Основные экспериментальные характеристики нового адаптивного вариатора

Основные экспериментальные характеристики нового адаптивного вариатора

Основные экспериментальные характеристики нового адаптивного вариатора

Нурбей Гулиа, Дмитрий Ковчегин, Сергей Юрков

Мы уже публиковали материалы по новому адаптивному фрикционному вариатору и его перспективах для бесступенчатой трансмиссии автомобиля. В этих материалах были приведены схемы как самого вариатора, так и бесступенчатой коробки передач на его основе. Также была приведена схема стенда для испытаний нового вариатора [1, 2]. На этом стенде и были получены основные экспериментальные характеристики вариатора, которые предназначены для расчета и проектирования подобных вариаторов.

Новый вариатор был изготовлен на автомобильном заводе АМО ЗИЛ в Москве и испытан в стендовых условиях. Фиксировались следующие показатели: частота вращения и крутящий момент на входном и выходном валах; по этим данным вычислялись такие важные показатели как КПД, передаточное отношение кинематическое i (или без нагрузки на выходном валу), и реальное iр, т.е. с учетом проскальзывания, вызванного работой под нагрузкой. Кроме того, было осуществлено фиксирование ряда передаточных отношений вариатора, и определены значения коэффициентов упругогидродинамического (УГД) трения и проскальзывания для этих передаточных отношений.

Здесь следует отметить, что последний эксперимент весьма затруднен для адаптивных, а тем более планетарных вариаторов, ввиду того, что передаточное отношение там меняется автоматически, а кроме того имеются два вида последовательно работающих фрикционных контакта – наружный (на внутреннем центральном колесе) и внутренний (на внешнем центральном колесе). Так как эти контакты находятся при оптимизированном нажиме, т.е. примерно в одинаковой степени загружены, то в качестве показателя скольжения брался обобщенный показатель скольжения, равный половинному значению суммарного проскальзывания в вариаторе для каждого контакта. Значение этих коэффициентов трения в наружном и внутреннем контактах – fн и fв, сравнивались с ранее полученными коэффициентами fн проф. X.Воячеком и проф. Н.В.Гулиа для различных проскальзываний.

На графиках рис.1 и рис.2 представлены зависимости крутящих моментов на выходном валу Т и КПД η от частоты вращения n для двух типов рабочих смазок. На рис.1 вариатор смазывался моторным маслом М-8, а на рис.2 – высокотяговой смазкой (трактантом) «Сантотрак-50» (Santotrac-50), предназначенной специально для вариаторов, и изготовляемой в США фирмой Findett Corporation. Кроме того, учитывая несимметричность системы отбора момента при вращении валов вариатора в разных направлениях, опыты были проведены при вращении их в двух различных направлениях. Кривая 1 характеризует КПД вариатора, кривые 2 и 3 – крутящие моменты при вращении входного вала по часовой стрелке и против нее (видно, что эти кривые очень близки друг к другу).

На этих же графиках представлено изменение максимальных коэффициентов УГД-трения fн и fв для смазки моторным маслом (рис.1) и трактантом «Сантотрак-50» (рис.2). Эти коэффициенты определялись расчетно-экспериментальным методам по нескольким вариантам с фиксацией передаточных отношений вариатора на определенных значениях, и на графиках представлены их усредненные значения.

Рис. 1. Характеристики вариатора для минерального масла

Рис. 2. Характеристики вариатора для высокотягового масла

Ввиду того, что в данном вариаторе коэффициенты УГД-трения растут с увеличением скольжения непрерывно (о чем будет еще сказано ниже), мы ограничивались значениями скольжения 10%, как максимально допустимыми для реальных режимов эксплуатации вариатора, и считаем коэффициент запаса по сцеплению β=1. Следует заметить, что при расчете и проектировании вариаторов эти значения максимальных коэффициентов трения следует разделить на коэффициент запаса по сцеплению β, который обычно принимается 1,25...1,5. С учетом этого относительное скольжение сильно падает и достигает вполне приемлемых значений. Например, для смазки трактантом «Сантотрак-50» и β=1,25 относительное скольжение с 10% падает до 2...2,5%, а при β=1,5 – до 1,5%. Для моторного масла это падение относительного скольжения не столь существенно: при β=1,25 – 5%, а при β=1,5 – до 4%. Разумеется, последние значения относительного скольжения достаточно высоки, что сказывается на КПД вариатора, который при смазке моторным маслом ниже, чем при смазке трактантом «Сантотрак-50», что отражено на графиках рис.1 и 2.

На графике рис.3 представлены зависимости коэффициентов УГД-трения fн и fв от относительного (в том числе и обобщенного) проскальзывания S%.

Рис. 3. Зависимость коэффициентов трения f от скольжения S

Кривые 1 и 2 характеризуют ранее полученные на стендах X.Воячеком (Н.Vojacek) в ФРГ и Н.В.Гулиа в России, коэффициенты fн при смазке, соответственно, смазкой «Сантотрак-50» (в опытах Х.Воячека – «Variotrac») и моторным маслом М-8. Стенды были снабжены фрикционными дисками с углом конусности 5°...6°, полностью соответствующими фрикционным дискам вариатора; эти показатели коэффициентов трения можно считать в какой-то мере эталонными. Кривые 3 характеризуют коэффициенты fн и fв трения для нового вариатора со смазкой «Сантотрак-50», кривые 4 – со смазкой моторным маслом М-8 (верхние кривые 3 и 4 относятся к fв, а нижние – fн). Передаточное отношение здесь в пределах 1,5...3.

Приведенные графики однозначно свидетельствуют о неоспоримом преимуществе высокотяговых (фрикционных) смазок типа «Сантотрак-50». Кроме существенно большего коэффициента трения, эта смазка обеспечивает в несколько раз меньшее скольжение, что существенно отражается на КПД и долговечности фрикционных дисков. Известно, что долговечность фрикционных дисков, смазываемых «Сантотрак-50» измеряется десятками тысяч часов, что эквивалентно миллионам километров пробега автомобиля.

Описанная конструкция нового вариатора отличается от других фрикционных вариаторов и передач тем, что в ней не наступает «срыва» передачи момента, т.е. снижения коэффициента трения при определенных значениях скольжения. Для цилиндрических, катков этот «срыв» наступает при S≈1,5...2%, для ременных вариаторов – при 3...5%, иногда больше, но этот «срыв» наступает всегда. В новом же вариаторе коэффициенты трения, как fн, так и fв, растут непрерывно с увеличением скольжения практически до S=80%, т.е. почти до полного буксования (которое, впрочем, допускать нельзя, и которое в новом вариаторе предотвращается). Это очень ценное качество вариатора, особенно для транспортного применения.

В заключение отмечаем, что, судя по приведенным характеристикам опытного образца вариатора, он отвечает всем требованиям, предъявляемым к автоматическим бесступенчатым трансмиссиям, особенно автомобильного назначения. Предполагается при этом, что вариатор смазывается высокотяговой смазкой типа «Сантотрак-50» или его более современной модификацией, например, «Сантотрак-50S».

Список литературы

Гулиа Н.В., Юрков С.А. Новый адаптивный фрикционный вариатор для бесступенчатой трансмиссии автомобиля. НиТ, 2001.

Гулиа .В., Юрков С.А. Новый многодисковый вариатор с «мягкой» рабочей характеристикой. НиТ, 2001.