Маховики-8

Для успешного отбора энергии необходим вариатор - механизм, меняющий передаточное отношение, вроде коробки передач, но без ступеней. Вращение выходного вала в вариаторе изменяется плавно - бесступенчато. Во сколько раз снижается частота его вращения, во столько же раз повышается мощность.

Если вид или форма энергии преобразуется при ее передаче, непременно страдает КПД. Поэтому лучше, если энергия имеется в виде вращения вала, и исполнительному органу эта энергия нужна тоже в виде вращения, например колеса.

Лобовой вариатор. Использовался в первых моделях легковых автомобилей. Два диска прижаты друг к другу. Если большой диск вращается от мотора (или маховика) с постоянной скоростью, то скорость малого зависит от его положения на площади диска большого. В крайнем положении (когда диски соединены трением самыми кромками) эта скорость максимальна. С приближением к центру большого диска она падает. В самом центре большого диска, малый вообще останавливается.
С переходом малого диска по другую сторону от центра большого, он начинает вращаться - уже в обратном направлении, и соответственно тем быстрее, чем дальше он отходит от центра.
Большой диск связывался с двигателем, а малый - через редуктор с колесами автомобиля.

Диапазон регулирования такого вариатора теоретически бесконечен: колеса автомобиля от неподвижного положения (малый диск в центре большого) способны вращаться до максимальной скорости как вперед, так и назад (малый диск на другом краю большого).

Вся мощность такого вариатора передается только одним контактом большого и малого дисков, а одним контактом большой мощности не передашь. И диски тут надо сильно прижимать друг к другу, чтобы передать трением хоть какое-то усилие, при этом все подшипники дисков нагружены большими силами. Нажим дисков не регулируется - он рассчитан на максимальную мощность, и зона контакта сильно изнашивается.

Вариатор завода Ленце (Германия) в исполнении мотор-вариатора. Между внутренними центральными дисками, выполненными с торообразными (как у бублика) рабочими поверхностями, зажаты 6 конических дисков, подвижно закрепленных осями на водиле. Эти же диски зажаты и между внешними центральными дисками, имеющими такую же торообразную рабочую поверхность. Таким образом, эти 6 дисков контактируют одновременно и с внешними, и с внутренними центральными дисками - с каждым в 12-ти точках. Итого 24 точки контактов. Во столько же раз (по сравнению с лобовым вариатором) возрастает мощность.
Из-за малого угла конусности этих 6 дисков, зажим их между внешними и внутренними дисками силой в несколько тонн, не дает ощутимой нагрузки на центральные подшипники.

Баеровский контакт конических дисков с внутренними (а), внешними (б) дисками (r1 и r2 - радиусы контактов) - позволяет развивать огромные нажимные усилия в зонах контакта. Вся рабочая часть вариатора плоская, как блин или диск, поэтому и называется вариатор дисковым.

Планетарная схема дискового вариатора.

Энергия в механических передачах теряется при провороте одной детали о другую. При этом чуть-чуть сминается металл, сдавливается смазка, нагружаются подшипники. А если эти детали (в данном случае диски вариатора) сделать неподвижными относительно друг друга, тогда и потерь не будет, и КПД - 100%! Но можно ли этого добиться при работе передач?

Из-за смазки падает трение. Но при быстром, кратковременном и сильном сдавливании смазка (особенно специальная) стекленеет и начинает передавать большие усилия. Коэффициент трения как бы повышается, вместо того чтобы падать.

Традиционная (а) и новая (б) схемы планетарного фрикционного вариатора - в новой схеме внешние и внутренние диски, состоящие из двух половинок (разрезные), податливы. Размеры конструкций соответствуют одной и той же передаваемой мощности.

Рычаг (а) и криволинейные направляющие для каждого из шести рычагов в виде фасонных прорезей в диске (б) из деталей реального вариатора.

И внешние, и внутренние диски в своем вариаторе я выполнил как бы из двух тонких половинок, установленных на валу с зазором миллиметра в два-три между ними - на тот осевой ход, на который отожмут их радиально перемещающиеся конические диски-сателлиты. Сами диски сделаны из прочной упругой стали, что придает им свойства дисковых пружин.
А для перемещения сателлитов сделан несложный привод из рычагов и криволинейных направляющих. И рычаги, и направляющие соединены с вращающимся водилом и дисками-сателлитами, тоже вращающимися. И поэтому управлять ими нужно дистанционно, например с помощью пневмоцилиндров, что в общем несложно и технически легко исполнимо.

Благодаря упругим податливым дискам можно устанавливать больше рядов сателлитов (обычно четыре), многократно повышая мощность вариатора. Второй (так как сателлиты, независимо прижимаемые упругими дисками, перемещаются не выдавливанием их, а рычагами) нажим удалось сделать равномерным и оптимальным, причем уже не для 24, а для всех 96 рабочих контактов. А это ведет к существенному повышению КПД и долговечности вариатора.

Новый адаптивный вариатор в исполнении мотор-вариатора.

Чем больший крутящий момент передает вариатор, тем большие усилия испытывает устройство, изменяющее в сателлитах передаточное отношение - сильнее приходится давить на рычаг, переводящий эти сателлиты.

Я нагрузил рычаг пружиной. Усилие на валу увеличилось, рычаг растягивал пружину и перемещался сам, перемещая сателлиты в то положение, которое требовалось для создания нужного передаточного отношения. Вариатор стал автоматическим.
Увеличивается сопротивление движению, допустим на подъеме - рычаг растягивает пружину (перемещает сателлиты, повышая передаточное отношение) и автомобиль начинает ехать медленнее, развивая большую тягу. Кончился подъем - сателлиты сами возвращаются на прежнее место, и скорость машины возрастает.

Схема, поясняющая принцип работы супервариатора на основе вариатора и автомобильного дифференциала:

n₁	частота вращения двигателя (входного вала вариатора)
n₂	частота вращения выходного вала вариатора
n₃	частота вращения выходного вала дифференциала
n_супер	частота вращения выходного вала всего привода
i_вар = n₁/n₂	передаточное отношение вариатора
i_супер = n₁/n_супер	передаточное отношение супервариатора

Проведем эксперимент: поддомкратим автомобиль так, чтобы вывесились его ведущие колеса, и пустим двигатель работать на холостом ходу, поставив в коробке первую передачу. Отпустим сцепление и понаблюдаем за колесами. Они будут вращаться с равной скоростью.
   А теперь попробуем замедлить вращение одного колеса, например, тормозя его чем-нибудь. Второе колесо ускорит свое вращение. Остановив полностью первое колесо, мы ускорим вращение второго ровно вдвое.

Колеса автомобиля связаны между собой особым механизмом, называемым дифференциалом. Достаточно включить дифференциал в конструкцию вариатора, и мы сможем преобразовывать понижение частоты вращения одного вала в повышение другого.

Если подключить дифференциал в тот момент, когда вариатор дойдет до своего минимального передаточного отношения, то частоты вращения входного и выходного валов дифференциала станут одинаковыми.
   Стоит увеличить передаточное отношение вариатора, как выходной вал дифференциала начнет ускоряться, соединяясь с ведущими колесами автомобиля, хотя в начале движения с ведущими колесами были связаны вал вариатора (или входной вал дифференциала).

Когда частоты вращения валов дифференциала станут одинаковыми, то безразлично, какой из них окажется подключенным к колесам автомобиля, можно даже соединить с ними сразу оба этих вала.
   Понижение скорости автомобиля осуществляется аналогично, только в обратном порядке.

Дифференциал я применил не совсем автомобильный, без присущих ему конических зубчаток, но принцип остался тот же. В результате диапазон регулирования увеличился до 20 - 25. Ведь используются оба рабочих хода управления вариатором - и на понижение, и на повышение передаточного отношения, а идут оба этих хода или только на понижение, или только на повышение.

Когда мы подключаем дифференциал и начинаем повышать передаточное отношение вариатора, выходной вал дифференциала, соединенный с колесами, вращается все быстрее, а ведь вал вариатора замедляется, через него проходит все меньшая мощность, меньше и потерь энергии. И все большая мощность проходит на колеса непосредственно от двигателя (или маховика), минуя вариатор - уменьшаются и потери.
Если бы вариатор остановился совсем, КПД всего устройства был бы равен практически единице, но вариатор все-таки вращается, хотя и еле-еле, вот и КПД не единица, а 0,99! Подсчет показывает, что в среднем, при наиболее употребительных режимах движения автомобиля - например на шоссе - КПД нового устройства 0,97 - 0,99.

Предыдущая стр. - = - Следующая стр.

Карта сайта
Мой адрес Электронной почты: q2212@yandex.ru
Номер моего мобильного телефона: +79030100732