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.