Variatoare

7/28/2019 Variatoare

1/37

4. VARIATOARE (TRANSMISII PRIN FRICIUNE) [4; 6; 7; 8; 13; 14;

16; 21; 22;24; 29; 30; 31; 47; 50; 51; 52]

4.1. CARACTERIZARE I DOMENII DE FOLOSIRE

Transmisiile prin friciune sunt transmisii mecanice la care micarea de rotaie i momentul de

torsiune se transmit, de la elementul conductor la cel condus, prin intermediul forelor de frecare,

ca urmare a apsrii reciproce a elementelor n contact.

Transmisiile prin friciune pot fi: cu raport de transmitere constant, care realizeaz, la

elementul condus, o turaie constant, n ipoteza absenei alunecrilor; cu raport de transmitere

variabil (variatoare), care realizeaz, la elementul condus, o turaie variabil continuu, ntre anumite

limite.Principalele avantaje ale transmisiilor prin friciune sunt: funcioneaz la un nivel redus de

zgomot i vibraii; asigur protecia transmisiei n cazul apariiei unor suprasarcini n funcionare;

realizeaz reglarea continu a turaiei la ieire (variatoarele), n funcie de cerinele impuse de

maina de lucru; soluia constructiv este simpl i costul relativ redus, n cazul unora dintre

variatoare.

Cele mai importante dezavantaje ale transmisiilor prin friciune sunt: nu asigur un raport de

transmitere constant, ca urmare a alunecrilor dintre elementele n contact i a erorilor de execuie a

acestora; randamentul este mai redus dect al transmisiilor prin angrenaje, datorit alunecrilordintre elementele n contact; patinarea produce uzuri neuniforme a elementelor n contact,

conducnd la scoaterea din funciune a transmisiei; durabilitatea este relativ sczut; necesit fore

mari de apsare, care ncarc arborii i lagrele, determinnd mrirea gabaritului transmisiei.

Transmisiile prin friciune se recomand n urmtoarele cazuri: la transmisii cu rol cinematic,

puin ncrcate; la transmisii ncrcate cu sarcini mici, care funcioneaz la viteze foarte mari sau la

care se impune un nivel sczut de zgomot i vibraii; la transmisii ncrcate cu sarcini mici-medii,

care necesit reglarea continu a turaiei la ieire, impus de procesul tehnologic, dar care nu

necesit un raport de transmitere riguros constant. Acestea se ntlnesc: n industria constructoare de

maini; n industria extractiv, uoari alimentar; n transporturi; n agricultur.

4.2.PRINCIPALELE FORME DE DETERIORARE A TRANSMISIILOR PRINFRICIUNE

Principalele forme de deteriorare a suprafeelor active ale elementelor transmisiilor prin

friciune sunt: oboseala de contact (pittingul) i/sau griparea n cazul transmisiilor care

funcioneaz cu ungere; uzarea abrazivi/sau griparea n cazul transmisiilor care funcioneaz

fr ungere.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
http://www.pdffactory.com/http://www.pdffactory.com/


2/37

174 Transmisii mecanice

Oboseala de contact apare ca urmare a solicitrii variabile dup un ciclu pulsator a

straturilor superficiale de pe suprafeele funcionale ale elementelor n contact. Aceast form de

distrugere este caracteristic variatoarelor prin friciune care funcioneaz cu ungere i la care uzura

abraziv este nesemnificativ. Primele semne de oboseal sunt microfisuri de suprafa, care sedezvolt n timp, lund aspectul unor ciupituri, care micoreaz suprafaa funcional.

Uzarea abraziv este principala form de deteriorare a transmisiilor prin friciune care

funcioneaz fr ungere. Aceasta este favorizat de vitezele mici de funcionare i de sarcinile mari

de ncrcare a transmisiei, fiind sensibil influenat de existena alunecrilor geometrice i a

patinrilor.

Gripareapoate aprea att la transmisiile prin friciune fr ungere ct i la cele cu ungere, n

condiiile ntreruperii peliculei de lubrifiant dintre suprafeele n contact. Aceast form de

deteriorare este specific transmisiilor prin friciune care funcioneaz la viteze mari.

4.3. MATERIALE UTILIZATE N CONSTRUCIA TRANSMISIILOR PRIN

FRICIUNE

Principalele condiii pe care trebuie s le ndeplineasc materialele utilizate pentru construcia

elementelor active ale transmisiilor prin friciune sunt: rezistena la solicitarea de contact; rezistena

la uzur; coeficient de frecare ct mai mare pentru a se evita fore de apsare mari i constant n

timp.

Materialele caracterizate prin rezisten ridicat la solicitarea de contact i uzur se

grupeaz dup cum urmeaz:

oel clit/oel clit pentru transmisiile puternic ncrcate, la care se cere o durabilitate

mare i care funcioneaz cu sau fr ungere caracterizate prin gabarit minim i randament ridicat;

necesit precizii ridicate de execuie i montaj, concomitent cu reducerea alunecrilor geometrice,

care ar putea duce la apariia griprii;

font/oel clit pentru transmisiile care funcioneaz cu sau fr ungere, prezentnd

avantajul unei rezistene sporite la gripare;

font/font pentru transmisiile care funcioneaz cu ungere. Materialele care se caracterizeaz prin coeficieni de frecare mari i, deci, asigur

reducerea forei de apsare i elasticitate mrit care permite reducerea preciziei de execuie i

montaj sunt materiale nemetalice (textolit, cauciuc, piele etc.) /o el sau font. Acestea se

recomand pentru transmisii puin ncrcate, care funcioneaz fr ungere i se caracterizeaz prin

dimensiuni de gabarit mari i randament mai sczut. Materialul nemetalic se folosete sub form de

cptueli, montate pe elementul conductor, pentru asigurarea unei uzri uniforme.

Valorile coeficienilor de frecare ale diverselor cupluri de materiale, n funcie de condiiile de

funcionare (cu ungere sau fr ungere), sunt prezentate n tabelul 4.1.



3/37

Variatoare (Transmisii prin friciune) 175

Tabelul 4.1

Valorile coeficienilor de frecare , pentru diverse cupluri de materiale

Coeficientul de frecare

Condiiile de funcionare

Cuplul de materiale

Cu ungere Fr ungere

Oel clit/oel clit 0,04...0,05 0,15...0,18

Font/ oel clit 0,07...0,08 0,17...0,18

Font/font 0,08...0,1 -

Textolit/oel sau font - 0,2...0,4

Cauciuc/oel sau font - 0,8

4.4. ELEMENTE DE CALCUL

Pentru transmisiile prin friciune care funcioneaz cu ungere, forma principal de deteriorare

este oboseala de contact (apariia de ciupituri), pentru evitarea acesteia fiind necesar un calcul la

solicitarea de contact.

Unanim acceptat pentru calculul la solicitarea de contact este relaia lui Hertz, stabilit pe

baza unor ipoteze de calcul, pentru un contact liniar, ntre doi cilindrii, dup generatoare

,1

11

11

2

22

1

21

HPn

En

Hb

FZ

EE

b

F

=

+

= (4.1)

n care: ZE reprezint coeficientul de elasticitate al materialelor celor dou elemente n contact

care depinde de modulele de elasticitate longitudinale ale materialelor i de coeficienii de

contracie transversal a acestora (coeficienii Poisson) 1,2;Fn fora normal n zona de contact; b lungimea de contact; 1/ - curbura redus, calculat cu relaia

,111

21

=

(4.2)

n care semnul plus corespunde contactului exterior, iar semnul minus contactului interior (pentru

principalele forme ale zonelor de contacte ntlnite n transmisiile prin friciune, n tabelul 4.2 suntprezentate razele de curburi curbura redus); HP rezistena admisibil la solicitarea de contact,care se determin n funcie de cuplul de materiale ale elementelor n contact i de numrul de

cicluri de solicitare, cu relaia

,min

limN

H

H

HP ZS

= (4.3)

n care: Hlim reprezint tensiunea limit la solicitarea de contact, dup un ciclu pulsator (tabelul4.3); SH min coeficientul minim de siguran la oboseal a materialului (SH min = 1,11,2);

ZN factorul de durabilitate, care se determin cu relaia

.mL

BN

N

NZ = (4.4)



4/37


Tabelul 4.2

Razele de curburi curburile reduse pentru principalele forme ale zonelor de contact

Nr.crt.

Schema contactului Razele de curbur n zona de contactCurburi reduse

1 Variator frontal (mono) 1 =R1; 2

121

1111

R=

+

=

2 Variator conic (mono)1 =R1; 22 cos

xx

R =

min21min21max

cos1111RR

+=

+

=

2min raza de curbur la limita poziiei roleispre vrful conului (R2min)

3 Variator frontal cu role biconice (duo)

2;

sin 333

3

bRR

Rm

m =

= (3 element intermediar)

1x = 1

mx R313sin111 =+=

4 Variator sferic (duo) 3 =R3 (3 element intermediar)

=

cos1R

3

3

331

cos1cos111

RR

RR

RR

+=+

=

+

=

5 Variator cu conuri deplasabile i inel rigid

+

=cos2

2 13

xx

RA(3 element intermediar)

=

cos1

1x

x

R

+

=

=

cos2

21111

min1min1min3min1maxRAR



5/37


Tabelul 4.3

Tensiuni limit la solicitarea de contact

Materialul roilor Tratamentul aplicat Duritateasuperficial

Tensiunea limit

Hlim, MPaOLC 45 210280 HB 65070040 Cr10 285330 HB 78084041 MoCr11 270320 HB 77082035 MnSi12 255290 HB 73078534 MoCrNi15

mbuntire

310330 HB 735830OLC 45 4850 HRC 95099040 Cr10

Clire superficial5052 HRC 9901030

OLC 1518 MoCr1017 MoCrNi14

4460 HRC 11501250

21 TiMnCr1228 TiMnCr12

5863 HRC 18001920

17 MoCrNi1413 CrNi30

Cementare

6064 HRC 16801800

Alte tipuri (mrci) de oeluri. Pentru alte oeluri de mbuntire sau clite superficial: Hlim = cBHHB, n care cB =

2,62,8 pentru duriti < 300 HB, respectiv cB = 2,32,6 pentru duriti 300 HB;cB = 1,5 pentru font.

Pentru oeluri de cementare: Hlim = cRHHRC, n care cR = 2224 pentru oeluri aliatecu duriti > 5560 HRC.

n relaia (4.4):NB reprezint numrul ciclurilor de baz, la care diagrama de oboseal devine

asimptotici care este funcie de calitatea i tratamentul termic aplicat materialelor elementelor n

contact; m gradul curbei de oboseal;NL numrul real de cicluri de solicitare, realizat pentru o

durat de funcionare impusLh, determinat cu relaia

NL1,2 = 60 n1,2Lh, (4.5)

n care n1,2 reprezint turaiile roii conductoare 1, respectiv a celei conduse 2, n rot/min iLh

durata de funcionare impus transmisiei, n ore.

Fora normalFn, de interaciune ntre elementele n contact, se determin impunnd condiia

ca momentul de torsiune s se transmit numai prin frecare. n acest caz, relaia de calcul este

,1

1

x

t

nRz

McF

= (4.6)

n care:Mt1 este momentul de torsiune la elementul conductor, n Nmm; c coeficient de siguran

la alunecare (cu valori c = 1,151,25); z numrul fluxurilor de transmitere a sarcinii; -coeficientul de frecare corespunztor materialelor elementelor n contact;R1x raza cii de rulare,

la mijlocul liniei de contact pentru variatoare monoR1x =R1iz= 1 (v. variatoarele frontal mono

i conic mono), iar pentru variatoare cu elemente intermediare R1x = R1min i z = 1, 2 sau 3

(v. schemele din fig. 4.1 i tabelul 4.2).



6/37


n fig. 4.1 sunt prezentate, schematic: a variatorul frontal (mono); b variatorul frontal cu

role biconice, fr bifurcaie; c i d variatorul frontal cu role biconice, cu bifurcaie.

a b

c d

Fig. 4.1

4.5. TIPURI PRINCIPALE DE VARIATOARE

4.5.1. Caracterizare, clasificare, caracteristici principale

Variatoarele mecanice de turaie realizeaz transmiterea micrii i a sarcinii prin frecare, cu

modificarea continu a turaiei i a momentului de torsiune la elementul de ieire, ntre anumite

limite.

Clasificarea variatoarelor se face pe baza unor criterii cinematice i constructive, prezentate n

continuare.

Dup modul de transmitere a micrii, se deosebesc variatoare cu contact direct ntre

elementul conductor i cel condus (de tip mono) i variatoare cu elemente intermediare (de tip

duo).



7/37


Dup forma geometric a elementelor active, variatoarele pot fi: frontale, conice, sferice,

toroidale, cu conuri deplasabile, multidisc etc.

Dup sistemul de apsare folosit, variatoarele pot fi: cu apsare constant (apsare cu

arcuri), independent de ncrcare, fora de apsare determinndu-se din condiia transmiterii

momentului de torsiune maxim; cu apsare dependent de sarcina transmis.

O clasificare a variatoarelor dup forma geometric a elementelor active este prezentat n

tabelul 4.4.

Tabelul 4.4

Clasificarea variatoarelor

Transmitereasarcinii

Tipulvariatorului

Schema elementelor active

1 2 3

Frontal

ConicDirect

(variatoare

mono)

Cu discuri

Cu element

intermediar

(variatoare duo)

Frontal



8/37


Tabelul 4.4 (continuare)

1 2 3

Conic

Cu role

biconice

Sferice

Toroidale

Cu element

intermediar(variatoare duo)

Cu inel rigid



9/37


Tabelul 4.4 (continuare)

1 2 3Cu lan

Schem generalizat Schem funcional

Cu elementintermediar(variatoare

duo) Cu curele

Caracteristicile principaleale variatoarelor sunt: puterea de intrare P1; turaia de intrare n1;

turaia de ieire n2x variabil ntre n2mini n2max; gama de reglare a turaiei G; randamentul .

Gama de reglare a turaiei se definete prin relaia

,min2

max2

n

nG = (4.7)

iar avnd n vedere expresiile rapoartelor de transmitere (instantaneu ix, minim imini maxim imax)

,,, min2

1

maxmax2

1

min2

1

n

n

in

n

in

n

i xx === (4.8)se ajunge la relaia

.min

max

i

iG = (4.9)

Varierea turaiei la ieire, implicit a raportului de transmitere i a momentului de torsiune, se

realizeaz prin modificarea ntre anumite limite a razei de rostogolire a unuia din elementele

active (variatoare mono) sau a razelor de rostogolire a ambelor elemente active (variatoare duo).

Pentru variatoarele mono, la care se modific raza de rostogolire a elementului conductor,

gama de reglare,

min1

max1

R

RG = (4.10)



10/37


iar la cele la care se modific raza de rostogolire a elementului condus, gama de reglare

.min2

max2

R

RG = (4.11)

Pentru variatoarele duo, la care se modific razele de rostogolire att la elementul conductor1 ct i la cel condus 2, gama de reglare este

.min2

max2

min1

max1

R

R

R

RG = (4.12)

4.5.2. Variatorul frontal (mono)

La acest variator (fig.4.2), elementul conductor este executat sub forma unei role cilindrice 1,

cu raz constantR1, iar corpul de rostogolire condus are forma unui disc 2, a crui raz de

rostogolireR2x este variabil.

Modificarea raportului de transmitere i implicit

a turaiei la ieire se realizeaz prin deplasarea rolei 1,

n lungul arborelui conductor, prin intermediul

mecanismului urub-piuli 3, fora necesar de

apsare Fn realizndu-se cu ajutorul arcului elicoidal

cilindric de compresiune 4.

Rapoartele de transmitere se determin cu

relaiile:

1

2R

Ri xx = ;

1

min2minR

Ri = ;

1

max2maxR

Ri = , (4.13)

iar gama de reglare a turaiei cu relaia

min2

max2

R

RG = . (4.14)

Fora normal de apsare Fn, necesar calculului la solicitarea de contact, se determin

plecnd de la relaia (4.6), n carez= 1 iR1x =R1, cu relaia

.1

1

R

McF t

n =(4.15)

Curbura redus, necesar pentru calculul la solicitarea de contact, este dat n tabelul 4.2,

poz.1.

Din fig. 4.2, rezult c fora normal, n zona de contact, este realizat de arcul 4, care trebuie

tensionat de o sarcinQ = Fn.

Funcionarea acestui variator se caracterizeaz prin existena unor alunecri geometrice ntre

roli disc, exprimate prin relaia (fig. 4.3)

,1

max

v

valg = (4.16)

Fig. 4.2



11/37


n care: val max = v2x max v1 = v1 v2x min, v2x maxi v2x min fiind vitezele punctelor extreme de

contact dintre roli disc; v1 viteza rolei, egal cu viteza v2x a punctului median de contact, punct

n care alunecarea este nul.

Din relaia (4.16), prin nlocuiri i urmrind fig.

4.3, rezult

x

gR

b

22= (4.17)

i deci micorarea alunecrii geometrice se poate realiza

prin executarea unor role cu limi foarte mici sau sub

form de discuri cu profil semicircular, la care contactul

teoretic este punctiform.

4.5.3. Variatorul frontal cu rol intermediarcilindric (duo)

La acest variator (fig. 4.4), elementul conductor

1 i cel condus 2 se execut sub forma unor discuri,

montate pe arbori paraleli, dezaxai, elementul

intermediar fiind rola cilindric 3, a crei ax de rotaie

este plasat n planul axelor celor doi arbori.

Modificarea raportului de transmitere i implicit a

turaiei la ieire se realizeaz prin deplasarea rolei 3, ntre cele dou discuri, rezultnd modificarea

simultan a razelor de rostogolire a celor dou discuri.Rapoartele de transmitere se determin cu relaiile:

x

xx

R

Ri

1

2= ;max1

min2min

R

Ri = ;

min1

max2max

R

Ri = , (4.18)

iar gama de reglare se determin cu relaia

.min2

max2

min1

max1

R

R

R

RG = (4.19)

Fora normal de apsare, plecnd de la relaia (4.6),

n carez= 1 iR1x =R1min, se determin cu relaia

,min1

1

R

McF tn

= (4.20)

iar curbura redus va fi

.11

3R=

(4.21)

Valorile stabilite prin relaiile (4.20) i (4.21) vor fi

utilizate pentru calculul la contact, lungimea liniei de

contact fiind egal cu limea rolei b.

Ca i la variatorul frontal mono, fora normal va fi realizat de un arc de compresiune, careva fi calculat pentru a dezvolta o forQ = Fn.

Fig. 4.3

Fig. 4.4



12/37


4.5.4. Variatorul frontal cu bile (duo)Prin nlocuirea rolei cilindrice de la variatorul frontal duo (v. fig. 4.4) cu o bil, se elimin

alunecarea geometric dintre elementele n contact, iar frecarea de alunecare se nlocuiete prin

frecare de rostogolire, ceea ce conduce la mrirea randamentului. n aceast situaie ns,

capacitatea de transmitere a sarcinii este redus.

Pentru mrirea capacitii de transmitere a sarcinii, variatoarele cu bile se execut cu mai

multe bile, montate ntr-o colivie (fig. 4.5, a). Reducerea alunecrilor geometrice, care apar n acest

caz, se realizeaz prin montarea coliviei ntr-un rulment 4 fixat n cadrul de reglare 5 (fig. 4.5, b)

care permite rotirea coliviei n raport cu axa acesteia.

a

b

Fig. 4.5Modificarea raportului de transmitere, implicit a turaiei la ieire, se realizeaz prin deplasarea

coliviei 3, ntre cele dou discuri, obinndu-se, astfel, varierea simultan a razelor de rostogolire

R1xi R2x ale discurilor.

Rapoartele de transmitere se determin cu relaiile (4.18), iar gama de reglare cu relaia(4.19).

Fora normalFn, egal cu fora de apsare Q, se determin cu relaia (4.20), iar curbura

redus cu relaia (4.21), n care R3 este raza bilei.

n fig. 4.5, b se prezint soluia constructiv a variatorului frontal cu bile, realizat dup

schema din fig. 4.5, a.

4.5.5. Variatorul conic (mono)Acest variator (fig. 4.6) este analog variatorului frontal mono, elementele active fiind rola

cilindric 1 i conul 2, fiecare dintre acestea putnd fi element conductor sau condus.Pentru variatorul din fig. 4.6, rola cilindric 1 este element conductor i are posibilitatea

deplasrii axiale, prin intermediul mecanismului urub-piuli 3; n acest mod se obine modificarea



13/37


razei de rostogolire a elementului condus 2 i, implicit, varierea raportului de transmitere.

Rapoartele de transmitere se determin cu relaiile (4.13), iar gama de reglare cu relaia (4.14).

n funcie de corelaiile dintre R1, R2min i R2max, variatorul poate funciona: ca reductor de

turaie (R2min > R1); ca multiplicator de turaie (R2max


14/37


intermediul mecanismului urub-piuli 4, realizndu-se, astfel, modificarea razelor R1xi R2x, caredefinesc raportul de transmitere instantaneu al variatorului.

Avantajul utilizrii rolei biconice, ca element intermediar, reduce substanial alunecrilegeometrice, ca urmare a limii reduse de contact dintre roli discuri.

Pentru transmiterea de puteri mai mari, se utilizeaz variatoare cu role biconice cu bifurcareafluxului de putere (v. fig. 4.1, c) sau variatoarerealizate prin nserierea a dou asemeneavariatoare (v. fig. 4.1, d); pe lng mrirea puteriitransmise, se obine i o mrire a gamei de reglare.

Rapoartele de transmitere ix, imin, imax igama de reglare G se determin cu relaiile (4.18),respectiv (4.19), iar fora normalFn, pentru celetrei scheme structurale prezentate, cu relaia

,min1

1

RzMcF t

n =(4.23)

n care z reprezint numrul fluxurilor detransmitere a puterii (z= 1 fig. 4.1, b i 4.8;z= 2

fig. 4.1, c;z= 4 fig. 4.1, d). Curbura redus sedetermin cu relaiile din tabelul 4.1, poz. 3.

Variatoarele frontale cu role biconice suntprevzute cu sisteme de apsare combinate: cu apsare constant, realizat prin arcuri i cu apsaredependent de sarcin, realizat printr-un sistem de apsare cu bile (v. subcap. 4.6). Fora deapsare constant, realizat de arc i care reprezint sarcina de calcul a arcului de compresiunetrebuie s ndeplineasc condiia

1min

1max

,tnc M

Q FR

=

(4.24)

pentru a se asigura o for de frecare minim, necesar antrenrii discului condus, la pornire.Soluia constructiv pentru un variator cu o rol biconic este prezentat n fig. 4.9, iar pentru

un variator realizat prin nserierea a dou variatoare cu bifurcarea fluxului de putere, n fig. 4.10, lacare (v. i fig. 4.1, c i d) intrarea n variator se face printr-un angrenaj bifurcat.

4.5.8. Variatorul toroidal (duo)

Variatorul toroidal este compus din discurile 1 i 2, cu suprafee toroidale, i roleleintermediare conice 3, care transmit prin frecare sarcina de la discul conductor 1 la cel condus2 (fig.4.11).

Turaia la ieire se modific prin modificarea poziiei rolelor intermediare 3, dispuseechidistant ntre cele dou discuri, avnd loc o variere simultan a razelor de rostogolireR1xiR2x.

Rapoartele de transmitere instantaneu i limit se determin cu relaiile (4.18).Pentru cazul n care rolele intermediare sunt nclinate spre stnga fa de vertical, razele de

rostogolire sunt date de relaiile:

( ) ( ),cos2sin

);cos(

1

2

+= +=

=

RARAR

RAR

x

x

(4.25)

R fiind raza de curbur a zonelor de contact ale discurilor 1 i 2.

Fig. 4.8



15/37


Fig. 4.9

Fig. 4.10



16/37


Dac rolele intermediare sunt nclinate spre dreapta (v. fig. 4.11), se obin urmtoarele relaii

pentru razele de rostogolire:

).(cos

);(cos

1

2

=+=

RAR

RAR

x

x (4.26)

Rezult c raportul instantaneu de transmitere al variatorului toroidal se exprim prin relaia

,)(cos

)(cos

=mRA

RAix (4.27)

iar valorile limit ale raportului de transmitere imaxi imin depind de valorile limit ale unghiului de nclinare a axelor rolelor intermediare (max, respectiv min).

Variatorul poate funciona ca reductor de turaie, dac axele rolelor intermediare sunt nclinate

ca n fig. 4.11, respectiv ca amplificator, dac axele rolelor sunt nclinate invers.

Gama de reglare a turaiei se determin cu relaia (4.19) i considernd c rotirea axei de

rotaie a rolelor, n jurul punctului O, este simetric (R1,2 max =Rmax, respectivR1,2 min =Rmin), gama

de reglare este dat de relaia

.2

min

max

=

R

RG (4.28)

Apsarea necesar ntre discuri i role este obinut

printr-un cuplaj special cu bile, care asigur o for de

apsare dependent de sarcina transmis, fora de apsare

necesar determinndu-se din condiia de echilibru a

discului toroidal (fig. 4.12)

( ),sin = nFzQ (4.29)

unde z reprezint numrul rolelor (z= 2 sau 3).

Fora normal dintre discuri i role se exprim n

funcie de fora tangenial maxim

Fig. 4.11

Fig. 4.12



17/37


.min1

1max

Rz

Mc

z

FcF t

t

n == (4.30)

Curbura redus se determin cu relaia

,111113231

+

=

+

=

(4.31)

n care, pentru poziia extrem cnd = max, rezult (v. fig.4.12)

( );

cos max

min1

1

R

= ,3 R= (4.32)

tensiunea maxim de contact aprnd cnd rolele ocup o astfel de poziie extrem.

Axele rolelor sunt fixate ntr-o ram special, care asigur dispunerea simetric a acestora fa

de axa discurilor, asigurndu-se, n acest fel, o ncrcare uniform a lor.

Principalul avantaj al variatoarelor toroidale const n reducerea la minim a alunecrii, iar ca

dezavantaj se poate aminti precizia ridicat de execuie i montaj, care poate fi redus prin utilizarea

rolelor din textolit.

Soluia constructiv a unui variator toroidal este prezentat n fig. 4.13. Se observ c n poziia

de repaus elementele 1, 2 i 3 sunt pstrate n contact datorit unor arcuri de compresiune, care

exercit o for permanent, independen de sarcin, folosit la pornirea variatorului, pn cnd

intr n funciune sistemul automat de apsare, realizat printr-un cuplaj special cu bile.

Fig. 4.13



18/37


4.5.9. Variatorul sferic (duo)Una din variantele posibile ale variatoarelor sferice (v. i tabelul 4.1) este prezentat n

fig. 4.14. Elementele componente ale variatorului sunt discurile conice 1 i 2 i elementele

intermediare 3, de form sferic, sarcina transmindu-se prin frecarea ntre elementele conductor

i condus i elementele intermediare sferice, dispuse echidistant, permanent meninute n contact

prin intermediul inelului liber rotitor 4.

Modificarea turaiei la elementul condus i implicit a raportului de transmitere se realizeaz

prin nclinarea sincron a axelor elementelor intermediare 3, deci prin modificarea unghiului (v. fig. 4.14), realizat printr-un mecanism special.

Rapoartele de transmitere instantaneu, minim i

maxim se calculeaz cu relaiile:

.;;max32

min31min

min32

max31max

32

31

R

Ri

R

Ri

R

Ri

x

xx === (4.33)

Plecnd de la relaiile (4.33), se poate determina i

relaia de calcul pentru gama de reglare. Avnd n vedere c

variatorul asigur o reglare simetric, adicR31max =R32maxi

R31min =R32min, se poate scrie relaia pentru gama de reglare

.

2

min31

max32

2

min32

max31

min

max

=

==

R

R

R

R

i

iG (4.34)

n funcie de poziia axei elementelor sferice fa de

orizontal, deci de valoarea unghiului , variatorul poate funciona ca reductor sau ca amplificator,trecnd i prin poziia n care ix = 1, pentru = 0. n acest sens, se prezint, n continuare, relaiilede determinare a razelor R31x i R32x, n funcie de unghiul i de unghiul conurilor 1 i 2 ( =400500):

31 3 31 32 3 31 3

32 3 32 3

nclinaredreapta a axei Axa bilei paralel cu nclinarestngaa axeibilei

bilei (v.fig.4.14) axelediscurilor ( 0)

cos( ) cos cos( )

cos( ) cos( )

1(reductor) 1 1(amp

x x x x

x x

R R R R R R R

R R R R

i i i

== = = = +

= + =

> = < lificator)

(4.35)

Se remarc faptul c rapoartele de transmitere sunt definite doar de razele de curbur ale

bilelori de valorile unghiurilor de nclinare ale axelor de rotaie ale acestora i de unghiul conurilor

; razele de curbur ale discurilor conductori condus pot fi considerate constante (R pentrudiscurile conice).

Raportul de transmitere instantaneu se obin nlocuind n relaiile (4.33) relaiile (4.35)

( )

( ),

cos

cos

=m

xi (4.36)

semnul superior indicnd funcionarea variatorului n regim de reductor, iar cel inferior n regim deamplificator. Valorile maxime i minime a raportului de transmitere se obin pentru max, respectivmin, iar pentru = 0, ix = 1.

Fig. 4.14



19/37


Fora normal, necesar transmiterii sarcinii numai prin frecare, se determin cu relaia

,1Rz

McF tn

= (4.37)

n care z reprezint numrul elementelor sferice (z= 36).Curbura redus, necesar pentru calculul la solicitarea de contact, se determin cu relaia

stabilit n tabelul 4.1, poz. 4.

n fig. 4.15 este prezentat construcia unui variator sferic. Utilizarea mai multor elemente

intermediare sferice permite mrirea sarcinii transmise i simetrizarea construciei i ncrcrii

arborilor. Inelul 4 (v. fig. 4.14), care menine n contact elementele sferice i elementele conice,

contribuie i la asigurarea ungerii zonelor de contact. Pentru reglarea turaiei elementului condus, se

utilizeaz un mecanism care asigur nclinarea sincron a axelor elementelor sferice. Apsarea

necesar ntre elementele conice i cele sferice este obinut prin dou sisteme cu bile, care asigur

reglarea forei de apsare n funcie de sarcina transmis (v. subcap. 4.6).

4.5.10. Variatorul multidisc

Variatorul multidisc (fig. 4.16) asigur transmiterea micrii i a sarcinii prin contactul

multiplu i reglabil continuu ntre anumite limite dintre pachetele de discuri conductoare i

conduse. Micarea de rotaie imprimat arborelui conductor 1 este transmis, prin intermediul

roilor dinate 2, 3 i 4, arborelui 5, pe care se monteaz, prin caneluri, pachetele de discuri

conductoare 6. Datorit contactului forat, realizat prin arcul 9, discurile 6 transmit, prin frecare,

micarea i sarcina pachetului de discuri conduse 7, montate, prin caneluri, pe arborele de ieire 8.

Fig. 4.15



20/37


Reglarea turaiei la ieire este posibil prin schimbarea razei de rostogolire curente R1x, prin

rotirea, n ambele sensuri, n anumite limite, a corpului de comand 10, care schimb poziiile

prghiilor 11 articulate, la un capt, cu elementul de comand 10 - i 12, determinnd modificarea

raportului razelor de rostogolire dintre discurile 6 i 7 (roile 2, 3 i 4 rmn permanent n

angrenare).

Elementele geometrice ale discurilor de friciune sunt:

raza minim de rostogolire a discurilor conductoare 6

,22 1

1min1 ++=

bdR (4.38)

unde: d1 este diametrul exterior al arborelui 5 pe care sunt montate discurile conductoare 6,

determinat din calculul de predimensionare; b limea zonei de contact (b 0,06d1); 1 distanaminim dintre discurile centrale (conduse) 7 i arborele canelat 5, pe care sunt montate discurile

periferice (conductoare) 6, corespunztoare distanei minime dintre axele acestor arbori (1 = 23mm);

raza maxim de rostogolire a discurilor conductoare 6R1max = GR1min, (4.39)

unde G este gama de reglare impus;

Fig. 4.16



21/37


raza exterioar a discurilor conductoare 6

R1 =R1max + , (4.40)

unde 3...2

2

+=b

mm:

raza de rostogolire a discurilor conduse 7

,'22

22 r

bDR = (4.41)

unde:D2 este diametrul exterior al discurilor conduse 7; r raza de racordare a colurilor zonei de

contact a discurilor conduse;

diametrul exterior al arborelui condus 8

d2 =D2 + d1 2(R1 - 1 + 2 + r), (4.42)

unde: 2 este distana minim dintre arborele condus i discurile conductoare (2 = 23 mm).Rapoartele de transmitere realizate prin intermediul discurilor se calculeaz cu relaiile:

,;;min1

2max

max1

2min

1

2

R

Ri

R

Ri

R

Ri

x

x === (4.43)

iar rapoartele de transmitere realizate de ntreaga transmisie (variator + angrenaje) se calculeaz cu

relaiile:

.;2

4max

'max

2

4min

'min

z

zii

z

zii == (4.44)

Gama de reglare, avnd n vedere relaiile (4.44), se calculeaz

cu rela

ia

.i

i

z

zG

min

max

2

4= (4.45)

Fora normalFn ce revine unui disc conductor se determin cu relaia

,min1

1

Rpq

iMcF ztn

= (4.46)

n care: q este numrul de discuri conductoare, dintr-un pachet;p numrul de pachete;2

4

z

ziz = -

raportul de transmitere al trenului de roi dinate 2-3-4.Curbura redus 1/, pentru

==

221, se determin cu relaia (v. fig. 4.16)

,sin11111

max

max

min121

+

=

+

= i

i

R(4.47)

n care: = 2,750 pentru q = 2; = 2,500 pentru q = 4; = 2,250 pentru q 8.Fora necesar de pretensionare a arcului se determin cu relaia

;cos

min1

1

=

Rpq

iMcQ zt (4.48)

se recomandc = 1,21,3 i = 0,0150,04.



22/37


Variatoarele multidisc se folosesc n construcia mainilor unelte, n locul cutiilor de vitez

sau avans.

4.5.11. Variatoare cu conuri deplasabileAceste variatoare se compun din dou perechi de conuri, montate pe arborii de intrare iieire. Poziia celor dou conuri poate fi reglat prin meninerea unui con fix i deplasarea axial a

celuilalt con sau prin deplasarea axial, simultan, a ambelor conuri.

Transmiterea micrii i a sarcinii, ntre cele dou perechi de conuri, se realizeaz printr-un

element intermediar, care poate fi rigid sau flexibil (curea sau lan).

4.5.11.1. Variatorul cu conuri deplasabilei

inel rigid

Acest variator se compune din conurileconductoare 1 i 1 i din conurile conduse 2 i

2, care sunt n contact cu inelul rigid 3 (fig.

4.17).

Prin deplasarea axial a conurilor mobile

1 i 2, n raport cu conurile fixe 1 i 2, se

modific razele de rostogolire ale conurilor i,

implicit, raportul de transmitere i turaia la

ieire. Deplasarea conurilor se poate realiza

printr-un mecanism urub-piuli 4 (v. fig. 4.17)sau printr-un mecanism pinion-cremalier.

Rapoartele de transmitere i gama de

reglare sunt date de relaiile:

.

;;;

min2

max2

min1

max1

min1

max2max

max1

min2min

1

2

R

R

R

RG

R

Ri

R

Ri

R

Ri

x

xx

=

===

(4.49)

Din condiia transmiterii momentului de torsiune prin frecare, min11 2 RFMc nt = , rezult

fora normal

min1

1

2 R

McF tn

= (4.50)

i fora tangenial

.2

c

FF nt

= (4.51)

Apsarea dintre conuri i inel necesar transmiterii momentului de torsiune prin frecare se

realizeaz automat, prin mpnarea i deformarea elastic a inelului.

Curbura redus se determin n funcie de razele de curbur ale elementelor n contact, curelaiile stabilite n tabelul 4.1, poz. 5, curbura maxim fiind dat de relaia (v. i fig. 4.17)

Fig. 4.17



23/37


.cos2

211

min1min1max

+

=

RAR

(4.52)

Cu relaiile stabilite pentru calculul forei normale (4.50) i a curburii reduse maxime (4.52),

acceptnd o lungime b a liniei de contact (v. fig. 4.17), se poate determina tensiunea de contact, cuajutorul relaiei lui Hertz (4.1), i limitarea acesteia la o valoare admisibil.

4.5.11.2. Variatoare cu conuri deplasabilei curea

La aceste variatoare se folosesc elemente intermediare flexibile, sub form de curele

trapezoidale late sau curele trapezoidale clasice, iar atunci cnd este necesar o flexibilitate mrit a

elementului intermediar, se folosesc curele trapezoidale dinate.

Capacitatea de transmitere a momentului de torsiune i gama de reglare a variatoarelor cu

curele trapezoidale late sunt superioare variatoarelor cu curele trapezoidale clasice.

Cureaua trapezoidal se nfoar pe cele dou perechi de conuri, din care cel puin o perecheare geometrie variabil.

Variatoarele care au o singur pereche de

conuri cu geometrie variabil, numite i variatoare

mono, realizeaz varierea raportului de transmitere

prin modificarea razelor de rostogolire ale acestei

perechi de conuri. Concomitent cu deplasarea unuia

(fig. 4.18, a) sau a ambelor (fig. 4.18, b) conuri ale

perechii cu geometrie variabil, se modific i

distana dintre axele conurilor, prin deplasarea(apropierea sau ndeprtarea) unuia din arbori.

Deplasarea subansamblului mobil trebuie s asigure

meninerea planului median al curelei paralel cu el

nsui.

Pentru ambele soluii, rapoartele de

transmitere i gama de reglare se determin cu

relaiile stabilite pentru variatoarele mono:

.

;;;

min2

max2

1

max2

max1

min2

min1

2

R

RG

R

R

iR

R

iR

R

i

x

x

=

=== (4.53)

Variatoarele la care varierea raportului de transmitere se realizeaz prin modificarea simultan

a razelor de rostogolire ale ambelor perechi de conuri fr a fi necesar modificarea distanei

dintre axe se numesc variatoare duo. Varierea razelor de rostogolire se poate realiza prin

modificarea simultan a poziiei relative a dou discuri cte unul din fiecare pereche (fig. 4.19, a

i b) sau a tuturor celor patru discuri (fig. 4.19, c).

Rapoartele de transmitere i gama de reglare a turaiei, pentru aceste variatoare, se determin

cu relaiile:

a b

Fig. 4.18



24/37


.

,;;

min2

max2

min1

max1

min1

max2max

max1

min2min

1

2

R

R

R

RG

R

Ri

R

Ri

R

Ri

x

xx

=

===(4.54)

Pentru o transmisie simetric,R1max =R2maxiR1min =R2min, se obine

.2

min2

max2

2

min1

max1

=

=

R

R

R

RG (4.55)

Tensi

Varia

n fig.

dis

cul

2 i

piu

lia

4

se

real

ize

az prin rulmentul radial 6, rulmentul 7

avnd doar rolul de a fixa radial i axial

urubul.

La roile din fig. 4.21, discul conic 2

este deplasabil axial, fa de discul 1, deplasare care modific sgeata arcului central de

compresiune 3 (fig. 4.21, a), respectiv sgeile arcurilor periferice de compresiune 3 (fig. 4.21, b),

realizndu-se, astfel, tensionarea curelei. Pentru micorarea frecrii, ce apare la deplasarea axial a

discului 2, se prevede i un sistem de ungere, cu unsoare consistent (se observ ungtoarele din

capetele arborilor discurilor conice 1 fig. 4.21).

Roile sunt

prezentate n

cele dou

situaii

limit, cnd

se obin

razele Rmax,

respectiv

Rmin.

Fig. 4.21

a b c

Fig. 4.19

Fig. 4.20



25/37


Cu roata prezentat n fig. 4.20, ca roat comandat (din exterior), i una din roile prezentate

n fig. 4.21, ca roi autoreglabile, se poate realiza un

variator conform schemei din fig. 4.19, a, dac

discurile mobile ale celor dou roi de variator sunt

plasate conform acestei scheme, situaie n care

planul median al curelei se pstreaz paralele cu el

nsui, n orice poziie de reglare.

La roata din fig. 4.22, discurile conice 2 i 3

se deplaseaz axial simultan (unul stnga, cellalt

dreapta sau invers), datorit sistemului de acionare

format din roata dinat 1 i cremalierele 5 i 6,

solidare cu discurile 2, respectiv 3. Deplasarea

axial a discurilor conice, fa de butucul 4 al

arborelui de intrare se obine prin asamblri cu pene

(mobile), ce formeaz corp comun cu cremalierele 5i 6. n aceast situaie, axa median a zonei conice,

format din cele dou discuri, rmne aceeai (n

aceeai poziie), indiferent de poziia curelei fa de

discuri.

Roile din fig. 4.23 se regleaz automat (tensionnd i cureaua), datorit arcurilor ce le

echipeaz. Astfel, la roata din fig. 4.23, a, discurile 1 i 2 (identice) sunt acionate de arcurile

lamelare 3, fixate axial pe buca 4, pe care se pot deplasa axial (pe caneluri) cele dou discuri. Dacarcul elicoidal 3 este montat ca n fig. 4.23, b, este necesar un sistem de sincronizare a deplasrii

discurilor 1 i 2, realizat, n aceast figur, prin prghia 4.

Fig. 4.22



26/37


Variatoarele cu curele ale cror scheme structurale sunt prezentate n fig. 4.18, a i b sunt

puin folosite n practic, datorit dificultilor tehnologice, de montaj i reglare.

Prin nserierea a dou variatoare cu conuri

deplasabile i curea (prezentate n fig. 4.18, a) se obine

transmisia din fig. 4.24, la care subansamblul mobil

este format din discurile conice 2, 2, fixe pe arborele 4,

i discul mobil 3, biconic, la a crui deplasare axial se

modific att razeleR2x, respectivR2x, ct i raportul de

transmitere instantaneu

,'2

2

x

xx

R

Ri = (4.56)

obinndu-se valorile limit ale rapoartelor de

transmitere:,;

min'2

max2max

max'2

min2min

R

Ri

R

Ri == (4.57)

respectiv gama de reglare a turaiei

.min'2

max'2

min2

max2

min

max

R

R

R

R

i

iG ==

Pentru cele dou variatoare nseriate, prin deplasarea arborelui intermediar 4, se modific

concomitent distanele ntre axeA, respectivA (variabile); distana dintre axe a ntregii transmisii,

ntre arborele de intrare i cel de ieire, rmne constant (A = const.).

Elementul principal al acestor variatoare este cureaua, calculul de rezisten constnd nalegerea i verificarea acesteia, cu metodologii prezentate la transmisiile prin curele (v. cap. 3).

a b

Fig. 4.23

Fig. 4.24



27/37


4.5.11.3. Variatoare cu conuri deplasabilei lan

La variatoarele cu lanuri se folosesc lanuri speciale, care rspund condiiilor de funcionare:

flexibilitate mare, cu frecri mici n articulaii i condiii optime de contact cu discurile conice ale

aibelor conductoare i condus. Lanurile folosite la variatoare sunt cu role, cu inele, cu sprijin pe

boluri i cu lamele.

Variatoarele cu lanuri i-au gsit utilizarea n diverse domenii, cum ar fi: maini-unelte,

textile i de cablat, n industriile cimentului, hrtiei, maselor plastice.

Lanurile cu role sunt formate din pachete de eclise, fiecare pachet cuprinznd dou role

cilindrice scurte, care sunt n contact ntre ele

(fig. 4.25). Contactul dintre lani suprafeele

netede ale discurilor conice are loc prin

mpnarea rolelor ntre aceste suprafee,

deoarece diametrele rolelor definesc cota Lr

mai mare dect deschiderea lanului la nivelul

ecliselor laterale Le. La modificarea turaiei la

arborele de ieire, prin deplasarea unuia sau

ambelor discuri conice, deplasarea lanului de-

a lungul generatoarelor conurilor discurilor se

realizeaz prin rostogolirea rolelor n canalele

frontale ale discurilor, cu pierderi foarte mici.

Lanurile se pot folosi, n aceste condiii, laviteze de 1820 m/s.

Un tip reprezentativ de variator cu lan

cu role este cel prezentat n fig. 4.26. Discurile

conice 1 i 2 sunt deplasabile pe arborii conductor 3 i condus 4, prin intermediul prghiei de

comand 5, articulat la baz prin urubul de reglaj 17. Celelalte dou discuri 6 i 7, ale aibelor

conductoare i condus, sunt legate de arborii 3 i 4 prin cuplajele de apsare automatC1i C2.

Discurile 6 i 7 sunt prevzute cu crestturi frontale i sunt fixate axial prin rulmeni axiali, montai

n inelele 8 i 9. Aceste inele sunt sprijinite pe prghiile 10 i 11, articulate prin boluri la bazi

reglabile axial prin urubul 17. Discurile cu crestturi frontale 12, 13, ale cuplajelor de apsareautomat, sunt sprijinite axial prin intermediul a doi rulmeni axiali montai n inelele 14 i 15.

Aceste inele, la rndul lor, sunt legate, prin articulaii cu boluri, de prghiile 10 i 11. Deplasarea

axial a discurilor conice mobile se realizeaz prin-un mecanism urub-piuli, urubul 16 avnd

dou poriuni, cu filet dreapta-stnga.

Fig. 4.25



28/37


Fig. 4.26

Lanurile cu inele (fig. 4.27) sunt realizate din

elementele bloc 2, articulate prin intermediul bolurilor

4, montate fix n dou blocuri succesive, formnd o

articulaie n care frecarea este de rostogolire. Pestefiecare bloc este montat un inel 1, fixat axial prin

intermediul inelelor 3. Durabilitatea lanului i

randamentul variatorului sunt influenate favorabil de

frecarea mic din articulaii. Aceste lanuri se utilizeaz

la puteri mari i viteze mari (2024 m/s).

Lanurile cu sprijin pe boluri sunt realizate fr

spaiu liber ntre eclise, cu articulaii cu frecare de

rostogolire. Pachetele de eclise sunt strnse cu piese

tanate n form de U. n contact cu discurile coniceale variatorului sunt suprafeele de cap, bombate, ale

bolurilor.Fig. 4.27



29/37


Lanurile cu lamele sunt cu sau fr spaiu liber ntre eclise. n eclise, transversal, sunt

dispuse pachete de lamele, care angreneaz lateral cu dinii discurilor conice. Aceste discuri sunt

astfel montate nct dinii frontali sunt decalai, gsindu-se n fa un gol al unui disc cu un plin al

celuilalt disc. Lamelele subiri permit nfurarea lanului pe aibe (discuri) de orice diametru.

Numrul de lamele care materializeaz, de fapt, dinii laterali ai lanului crete cu creterea razei

cercului de nfurare. Eclisele i lamelele se execut din oel crom-nichel clit la 4648 HRC, iar

suprafeele active ale discurilor au duritatea de 6062 HRC.

Situaiile de funcionare ale variatoarelor cu lan, n funcie de poziia lanului fa de

discurile conice (aibele) conductoare i conduse, sunt prezentate n fig. 4.28. Dac I este arborele

conductori II arborele condus, n fig. 4.28, a variatorul funcioneaz n regim de reductor, pn

cnd, n urma reglrii turaiei la arborele condus II, razele cercurilor de contact ale aibelor de pe

arborele conductor i cel condus devin

egale, deci raportul de transmiteri este

egal cu unul (fig. 4.28, b). Variatorul

poate funciona i n regim de amplificator

de turaie, dac poziia lanului fa de

aibele conductoare i conduse este cea

prezentat n fig. 4.28, c.

4.5.11.4. Transmisii prin friciune

cu raport de transmitere

variabil de tip Van DoorneStructural, transmisiile Van Doorne

sunt asemntoare cu variatoarele cu

conuri deplasabile i curea sau lan,

mbinnd, ns avantajele pe care le

prezint aceste dou tipuri de variatoare.

Astfel, aibele conductoare i conduse

sunt formate din dou discuri conice la

interior, care au posibilitatea modificrii

distanei axiale dintre ele, prin deplasareaaxial a unuia dintre discuri, n urma unei

comenzi din exterior. Elementul flexibil

prezint, ns, caracteristici att ale

curelelor ct i a lanurilor, este denumit

curea de mpingere i este executat din

elemente de oel. Aceast curea este

format din 300 elemente profilate (fig.

4.29, a), a cror zone laterale,

trapezoidale, vin n contact cu suprafeeleconice ale discuriloraibelor conductoare

i conduse. Forma de curea continu esteFig. 4.28



30/37


realizat prin dou benzi flexibile, formate, la rndul lor, din 10 benzi continue, cu grosimea foarte

mic, de 0,18 mm fiecare. Aceste benzi sunt montate n spaii plasate lateral pe elementele profilate

(fig. 4.29, b). Geometria elementelor profilate, n zona de contact cu benzile metalice, este astfel

conceput nct, datorit curburii n plan frontal (definit prin raza de curburR - fig. 4.29, c), este

mpiedicat deplasarea axial a benzii, dup montarea acesteia. De asemenea, pentru ca nfurarea

curelei pe roat s aib loc n condiii de funcionare corecte, zona de contact a elementului profilat,

n plan axial, este tot o suprafa curb, definit prin raza R1 (fig. 4.29, c). Se obine, astfel, un

variator cu element intermediar flexibil, prezentat, parial, n fig. 4.30.

Fig. 4.29

Fig. 4.30

Dintre cele dou discuri ale aibei, discul 1

este fix, iar discul 2 este deplasabil axial,

printr-un sistem de comand hidraulic.

Cureaua metalic de mpingere 3 are

posibilitatea deplasrii radiale n raport cu

discurile 1 i 2, care formeaz, ntre

suprafeele conice, unghiul .Avantajele acestei transmisii sunt

multiple, comparativ cu transmisiile cu

elemente flexibile (curea, lan), la care

aceste elemente tragnu mping.

Capacitatea de ncrcare a

transmisiei este mult mai mare la

transmisiile Van Doorne, la care elementul

flexibil este metalic.



31/37


Astfel, dac pentru transmisiile cu roi dinate se acord un indice de capacitate de 100 puncte,

la transmisiile cu curele de mpingere metalice acest indice ajunge la 6070, n timp ce la

variatoarele clasice cu lanuri indicele maxim este 18, iar la cele clasice cu curele este de maxim 10.

De asemenea, durabilitatea este sensibil mai mare, datorit contactului hertzian ntre suprafee

metalice, materialele din care se execut elementele componente (discuri, elemente profilate) fiind

de calitate superioar, cu caracteristici mecanice ridicate.

Principalul element cinematic al unei transmisii este raportul de transmitere

,1

2

2

1

R

Ri =

= (4.59)

unde 1, 2 reprezint vitezele unghiulare ale elementuluiconductor, respectiv condus, la fel ca i razele de

rostogolire (contact)R1iR2.

Dac gama de reglare este definit prin relaia

,min

max

i

iG =

se obine, pentru o transmisie simetric (R1max =R2max iR1min

=R2min fig. 4.31)

.2

min2

max1

2

min1

max2

=

=

R

R

R

RG (4.60)

Caracteristic pentru aceast transmisie este

compactitatea, spaiul ocupat n cadrul unei transmisiicomplexe fiind foarte mic. Acest lucru se explic prin faptul

c elementul flexibil (cureaua metalic) mpinge nu trage ca la transmisiile clasice.

Este justificat, astfel, utilizarea acestei transmisii n spaii mici, alturi de angrenaje, n cutii

de viteze ale autovehiculelor: Ford, Fiat, Nissan, Rover, Subaru, Volvo, Chrysler, Volkswagen.

Exemplificarea acestui lucru este dat de fig. 4.32, n care se definete distana dintre axe n

funcie de valorile razelor de contact ale roilor conductoareR1i condusR2, n situaiile extreme

de minim i maxim.

Plecnd de la o situaie instantanee, definit prin indicele x, n care

,12 GRR xx = se poate scrie

,2 min1 += GRa (4.61)

respectiv

.min1max2max1 GRRR == (4.62)

Relaiile ntre puterea transmis,

momentele de torsiune, vitezele unghiulare i

gama de reglare sunt prezentate grafic n fig.

4.33. Astfel, dac momentul la intrare este Mt1,la o vitez unghiular 1, la arborele de ieire,

Fig. 4.31

Fig. 4.32



32/37


momentele de torsiune i turaiile, pentru o transmisie simetric (R1max =R2max iR1min =R2min), vor

fi:

,; 1min21max2G

GMM tt

==

.; 1max21

min2 GG

MM tt ==

Curbele din fig. 4.33 sunt trasate pentru diverse game de reglare G, gama maxim fiind

limitat la Gmax = 5.

Momentul ce poate fi transmis de acest

variator, 1 fiind ramura activ, care mpinge, este

dat de relaia

( ) ,min121 RFFMt = (4.64)

R1min fiind raza minim a roii 1.Dac la transmisiile clasice, prin curele sau

lan, fora n ramura activ este definit prin

mrimea forei de ntindere iniialF0 i fora ce

urmeaz a fi transmis (fora util), la transmisiile

Van Doorne, prin ntinderea iniial se realizeaz

o sarcinF0, care solicit elementul flexibil la

traciune, dar sarcina util, ce trebuie transmisi

care definete momentul de torsiune, este de

mpingere i, deci, micoreaz fora F0 situaieprezentat schematic n fig. 4.34.

DacF1 este fora care mpinge, n ramura

activ este necesar ca s fie respectat condiia

F0 > F1, pentru ca pe aceast ramur cureaua s

rmn ntins. Se recomand F0 = KF1, unde factorul Keste indicat de firmele constructoare ca

fiindK>1,2.

Plecnd de la relaia lui Euler, aplicat pentru aceast situaie, se poate scrie

'0 2

0 1,

F F

e xF F

= =

unde 'cos

=

, fiind coeficientul de frecare, - unghiul elementului profilat al curelei i 1 -

unghiul de nfurare pe roat (v. fig. 4.34).

Avnd n vedere i relaia (4.64), se poate determina valoarea maxim a forei de mpingere

( )( )1

min

1,

1 1tMF

x K R=

(4.65)

respectiv a forei de ntindere iniial

( )( )0

min1 1tMKF

x K R=

. (4.66)

Fig. 4.33

(4.63)



33/37


Utilizarea transmisiilor Van Doorne este, cu precdere, n transmisiile automobilelor. O astfel

de utilizare este prezentat n fig. 4.35, n care 1 este element de intrare, 2 cuplaj, 3 cilindru

hidraulic de comand, 4 disc primar comandat, 4a disc rigid pe arborele de intrare, 5 pomp

hidraulic pentru acionarea discului 4, 6 al doilea cilindru hidraulic, 7 disc secundar comandat,

7a disc rigid cu arborele de ieire din variator, 8 transmisie cu roi dinate, 9 diferenial.

n fig. 4.35, a i b sunt prezentate situaiile

extreme, pentru R1 = R1min, respectiv R1 = R1max,

rapoartele de transmitere pentru cele dou situaii

fiind imax, respectiv imin.

4.5.12. Variatoare planetare cu roi defriciune

Variatoarele planetare cu roi de friciune

sunt, n general, superioare variatoarelor cu roi cu

axe fixe, att n privina gamei de reglare (la acelai

numr de elemente de friciune) ct i n privina

indicelui de mas.

a b

Fig. 4.35

Fig. 4.34



34/37


Exist o mare varietate de transmisii planetare cu roi de friciune, cu o roat central, cu dou

sau trei roi centrale, nserieri de variatoare simple, respectiv transmisii complexe cu roi de

friciune i cu roi dinate.

Dintre acestea, se vor prezenta variatoare planetare cu doui trei roi centrale, cu satelii de

tip role biconice.

n fig. 4.36 este prezentat variatorul Rincone RC, cu dou roi centrale. Elementul conductor

este roata central 1, iar elementul condus este braul port-satelii H. Variaia raportului de

transmitere se obine prin deplasarea axial a inelului nerotitor 2, printr-un sistem de acionare

format dintr-un angrenaj melcat, nseriat cu un angrenaj roat-cremalier, cremaliera fiind corp

comun cu inelul 2.

Raportul de transmitere, innd seama i de notaiile din fig. 4.36, este

,sin

1

11

3

2

1

3

3

2

1

31221

=

===

x

R

R

R

RR

RRii

x

HH

(4.67)

cota x fiind cea care definete acest raport

(celelalte cote sunt constante).

Cuplajul C realizeaz apsarea

automat ntre elementele de friciune,

sistemul avnd prevzut i o apsare

independent de sarcin, realizat prinarcuri elicoidale de compresiune.

n fig. 4.37 este prezentat variatorul

Rincone cu trei roi centrale. Elementul

conductor este roata central 1, iar

elementul condus este roata central 3.

Variaia raportului de transmitere se obine

prin deplasarea axial a inelului nerotitor 4,

printr-un sistem asemntor cu cel prezentat anterior. Braul port-satelii H este liberi are rolul de

a poziiona echidistant sateliii 2.Raportul de transmitere, innd seama i de notaiile din fig. 4.37, este dat de relaia

4 1413

34

1,

1

H

H

ii

i

=

(4.68)

n care

,24

4

1

2114

x

H

R

R

R

Ri =

.24

4

3

23

34 x

H

R

R

R

Ri

=(4.69)

Fig. 4.36



35/37


Din relaiile (4.69), rezult c termenul

variabil este R24x, care poate fi exprimat prin

relaia

,sinxR 2x24 = x fiind elementul variabil, cu valori ce depindde poziia inelului nerotitor 4 pe generatoarea

conului satelitului 2. Din fig. 4.37, rezult c

la valori mici ale cotei x raportul de

transmitere este maxim, iar la valori mari ale

coteix raportul de transmitere este minim.

4.6. SISTEME DE APSARE

Variatoarele, de orice tip, transmit

sarcina prin frecare. Este, deci, necesar s se

asigure o sarcin normal n zona de contact a Fig. 4.37

elementelor ce particip la transmiterea momentului de torsiune, printr-un sistem de apsare. Din

punct de vedere al modului de realizare a apsrii, sunt cunoscute i utilizate dou soluii: sistem cu

apsare constant, independent de sarcin; sistem cu apsare proporional cu sarcina ce trebuie s

fie transmis. Evident, fiecare din cele dou sisteme are avantaje i dezavantaje.

Sistemul de apsare constant este realizat cu ajutorul arcurilor elicoidale cilindrice de

compresiune sau a arcurilor disc, elementele componente ale variatorului elementele de friciune,arborii i lagrele sunt puternic solicitate (permanent), chiar dac transmisia funcioneaz la o

ncrcare mic sau n gol, ceea ce are o influen negativ asupra durabilitii acesteia. n aceste

condiii, ns, variatorul poate funciona i ca limitator de suprasarcini, la apariia acestora

intervenind alunecrile ntre elementele n contact.

Sistemele de apsare automat, care realizeaz fore de apsare variabile, proporionale cu

sarcina ce trebuie transmis, elimin dezavantajul sistemului de apsare constant, ns nu se mai

realizeaz protecia mpotriva suprasarcinilor. Se precizeaz ns c mijloacele practice de realizare

a apsrii automate nu asigur, n general, dect pentru un anumit raport de transmitere, egalitatea

ntre apsrile efective (realizate de sistemele de apsare) i cele necesare (stabilite, pentru fiecarevariator n parte, din condiia de transmitere a momentului de torsiune numai prin frecare), n restul

domeniului de reglare apsarea efectiv depind apsarea necesar. n plus, la pornire, este necesar

s se asigure o sarcin normal iniial, n zona de contact a elementelor variatorului, pentru

evitarea patinrii. n aceast situaie, sistemele cu arcuri (apsare constant) sunt prezente alturi de

sistemele de apsare automat, chiar dac sarcina normal pe care o realizeaz are valori relativ

mici.

Sistemele de apsare automat se bazeaz pe efectul de pan, realizat de subansamble

speciale, cum ar fi cuplajele cu craboi, cu bile sau role. n fig. 4.38 sunt prezentate sisteme de

apsare automat, cu craboi (fig. 4.38, a), cu bile (fig. 4.38, b) i reprezentarea simbolic a unuiasemenea cuplaj (fig. 4.38, c), reprezentare ntlnit n schemele structurale ale variatoarelor.



36/37


Cuplajele cu craboi i bile au proprietatea c realizeaz o for axial, datorit formelor

elementelor ce vin n contact, proporional cu momentul de torsiune transmis. Fora axial astfel

creat se transmite elementelor funcionale ale variatorului sub forma unor fore normale n zonele

de contact, care produc fore de frecare i, la nivelul arborilor, momente de frecare ce trebuie s

ndeplineasc condiiaMfr>Mtn, Mtn fiind momentul de torsiune ce trebuie transmis de variator.

La cuplajul cu craboi din fig. 4.38, a, deplasarea axial a semicuplajului 2 i realizarea forei

axiale au loc datorit formelor suprafeelor frontale conjugate ale celor dou semicuplaje, 1 i 2,

montate pe arborele de intrare sau ieire. Suprafeele frontale sunt came spaiale cilindrice sau o

cam spaiali o suprafa plan, form aleas din considerente tehnologice. Dac momentul de

torsiune ce trebuie transmis la nivelul semicuplajului 2 este Mt2x, fora efectiv de apsare, ce

trebuie realizat de cuplaj, este dat de relaia

2 ,( )

t xxef

m

MQ

r tg=

+ (4.70)

n care: rm este raza medie a suprafeelor de lucru ale craboilor, - unghiul de presiune alcuplajului, - unghiul de frecare ntre elementele cuplajului.

Cuplajul cu bile din fig. 4.38, b realizeaz apsarea prin intermediul bilelor plasate n canale

de adncime variabil, executate pe feele frontale ale elementelor conjugate ale celor dousemicuplaje. Deoarece la aceast soluie frecarea ntre bile i canale este cu rostogolire (fa de cea

de alunecare la craboi), pentru determinarea forei efective de apsare, n relaia (4.70) unghiul de

frecare se consider nul ( = 0).Precizare. Sarcina efectiv de apsare se realizeaz la nivelul cuplajului (cu craboi sau bile),

iar sarcina necesar de apsare se determin la nivelul elementelor n contact ale variatorului, din

condiia transmiterii prin frecare, fr alunecare, a momentului de torsiune. Aceast sarcin se

stabilete pentru fiecare tip de variator n parte.

Teoretic, un sistem de apsare automat poate fi ataat oricrui variator, dar compararea

forelor efectivi necesar de apsare se poate face doar dac se cunoate tipul variatorului cruia i

Fig. 4.38



37/37


s-a ataat acest sistem. Pentru ca forele efectivi necesar s fie ct mai apropiate, se pot alege

i/sau stabili valori pentru anumite elemente geometrice ale variatorului i sistemului de apsare.

Dac unui variator cu elemente intermediare de tip role biconice i se ataeaz, pe arborele de

ieire, un sistem de apsare automat cu craboi, fora axial necesar transmiterii momentului de

torsiune este

2

2

,t xx necx

MQ

R=

(4.71)

unde este coeficientul de frecare ntre elementele active ale variatorului (discurile frontale i rolabiconic).

Dac se impune condiia egalitii forei efective de apsare (4.70) i cea necesar transmiterii

momentului de torsiune (4.71), rezult unghiul de presiune

.

2

= mx

r

R

arctg(4.72)

Alegnd constructiv rmi acceptnd R2x = R2min, se obine mrimea unghiului pentru carecele dou fore axiale efectivi necesar sunt egale, pentru i cunoscute n urma alegeriicuplului de materiale ale elementelor active ale variatorului, respectiv ale cuplajului.

Documents

Variatoare