Цепные вариаторы. Вариатор цепной принцип работы
Цепные вариаторы
Вам может быть интересны также другие типы вариаторов:
Вариаторные коробки передач позволяют производить бесступенчатое изменение скорости вращения колёс автомобиля и управлять крутящим моментом. Наряду с гибкими ременными передачами усилия активно используются цепи. Они существенно отличаются от классического понимания цепной передачи мотоцикла или велосипеда.
Это устройство с огромным количеством звеньев, расположенных в шахматном порядке для максимально эффективного распределения усилия на разрыв. Запас прочности в этих изделиях может доходить до коэффициента 10:1.
Основные особенности цепного вариатора
Его принципиальное устройство ничем не отличается от клиноременного вариатора. Поэтому опишем только базовые отличия и основные положительные моменты:
- Цепь намного прочнее ремня. Она демонстрирует гораздо большее усилие на разрыв. В ремне может лопнуть одна из направляющих, после чего он сбрасывается со шкивов и прекращает функционировать. На поврежденных звеньях можно будет доехать до ближайшего автосервиса.
- Цепи имеют свойство растягиваться. Это происходит при слишком резком старте. Если не нужно ставить рекорд по достижению 100 км/ч с нуля – то берегите свой автомобиль и растяжки не произойдёт. Если это произошло, то ремонт практически невозможен.
- Устройство может сильно шуметь, хотя понятие уровня шума здесь относительное. Можно сказать, что это более шумный вариант, чем ременной вариатор.
- Из-за мощного антифрикционного взаимодействия цепь практически не теряет крутящий момент и более качественно передаёт его от двигателя. Он демонстрирует самый высокий КПД среди всех гибких передач.
Где применяются цепные вариаторы
Они используются на самых мощных автомобилях для осуществления бесступенчатой передачи. Для примера, ими комплектуются вариаторы топовых моделей от Audi. Несмотря на повышенный уровень шума, они дают гораздо большую надежность, по сравнению с ремнями, а разрыв одного или нескольких звеньев даст о себе знать характерным треском или звоном. Изготовление цепи стоит значительно дороже ремня, поэтому этот элемент не устанавливают на бюджетные автомобили.
variator-cvt.ru
Вариаторы
Вариаторы, укомплектованные общепромышленными асинхронными электродвигателями, получили название мотор-вариаторов. Они могут оснащаться и другими двигателями, например, с независимой вентиляцией, с переменным числом полюсов или со встроенным тормозом. По желанию заказчиков мотор-вариаторы могут доукомплектоваться цилиндрическими, червячными или другими редукторами со стандартным входным фланцем и полым валом. Применяемые схемы сборки «мотор – вариатор – редуктор» обеспечивают высокие крутящие моменты вала при одновременном регулировании скорости вращения.
В отличие от других вариаторов, передаточное отношение мотор-вариаторов можно изменять и на остановленном двигателе, а длительный режим работы при постоянном передаточном отношении не вызывает износа рабочих поверхностей на фрикционной паре, из-за отсутствия скольжения в зоне контакта.
Вариаторы соединяются с электродвигателями при помощи фланцев, а с редукторами или иными механизмами с помощью муфт.
Вариаторы хорошо себя проявили в машиностроении, строительстве и металлургии в ленточных, цепных, роликовых конвейерах, в пищевой промышленности, в подъемных устройствах, в экструдерах, приводах транспортировочных тележек, приводах летучих пил и ножниц, приводах поворотных механизмов и ходовых винтов.
Выгода от применения современных вариаторов заключается в их минимальном износе и отсутствии необходимости в дорогостоящих механизмах и элементах приводов, благодаря плавному изменению передаточного отношения. Реально существующая необходимость перехода экономики России на технологическую базу с достаточной эффективностью подтверждает готовность внедрения новых инновационных проектов, стимулирующих развитие новых ресурсосберегающих технологий. Их реализация приведёт к значительному снижению затрат на металл (за счет компактности конструкций разрабатываемых вариаторов) и на энергию, затрачиваемую на производство единицы продукции, и обеспечит производство конкурентоспособных вариаторных устройств нового поколения.
ence-gmbh.ru
преимущества и недостатки трансмиссии CVT
Преимущества и недостатки вариатора
Количество возможных режимов при движении автомобиля бесконечно велико. Поэтому оптимальную работу двигателя можно обеспечить, если бесконечным будет и количество ступеней в коробке передач. Вариатор – единственный из существующих на сегодняшний день видов КПП позволяет безступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля (т.е. скорости и сопротивления движению) удается подобрать наиболее эффективное значение передаточного отношения, а не усредненное, как в любой другой коробке передач.
Следствием постоянной работы двигателя в зоне оптимальных оборотов является высокая экономичность, снижение токсичности выхлопных газов и лучшая динамика разгона автомобилей с вариаторами. А так как передаточное отношение изменяется плавно, а не ступенчато, то такие автомобили отличаются и плавностью хода. Отсутствие рывков при переключениях увеличивает срок службы узлов трансмиссии. Вариаторы имеют небольшой вес, простую конструкцию (по сравнению с АКПП) и достаточно надежны. Так же, как и «автоматы» они избавляют водителя от «ручного» труда.
Так что, имеем идеальную коробку передач? Увы, нет. Главный недостаток вариаторов состоит в том, что они фрикционные (работают за счет трения, а не зубчатого зацепления), и поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями.
Вариатор не любит долгой работы в режиме максимальных нагрузок. «Спортивный» стиль вождения, резкие рывки и торможения приводят к его быстрому износу. Стихия вариатора — спокойное, плавное движение.
Принцип работы вариатора
Принцип работы клиноременного вариатора на низшей передачеВ настоящее время на автомобилях применяют два типа вариатора: клиноременной и торовый. Клиноременной состоит из двух раздвижных шкивов и натянутого между ними ремня. Один шкив соединен с двигателем, и является ведущим, второй, ведомый, — с ведущими колесами. Шкивы, как уже говорилось, раздвижные, то есть, состоят из двух половинок. Если половинки шкива сближаются, ремень выталкивается наружу, если раздвигаются, ремень проваливается внутрь. Изменение радиусов, по которым вращается ремень, происходит синхронно — когда один шкив увеличивает радиус, другой его уменьшает. В итоге плавно изменяется передаточное отношение: пока радиус ведущего шкива меньше, чем ведомого, имеем пониженную передачу; если радиусы равны — передача прямая; если же ремень на ведущем шкиве вращается по большему радиусу, чем на ведомом — получаем повышенную передачу.
Принцип работы клиноременного вариатора на высшей передачеПочему же при такой простоте и прочих своих достоинствах вариатор стали применять на автомобилях сравнительно недавно? Проблема заключалась в резиновом ремне, который не позволял передавать большой крутящий момент. Только с изобретением металлического наборного ремня стала возможной установка вариатора на легковых автомобилях (о грузовых даже и речи не идет). Такой ремень представляет собой две металлические ленты с нанизанными на них металлическими пластинками специальной формы. Он передает усилие путём прижима звеньев друг к другу и толкания их ведущим шкивом. Ведущий шкив толкает зажатые между его дисков звенья, те толкают соседние, и так далее к звеньям, зажатым в ведомый шкив. То есть такой ремень является толкающим, а не тянущим, что позволяет передавать значительно большее усилие.
Устройство ремня клиноременного вариатораСуществуют и цепные вариаторы, в которых вместо ремня применяется цепь. Принципиальных различий с ремнем нет, есть некоторые отличия. Первое — цепь передает тянущее усилие, а не толкающее. Второе – мощность передается скошенными торцами осей звеньев цепи.
В торовых вариаторах вместо раздвижных шкивов применяются конусовидные диски, а ремень заменяют ролики. Один диск (ведущий) соединяется с коленвалом двигателя, другой (ведомый) — с трансмиссией. К дискам прижимаются ролики, которые могут вращаться вокруг горизонтальной оси, передавая крутящий момент, и смещаться относительно вертикальной, соприкасаясь с дисками в разных точках. Изменяя положение роликов, меняем передаточное отношение. Если ролик соприкасается с ведущим диском по малому радиусу, то с ведомым он контактирует по большому — получаем понижающую передачу. При вращении по одинаковым радиусам передача будет прямой, а если ролик прижат к ведущему диску по большему радиусу — повышающей.
Принцип работы торового вариатора на низшей передаче
Принцип работы торового вариатора на высшей передачеТоровые вариаторы способны передавать больший крутящий момент, чем клиноременные. При этом им присущи недостатки клиноременных, так как усилие передается также за счет трения. Торовый вариатор дороже, ввиду того, что для изготовления его деталей требуется высокопрочная сталь, а для смазки — специальное фрикционное масло.
Устройство вариатора
Устройство вариатораПрактические конструкции вариаторов включают в себя устройства для обеспечения плавного трогания с места, движения задним ходом, систему управления, гидронасос.
В роли сцепления могут выступать либо пакет фрикционов, либо гидротрансформатор. Пакет фрикционов проще, компактнее, но по плавности включения и долговечности уступает гидротрансформатору. Поэтому такая конструкция применяется на недорогих автомобилях. Гидротрансформатор имеет большие габариты и массу, зато обеспечивает более плавное трогание, сглаживание рывков, что увеличивает ресурс работы вариатора. Кроме того, вариатор с гидротрансформатором быстрее переходит с низших передач на высшие при резком разгоне.
Для обеспечения движения задним ходом применяется простая планетарная передача.
Система управления состоит из блока управления, датчиков, гидросистемы управления шкивами.Получая данные об оборотах двигателя, скорости автомобиля и положении педали акселератора, блок управления определяет оптимальное для данного режима движения передаточное число. По показаниям датчиков скорости вращения первичного и вторичного валов определяется реальное передаточное отношение. При их несовпадении блок управления выдает команду гидросистеме на изменение диаметра шкивов.
Рабочее давление в гидросистеме и смазку деталей вариатора обеспечивает насос, приводимый от первичного вала. Причем давление в системе зависит не от оборотов двигателя, а поддерживается пропорциональным развиваемому крутящему моменту. Чем больше момент, тем сильнее сжимаются диски, предотвращая проскальзывание ремня. От давления, создаваемого насосом, зависит быстродействие вариатора – чем оно выше, тем быстрее изменяется передаточное отношение. Масло в системе применяется специальное, с маркировкой CVT. В качестве напоминания такая же надпись ставится на маляном щупе вариатора.
Электронная система управления позволяет наделить вариатор большим перечнем дополнительных функций: адаптация к стилю вождения, экономичный или спортивный режим, «ручное» переключение передач.
Последняя опция введена больше в связи с субъективным восприятием некоторыми водителями особенностей работы вариатора, чем с технической необходимостью. При резком нажатии на педаль акселератора двигатель вначале выводится на обороты, соответствующие максимальной мощности, и далее разгон происходит за счет изменения передаточного отношения вариатора. При этом мотор все время работает «на одной ноте». Водителей «с музыкальным слухом» это раздражает. Поэтому и вводится «ручной» режим с 6-8 фиксированными передачами, и тогда звук двигателя с вариатором приобретает ласкающую слух переменную тональность.
Еще один нюанс конструкции вариаторных трансмиссий связан с диапазоном передаточных чисел. Прямой передаче соответствует положение, когда диаметры дисков одинаковы. Поэтому низшее и высшее передаточные числа симметричны относительно единицы. А значит, высших передач получается слишком много, а низших, наоборот, недостаточно. Чтобы компенсировать этот недостаток, увеличивают передаточное число главной передачи.
avtonov.info
передача с плавным изменением частоты вращения ведомого вала.
Вариаторы
Область применения вариаторов
Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала. Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального режима, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.
В качестве механизма главного движения в вариаторах применяют передачи разного типа – фрикционные, ременные, цепные. Их выполняют в виде отдельных механизмов с непосредственным контактом ведущего и ведомого катков, с промежуточным элементом (например, ремнем) и планетарные.
Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка n2max к его минимальной частоте вращения n2min:
Д = n2max/n2min = u2max/u2min.
Обычно для одноступенчатых вариаторов диапазон регулирования выбирают в пределах Д = 3...8.
***
Разновидности вариаторов
В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и другие. Разработано большое число конструкций вариаторов с различными принципиальными схемами, в зависимости от назначения и применения в различных механизмах и машинах. Многообразие конструкций вариаторов не позволяет систематизировать методы их расчетов.
Вариаторы подбирают по каталогам и справочникам, в зависимости от передаваемого крутящего момента, диапазона регулирования, частоты вращения ведущего вала и конструктивных особенностей.
***
Лобовые вариаторы
Лобовые вариаторы применяют в винтовых прессах и различных приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R2. 
Лобовые радиаторы допускают реверсирование вращения (передвижением малого катка из положения А в положение Б, см. рис. 2).
Рабочие поверхности катков лобовых вариаторов подвержены интенсивному износу вследствие существенной разницы скоростей на площадке контакта (геометрическое скольжение). По этой же причине лобовые вариаторы имеют невысокий КПД.
Поскольку R1 = const, диапазон регулирования лобовых вариаторов определяется по формуле:
Д = R2max/R2min.
***
Вариаторы с раздвижными конусами
Этот тип вариаторов имеет наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным элементом вариаторов с раздвижными конусами является широкий клиновый ремень (см. рис. 3) или специальная цепь. Плавное изменение частоты вращения ведомого вала достигается раздвижением ведущего и синхронным сближением ведомого конусных катков, т. е. изменением расчетных радиусов катков R1 и R2.
Максимальное и минимальное значение передаточного числа вариатора с раздвижными конусами определяется по формулам:
umax = n1/n2min = R2max/R1min;umin = n1/n2max = R2min/R1max.
Клиноременные вариаторы просты и надежны в эксплуатации, стандартизированы. Диапазон регулирования таких вариаторов Д ≤ 8. При использовании широких ремней передаваемая мощность достигает 50 кВт при КПД η = 0,8...0,9.
Наглядно принцип работы клиноременного вариатора можно увидеть здесь.
Цепные вариаторы сложнее и дороже клиноременных, но компактнее, надежнее и долговечнее. Они обеспечивают постоянство передаточного числа из-за отсутствия проскальзывания. Цепные вариаторы могут передавать мощности до 100 кВт и имеют диапазон регулирования Д ≤ 7. КПД таких вариаторов η = 0,8...0,9.
Клиноременные и цепные вариаторы не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.
***
Торовые вариаторы
Торовый вариатор состоит из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух или трех промежуточных роликов (рис. 4). Частоту вращения ведомого вала регулируют поворотом промежуточных роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы поверхностей контакта R1 и R2.
Торовые вариаторы имеют наиболее совершенную и компактную конструкцию в сравнении с вариаторами других типов. Скольжение у них сведено к минимуму. КПД достигает 0,95, диапазон регулирования Д ≤ 6,3.
Основные недостатки торовых вариаторов – сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления и монтажа. Особенностью торовых вариаторов является противоположное вращение ведущего и ведомого валов. Реверсивное движение ведомого вала не осуществляют.
Текущее значение передаточного числа торовых вариаторов рассчитывают по формулам:
u = n1/n2 = R2/R1.
***
Многодисковые вариаторы
Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических дисков, прижимаемых пружинами (рис. 5). Изменение частоты вращения ведомого вала в таких вариаторах осуществляется за счет перемещения ведущего вала относительно ведомого в направлениях, указанных на рис. 5 красными стрелками. При этом изменяется межосевое расстояние и расчетный радиус R1 ведущих дисков.
При работе дисков в масляной ванне долговечность и надежность многодисковых вариаторов существенно повышается.
Передаточное число многодисковых вариаторов определяется по формулам:
u = n1/n2 = R2/R1.
Диапазон регулирования многодисковых вариаторов Д ≤ 4,5, КПД η = 0,8...0,9.
Применение многодисковых вариаторов позволяет уменьшить габариты конструкции при больших значениях передаваемой мощности. Как и рассмотренные выше типы вариаторов (клиноременные, цепные, торовые), многодисковые не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.
***
Кроме рассмотренных здесь типов вариаторов применяются и другие конструкции - конусные, двухконусные, дисковые, роликовые и т. д. Конструкции некоторых из них представлены на рисунке ниже.
***
Передача винт - гайка
k-a-t.ru
Цепной вариатор
Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в трансмиссии транспортных средств, а также в механизмах, где требуется бесступенчатое изменение оборотов и крутящего момента. Цепной вариатор содержит ступицу (1), на которой установлены звездочки (2) с эксцентрично расположенными осями (3). Звездочки установлены радиально непосредственно на ступицу. Крутящий момент со ступицы или на ступицу передается цепью посредством звездочек. Способ фиксации звездочек в нужном положении может быть различным как фрикционным, гидравлическим, электрическим и т.д. При повороте звездочек вокруг эксцентрической оси изменяется расстояние цепи от оси ступицы, соответственно происходит изменение плеча приложения силы. Изменяя положения звездочек можно изменять крутящий момент и соответственно передаточное отношение. Изобретение позволяет повысить долговечность и надежность, увеличить ресурс передачи. 8 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в трансмиссии транспортных средств, а также в механизмах, где требуется бесступенчатое изменение оборотов и крутящего момента.
Известны клиноременной вариатор. Источник «Википедия» свободная энциклопедия сайт ru.wikipedia.org/wiki/Вариатор. Клиноременной вариатор состоит из нескольких (как правило, одной-двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, a Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.
Тороидный вариатор, который состоит из соосных дисков и роликов, передающих момент от одного диска к другому. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски. И поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску.
Лобовой вариатор, где к плоскому маховику двигателя прижимался диск, перемещающийся от центра к краю.
Так, очевидно, что самыми конструктивно слабыми местами существующих сегодня автомобильных вариаторов являются: для клиноременного эти самые ремни, а для тороидного - пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн. Поэтому здесь применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов достаточно высокой, близкой к надежности гидромеханических "автоматов", но все же из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы пока не могут "тянуть грузы", а также работать с двигателями большой мощности. На сегодняшний день рекордом для клиноременного вариатора оказывается 220 л.с. и 300 Нм, которые развивает V-образный 6-пилиндровый мотор Audi A6, "воспринятый" трансмиссией Multitronic, а для тороидного - "переваренный" Extroid (3-литровый двигатель Nissan Gloria и Cedric), развивающий 240 л.с. и 310 Нм.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение долговечности и надежности, увеличение ресурса, передача высокого крутящего момента бесступенчатой трансмиссии.
Решение данной задачи достигается тем, что бесступенчатая трансмиссия, содержащая ступицу, на которую по радиусу устанавливаются звездочки с эксцентрично расположенными осями, крутящий момент со ступицы или на ступицу передается цепью посредством звездочек, с эксцентрично расположенными осями закрепленных по радиусу ступицы, способ фиксации звездочек в нужном положении может быть различным как фрикционным, гидравлическим, электрическим и т.д.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется фиг.1-8. На фиг.1 - ступица, на фиг.2 - звездочка, на фиг.3 - ступица с установленными звездочками, на фиг.4 - положение звездочек с наиболее меньшим расстоянием до центра ступицы, на фиг.5 - расположение звездочек с наибольшим расстоянием от центра ступицы, на фиг.6, 7, 8 - этапы работы с двумя вариаторами, ведущим и ведомым, работающими в паре.
Вариатор работает следующим образом.
При повороте звездочек 2 вокруг эксцентрической оси 3 изменяется расстояние цепи 4 от оси ступицы 1, соответственно происходит изменение плеча приложения силы, изменяя положения звездочек можно изменять крутящий момент и соответственно передаточное отношение. Так же работу вариатора можно рассмотреть на фиг.6-8, на фиг.6 силовая установка вращает вариатор, расположенный с левой стороны, и с помощью цепи вращение передается на правый ведомый вариатор, при таком зафиксированном положении звездочек передается наиболее высокий крутящий момент на ось правого вариатора. На фиг.7 1-1, на фиг.8 на левом вариаторе крутящий момент меньше, чем на правом вариаторе, но на правом больше количество оборотов.
Цепной вариатор, содержащий ступицу, на которой устанавливаются звездочки для приводной цепи, отличающийся тем, что звездочки установлены радиально непосредственно на ступицу и звездочки имеют эксцентрично расположенные оси.
www.findpatent.ru
Цепная гончая | Журнал Популярная Механика
Устройство бесступенчатого вариатора (он же CVT, Continuously Variable Transmission) не изучалось даже в продвинутых советских автошколах, где теоретическим основам конструкции автомобиля уделялись десятки академических часов. И это неудивительно.
С одной стороны, принцип действия вариатора был описан давным-давно, в работах Леонардо да Винчи. В чертежах гения можно встретить конструкцию из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов и тем самым изменять передаточное отношение пары. С другой стороны, действительно массовые автомобили с вариаторами появились лишь в конце 1980-х.
Принцип работы клиноременного вариатора прост. Он представляет собой пару шкивов, каждый из которых состоит из двух конусовидных дисков. Между шкивами натянут ремень треугольного сечения. Когда диски ведущего шкива сходятся, ремень выдавливается на больший радиус вращения. Одновременно диски ведомого шкива расходятся, поэтому длина ремня остается неизменной. У каждого шкива подвижным является один диск. Его положение определяется давлением гидравлической жидкости с обратной стороны.
К неоспоримым достоинствам вариатора можно отнести абсолютную плавность движения без рывков при переключении передач, а также его способность поддерживать двигатель в наиболее эффективном диапазоне оборотов с точки зрения дорожной ситуации, будь то обороты максимальной мощности на разгоне или обороты максимальной экономичности на прямой. Вариатор с максимальной гибкостью подстраивается под эффективный режим работы мотора и необходимую скорость движения автомобиля. Первые ременные вариаторы были неспособны справиться с большим крутящим моментом, благодаря чему заслужили репутацию слабых и ненадежных трансмиссий для малолитражек. Эту проблему удалось решить в середине 1990-х с помощью стального армированного ремня.
На линии прогресса
На примере Subaru Outback 2010 модельного года мы познакомились с новым типом вариатора, который задает очередную планку эффективности для бесступенчатых трансмиссий в наши дни. В CVT Subaru LineartronicTM вместо ремня используется цепь, произведенная компанией Luk. В ней 150 осей соединяют более 900 пластинок по принципу велосипедной цепи, только в более сложной последовательности. Это решение позволяет расширить рабочий диапазон вариатора, при этом сделав его более компактным.
Дело в том, что армированный ремень имеет определенный предел гибкости. Это значит, что минимальный радиус шкива для него ограничен. Чтобы добиться необходимого диапазона передаточных отношений, максимальный радиус шкива должен быть также большим. В результате пара шкивов CVT всегда оказывается больше, чем пара аналогичных шестерен механической трансмиссии, и сам вариатор всегда занимает больше места.
Цепь отличается от ремня значительно большей гибкостью и допускает использование шкивов меньшего радиуса. Таким образом клиноцепной вариатор Lineartronic становится компактнее клиноременного, а максимальное передаточное отношение его, напротив, увеличивается и достигает 6,3 (вследствие увеличения разницы между максимальным и минимальным диаметрами шкивов). Заодно освобождается место для ног водителя и переднего пассажира. При минимальных радиусах изгиба цепь испытывает меньшие внутренние напряжения, чем армированный ремень, стальные пластины которого трутся друг о друга. А ведь на эти внутренние напряжения также тратится энергия двигателя. Поэтому клиноцепной вариатор на 5% эффективнее клиноременного.
На Subaru с LineartronicTM устанавливается система полного привода с активным распределением крутящего момента по осям. Сцепление, передающее момент на переднюю ось, также страхует вариатор от перегрузок по моменту. Такая страховка вкупе с системой электронного управления повышенной точности позволяет снизить давление в гидросистеме, регулирующей радиус шкивов. Давление создается насосом, который приводится от двигателя. Чем меньше гидравлическое давление, тем большую экономию топлива дает трансмиссия. Нижний шкив расположен так, что на больших скоростях вращения он не контактирует с маслом в картере. Это исключает сопротивление от взбалтывания масла, обеспечивая тем самым дополнительную экономию топлива и мощности.
На Subaru Outback вариатор агрегатируется не с привычным мокрым сцеплением, а с гидротрансформатором, который принято ассоциировать с традиционными планетарными автоматами. Как известно, в моменты трогания с места гидротрансформатор способен увеличивать крутящий момент двигателя вчетверо, обеспечивая плавное начало движения, уверенный старт в гору и комфортное передвижение «ползком» в городских пробках. Во избежание энергетических потерь на скорости свыше 8 км/ч гидротрансформатор полностью блокируется.
Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2009).www.popmech.ru
Бесступенчатый вариатор – виды и принцип работы
Может показаться удивительным, но история появления вариаторов насчитывает уже порядка 150 лет. Они были популярны в механизмах приводов швейных машин и использовались в промышленном оборудовании еще в ХIX веке. В дальнейшем вариаторы стали устанавливаться на мототехнику, а вот, что касается автомобильного транспорта, то здесь вариаторные коробки передач долгое время не приживались ввиду их невысокого ресурса, а также сложности управления при передаче значительного крутящего момента. Во второй половине ХХ века внедрением вариатора определенное время занимались специалисты компаний DAF и Volvo, однако решить проблему малого ресурса долгое время не удавалось. И только лишь после того, как усовершенствованием данного типа КПП вплотную занялись инженеры нескольких японских автопроизводителей, вариатор стал набирать популярность и массово устанавливаться на серийных автомобилях.
С технической точки зрения вариаторная коробка передач представляет собой трансмиссию бесступенчатого типа. Другое ее название – CVT (от англ. Continuously Variable Transmission). Благодаря особой конструкции и использованию внешнего управления переключение передач в вариаторе осуществляется плавно, с бесступенчатым изменением передаточного числа. Выбор оптимального передаточного соотношения происходит автоматически, посредством сопоставления внешней нагрузки с оборотами силового агрегата. Принцип функционирования вариатора позволяет задействовать мощность мотора машины с максимальной эффективностью.
Основные виды вариаторов и принцип их работы
Сегодня каждый автопроизводитель располагает собственными наработками в области инженерии трансмиссий, в том числе, вариаторов. Тем не менее, все существующие на сегодняшний день коробки передач CVT принято разделять на два типа: клиноременный и тороидальный.
Клиноременный вариатор состоит из двух шкивов и ремня с трапецеидальным сечением. Каждый из шкивов представляет собой два конических диска, благодаря которым появляется возможность менять диаметр и передаточное число исходя из скорости вращения мотора. Ряд производителей нередко вместо традиционного ремня применяют цепь, а некоторые компании изготавливают ремень из особых металлических пластин. Впрочем, на принцип работы вариатора с точки зрения способа передачи тяги эти особенности влияния не оказывают.
За работу дисков каждого шкива отвечает электронная система, состоящая из датчиков с сервоприводами и центрального блока управления. Общий принцип работы системы следующий. Обладая клиновидной формой, ремень вступает в контакт с каждым из шкивов только лишь боковыми поверхностями. Изнашиваясь со временем, ремень словно «впивается» в шкив, сохраняя тем самым необходимый уровень сцепления. Вращение коленчатого вала передается ведущему шкиву. Его конструкция такова, что в случае увеличения оборотов двигателя «щеки» дисков постепенно сжимаются, тем самым выталкивая ремень от центра к ободу. Одновременно с этим, «щеки» дисков ведомого шкива разжимаются, что утапливает ремень к центру. Таким образом, происходит изменение радиусов вращения, а, значит, и передаточных отношений в бесступенчатом режиме. По сути, при такой схеме можно получить сколь угодно много передаточных чисел, а не только какие-то фиксированные значения. С ростом оборотов мотора происходит постепенное сжимание ведущего шкива с одновременным разжиманием ведомого, что гарантирует сохранение натяжения ремня. Если водитель сбрасывает обороты мотора, отпуская педаль «газа», внутри вариатора происходит противоположный процесс.
Принцип работы клиноременного вариатораНесколько иной принцип работы у коробки-вариатора тороидального типа. Она располагает парой колес со сферической рабочей поверхностью. Между этими колесами зажимается ролик. Как и шкивы ременного вариатора, колеса тороидального CVT разделяют на ведущее и ведомое. Передаточное число меняется в данном случае посредством силы трения, которая возникает между поверхностями колес и ролика.
Работа тороидального вариатораКогда ролик меняет свое положение относительно поперечной плоскости, происходит изменение передаточного числа в ту или иную сторону. При горизонтальном положении ролика ведомое колесо будет вращаться со скоростью, равной скорости вращения ведущего колеса. Но стоит ролику повернуться, происходит немедленное изменение скорости вращения ведомого колеса относительно ведущего. Поскольку в пятне контакта ролика и поверхности колеса возникает довольно серьезное усилие, разработчики вариатора предусмотрели использование специальных устройств, способствующих преодолению притяжения ролика к поверхности колеса. К примеру, тороидальная система Extroid, применяемая на многих моделях автомобилей Nissan, оснащается специальным устройством, работающим под управлением электроники. Благодаря такому устройству прецизионный гидромеханизм меняет расположение узла с роликами на микроскопическую величину в вертикальной плоскости. Сдвиг, производимый относительно оси колес, провоцирует самостоятельный поворот ролика.
Плюсы и минусы коробки-вариатора
Ввиду нескольких очевидных преимуществ вариатора многие специалисты считают этот тип коробок передач более перспективным и удобным по сравнению с традиционными агрегатами гидромеханического типа. Однако окончательный ответ на вопрос, что лучше: вариатор или автомат, дать вряд ли получится. Это сравнение будет уместно только в случае сопоставления конкретных моделей трансмиссий определенных производителей. Тем не менее, какие-то общие моменты выделить можно.
Преимущества вариаторной коробки передач (CVT):автомобиль, оборудованный коробкой-вариатором гораздо плавнее в движении. Даже неопытный водитель будет чувствовать себя за рулем более уверенно, поскольку вариатор исключает рывки и дергания автомобиля. При разгоне машины, оборудованной данным типом трансмиссии, звук ее мотора напоминает ускорение электромобиля или работу электростеклоподъемников, а рост скорости сопровождается лишь небольшим повышением шума;благодаря конструктивныи особенностям вариатора оснащенный им автомобиль будет ощутимо резвее машины с аналогичным по мощности двигателем, но оборудованной традиционной коробкой-автоматом. Дело в том, что ступенчатый алгоритм переключения передач, даже в автоматическом режиме, потребует больше времени для смены передач;машина с вариатором не сможет скатиться под уклон и не заглохнет неожиданно на перекрестке. В любом случае автомобиль с вариатором начнет движение в соответствующем направлении;плавное увеличение скорости и постепенное торможение положительно сказываются на показателе топливной экономичности и экологичности силового агрегата;электронная система, управляющая работой вариатора, обеспечивает щадящий режим работы двигателя, что в свою очередь благоприятно значительно уменьшает интенсивность износа основных деталей мотора.Однако, невзирая на неоспоримые преимущества, в ближайшее время вариаторные коробки передач вряд ли смогут полностью вытеснить гидромеханические «автоматы» ввиду наличия следующих недостатков:
несмотря на надежность конструкции современных вариаторов, эти коробки по-прежнему не могут устанавливаться на машинах, оснащаемых моторами с максимальной мощностью более 200 лошадиных сил. Таким образом, большинству современных внедорожников и больших седанов данный вид трансмиссии «противопоказан». Это объясняется наличием у вариатора «слабых мест», каковыми являются ремень в клиноременном агрегате и ролик с колесами в тороидальных механизмах;трансмиссионная жидкость, заливаемая в коробку-вариатор, гораздо дороже аналогичного продукта, используемого для автоматических коробок передач. Кроме того, жидкость, предназначенную для определенной модели автомобиля, нельзя заменить аналогом;применение большого количества датчиков делает автомобиль чувствительным к внезапным перебоям в бортовой электронике. Исчезновение контакта или выход из строя какого-либо элемента нередко заканчиваются аварийной остановкой машины;неразвитость сети сервисного обслуживания коробок-вариаторов обусловила высокую стоимость их ремонта. Отсутствие квалифицированных кадров, а также дороговизна и редкость запчастей являются явным сдерживающим фактором.Взвешивая все плюсы и минусы вариатора, стоит отметить, что данный тип трансмиссии является на сегодня самым передовым. Сравнительная простота конструкции, плавность хода автомобиля и лучшая динамика разгона при невысоком топливном расходе делают коробку передач CVT очень перспективным агрегатом. В то же время ряд конструктивных особенностей вкупе с ограниченным сроком службы отдельных узлов не позволяют вариатору стать безоговорочным лидером.
avtoaziya.ru
