4. VAIATOAE (TANSMISII PIN FICŢIUNE) [4; 6; 7; 8; 3; 4; 6; ; ;4; 9; 30; 3; 47; 50; 5; 5] 4.. CAACTEIZAE ŞI DOMENII DE FOLOSIE Transmsle prn frcţune sunt transms mecance la care mşcarea de rotaţe ş momentul de torsune se transmt, de la elementul conducător la cel condus, prn ntermedul forţelor de frecare, ca urmare a apăsăr recproce a elementelor în contact. Transmsle prn frcţune pot f: cu raport de transmtere constant, care realzează, la elementul condus, o turaţe constantă, în poteza absenţe alunecărlor; cu raport de transmtere varabl (varatoare), care realzează, la elementul condus, o turaţe varablă contnuu, între anumte lmte. Prncpalele avantaje ale transmslor prn frcţune sunt: funcţonează la un nvel redus de zgomot ş vbraţ; asgură protecţa transmse în cazul aparţe unor suprasarcn în funcţonare; realzează reglarea contnuă a turaţe la eşre (varatoarele), în funcţe de cernţele mpuse de maşna de lucru; soluţa constructvă este smplă ş costul relatv redus, în cazul unora dntre varatoare. Cele ma mportante dezavantaje ale transmslor prn frcţune sunt: nu asgură un raport de transmtere constant, ca urmare a alunecărlor dntre elementele în contact ş a erorlor de execuţe a acestora; randamentul este ma redus decât al transmslor prn angrenaje, datortă alunecărlor dntre elementele în contact; patnarea produce uzur neunforme a elementelor în contact, conducând la scoaterea dn funcţune a transmse; durabltatea este relatv scăzută; necestă forţe mar de apăsare, care încarcă arbor ş lagărele, determnând mărrea gabartulu transmse. Transmsle prn frcţune se recomandă în următoarele cazur: la transms cu rol cnematc, puţn încărcate; la transms încărcate cu sarcn mc, care funcţonează la vteze foarte mar sau la care se mpune un nvel scăzut de zgomot ş vbraţ; la transms încărcate cu sarcn mc-med, care necestă reglarea contnuă a turaţe la eşre, mpusă de procesul tehnologc, dar care nu necestă un raport de transmtere rguros constant. Acestea se întâlnesc: în ndustra constructoare de maşn; în ndustra extractvă, uşoară ş almentară; în transportur; în agrcultură. 4.. PINCIPALELE FOME DE DETEIOAE A TANSMISIILO PIN FICŢIUNE Prncpalele forme de deterorare a suprafeţelor actve ale elementelor transmslor prn frcţune sunt: oboseala de contact (pttngul) ş/sau grparea în cazul transmslor care funcţonează cu ungere; uzarea abrazvă ş/sau grparea în cazul transmslor care funcţonează fără ungere.
74 Transms mecance Oboseala de contact apare ca urmare a solctăr varable după un cclu pulsator a straturlor superfcale de pe suprafeţele funcţonale ale elementelor în contact. Această formă de dstrugere este caracterstcă varatoarelor prn frcţune care funcţonează cu ungere ş la care uzura abrazvă este nesemnfcatvă. Prmele semne de oboseală sunt mcrofsur de suprafaţă, care se dezvoltă în tmp, luând aspectul unor cuptur, care mcşorează suprafaţa funcţonală. Uzarea abrazvă este prncpala formă de deterorare a transmslor prn frcţune care funcţonează fără ungere. Aceasta este favorzată de vtezele mc de funcţonare ş de sarcnle mar de încărcare a transmse, fnd sensbl nfluenţată de exstenţa alunecărlor geometrce ş a patnărlor. Grparea poate apărea atât la transmsle prn frcţune fără ungere cât ş la cele cu ungere, în condţle întreruper pelcule de lubrfant dntre suprafeţele în contact. Această formă de deterorare este specfcă transmslor prn frcţune care funcţonează la vteze mar. 4.3. MATEIALE UTILIZATE ÎN CONSTUCŢIA TANSMISIILO PIN FICŢIUNE Prncpalele condţ pe care trebue să le îndeplnească materalele utlzate pentru construcţa elementelor actve ale transmslor prn frcţune sunt: rezstenţa la solctarea de contact; rezstenţa la uzură; coefcent de frecare cât ma mare pentru a se evta forţe de apăsare mar ş constant în tmp. Materalele caracterzate prn rezstenţă rdcată la solctarea de contact ş uzură se grupează după cum urmează: oţel călt/oţel călt pentru transmsle puternc încărcate, la care se cere o durabltate mare ş care funcţonează cu sau fără ungere caracterzate prn gabart mnm ş randament rdcat; necestă precz rdcate de execuţe ş montaj, concomtent cu reducerea alunecărlor geometrce, care ar putea duce la aparţa grpăr; fontă/oţel călt pentru transmsle care funcţonează cu sau fără ungere, prezentând avantajul une rezstenţe sporte la grpare; fontă/fontă pentru transmsle care funcţonează cu ungere. Materalele care se caracterzează prn coefcenţ de frecare mar ş, dec, asgură reducerea forţe de apăsare ş elastctate mărtă care permte reducerea precze de execuţe ş montaj sunt materale nemetalce (textolt, caucuc, pele etc.) /oţel sau fontă. Acestea se recomandă pentru transms puţn încărcate, care funcţonează fără ungere ş se caracterzează prn dmensun de gabart mar ş randament ma scăzut. Materalul nemetalc se foloseşte sub formă de căptuşel, montate pe elementul conducător, pentru asgurarea une uzăr unforme. Valorle coefcenţlor de frecare ale dverselor cuplur de materale, în funcţe de condţle de funcţonare (cu ungere sau fără ungere), sunt prezentate în tabelul 4..
Varatoare (Transms prn frcţune) 75 Tabelul 4. Valorle coefcenţlor de frecare µ, pentru dverse cuplur de materale Cuplul de materale Coefcentul de frecare µ Condţle de funcţonare Cu ungere Fără ungere Oţel călt/oţel călt 0,04...0,05 0,5...0,8 Fontă/ oţel călt 0,07...0,08 0,7...0,8 Fontă/fontă 0,08...0, - Textolt/oţel sau fontă - 0,...0,4 Caucuc/oţel sau fontă - 0,8 4.4. ELEMENTE DE CALCUL Pentru transmsle prn frcţune care funcţonează cu ungere, forma prncpală de deterorare este oboseala de contact (aparţa de cuptur), pentru evtarea acestea fnd necesar un calcul la solctarea de contact. Unanm acceptată pentru calculul la solctarea de contact este relaţa lu Hertz, stabltă pe baza unor poteze de calcul, pentru un contact lnar, între do clndr, după generatoare Fn Fn σ H Z, E σ HP (4.) b ρ υ υ b ρ π + E E în care: Z E reprezntă coefcentul de elastctate al materalelor celor două elemente în contact care depnde de modulele de elastctate longtudnale ale materalelor ş de coefcenţ de contracţe transversală a acestora (coefcenţ Posson) υ, ; F n forţa normală în zona de contact; b lungmea de contact; /ρ - curbura redusă, calculată cu relaţa ±, ρ ρ ρ în care semnul plus corespunde contactulu exteror, ar semnul mnus contactulu nteror (pentru prncpalele forme ale zonelor de contacte întâlnte în transmsle prn frcţune, în tabelul 4. sunt prezentate razele de curbură ş curbura redusă); σ HP rezstenţa admsblă la solctarea de contact, care se determnă în funcţe de cuplul de materale ale elementelor în contact ş de numărul de cclur de solctare, cu relaţa (4.) σ H lm σ HP Z N, (4.3) S H mn în care: σ Hlm reprezntă tensunea lmtă la solctarea de contact, după un cclu pulsator (tabelul 4.3); S H mn coefcentul mnm de sguranţă la oboseală a materalulu (S H mn,,); Z N factorul de durabltate, care se determnă cu relaţa N B Z m N. (4.4) N L
76 Transms mecance azele de curbură ş curburle reduse pentru prncpalele forme ale zonelor de contact Tabelul 4. Nr. Schema contactulu azele de curbură în zona de contact crt. Curbur reduse Varator frontal (mono) ρ ; ρ + ρ ρ ρ Varator conc (mono) 3 Varator frontal cu role bconce (duo) x ρ ; ρ x cos α ρ max + ρ ρ mn cosα + mn ρ mn raza de curbură la lmta pozţe role spre vârful conulu ( mn ) 3m b ρ 3 ; 3m 3 (3 element ntermedar) sn α ρ x ρ sn α + ρ ρ 3 ρ x 3m 4 Varator sferc (duo) ρ 3 3 (3 element ntermedar) ρ cosα + ρ ρ ρ 3 cosα + 3 + 3 cosα 3 5 Varator cu conur deplasable ş nel rgd ρ ρ 3x x ρ A + x (3 element ntermedar) cosα x cosα max ρ mn ρ 3 mn mn A+ mn cosα
Varatoare (Transms prn frcţune) 77 Tensun lmtă la solctarea de contact Tabelul 4.3 Materalul roţlor Tratamentul aplcat Durtatea superfcală Tensunea lmtă s Hlm, MPa OLC 45 0 80 HB 650 700 40 Cr0 85 330 HB 780 840 4 MoCr Îmbunătăţre 70 30 HB 770 80 35 MnS 55 90 HB 730 785 34 MoCrN5 30 330 HB 735 830 OLC 45 48 50 HC 950 990 Călre superfcală 40 Cr0 50 5 HC 990 030 OLC 5 8 MoCr0 44 60 HC 50 50 7 MoCrN4 TMnCr Cementare 8 TMnCr 58 63 HC 800 90 7 MoCrN4 3 CrN30 60 64 HC 680 800 Alte tpur (mărc) de oţelur. Pentru alte oţelur de îmbunătăţre sau călte superfcal: σ Hlm c B H HB, în care c B,6,8 pentru durtăţ < 300 HB, respectv c B,3,6 pentru durtăţ 300 HB; c B,5 pentru fontă. Pentru oţelur de cementare: σ Hlm c H HC, în care c 4 pentru oţelur alate cu durtăţ > 55 60 HC. În relaţa (4.4): N B reprezntă numărul cclurlor de bază, la care dagrama de oboseală devne asmptotcă ş care este funcţe de caltatea ş tratamentul termc aplcat materalelor elementelor în contact; m gradul curbe de oboseală; N L numărul real de cclur de solctare, realzat pentru o durată de funcţonare mpusă L h, determnat cu relaţa N L, 60 n, L h, (4.5) în care n, reprezntă turaţle roţ conducătoare, respectv a cele conduse, în rot/mn ş L h durata de funcţonare mpusă transmse, în ore. Forţa normală F n, de nteracţune între elementele în contact, se determnă mpunând condţa ca momentul de torsune să se transmtă numa prn frecare. În acest caz, relaţa de calcul este F n c M t, (4.6) z µ x în care: M t este momentul de torsune la elementul conducător, în Nmm; c coefcent de sguranţă la alunecare (cu valor c,5,5); z numărul fluxurlor de transmtere a sarcn; µ - coefcentul de frecare corespunzător materalelor elementelor în contact; x raza că de rulare, la mjlocul lne de contact pentru varatoare mono x ş z (v. varatoarele frontal mono ş conc mono), ar pentru varatoare cu elemente ntermedare x mn ş z, sau 3 (v. schemele dn fg. 4. ş tabelul 4.).
78 Transms mecance În fg. 4. sunt prezentate, schematc: a varatorul frontal (mono); b varatorul frontal cu role bconce, fără bfurcaţe; c ş d varatorul frontal cu role bconce, cu bfurcaţe. a b c Fg. 4. d 4.5. TIPUI PINCIPALE DE VAIATOAE 4.5.. Caracterzare, clasfcare, caracterstc prncpale Varatoarele mecance de turaţe realzează transmterea mşcăr ş a sarcn prn frecare, cu modfcarea contnuă a turaţe ş a momentulu de torsune la elementul de eşre, între anumte lmte. contnuare. Clasfcarea varatoarelor se face pe baza unor crter cnematce ş constructve, prezentate în După modul de transmtere a mşcăr, se deosebesc varatoare cu contact drect între elementul conducător ş cel condus (de tp mono) ş varatoare cu elemente ntermedare (de tp duo).
Varatoare (Transms prn frcţune) 79 După forma geometrcă a elementelor actve, varatoarele pot f: frontale, conce, sferce, torodale, cu conur deplasable, multdsc etc. După sstemul de apăsare folost, varatoarele pot f: cu apăsare constantă (apăsare cu arcur), ndependentă de încărcare, forţa de apăsare determnându-se dn condţa transmter momentulu de torsune maxm; cu apăsare dependentă de sarcna transmsă. O clasfcare a varatoarelor după forma geometrcă a elementelor actve este prezentată în tabelul 4.4. Clasfcarea varatoarelor Transmterea Tpul Schema elementelor actve sarcn varatorulu 3 Tabelul 4.4 Frontal Drectă (varatoare mono) Conc Cu dscur Cu element ntermedar (varatoare duo) Frontal
80 Transms mecance 3 Tabelul 4.4 (contnuare) Conc Cu role bconce Cu element ntermedar (varatoare duo) Sferce Torodale Cu nel rgd
Varatoare (Transms prn frcţune) 8 3 Cu lanţ Tabelul 4.4 (contnuare) Cu element ntermedar (varatoare duo) Cu curele Schemă generalzată Schemă funcţonală Caracterstcle prncpale ale varatoarelor sunt: puterea de ntrare P ; turaţa de ntrare n ; turaţa de eşre n x varablă între n mn ş n max ; gama de reglare a turaţe G; randamentul η. Gama de reglare a turaţe se defneşte prn relaţa n max G, (4.7) n mn ar având în vedere expresle rapoartelor de transmtere (nstantaneu x, mnm mn ş maxm max ) n n n, mn, max, (4.8) n n n x x max se ajunge la relaţa mn max G. (4.9) mn Varerea turaţe la eşre, mplct a raportulu de transmtere ş a momentulu de torsune, se realzează prn modfcarea între anumte lmte a raze de rostogolre a unua dn elementele actve (varatoare mono) sau a razelor de rostogolre a ambelor elemente actve (varatoare duo). Pentru varatoarele mono, la care se modfcă raza de rostogolre a elementulu conducător, gama de reglare max G, (4.0) mn
8 Transms mecance ar la cele la care se modfcă raza de rostogolre a elementulu condus, gama de reglare max G. (4.) mn Pentru varatoarele duo, la care se modfcă razele de rostogolre atât la elementul conducător cât ş la cel condus, gama de reglare este max max G. (4.) mn mn 4.5.. Varatorul frontal (mono) La acest varator (fg.4.), elementul conducător este executat sub forma une role clndrce, cu rază constantă, ar corpul de rostogolre condus are forma unu dsc, a căru rază de rostogolre x este varablă. Modfcarea raportulu de transmtere ş mplct a turaţe la eşre se realzează prn deplasarea role, în lungul arborelu conducător, prn ntermedul mecansmulu şurub-pulţă 3, forţa necesară de apăsare F n realzându-se cu ajutorul arculu elcodal clndrc de compresune 4. apoartele de transmtere se determnă cu relaţle: max ; max, (4.3) x x ; mn mn ar gama de reglare a turaţe cu relaţa max G. (4.4) Forţa normală de apăsare F n, necesară calcululu la solctarea de contact, se determnă plecând de la relaţa (4.6), în care z ş x, cu relaţa F n c M t. (4.5) µ Fg. 4. Curbura redusă, necesară pentru calculul la solctarea de contact, este dată în tabelul 4., poz.. Dn fg. 4., rezultă că forţa normală, în zona de contact, este realzată de arcul 4, care trebue tensonat de o sarcnă Q F n. Funcţonarea acestu varator se caracterzează prn exstenţa unor alunecăr geometrce între rolă ş dsc, exprmate prn relaţa (fg. 4.3) mn ξ g v al max v, (4.6)
Varatoare (Transms prn frcţune) 83 în care: v al max v x max v v v x mn, v x max ş v x mn fnd vtezele punctelor extreme de contact dntre rolă ş dsc; v vteza role, egală cu vteza v x a punctulu medan de contact, punct în care alunecarea este nulă. Dn relaţa (4.6), prn înlocur ş urmărnd fg. 4.3, rezultă b ξ g (4.7) x ş dec mcşorarea alunecăr geometrce se poate realza prn executarea unor role cu lăţm foarte mc sau sub formă de dscur cu profl semcrcular, la care contactul teoretc este punctform. 4.5.3. Varatorul frontal cu rolă ntermedară clndrcă (duo) La acest varator (fg. 4.4), elementul conducător ş cel condus se execută sub forma unor dscur, montate pe arbor paralel, dezaxaţ, elementul ntermedar fnd rola clndrcă 3, a căre axă de rotaţe Fg. 4.3 este plasată în planul axelor celor do arbor. Modfcarea raportulu de transmtere ş mplct a turaţe la eşre se realzează prn deplasarea role 3, între cele două dscur, rezultând modfcarea smultană a razelor de rostogolre a celor două dscur. apoartele de transmtere se determnă cu relaţle: x mn max x ; mn ; max, (4.8) x max mn ar gama de reglare se determnă cu relaţa max max G. (4.9) mn mn Forţa normală de apăsare, plecând de la relaţa (4.6), în care z ş x mn, se determnă cu relaţa F n c M t, (4.0) µ mn ar curbura redusă va f. ρ 3 (4.) Valorle stablte prn relaţle (4.0) ş (4.) vor f Fg. 4.4 utlzate pentru calculul la contact, lungmea lne de contact fnd egală cu lăţmea role b. Ca ş la varatorul frontal mono, forţa normală va f realzată de un arc de compresune, care va f calculat pentru a dezvolta o forţă Q F n.
84 Transms mecance 4.5.4. Varatorul frontal cu ble (duo) Prn înlocurea role clndrce de la varatorul frontal duo (v. fg. 4.4) cu o blă, se elmnă alunecarea geometrcă dntre elementele în contact, ar frecarea de alunecare se înlocueşte prn frecare de rostogolre, ceea ce conduce la mărrea randamentulu. În această stuaţe însă, capactatea de transmtere a sarcn este redusă. Pentru mărrea capactăţ de transmtere a sarcn, varatoarele cu ble se execută cu ma multe ble, montate într-o colve (fg. 4.5, a). educerea alunecărlor geometrce, care apar în acest caz, se realzează prn montarea colve într-un rulment 4 fxat în cadrul de reglare 5 (fg. 4.5, b) care permte rotrea colve în raport cu axa acestea. a b Fg. 4.5 Modfcarea raportulu de transmtere, mplct a turaţe la eşre, se realzează prn deplasarea colve 3, între cele două dscur, obţnându-se, astfel, varerea smultană a razelor de rostogolre x ş x ale dscurlor. apoartele de transmtere se determnă cu relaţle (4.8), ar gama de reglare cu relaţa (4.9). Forţa normală F n, egală cu forţa de apăsare Q, se determnă cu relaţa (4.0), ar curbura redusă cu relaţa (4.), în care 3 este raza ble. În fg. 4.5, b se prezntă soluţa constructvă a varatorulu frontal cu ble, realzată după schema dn fg. 4.5, a. 4.5.5. Varatorul conc (mono) Acest varator (fg. 4.6) este analog varatorulu frontal mono, elementele actve fnd rola clndrcă ş conul, fecare dntre acestea putând f element conducător sau condus. Pentru varatorul dn fg. 4.6, rola clndrcă este element conducător ş are posbltatea deplasăr axale, prn ntermedul mecansmulu şurub-pulţă 3; în acest mod se obţne modfcarea
Varatoare (Transms prn frcţune) 85 raze de rostogolre a elementulu condus ş, mplct, varerea raportulu de transmtere. apoartele de transmtere se determnă cu relaţle (4.3), ar gama de reglare cu relaţa (4.4). În funcţe de corelaţle dntre, mn ş max, varatorul poate funcţona: ca reductor de turaţe ( mn > ); ca multplcator de turaţe ( max < ); ca reductor sau multplcator ( mn < < max ). Forţa normală F n, necesară transmter momentulu de torsune M t numa prn frecare, se stableşte plecând de la relaţa (4.6), în care z ş x, cu relaţa (4.5). Curbura redusă, necesar a f ntrodusă în relaţa tensun de contact, este determnată în tabelul 4., poz.. Forţa normală F n este realzată de arcul de compresune 4 (v. fg. 4.6), care trebue tensonat, pentru realzarea forţe F n, la o forţă stabltă prn relaţa Q. (4.) sn α Varatoarele conce cu contact drect (mono) au suprafaţa actvă a rolelor clndrce placată cu materale nemetalce (de obce textolt) ş funcţonează fără ungere. Alunecărle geometrce care apar sunt ma reduse comparatv cu varatoarele frontale de construcţe asemănătoare, Fg. 4.6 deoarece la aceeaş lăţme b a role clndrce dferenţa dntre razele de rostogolre lmtă este ma mcă. 4.5.6. Varatorul conc duo Varatorul conc duo, prezentat în fg. 4.7, este asemănător dn punct de vedere cnematc cu varatorul frontal duo, dar are o gamă de reglare ma mare decât acesta. ola ntermedară clndrcă 3, plasată între suprafeţele actve ale conurlor ş, deplasându-se axal, modfcă razele de rostogolre x ş x ale conurlor ş, mplct, raportul de transmtere. apoartele de transmtere x, mn ş max se determnă cu relaţle (4.8), gama de reglare G cu relaţa (4.9), forţa normală F n cu relaţa (4.0), curbura redusă /ρ cu relaţa prezentată în tabelul 4., poz. 3, ar forţa de apăsare Q F n. 4.5.7. Varatorul frontal cu role bconce La acest tp de varator (fg. 4.8), între dscul conducător ş cel condus se plasează rola bconcă 3, care are posbltatea să se rotească în jurul axe propr ş să se deplaseze axal, prn F n Fg. 4.7
86 Transms mecance ntermedul mecansmulu şurub-pulţă 4, realzându-se, astfel, modfcarea razelor x ş x, care defnesc raportul de transmtere nstantaneu al varatorulu. Avantajul utlzăr role bconce, ca element ntermedar, reduce substanţal alunecărle geometrce, ca urmare a lăţm reduse de contact dntre rolă ş dscur. Pentru transmterea de puter ma mar, se utlzează varatoare cu role bconce cu bfurcarea fluxulu de putere (v. fg. 4., c) sau varatoare realzate prn însererea a două asemenea varatoare (v. fg. 4., d); pe lângă mărrea puter transmse, se obţne ş o mărre a game de reglare. apoartele de transmtere x, mn, max ş gama de reglare G se determnă cu relaţle (4.8), respectv (4.9), ar forţa normală F n, pentru cele tre scheme structurale prezentate, cu relaţa c M t Fn, (4.3) z µ în care z reprezntă numărul fluxurlor de transmtere a puter (z fg. 4., b ş 4.8; z fg. 4., c; z 4 fg. 4., d). Curbura redusă se determnă cu relaţle dn tabelul 4., poz. 3. Fg. 4.8 Varatoarele frontale cu role bconce sunt prevăzute cu ssteme de apăsare combnate: cu apăsare constantă, realzată prn arcur ş cu apăsare dependentă de sarcnă, realzată prntr-un sstem de apăsare cu ble (v. subcap. 4.6). Forţa de apăsare constantă, realzată de arc ş care reprezntă sarcna de calcul a arculu de compresune trebue să îndeplnească condţa cmt Q Fn mn, (4.4) µ max pentru a se asgura o forţă de frecare mnmă, necesară antrenăr dsculu condus, la pornre. Soluţa constructvă pentru un varator cu o rolă bconcă este prezentată în fg. 4.9, ar pentru un varator realzat prn însererea a două varatoare cu bfurcarea fluxulu de putere, în fg. 4.0, la care (v. ş fg. 4., c ş d) ntrarea în varator se face prntr-un angrenaj bfurcat. 4.5.8. Varatorul torodal (duo) Varatorul torodal este compus dn dscurle ş, cu suprafeţe torodale, ş rolele ntermedare conce 3, care transmt prn frecare sarcna de la dscul conducător la cel condus (fg.4.). Turaţa la eşre se modfcă prn modfcarea pozţe rolelor ntermedare 3, dspuse echdstant între cele două dscur, având loc o varere smultană a razelor de rostogolre x ş x. apoartele de transmtere nstantaneu ş lmtă se determnă cu relaţle (4.8). Pentru cazul în care rolele ntermedare sunt înclnate spre stânga faţă de vertcală, razele de rostogolre sunt date de relaţle: x A cos( γ α); π (4.5) x A sn ( γ + α) A cos( γ + α), fnd raza de curbură a zonelor de contact ale dscurlor ş. mn
Varatoare (Transms prn frcţune) 87 Fg. 4.9 Fg. 4.0
88 Transms mecance Dacă rolele ntermedare sunt înclnate spre dreapta (v. fg. 4.), se obţn următoarele relaţ pentru razele de rostogolre: x x A cos( γ + α); A cos( γ α). (4.6) ezultă că raportul nstantaneu de transmtere al varatorulu torodal se exprmă prn relaţa A cos( γ ± α) x, (4.7) A cos( γ m α) ar valorle lmtă ale raportulu de transmtere max ş mn depnd de valorle lmtă ale unghulu α de înclnare a axelor rolelor ntermedare (α max, respectv α mn ). Varatorul poate funcţona ca reductor de turaţe, dacă axele rolelor ntermedare sunt înclnate ca în fg. 4., respectv ca amplfcator, dacă axele rolelor sunt înclnate nvers. Gama de reglare a turaţe se determnă cu relaţa (4.9) ş consderând că rotrea axe de rotaţe a rolelor, în jurul punctulu O, este smetrcă (, max max, respectv, mn mn ), gama de reglare este dată de relaţa max G. (4.8) mn Apăsarea necesară între dscur ş role este obţnută prntr-un cuplaj specal cu ble, care asgură o forţă de apăsare dependentă de sarcna transmsă, forţa de apăsare necesară determnându-se dn condţa de echlbru a dsculu torodal (fg. 4.) Q z F sn( γ α), (4.9) Fg. 4. Fg. 4. n unde z reprezntă numărul rolelor (z sau 3). Forţa normală dntre dscur ş role se exprmă în funcţe de forţa tangenţală maxmă
F Varatoare (Transms prn frcţune) 89 Ft max c M t c. (4.30) µ z μ z n mn Curbura redusă se determnă cu relaţa + +, ρ ρ ρ ρ 3 ρ3 în care, pentru pozţa extremă când α α max, rezultă (v. fg.4.) ρ ( γ α ) ; (4.3) mn ρ 3, (4.3) cos max tensunea maxmă de contact apărând când rolele ocupă o astfel de pozţe extremă. Axele rolelor sunt fxate într-o ramă specală, care asgură dspunerea smetrcă a acestora faţă de axa dscurlor, asgurându-se, în acest fel, o încărcare unformă a lor. Prncpalul avantaj al varatoarelor torodale constă în reducerea la mnm a alunecăr, ar ca dezavantaj se poate amnt precza rdcată de execuţe ş montaj, care poate f redusă prn utlzarea rolelor dn textolt. Soluţa constructvă a unu varator torodal este prezentat în fg. 4.3. Se observă că în pozţa de repaus elementele, ş 3 sunt păstrate în contact datortă unor arcur de compresune, care exerctă o forţă permanentă, ndependenţă de sarcnă, folostă la pornrea varatorulu, până când ntră în funcţune sstemul automat de apăsare, realzat prntr-un cuplaj specal cu ble. Fg. 4.3
90 Transms mecance 4.5.9. Varatorul sferc (duo) Una dn varantele posble ale varatoarelor sferce (v. ş tabelul 4.) este prezentată în fg. 4.4. Elementele componente ale varatorulu sunt dscurle conce ş ş elementele ntermedare 3, de formă sfercă, sarcna transmţându-se prn frecarea între elementele conducător ş condus ş elementele ntermedare sferce, dspuse echdstant, permanent menţnute în contact prn ntermedul nelulu lber rottor 4. Modfcarea turaţe la elementul condus ş mplct a raportulu de transmtere se realzează prn înclnarea sncronă a axelor elementelor ntermedare 3, dec prn modfcarea unghulu γ (v. fg. 4.4), realzată prntr-un mecansm specal. apoartele de transmtere nstantaneu, mnm ş maxm se calculează cu relaţle: 3x 3max 3mn ; max ; mn. (4.33) x 3 x 3 mn 3 max Fg. 4.4 Plecând de la relaţle (4.33), se poate determna ş relaţa de calcul pentru gama de reglare. Având în vedere că varatorul asgură o reglare smetrcă, adcă 3max 3max ş 3mn 3mn, se poate scre relaţa pentru gama de reglare max 3max 3 max G. (4.34) mn 3 mn 3 mn În funcţe de pozţa axe elementelor sferce faţă de orzontală, dec de valoarea unghulu γ, varatorul poate funcţona ca reductor sau ca amplfcator, trecând ş prn pozţa în care x, pentru γ 0. În acest sens, se prezntă, în contnuare, relaţle de determnare a razelor 3x ş 3x, în funcţe de unghul γ ş de unghul conurlor ş (α 40 0 50 0 ): Înclnaredreaptaaaxe Axableparalelă cu Înclnarestângaaaxeble ble(v.fg.4.4) axeledscurlor(γ 0) cos( α γ ) cosα cos( α+γ) 3x 3 3x 3x 3 3x 3 cos( α+γ ) cos( α γ) 3x 3 3x 3 > (reductor) < (amplfcator) (4.35) Se remarcă faptul că rapoartele de transmtere sunt defnte doar de razele de curbură ale blelor ş de valorle unghurlor de înclnare ale axelor de rotaţe ale acestora ş de unghul conurlor α; razele de curbură ale dscurlor conducător ş condus pot f consderate constante ( pentru dscurle conce). aportul de transmtere nstantaneu se obţn înlocund în relaţle (4.33) relaţle (4.35) cos( αm γ) cos( α ± γ), x (4.36) semnul superor ndcând funcţonarea varatorulu în regm de reductor, ar cel nferor în regm de amplfcator. Valorle maxme ş mnme a raportulu de transmtere se obţn pentru γ max, respectv γ mn, ar pentru γ 0, x.
Varatoare (Transms prn frcţune) 9 Forţa normală, necesară transmter sarcn numa prn frecare, se determnă cu relaţa F n c M t, (4.37) z µ în care z reprezntă numărul elementelor sferce (z 3 6). Curbura redusă, necesară pentru calculul la solctarea de contact, se determnă cu relaţa stabltă în tabelul 4., poz. 4. În fg. 4.5 este prezentată construcţa unu varator sferc. Utlzarea ma multor elemente ntermedare sferce permte mărrea sarcn transmse ş smetrzarea construcţe ş încărcăr arborlor. Inelul 4 (v. fg. 4.4), care menţne în contact elementele sferce ş elementele conce, contrbue ş la asgurarea unger zonelor de contact. Pentru reglarea turaţe elementulu condus, se utlzează un mecansm care asgură înclnarea sncronă a axelor elementelor sferce. Apăsarea necesară între elementele conce ş cele sferce este obţnută prn două ssteme cu ble, care asgură reglarea forţe de apăsare în funcţe de sarcna transmsă (v. subcap. 4.6). Fg. 4.5 4.5.0. Varatorul multdsc Varatorul multdsc (fg. 4.6) asgură transmterea mşcăr ş a sarcn prn contactul multplu ş reglabl contnuu între anumte lmte dntre pachetele de dscur conducătoare ş conduse. Mşcarea de rotaţe mprmată arborelu conducător este transmsă, prn ntermedul roţlor dnţate, 3 ş 4, arborelu 5, pe care se montează, prn canelur, pachetele de dscur conducătoare 6. Datortă contactulu forţat, realzat prn arcul 9, dscurle 6 transmt, prn frecare, mşcarea ş sarcna pachetulu de dscur conduse 7, montate, prn canelur, pe arborele de eşre 8.
9 Transms mecance eglarea turaţe la eşre este posblă prn schmbarea raze de rostogolre curente x, prn rotrea, în ambele sensur, în anumte lmte, a corpulu de comandă 0, care schmbă pozţle pârghlor artculate, la un capăt, cu elementul de comandă 0 - ş, determnând modfcarea raportulu razelor de rostogolre dntre dscurle 6 ş 7 (roţle, 3 ş 4 rămân permanent în angrenare). Fg. 4.6 Elementele geometrce ale dscurlor de frcţune sunt: raza mnmă de rostogolre a dscurlor conducătoare 6 d b mn + +, (4.38) unde: d este dametrul exteror al arborelu 5 pe care sunt montate dscurle conducătoare 6, determnat dn calculul de predmensonare; b lăţmea zone de contact (b 0,06d ); dstanţa mnmă dntre dscurle centrale (conduse) 7 ş arborele canelat 5, pe care sunt montate dscurle perferce (conducătoare) 6, corespunzătoare dstanţe mnme dntre axele acestor arbor ( 3 mm); raza maxmă de rostogolre a dscurlor conducătoare 6 max G mn, (4.39) unde G este gama de reglare mpusă;
Varatoare (Transms prn frcţune) 93 raza exteroară a dscurlor conducătoare 6 max + δ, (4.40) unde δ b 3 +... mm: raza de rostogolre a dscurlor conduse 7 D b ', (4.4) r unde: D este dametrul exteror al dscurlor conduse 7; r raza de racordare a colţurlor zone de contact a dscurlor conduse; dametrul exteror al arborelu condus 8 d D + d ( - + + r ), (4.4) unde: este dstanţa mnmă dntre arborele condus ş dscurle conducătoare ( 3 mm). apoartele de transmtere realzate prn ntermedul dscurlor se calculează cu relaţle: ; mn ; max, (4.43) x x max mn ar rapoartele de transmtere realzate de întreaga transmse (varator + angrenaje) se calculează cu relaţle: ' z4 ' z4 mn mn ; max max. (4.44) z z Gama de reglare, având în vedere relaţle (4.44), se calculează cu relaţa z 4 max G. (4.45) z mn Forţa normală F n ce revne unu dsc conducător se determnă cu relaţa F n c M tz, (4.46) µ q p mn în care: q este numărul de dscur conducătoare, dntr-un pachet; p numărul de pachete; raportul de transmtere al trenulu de roţ dnţate -3-4. π Curbura redusă /ρ, pentru δ δ γ, se determnă cu relaţa (v. fg. 4.6) + ρ ρ ρ mn max max z z 4 z - + sn γ, (4.47) în care: γ,75 0 pentru q ; γ,50 0 pentru q 4; γ,5 0 pentru q 8. Forţa necesară de pretensonare a arculu se determnă cu relaţa c M t z Q cosγ; (4.48) µ q p mn se recomandă c,,3 ş µ 0,05 0,04.
94 Transms mecance sau avans. Varatoarele multdsc se folosesc în construcţa maşnlor unelte, în locul cutlor de vteză 4.5.. Varatoare cu conur deplasable Aceste varatoare se compun dn două perech de conur, montate pe arbor de ntrare ş eşre. Pozţa celor două conur poate f reglată prn menţnerea unu con fx ş deplasarea axală a celulalt con sau prn deplasarea axală, smultană, a ambelor conur. Transmterea mşcăr ş a sarcn, între cele două perech de conur, se realzează prntr-un element ntermedar, care poate f rgd sau flexbl (curea sau lanţ). 4.5... Varatorul cu conur deplasable ş nel rgd Acest varator se compune dn conurle conducătoare ş ş dn conurle conduse ş, care sunt în contact cu nelul rgd 3 (fg. 4.7). Prn deplasarea axală a conurlor moble ş, în raport cu conurle fxe ş, se modfcă razele de rostogolre ale conurlor ş, mplct, raportul de transmtere ş turaţa la eşre. Deplasarea conurlor se poate realza prntr-un mecansm şurub-pulţă 4 (v. fg. 4.7) sau prntr-un mecansm pnon-cremaleră. apoartele de transmtere ş gama de reglare sunt date de relaţle: x G Dn condţa transmter momentulu de torsune prn frecare, forţa normală F c M x x max mn ; mn max mn. mn max c M ; max max mn ; (4.49) Fn mn, rezultă t µ t n (4.50) µ mn ş forţa tangenţală Fg. 4.7 µ Fn Ft. (4.5) c Apăsarea dntre conur ş nel necesară transmter momentulu de torsune prn frecare se realzează automat, prn împănarea ş deformarea elastcă a nelulu. Curbura redusă se determnă în funcţe de razele de curbură ale elementelor în contact, cu relaţle stablte în tabelul 4., poz. 5, curbura maxmă fnd dată de relaţa (v. ş fg. 4.7)
ρ max mn Varatoare (Transms prn frcţune) 95 A + mn cosα. (4.5) Cu relaţle stablte pentru calculul forţe normale (4.50) ş a curbur reduse maxme (4.5), acceptând o lungme b a lne de contact (v. fg. 4.7), se poate determna tensunea de contact, cu ajutorul relaţe lu Hertz (4.), ş lmtarea acestea la o valoare admsblă. 4.5... Varatoare cu conur deplasable ş curea La aceste varatoare se folosesc elemente ntermedare flexble, sub formă de curele trapezodale late sau curele trapezodale clasce, ar atunc când este necesară o flexbltate mărtă a elementulu ntermedar, se folosesc curele trapezodale dnţate. Capactatea de transmtere a momentulu de torsune ş gama de reglare a varatoarelor cu curele trapezodale late sunt superoare varatoarelor cu curele trapezodale clasce. Cureaua trapezodală se înfăşoară pe cele două perech de conur, dn care cel puţn o pereche are geometre varablă. Varatoarele care au o sngură pereche de conur cu geometre varablă, numte ş varatoare mono, realzează varerea raportulu de transmtere prn modfcarea razelor de rostogolre ale aceste perech de conur. Concomtent cu deplasarea unua (fg. 4.8, a) sau a ambelor (fg. 4.8, b) conur ale perech cu geometre varablă, se modfcă ş dstanţa dntre axele conurlor, prn deplasarea (aproperea sau îndepărtarea) unua dn arbor. Deplasarea subansamblulu mobl trebue să asgure menţnerea planulu medan al curele paralel cu el însuş. a b Pentru ambele soluţ, rapoartele de Fg. 4.8 transmtere ş gama de reglare se determnă cu relaţle stablte pentru varatoarele mono: x G x mn ; max mn. mn ; max max ; (4.53) Varatoarele la care varerea raportulu de transmtere se realzează prn modfcarea smultană a razelor de rostogolre ale ambelor perech de conur fără a f necesară modfcarea dstanţe dntre axe se numesc varatoare duo. Varerea razelor de rostogolre se poate realza prn modfcarea smultană a pozţe relatve a două dscur câte unul dn fecare pereche (fg. 4.9, a ş b) sau a tuturor celor patru dscur (fg. 4.9, c). apoartele de transmtere ş gama de reglare a turaţe, pentru aceste varatoare, se determnă cu relaţle:
96 Transms mecance x G x x max mn ; mn max mn. mn max ; max max mn, (4.54) Pentru o transmse smetrcă, max max ş mn mn, se obţne max max G. (4.55) mn mn a b c ds cul ş pu lţa 4 se Fg. 4.9 real ze ază prn rulmentul radal 6, rulmentul 7 având doar rolul de a fxa radal ş axal Fg. 4.0 şurubul. La roţle dn fg. 4., dscul conc este deplasabl axal, faţă de dscul, deplasare care modfcă săgeata arculu central de compresune 3 (fg. 4., a), respectv săgeţle arcurlor perferce de compresune 3 (fg. 4., b), realzându-se, astfel, tensonarea curele. Pentru mcşorarea frecăr, ce apare la deplasarea axală a dsculu, se prevede ş un sstem de ungere, cu unsoare consstentă (se observă ungătoarele dn capetele arborlor dscurlor conce fg. 4.). oţle sunt prezentate în cele două stuaţ lmtă, când se obţn razele max, respectv mn. Fg. 4. Tenso Varat În fg. PDF created wth pdffactory Pro a tral verson www.pdffactory.com
Varatoare (Transms prn frcţune) 97 Cu roata prezentată în fg. 4.0, ca roată comandată (dn exteror), ş una dn roţle prezentate în fg. 4., ca roţ autoreglable, se poate realza un varator conform scheme dn fg. 4.9, a, dacă dscurle moble ale celor două roţ de varator sunt plasate conform aceste scheme, stuaţe în care planul medan al curele se păstrează paralele cu el însuş, în orce pozţe de reglare. La roata dn fg. 4., dscurle conce ş 3 se deplasează axal smultan (unul stânga, celălalt dreapta sau nvers), datortă sstemulu de acţonare format dn roata dnţată ş cremalerele 5 ş 6, soldare cu dscurle, respectv 3. Deplasarea axală a dscurlor conce, faţă de butucul 4 al arborelu de ntrare se obţne prn asamblăr cu pene (moble), ce formează corp comun cu cremalerele 5 ş 6. În această stuaţe, axa medană a zone conce, Fg. 4. formată dn cele două dscur, rămâne aceeaş (în aceeaş pozţe), ndferent de pozţa curele faţă de dscur. oţle dn fg. 4.3 se reglează automat (tensonând ş cureaua), datortă arcurlor ce le echpează. Astfel, la roata dn fg. 4.3, a, dscurle ş (dentce) sunt acţonate de arcurle lamelare 3, fxate axal pe bucşa 4, pe care se pot deplasa axal (pe canelur) cele două dscur. Dacă arcul elcodal 3 este montat ca în fg. 4.3, b, este necesar un sstem de sncronzare a deplasăr dscurlor ş, realzat, în această fgură, prn pârgha 4.
98 Transms mecance a Fg. 4.3 b Varatoarele cu curele ale căror scheme structurale sunt prezentate în fg. 4.8, a ş b sunt puţn foloste în practcă, datortă dfcultăţlor tehnologce, de montaj ş reglare. Prn însererea a două varatoare cu conur deplasable ş curea (prezentate în fg. 4.8, a) se obţne transmsa dn fg. 4.4, la care subansamblul mobl este format dn dscurle conce,, fxe pe arborele 4, ş dscul mobl 3, bconc, la a căru deplasare axală se modfcă atât razele x, respectv x, cât ş raportul de transmtere nstantaneu Fg. 4.4 x x, (4.56) ' x obţnându-se valorle lmtă ale rapoartelor de transmtere: mn max mn ; max, (4.57) 'max 'mn respectv gama de reglare a turaţe max G Pentru cele două varatoare înserate, prn deplasarea arborelu ntermedar 4, se modfcă concomtent dstanţele între axe A, respectv A (varable); dstanţa dntre axe a întreg transms, între arborele de ntrare ş cel de eşre, rămâne constantă (A const.). Elementul prncpal al acestor varatoare este cureaua, calculul de rezstenţă constând în alegerea ş verfcarea acestea, cu metodolog prezentate la transmsle prn curele (v. cap. 3). mn max mn 'max 'mn.
Varatoare (Transms prn frcţune) 99 4.5..3. Varatoare cu conur deplasable ş lanţ La varatoarele cu lanţur se folosesc lanţur specale, care răspund condţlor de funcţonare: flexbltate mare, cu frecăr mc în artculaţ ş condţ optme de contact cu dscurle conce ale şabelor conducătoare ş condusă. Lanţurle foloste la varatoare sunt cu role, cu nele, cu sprjn pe bolţur ş cu lamele. Varatoarele cu lanţur ş-au găst utlzarea în dverse domen, cum ar f: maşn-unelte, textle ş de cablat, în ndustrle cmentulu, hârte, maselor plastce. Lanţurle cu role sunt formate dn pachete de eclse, fecare pachet cuprnzând două role clndrce scurte, care sunt în contact între ele (fg. 4.5). Contactul dntre lanţ ş suprafeţele netede ale dscurlor conce are loc prn împănarea rolelor între aceste suprafeţe, deoarece dametrele rolelor defnesc cota L r ma mare decât deschderea lanţulu la nvelul eclselor laterale L e. La modfcarea turaţe la arborele de eşre, prn deplasarea unua sau ambelor dscur conce, deplasarea lanţulu dea lungul generatoarelor conurlor dscurlor se realzează prn rostogolrea rolelor în canalele frontale ale dscurlor, cu perder foarte mc. Lanţurle se pot folos, în aceste condţ, la vteze de 8 0 m/s. Un tp reprezentatv de varator cu lanţ Fg. 4.5 cu role este cel prezentat în fg. 4.6. Dscurle conce ş sunt deplasable pe arbor conducător 3 ş condus 4, prn ntermedul pârghe de comandă 5, artculată la bază prn şurubul de reglaj 7. Celelalte două dscur 6 ş 7, ale şabelor conducătoare ş condusă, sunt legate de arbor 3 ş 4 prn cuplajele de apăsare automată C ş C. Dscurle 6 ş 7 sunt prevăzute cu crestătur frontale ş sunt fxate axal prn rulmenţ axal, montaţ în nelele 8 ş 9. Aceste nele sunt sprjnte pe pârghle 0 ş, artculate prn bolţur la bază ş reglable axal prn şurubul 7. Dscurle cu crestătur frontale, 3, ale cuplajelor de apăsare automată, sunt sprjnte axal prn ntermedul a do rulmenţ axal montaţ în nelele 4 ş 5. Aceste nele, la rândul lor, sunt legate, prn artculaţ cu bolţur, de pârghle 0 ş. Deplasarea axală a dscurlor conce moble se realzează prn-un mecansm şurub-pulţă, şurubul 6 având două porţun, cu flet dreapta-stânga.
00 Transms mecance Fg. 4.6 Lanţurle cu nele (fg. 4.7) sunt realzate dn elementele bloc, artculate prn ntermedul bolţurlor 4, montate fx în două blocur succesve, formând o artculaţe în care frecarea este de rostogolre. Peste fecare bloc este montat un nel, fxat axal prn ntermedul nelelor 3. Durabltatea lanţulu ş randamentul varatorulu sunt nfluenţate favorabl de frecarea mcă dn artculaţ. Aceste lanţur se utlzează la puter mar ş vteze mar (0 4 m/s). Lanţurle cu sprjn pe bolţur sunt realzate fără spaţu lber între eclse, cu artculaţ cu frecare de rostogolre. Pachetele de eclse sunt strânse cu pese ştanţate în formă de U. În contact cu dscurle conce ale varatorulu sunt suprafeţele de cap, bombate, ale bolţurlor. Fg. 4.7
Varatoare (Transms prn frcţune) 0 Lanţurle cu lamele sunt cu sau fără spaţu lber între eclse. În eclse, transversal, sunt dspuse pachete de lamele, care angrenează lateral cu dnţ dscurlor conce. Aceste dscur sunt astfel montate încât dnţ frontal sunt decalaţ, găsndu-se în faţă un gol al unu dsc cu un pln al celulalt dsc. Lamelele subţr permt înfăşurarea lanţulu pe şabe (dscur) de orce dametru. Numărul de lamele care materalzează, de fapt, dnţ lateral a lanţulu creşte cu creşterea raze cerculu de înfăşurare. Eclsele ş lamelele se execută dn oţel crom-nchel călt la 46 48 HC, ar suprafeţele actve ale dscurlor au durtatea de 60 6 HC. Stuaţle de funcţonare ale varatoarelor cu lanţ, în funcţe de pozţa lanţulu faţă de dscurle conce (şabele) conducătoare ş conduse, sunt prezentate în fg. 4.8. Dacă I este arborele conducător ş II arborele condus, în fg. 4.8, a varatorul funcţonează în regm de reductor, până când, în urma reglăr turaţe la arborele condus II, razele cercurlor de contact ale şabelor de pe arborele conducător ş cel condus devn egale, dec raportul de transmter este egal cu unul (fg. 4.8, b). Varatorul poate funcţona ş în regm de amplfcator de turaţe, dacă pozţa lanţulu faţă de şabele conducătoare ş conduse este cea prezentată în fg. 4.8, c. Fg. 4.8 4.5..4. Transms prn frcţune cu raport de transmtere varabl de tp Van Doorne Structural, transmsle Van Doorne sunt asemănătoare cu varatoarele cu conur deplasable ş curea sau lanţ, îmbnând, însă avantajele pe care le prezntă aceste două tpur de varatoare. Astfel, şabele conducătoare ş conduse sunt formate dn două dscur conce la nteror, care au posbltatea modfcăr dstanţe axale dntre ele, prn deplasarea axală a unua dntre dscur, în urma une comenz dn exteror. Elementul flexbl prezntă, însă, caracterstc atât ale curelelor cât ş a lanţurlor, este denumt curea de împngere ş este executat dn elemente de oţel. Această curea este formată dn 300 elemente proflate (fg. 4.9, a), a căror zone laterale, trapezodale, vn în contact cu suprafeţele conce ale dscurlor şabelor conducătoare ş conduse. Forma de curea contnuă este
0 Transms mecance realzată prn două benz flexble, formate, la rândul lor, dn 0 benz contnue, cu grosmea foarte mcă, de 0,8 mm fecare. Aceste benz sunt montate în spaţ plasate lateral pe elementele proflate (fg. 4.9, b). Geometra elementelor proflate, în zona de contact cu benzle metalce, este astfel concepută încât, datortă curbur în plan frontal (defntă prn raza de curbură - fg. 4.9, c), este împedcată deplasarea axală a benz, după montarea acestea. De asemenea, pentru ca înfăşurarea curele pe roată să abă loc în condţ de funcţonare corecte, zona de contact a elementulu proflat, în plan axal, este tot o suprafaţă curbă, defntă prn raza (fg. 4.9, c). Se obţne, astfel, un varator cu element ntermedar flexbl, prezentat, parţal, în fg. 4.30. Fg. 4.30 Fg. 4.9 Dntre cele două dscur ale şabe, dscul este fx, ar dscul este deplasabl axal, prntr-un sstem de comandă hdraulc. Cureaua metalcă de împngere 3 are posbltatea deplasăr radale în raport cu dscurle ş, care formează, între suprafeţele conce, unghul β. Avantajele aceste transms sunt multple, comparatv cu transmsle cu elemente flexble (curea, lanţ), la care aceste elemente trag nu împng. Capactatea de încărcare a transmse este mult ma mare la transmsle Van Doorne, la care elementul flexbl este metalc.
Varatoare (Transms prn frcţune) 03 Astfel, dacă pentru transmsle cu roţ dnţate se acordă un ndce de capactate de 00 puncte, la transmsle cu curele de împngere metalce acest ndce ajunge la 60 70, în tmp ce la varatoarele clasce cu lanţur ndcele maxm este 8, ar la cele clasce cu curele este de maxm 0. De asemenea, durabltatea este sensbl ma mare, datortă contactulu hertzan între suprafeţe metalce, materalele dn care se execută elementele componente (dscur, elemente proflate) fnd de caltate superoară, cu caracterstc mecance rdcate. Prncpalul element cnematc al une transms este raportul de transmtere ω, (4.59) ω unde ω, ω reprezntă vtezele unghulare ale elementulu conducător, respectv condus, la fel ca ş razele de rostogolre (contact) ş. Dacă gama de reglare este defntă prn relaţa G max mn, se obţne, pentru o transmse smetrcă ( max max ş mn mn fg. 4.3) max max G. (4.60) mn mn Caracterstc pentru această transmse este compacttatea, spaţul ocupat în cadrul une transms Fg. 4.3 complexe fnd foarte mc. Acest lucru se explcă prn faptul că elementul flexbl (cureaua metalcă) împnge nu trage ca la transmsle clasce. Este justfcată, astfel, utlzarea aceste transms în spaţ mc, alătur de angrenaje, în cut de vteze ale autovehculelor: Ford, Fat, Nssan, over, Subaru, Volvo, Chrysler, Volkswagen. Exemplfcarea acestu lucru este dată de fg. 4.3, în care se defneşte dstanţa dntre axe în funcţe de valorle razelor de contact ale roţlor conducătoare ş condusă, în stuaţle extreme de mnm ş maxm. Plecând de la o stuaţe nstantanee, defntă prn ndcele x, în care Fg. 4.3 se poate scre respectv x x G, a G +, (4.6) mn. (4.6) max max mn G elaţle între puterea transmsă, momentele de torsune, vtezele unghulare ş gama de reglare sunt prezentate grafc în fg. 4.33. Astfel, dacă momentul la ntrare este M t, la o vteză unghulară ω, la arborele de eşre,
04 Transms mecance momentele de torsune ş turaţle, pentru o transmse smetrcă ( max max ş mn mn ), vor f: M M t max M t M G G; ω ω mn ω ω, G t t mn ; max G. Curbele dn fg. 4.33 sunt trasate pentru dverse game de reglare G, gama maxmă fnd lmtată la G max 5. Momentul ce poate f transms de acest varator, fnd ramura actvă, care împnge, este dat de relaţa M t ( F F ), (4.64) mn mn fnd raza mnmă a roţ. Dacă la transmsle clasce, prn curele sau lanţ, forţa în ramura actvă este defntă prn mărmea forţe de întndere nţală F 0 ş forţa ce urmează a f transmsă (forţa utlă), la transmsle Van Doorne, prn întnderea nţală se realzează o sarcnă F 0, care solctă elementul flexbl la tracţune, dar sarcna utlă, ce trebue transmsă ş care defneşte momentul de torsune, este de împngere ş, dec, mcşorează forţa F 0 stuaţe prezentată schematc în fg. 4.34. Dacă F este forţa care împnge, în ramura Fg. 4.33 actvă este necesar ca să fe respectată condţa F 0 > F, pentru ca pe această ramură cureaua să rămână întnsă. Se recomandă F 0 KF, unde factorul K este ndcat de frmele constructoare ca fnd K >,. Plecând de la relaţa lu Euler, aplcată pentru această stuaţe, se poate scre F F F 0 F 0 µβ ' e x, µ unde µ ' cos α, µ fnd coefcentul de frecare, α - unghul elementulu proflat al curele ş β - unghul de înfăşurare pe roată (v. fg. 4.34). Având în vedere ş relaţa (4.64), se poate determna valoarea maxmă a forţe de împngere F x K ( )( ) M t mn respectv a forţe de întndere nţală F 0 K x K ( )( ) M t mn, (4.63) (4.65). (4.66)
Varatoare (Transms prn frcţune) 05 Utlzarea transmslor Van Doorne este, cu precădere, în transmsle automoblelor. O astfel de utlzare este prezentată în fg. 4.35, în care este element de ntrare, cuplaj, 3 clndru hdraulc de comandă, 4 dsc prmar comandat, 4a dsc rgd pe arborele de ntrare, 5 pompă hdraulcă pentru acţonarea dsculu 4, 6 al dolea clndru hdraulc, 7 dsc secundar comandat, 7a dsc rgd cu arborele de eşre dn varator, 8 transmse cu roţ dnţate, 9 dferenţal. În fg. 4.35, a ş b sunt prezentate stuaţle extreme, pentru mn, respectv max, rapoartele de transmtere pentru cele două stuaţ fnd max, respectv mn. 4.5.. Varatoare planetare cu roţ de frcţune Varatoarele planetare cu roţ de frcţune sunt, în general, superoare varatoarelor cu roţ cu axe fxe, atât în prvnţa game de reglare (la acelaş număr de elemente de frcţune) cât ş în prvnţa ndcelu de masă. Fg. 4.34 a Fg. 4.35 b
06 Transms mecance Exstă o mare varetate de transms planetare cu roţ de frcţune, cu o roată centrală, cu două sau tre roţ centrale, înserer de varatoare smple, respectv transms complexe cu roţ de frcţune ş cu roţ dnţate. Dntre acestea, se vor prezenta varatoare planetare cu două ş tre roţ centrale, cu satelţ de tp role bconce. În fg. 4.36 este prezentat varatorul ncone C, cu două roţ centrale. Elementul conducător este roata centrală, ar elementul condus este braţul port-satelţ H. Varaţa raportulu de transmtere se obţne prn deplasarea axală a nelulu nerottor, prntr-un sstem de acţonare format dntr-un angrenaj melcat, înserat cu un angrenaj roată-cremaleră, cremalera fnd corp comun cu nelul. aportul de transmtere, ţnând seama ş de notaţle dn fg. 4.36, este H H 3 3 xsn α 3, 3x (4.67) cota x fnd cea care defneşte acest raport (celelalte cote sunt constante). Cuplajul C realzează apăsarea automată între elementele de frcţune, sstemul având prevăzută ş o apăsare ndependentă de sarcnă, realzată prn arcur elcodale de compresune. În fg. 4.37 este prezentat varatorul ncone cu tre roţ centrale. Elementul conducător este roata centrală, ar elementul condus este roata centrală 3. Varaţa raportulu de transmtere se obţne Fg. 4.36 prn deplasarea axală a nelulu nerottor 4, prntr-un sstem asemănător cu cel prezentat anteror. Braţul port-satelţ H este lber ş are rolul de a pozţona echdstant satelţ. aportul de transmtere, ţnând seama ş de notaţle dn fg. 4.37, este dat de relaţa H 4 4 3 H 34 în care H 4, 4 4 x, (4.68) H 3 4 34. (4.69) 3 4 x
Dn relaţle (4.69), rezultă că termenul varabl este 4x, care poate f exprmat prn relaţa 4x x sn α, x fnd elementul varabl, cu valor ce depnd de pozţa nelulu nerottor 4 pe generatoarea conulu sateltulu. Dn fg. 4.37, rezultă că la valor mc ale cote x raportul de transmtere este maxm, ar la valor mar ale cote x raportul de transmtere este mnm. Varatoare (Transms prn frcţune) 07 4.6. SISTEME DE APĂSAE Varatoarele, de orce tp, transmt sarcna prn frecare. Este, dec, necesar să se asgure o sarcnă normală în zona de contact a Fg. 4.37 elementelor ce partcpă la transmterea momentulu de torsune, prntr-un sstem de apăsare. Dn punct de vedere al modulu de realzare a apăsăr, sunt cunoscute ş utlzate două soluţ: sstem cu apăsare constantă, ndependentă de sarcnă; sstem cu apăsare proporţonală cu sarcna ce trebue să fe transmsă. Evdent, fecare dn cele două ssteme are avantaje ş dezavantaje. Sstemul de apăsare constantă este realzat cu ajutorul arcurlor elcodale clndrce de compresune sau a arcurlor dsc, elementele componente ale varatorulu elementele de frcţune, arbor ş lagărele sunt puternc solctate (permanent), char dacă transmsa funcţonează la o încărcare mcă sau în gol, ceea ce are o nfluenţă negatvă asupra durabltăţ acestea. În aceste condţ, însă, varatorul poate funcţona ş ca lmtator de suprasarcn, la aparţa acestora ntervennd alunecărle între elementele în contact. Sstemele de apăsare automată, care realzează forţe de apăsare varable, proporţonale cu sarcna ce trebue transmsă, elmnă dezavantajul sstemulu de apăsare constantă, însă nu se ma realzează protecţa împotrva suprasarcnlor. Se preczează însă că mjloacele practce de realzare a apăsăr automate nu asgură, în general, decât pentru un anumt raport de transmtere, egaltatea între apăsărle efectve (realzate de sstemele de apăsare) ş cele necesare (stablte, pentru fecare varator în parte, dn condţa de transmtere a momentulu de torsune numa prn frecare), în restul domenulu de reglare apăsarea efectvă depăşnd apăsarea necesară. În plus, la pornre, este necesar să se asgure o sarcnă normală nţală, în zona de contact a elementelor varatorulu, pentru evtarea patnăr. În această stuaţe, sstemele cu arcur (apăsare constantă) sunt prezente alătur de sstemele de apăsare automată, char dacă sarcna normală pe care o realzează are valor relatv mc. Sstemele de apăsare automată se bazează pe efectul de pană, realzat de subansamble specale, cum ar f cuplajele cu craboţ, cu ble sau role. În fg. 4.38 sunt prezentate ssteme de apăsare automată, cu craboţ (fg. 4.38, a), cu ble (fg. 4.38, b) ş reprezentarea smbolcă a unu asemenea cuplaj (fg. 4.38, c), reprezentare întâlntă în schemele structurale ale varatoarelor.