fi curea, lant sau inel rigid. In functie de elementul intermediar, suprafata conurilor poate fi neteda sau canelata. In functie de elementul intermediar,

variatorul poate lucra in mediu umed, in baie de ulei, sau in mediu uscat, in cazul curelelor trapezoidale.

Aceste tipuri de variatoare sunt formate din doua perechi de discuri conice identice, opuse pe cele doua axe. Intrarea miscarii in variator se face pe una din cele doua axe iar cealalta axa reprezinta iesirea. Pe fiecare ax conurile se pot deplasa axial, astfel ca daca una din perechile de conuri se apropie, cealalta se departeaza, realizand variatia turatiei la iesirea din variator.In schita din stanga sus este prezentat un

astfel de mecanism ce modifica pozitia perechilor de conuri cu ajutorul parghiilor

articulate P1 si P2, mentinand totodata aceeasi tensiune in elementul intermediar fie el curea sau lant.

Daca se utilizeaza ca element intermediar un inel rigid, principiul este acelasi, in figura de jos fiind prezentate trei scheme reprezentative. Avantajul acestei variante este functionarea cu ungere, foarte silentios, iar precizia ridicata de realizare organologica ducand la puteri ridicate de transmis (lant cinematic principal la masini de gaurit in coordonate).

Raportul de tarnsmitere:

unde,

0,96 este coeficientul de alunecare pentru curea trapezoidala si r1, r2 sunt razele medii.

Cateva date tehnice orientative:

Nr. Tipul elementului intermediar Rnv(Rap.de

reglare turatii)

Vmax [m/s](viteza perif.

max.)

Pmax [kw](Putere maxima transmisibila)

η(randamen

t)

1. Inel rigid 16 15 7 0.852. Curea trapezoidala normala 9 18 2.5 0.923. Curea trapezoidala lata 12 15 15 0.924. Lant special 7 10 25 0.90

In cazul lantului special, datorita canelurilor de pe conuri si formei lantului, practic nu sunt pierderi datorate alunecarilor. Deoarece lantul se infasoara pe perechile de conuri, exista

un numar mare de caneluri, respectiv lamelele de pe lant in contact, astfel ca presiunea de contact se distribuie. Lucrand si in baie de ulei, durabilitatea variatoarelor de acest tip este mare, pot transmite momente de torsiune mari si pot fi usor adaptate in constructia masinilor unelte, in lanturile cinematice principale ale strungurilor, masinilor de gaurit, masinilor de frezat, strungurilor revolver, etc.