Вариатор своими руками чертежи

ВАРИАТОР НА СНЕГОХОДЕ

Создание силовой передачи — главная трудность, возникающая перед каждым конструктором мотонарт. От того, насколько рационально будет осуществлена передача крутящего момента с коленчатого вала двигателя на ведущее колесо (барабан) гусеницы, зависят тяговые свойства машины. Общее передаточное отношение: двигатель — ведущее колесо движителя, достаточное для обеспечивания проходимости в самых тяжелых дорожных условиях, как показали расчеты, должно составить 1 ÷ 10.

Силовая передача (рис. 1) разделена на два самостоятельных участка. Первый позволяет изменять передаточное отношение между двигателем и промежуточным валом. Этот узел обычно либо мотоциклетная коробка передач, либо наиболее практичная конструкция — клиноременный вариатор.

Рис. 1. Схема силовой передачи мотонарт: 1 — лента гусеницы, 2 — снегозацеп, 3 — подкладка на внутренней стороне ленты, 4 — ведомая звездочка цепи бортовой передачи, 5 — паразитная звездочка, 6 — цепь бортовой передачи, 7 — ведущий вал, 8 — ведущее колесо гусеницы, 9 — ведущая звездочка бортовой передачи, 10 — ведомый вал вариатора, 11 — опора пружины ведомого шкива, 12 — направляющий штырь, 13 — подвижный диск ведомого шкива, 14 — неподвижный диск вариатора, 15 — клиновидный ремень, 16 — ведущий шкив вариатора, 17 — барабан колодочного тормоза, 18 — подвижный диск ведущего шкива вариатора, 19 — педаль тормоза, 20 — вал двигателя, 21 — двигатель, 22 — карбюратор, 23 — магнето, 24 — картер двигателя, 25 — выхлопной трубопровод двигателя, 26 — грузики автоматической регулировки, 27 — пружина подвижных кронштейнов катков, 28 — подвижные кронштейны, 29 — каток.

Второй участок силовой передачи имеет неизменяемое передаточное отношение. Он почти аналогичен для мотонарт всех типов. У этих машин, имеющих значительно меньшую инерцию, чем мотоцикл, переключение коробки перемены передач обычно сопровождается рывками и является основной причиной разрыва цепей.

Вариатор (рис. 2), представляющий собой бесступенчатую коробку скоростей, плавно, автоматически (без вмешательства водителя) изменяет передаточное отношение между ведущим и ведомым валами в зависимости от действующей на гусеницу нагрузки.

Рис. 2. Схема работы клиноременного вариатора: А — положение холостого хода, Б — положение максимальных оборотов. 1 — ведущий шкив вариатора, 2 — шариковый подшипник, 3 — клиновидный ремень, 4 — ведомый шкив вариатора.

Вариатор состоит из ведущего и ведомого шкивов, соединяемых клиновидным ремнем, передающим усилие за счет трения. Каждый шкив включает неподвижный и подвижный в осевом направлении диски. В зависимости от количества оборотов двигателя диски благодаря наличию автоматического регулятора занимают относительно друг друга положение, соответствующее необходимому передаточному отношению при данной нагрузке.

При увеличении оборотов двигателя диски ведущего шкива сжимаются, расположенный между ними клиновидный ремень переходит на больший диаметр.

Ведущий шкив вариатора (рис. 3) установлен на выходном конце коленчатого вала двигателя и крепится на его конусном хвостовике с помощью шпонки, передающей крутящий момент от двигателя. Шкив затягивается на конусе законтривающимся болтом. Он также состоит из двух дисков, а также подшипника холостого хода (см. рис. 2) и механизма автоматического регулирования. Подвижный диск перемещается в осевом направлении по шлицам хвостовика неподвижного диска.

Рис. 3. Конструктивная схема работы ведущего шкива вариатора: А — положение холостого хода, Б — положение максимальной передачи. 1 — чашка центробежного регулятора, 2 — кронштейн, 3 — ось грузика, 4 — грузик, 5 — упорный фланец подвижного шкива, 6 — направляющая пружины, 7 — пружина, 8 — болт, 9 — внутренний шестигранник, 10 — упор чашки, 11 — шлицованный хвостовик, 12 — подвижный диск, 13 — неподвижный диск, 14 — клиновидный ремень, 15 — наружная обойма шарикоподшипника, 16 — внутренняя обойма, 17 — хвостовик коленчатого вала двигателя, 18 — направляющая пружины, 19 — шпонка крепления неподвижного диска, 20 — двигатель.

Их взаимное положение регулируют грузики, навешенные на осях кронштейнов, приваренных к кожуху. Цилиндрическая пружина постоянно стремится раздвинуть диски ведущего шкива и при вращении механизма уравновешивает осевую силу, возникающую от центробежных сил грузиков.

Ведомый шкив вариатора (рис. 4) также состоит из двух дисков. При этом неподвижный диск посажен на шлицы выходного вала (см. рис. 1) ведущей звездочки бортовой передачи. Этот диск имеет ступицу и шесть направляющих штырей, по которым в осевом направлении перемещается подвижный диск шкива. Направляющие штыри передают крутящий момент.

Рис. 4. Схема работы ведомого шкива клиноременного вариатора: А — положение максимальных оборотов, Б — положение холостого хода. 1 — подвижный шкив, 2 — направляющий штырь, 3 — втулка подвижного шкива, 4 — пружина, 5 — опора пружины, 6 — шайба, 7 — болт крепления, 8 — клиновидный ремень, 9 — неподвижный диск шкива, 10 — ступица неподвижного шкива, 11 — вал привода ведущей шестерни бортовой передачи.

Во время работы шкивы вариатора вращаются синхронно. Ведущий при увеличении оборотов двигателя смещается, и ремень вращается по большему диаметру, увеличивая передаточное отношение и соответственно скорость мотонарт. Ведомый же шкив раздвигается ремнем, описывающим меньшую окружность.

Наличие клиноременного вариатора позволяет регулировать скорость движения мотонарт только за счет изменения оборотов коленчатого вала двигателя, то есть изменением положения дроссельной заслонки карбюратора.

Вариатор

Типы вариаторов

Передача вращающего момента в вариаторах происходит за счет сил трения — независимо от типа конструкции, регулирование передаточного отношения, как правило осуществляется путем переноса точек контакта элементов передачи. Рассмотрим несколько основных конструктивных схем вариаторов.

Лобовой вариатор

Принципиальная схема вариатора с перекрещивающимися валами (или лобового) показана на рисунке.

Ось ведомого вала перпендикулярна оси ведущего. На ведущем валу закреплен диск. Каток с фрикционными накладками установлен на шлицах ведомого вала. Получается, что каток может линейно перемещаться вдоль оси ведомого вала. Если каток вариатора прижат диску то вращение будет передаваться от ведущего вала к ведомому. Причем соотношение скоростей в вращающих моментов будет зависеть от расположения точки касания.

Чем ближе эта точка к центру тем медленнее будет вращаться выходной вал, и тем выше будет вращающий момент на нем.

n₁*X=n₂r

• где n₁ — частота вращения ведущего вала
• n₂ — частота вращения ведомого вала
• X — расстояния от центра ведущего диска до точки касания
• r — радиус ведомого катка

Передаточное отношение вариатора (отношение, угловых скоростей, частот вращения, моментов) можно вычислить по формуле:

Диапазон регулирования лобового вариатора определяется минимальным и максимальным значением Х:

Представленная конструкция вариатора позволяет реализовать изменять и направление вращения ведомого вала. Если точку касания диска переместить в противоположную сторону от центра ведущего диска, то направление вращения ведомого вала изменится.

Вариатор с раздвижными конусами

Вариаторы этого типа получили широкое применяют в трансмиссиях автомобилей, мотоциклов, станков. Устройство вариатора с раздвижными конусами показано на рисунке.

Валы установлены в корпусе на подшипниках. Оси вращения ведущего и ведомого валов расположены параллельно.

На ведомом и ведущем валу расположены конические диски, которые могут перемещаться вдоль осей вращения.

Между дисками зажат стальное или армированное резиновый ремень. При вращении ведущего вала, вращение через ремень передается ведущему валу.

Получается, что диски образуют два шкива, между которыми расположен ремень, благодаря конструкции рабочий диаметр шкивов может изменяться, а значит будет меняться и передаточное отношение.

Отношение частот вращения валов вариатора будет зависеть от расположения точек касания дисков и конуса.

Чем дальше точка касания от оси вращения ведущего вала, и чем ближе к оси вращения ведомого, тем выше будет частота вращения ведомого вала.

Передаточное отношения вариатора с раздвижными конусам можно вычислить по формуле:

Диапазон регулирования можно вычислить, используя зависимость:

Вариатор с постоянными конусами и промежуточным диском

Устройство вариатора показано на рисунке.

На ведомом и ведущем валу вариатора закреплены конические барабаны, между которыми, на оси расположен каток. С помощью винта каток может перемещаться по оси. Пружина позволяет обеспечить надежное прижатие барабанов и катка.

Передаточное отношение вариатора будет зависеть от расположения точки касания катка и барабанов:

Диапазон регулирования будут определяться как:

Торовый вариатор

Конструкция торового вариатора показана на рисунке.

На валах расположены торовые чашки со сферическими поверхностями. Между чашечками установлены ролики, через которые вращающий момент передается от ведомого вала к ведущему.

Регулирование передаточного отношения осуществляется за счет изменения угла наклона роликов. Если ролики перпендикулярны дискам, то передаточное число будет равно 1.

Двухступенчатые вариаторы

Для диапазонов регулирования выше 10 рекомендуется применять двухступенчатые вариаторы, содержащие две фрикционные передачи. Разработаны конструкции с регулированием двух и четырех шкивов. В зависимости от способа перемещения дисков различают:

• вариаторы с принудительным перемещением двух дисков на ведущем и ведомом валах или на промежуточном валу и с двумя плавающими дисками;
• с принудительным перемещением двух дисков и с двумя подгруженными дисками;
• с принудительным перемещением четырех дисков.

КПД двухступенчатых вариаторов с плавающими дисками не составляет 60-85%. Применение схемы с четырьмя принудительно перемещаемыми дисками позволяет повысить КПД вариатора.

Применение вариаторов

Вариаторы используют в качестве бесступенчатой трансмиссии:

• автомобилей;
• сельскохозяйственных машин;
• волочильных станков;
• прессов;
• прокатных станов;
• токарно-винторезных станков;
• фрезерных станков;
• текстильных и других станков с намоточными устройствами.

Надежность вариаторов

Основным вектором развития вариаторов является повышение КПД, надежности и ресурса. Одна из главных задач — повышение долговечности ремня, при сохранении должных фрикционных свойств.

Другой важной задачей является поддержание хорошего качества поверхности и геометрии дисков.

Ресурс ремня вариатора

При работе вариатора в ремне возникают циклически изменяющиеся напряжения. Под действием циклического деформирования в элементах ремня необратимые возникают усталостные изменения — появляются микротрещины, надрывы, которые в итоге приводят к разрыву ремня.

Для повышения надежности работы вариатора для производства ремней используются современные износостойкие полимеры, композиционные материалы, применяется армирование, также разрабатываются конструкции с металлическими «цепными» ремнями.

Ресурс вариаторов современных автомобилей, по заверениям производителей, может достигать 150 — 200 тысяч километров, при грамотном обслуживании.

Масло для вариатора

Правильное подобранное масло позволяет значительно повысить ресурс и надежность вариатора.

Масло, залитое в вариатор должно обеспечивать следующие функции:

• смазывание поверхостей подвижных деталей;
• отвод тепла от нагретых элементов;
• удаление мелких частиц износа из зоны контакта трущихся деталей;
• предотвращении коррозии металлических поверхностей;
• сохранять характеристики в широком диапазоне рабочих температур.

Получается, что с одной стороны масло должно смазывать подвижные детали, с другой — не допускается проскальзывания ремня. Добиться этого помогает специальное масло низкой вязкости с присадками, отличающееся, от того, что заливают в в редукторы, коробки передач и т.д.

Важным фактротом надежности вариатора является и своевременная замена масла. На современных автомобилях масло в вариаторе рекомендуется менять не реже, чем каждые 30 тысяч километров пробега.

Вариатор для станка своими руками

При работе на токарном станке, очень часто возникает потребность в разных скоростях вращения заготовки. Это объясняется тем, что при разных операциях необходима своя скорость. Вследствие этого станки токарные, и не только, оборудуются целыми группами шкивов. Эти шкивы, в свою очередь, позволяют изменять скорости вращения заготовок, перебрасывания ремень передачи в определенную точку. В этом есть некоторые недостатки, связаны с тем, что станок обязательно нужно останавливать и так далее. Поэтому, как вариант решения проблемы, предлагаем вам изготовить самодельный вариатор для станка.

Нельзя сказать, что данный вариант не имеет проблем и своих недостатков. Наоборот, такие недостатки есть, и главный из них это существенное проскальзывание ремня, в сравнении с клиноременной передачей. Но, такое проскальзывание является неплохой защитой мотора от заклиниваний заготовок. К тому же, даже такой простой способ позволит изменять скорости вращения заготовок, без выключения станка, а скорость вращения при этом будет регулироваться очень плавно.

Что ж, давайте посмотрим, каким образом сделать такой вариатор собственноручно. Прежде всего, необходимо изготовить деревянные конусы, выбрав при этом твердую породу дерева. Конусы не обязательно делать при помощи станка. Их можно изготовить из дисков, вырезанных лобзиком. Так, необходимо вырезать их под таким углом, который будет равен углу наклона конуса. Поэтому, для совершения такой операции далеко не обязательно использовать электрический лобзик, вполне сгодиться и ручной. Когда все диски вырезаны, их нужно собрать в один единый конус. Так, диски можно посадить на хороший клей, или же сбить гвоздями. При этом, используйте небольшие гвозди и учтите, что их нужно заколачивать равномерно, чтоб не нарушить в последствии центр тяжести конуса. Таким образом, будьте предельно внимательными.

Выпиливание заготовок лобзиком, согласно углам описанным выше

Теперь, когда конусы готовы, их нужно посадить на стержни из металла. Причем насаживать нужно как можно глубже и крепче. После того, как вы установили конус на стержне в конечном положении, не забудьте зафиксировать их при помощи шурупов.

Так фиксируются конусы

Для того чтоб ремень мог беспрепятственно перемещаться вдоль конусов, и зафиксироваться в нужном для нас положении, необходимо сделать направляющую на роликах. На рисунке ниже, вы наглядно можете увидеть конструкцию направляющих, а в качестве роликов можно использовать деревянные катушки, на которые обычно наматываются нитки.

А так выглядит направляющая на роликах

Также, в качестве роликов можно взять обычные шарикоподшипники. Даже если они будут не достаточно широкими, можно установить два, три и более подшипников в зависимости от того каких они размеров, и какого размера дорожка, по которой они будут перемещаться. Ну и конечно, можно использовать фторопластовые ролики, как изображено на рисунке, но такой вариант обойдется дороже остальных.

После того как направляющая будет готова, она должна будет перемещаться вдоль конусов при помощи перемещения гайки. В свою очередь, эта гайка навинчивается на вращающийся винт (причем свободно вращающийся), или же резьбовую штангу. Но, для того чтоб винт не мог перемещаться вдоль наших конусов, не его конец навинчиваются две шайбочки, которые затягиваются относительно самих себя. Если же используется резьбовая штанга, проделайте такую операцию с обеих сторон. Гайку направляющей вы можете приклеить клеем, или же припаять.

Также, необходимо сделать ручку, которая будет вращать винт. Здесь, вы можете сделать это так, как подсказывает вам ваш опыт, но в качестве примера приведем картинку с исполнением именно такой ручки.

В данном случае, ручку не обязательно припаивать. Достаточно зажать ее между гайками, конечно, если в центре этой пластины есть отверстие.

Напоминаем, что стабильная и нормальная работа вариатора будет с использованием ремня именно круглого сечения. Поэтому, не упускайте важных деталей, и приступайте к изготовлению самодельного вариатора с фантазией, экспериментируя на том или ином решении.

Еще о станках:

Техника — молодёжи 1983-08, страница 51

ШЛИЦЕВОЙ КАРДАННЫЙ ВАЛ (с ШАРИКОВОЙ МУФТОЙ)

с атмосферным, благодаря чему шкивы предельно сближаются и скорость автомобиля возрастает.

Что касается ведомых шкивов, то их подвижные фланцы постоянно поджаты пружинами, стремящимися сократить межфланцевый промежуток и, следовательно, натянуть ремни.

Незнакомый с работами «Дафа» в этой области, умелец интуитивно нашел наипростейший путь, скомпоновав вариатор из доступных для «домашнего» изготовления узлов. Ему удалось обойтись без наиболее сложной системы — вакуумных камер и усилителей и прочей электронно-гидравлической начинки. Вместо этого мы видим два подшипника и простейшие механические узлы. Сколь ни парадоксально это звучит, но упрощение позволило эффектно решить проблему «раннего» включения автоматического сцепления — это происходит при 900—950 об/мин (против ‘1000—11100 об/мин у «Дафа») . Причем, если у голландцев кли-новый ремень на малом газу вхолостую, бесполезно изнашиваясь, трется о шкивы, то у самоделыцика он «культурно», если так можно выразиться, вращается на ограничительных втулках с конусным профилем, таким же, как и у клинового ремня. Поскольку в это время ремень не касается рабочей поверхности ведущих полушкивов, то передачи полезной нагрузки не происходит.

Рассмотрим «щекотливый» для всех конструкций подобного рода момент трогания с места: именно здесь заключена одна из самых «вкусных» изюминок мироновского изобретения. С увеличением оборотов (свыше 300— 950) центробежный механизм сдвигает полушкивы, захватывая верхнюю кромку ремней, принуждая их ко вращению. Приходят в действие ве

домые шкивы. Так происходит сцепление. Автомобиль трогается.

С увеличением оборотов двигателя центробежный механизм, воздействуя на ведущие полушкивы, вытесняет клиновый ремень на все более «высокие» орбиты. Скорость автомобиля возрастает. Самое верхнее положение ремня соответствует максимальной скорости передвижения.

Вариатор Миронова позволяет осуществлять и так называемое торможение двигателем. В этом случае ремень занимает крайнее нижнее положение. Еще более эффективно можно применить торможение реверсом -— его особенно часто используют для быстрой остановки токарного станка, включая задний ход. Если эту операцию проделать с традиционной коробкой передач — она мгновенно разлетится, а вариатору хоть бы что: автомобиль не только остановится, но и поедет назад. если не будет сброшен газ.

В заключение еще об одной особенности этой уникальной самодеятельной конструкции. Подлинным камнем преткновения для создателей вариаторов всех типов была и остается проблема регулировки натяжения ремней. Межцентровое расстояние между ведущими и ведомыми шкивами менялось •— особенно при переменном режиме движения — по очень сложному закону. Между тем, если начиналось проскальзывание, то оно сводило на нет главные преимущества вариатора. Специалистам «Дафа», как мы помним, в этой связи пришлось даже ведомые шкивы сделать с изменяемыми диаметрами.

Не мудрствуя лукаво, конструктор из Подмосковья нашел гораздо более простое, а главное, неожидан-

Ведущая часть бесступенчатой силовой передачи.

ное решение, натягивая ремни с помощью обыкновенной цилиндрической пружины (см. схему), отодвигавшей реверсивный узел вместе с ведущими шкивами тем сильнее, чем большую нагрузку передавала ременная передача.

Вот и вся (кстати, очень типичная для самоделыцика!) автоматика, ремень, шкив да пружина.

Изобретение Миронова — лучшее, ярчайшее подтверждение того, какое поразительное явление мы встретили в лице самодеятельных автостроителей.

Специалисты подсчитали, что начинка автомобиля «на подтяжках» стоит в 20 раз (. ) дешевле, чем у традиционных моделей. Бесспорно, факт этот будет учтен самоделыци-ками, новинка будет взята ими на вооружение. Но только ли ими? Профессиональным конструкторам автомобильной техники, уверен, будет интересно и небесполезно знакомство с находкой XVII всесоюзного автопробега — самоделкой с автоматическим сцеплением Владимира Миронова. Как-никак первый в СССР автомобиль подобного типа. Реальная — из металла! — машина, на спидометре которой уже накручено 20 тыс. км.

Конструктор из Подмосковья Владимир МИРОНОВ со своей «Веснянкой».

Схема автомобиля В. МИРОНОВА с бесступенчатой силовой передачей.

Так выглядит в металле вариатор конструкции В. Миронова (а. с. № 937839). В центре — подпружиненный реверсивный узел, сбоку видны ведущие полушкивы с центробежными регуляторами.

пружина и центробежный направляющие задним подвижныи диск механизм реверса рычаг подвески