Принцип работы вариатора. Вариатор принцип работы
Принцип работы вариатора и его составные части
Вариатор – бесступенчатая трансмиссия, обеспечивающая плавное изменение передаточного числа. Вариатор называют аббревиатурой CVT, что означает «постоянно изменяющаяся трансмиссия».
Основное преимущество вариатор перед другими типами автомобильных трансмиссий – эффективное использование мощности двигателя и экономия топлива. Достигается это плавным изменением передаточного числа и поддержанием необходимых оборотов двигателя. Из-за отсутствия передач достигается недоступная другим коробкам передач плавность движения.
Вариатор способен обеспечить максимально плавное движение автомобиля
Вариаторная трансмиссия состоит из следующих компонентов:
1. Механизм, подключающий и отключающий вариатор от двигателя
2. Сам вариатор
3. Механизм, необходимый для движения задним ходом
4. Система управления вариаторной трансмиссией
Существуют следующие типы механизмов, подключающих и отключающих вариатор от двигателя:
1. Автоматическое центробежное сцепление
2. Электронноуправляемое электромагнитное сцепление
3. Электронноуправляемое многодисковое мокрое сцепление
4. Гидротрансформатор (как в АКПП)
Чаще всего используется гидротрансформатор, так как он проверен временем и позволяет подключать и отключать вариатор плавно и без рывков. Это увеличивает ресурс и вариатора, и двигателя.
Клиноременный (клиноцепной) вариатор оснащен одной или двумя ременными передачами. Два шкива соединяются клиноременным ремнем. Шкивы – это два конуса, которые перемещаются и тем самым изменяют передаточное число. Ремень может быть резиновым или гибким металлическим. Резиновые ремни в настоящее время не применяют из-за их недолговечности.
Конструкция вариатора такова, что автомобиль не может двигаться назад. Для этого в трансмиссии есть специальный механизм – планетарный редуктор. Управляется вариатор также как и простая АКПП – селектором в салоне. Некоторые вариаторы оснащены возможностью выбора фиксированных предаточных отношений.
Как работает вариатор?
На сегодняшний день вариатор заслужил множество симпатий пользователей, хотя и без разочарований тоже не обходится. Несмотря на то, что вариатор появился достаточно давно, многие до сих пор не обладают достаточной информацией на эту тему. Эта статья призвана восполнить этот пробел и рассказать, что такое вариатор, каков принцип его работы и чем он отличается от привычной нам механической и автоматической коробки передач.
Что собой представляет вариатор
Вариатором называют бесступенчатую трансмиссию с внешним управлением, которая дает возможность автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, этим позволяя наиболее эффективно использовать мощность. Вариатор изобрели еще в 19 веке. Историки утверждают, что механизм, очень похожий на вариатор, был придуман Леонардо да Винчи еще в 15 веке.
А вот первая машина с вариатором появилась только в середине двадцатого века. Одной из первых компаний, которая стала применять вариаторы, считается DAF – они устанавливали их в грузовых и легковых автомобилях. После них на применение вариаторов перешла компания Volvo. В общем, вариатор можно назвать той же АКПП. По внешнему виду невооруженным взглядом их практически не отличишь. В автомобиле с вариатором также имеются две педали и коробка передач. Однако принцип работы вариатора отличается от принципа работы АКПП.
К примеру, автомобиль с вариатором не имеет фиксированной передачи 1-й либо 2-й скорости, а переключение их происходит весьма плавно и незаметно. На автомобилях, где присутствует вариатор, практически не чувствуются толчки при трогании с места. Помимо этого, из-за вариатора происходит непрерывное и незаметное изменение передаточного числа при разгоне либо торможении машины.
Виды вариаторов
Самыми распространенными вариаторами считаются клиноременный со шкивами переменного диаметра, тороидальный и цепной. О каждом из них более подробно прочтете ниже.
Клиноремённый вариатор
Итак, первый вариатор, который мы рассмотрим, – это клиноременный. Он является самым распространенным вариатором из всех существующих. В клиноременном вариаторе имеются два шкива и клиновидный либо ведомый ремень – через него происходит передача крутящего момента от двигателя, который связан с ведущим шкивом, к колесам, которые связаны с ведомым шкивом. Как ведущий шкив, так и ведомый состоят из двух половин, которые могут расходиться и сходиться между собой.
Чем ближе сошлись половины шкива, тем будет больше радиус окружности, которую огибает передаточный ремень, и наоборот, радиус поверхности прилегания ремня становится меньше за счет расхождения половин шкива. Итак, заставив один из шкивов сходиться и увеличивать радиус, по которому бежит ремень, а второй синхронно с первым – расходиться, можно плавно изменять передаточный коэффициент. Как работает клиноременной вариатор, показано на рисунке.
Что собой представляет клиновидный ремень?
Использование новейших материалов делает вариаторы наиболее надежными. Одним из основных достижений является разработка и создание клиновидного ремня для подключения шкивов, в качестве замены резиновых ремней и цепей. Клиновидный ремень состоит обычно из 9-15 тонких стальных полос, которые вместе составляют очень прочный состав. Преимуществом этого ремня является его прочность и нескользкость, что дает возможность вариатору работать с большим значением крутящего момента мотора. Еще такие ремни работают тише, чем резиновые.
Система тороидного вариатора отличается от клиноременного, однако все элементы аналогичны системе клиноременного вариатора и приводят к тем же итогам – бесступенчатой работе коробки передач. Работа тороидного вариатора заключается в следующем:
• Один диск подключается к мотору. Это равнозначно ведущему шкиву.
• Второй диск присоединяется к приводному валу. Это равнозначно ведомому шкиву.
• Колеса, находящиеся между дисками, работают как ремень, изменяя передаточное число, передаваемое с одного на другой диск.
Гидростатический вариатор
Два вида ранее перечисленных вариаторов работают за счет радиуса контактирующих точек между двумя вращающимися объектами. Однако гидростатический вариатор характеризуется другим принципом работы, заключающимся в применении насосов переменного объема. Вращение тут происходит при помощи гидростатического насоса.
Ремонт вариаторов
Вариаторы, независимо от их вида, не очень распространены из-за сложности их ремонта. Система управления вариатора – это электронно-гидравлическая система. Основные особенности системы вариаторов находятся в их «сердце» – зубчатых шкивах в форме конусов и ремня. Чаще всего именно с этой частью вариатора происходят неисправности. Эту деталь сложно настроить и продиагностировать, а разрыв ремня приводит к разрушению конусных шкивов и, как следствие, – поломке всего вариатора. Однако, невзирая на это, в последнее время разрабатывается множество технологий ремонта вариаторов, которые успешно внедряются.
Существуют запасные ремни и шкивы, также возможно успешно диагностировать и тестировать электронную систему вариатора. Кстати в последнее время вариаторы отказывают в работе реже, чем обычные АКПП. Если придерживаться правильных условий эксплуатации и вовремя обслуживать вариатор, то бояться нечего. Наиболее известной неисправностью вариатора считается неправильно подобранное трансмиссионное масло.
Обычное масло, которое подходит для автоматической коробки передач, для вариатора не подойдет. Небольшой задир на поверхности ремня вариатора приводит к его разрыву и абсолютному разрушению всех внутренностей вариатора. Поэтому стоит иметь представление о работе вариатора и относиться к его обслуживанию серьезно.
Хотя бы раз в год владельцу машины с вариатором стоит проходить плановую диагностику. В случае возникновения лишнего шума либо толчков стоит незамедлительно обратиться к специалистам на СТО для проведения срочной диагностики. Там смогут выяснить, откуда взялись шумы и перебои в работе либо другие признаки неисправности. Своевременное обращение поможет избежать дорогого ремонта.
Недостатки и достоинства вариаторов
Сначала рассмотрим вариаторы с положительной стороны:
1) Способствует более быстрому разгону автомобиля.
2) Плавность переключения передач.
3) Уменьшает нагрузки на двигатель и детали привода.
4) Из-за электроники устанавливается щадящий режим, тем самым срок службы элементов увеличивается, а растраты на ремонт и обслуживание уменьшаются.
5) Экономия в эксплуатации – за счет отсутствия стандартного переключения передач.
6) Уменьшает количество вредных выхлопов в атмосферу и уровень шума в салоне машины.
7) Предотвращает пробуксовку колес
Итак, теперь перечислим минусы вариаторов:
1) Небольшой срок эксплуатации.
2) Вариатор не пригоден для сильных нагрузок, из-за этого их не устанавливают на машины, предназначенные для езды в трудных дорожных условиях.
3) Вариатор необходимо постоянно обслуживать, так как ремень CVT очень быстро изнашивается, примерно через 50-60 тыс. км.
4) Из-за первой и третьей причины некоторые сервисные центры отказываются ремонтировать вариатор, и если он поломается, то произвести его полную замену намного проще. Однако водителю автомобиля придется оплатить часть замены.
5) Есть ограничение на буксировку машины.
Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.
Была ли эта статья полезна?Да Нет
auto.today
Принцип работы вариатора
Многие автолюбители даже не подозревают о том, что в их транспортном средстве присутствует такое устройство, как вариатор. Перед так как приступить к знакомству с принципом его работы, необходимо понять, что же все-таки из себя представляет вариатор и зачем, собственно, он нужен.
Что такое вариатор?
Вариатор — это устройство, отвечающее за плавное переключение передачи в различных узлах и агрегатах. В зависимости от уровня количества оборотов силового агрегата и создаваемой нагрузки, происходит автоматическое изменение числа передач.В наше время вариатор нашел применение в различных отраслях, однако, в качестве наиболее простого примера можно привести эскалатор, в котором вариатор отвечает за согласование скорости вращения лестницы и подвижных поручней.Вариаторы активно используются в изготовлении станков для различных видов промышленности, в том числе химической, текстильной и машиностроении.
С момента изобретения вариатора, эти устройства не были предназначены для синхронизации крутящего момента между двигателем и трансмиссией. Однако с развитием технологического прогресса они стали широко применяться в производстве маломощных средств передвижения, таких как скутера, мотоциклы, снегоходы и другие.
Первые модели вариаторов были низкого качества и имели низкие эксплуатационные характеристики, в результате чего очень быстро выходили из строя. Впервые они начали использоваться голландскими инженерами в 1958 году в производстве коробок передач для автомобилей DAF 600, обладающим низким весом кузова и двигателем, мощностью в 22 лошадиные силы.
По мере развития автомобилестроения, которое охватывает 60-летний период, вариаторы претерпели значительных доработок и модернизаций, благодаря чему на основании этих устройств производятся большинство автоматических коробок передач.
Все современные производители автомобилей стремятся к созданию автомобилей, обладающих большим количеством преимуществ, нежели у их конкурентов. Вариаторные коробки передач, используемые в современных моделях автомобилей, обладают целым рядом преимуществ над своими аналогами:
- Более рациональное использование мощности двигателя;
- Снижение нагрузки на автомобиль, за счет рационального использования оборотов двигателя;
- Экономичное потребление топлива;
- Более плавный ход транспортного средства;
- Автоматическая регулировка крутящего момента.
Среди недостатков таких коробок передач можно выделить:
- Вариатор создает большую нагрузку на детали автомобиля из-за чего область их применения ограничена легковыми автомобилями;
- Дороговизна производства;
- Сложная технология производства;
- Вариаторы не подходят для работы с двигателями слишком большой мощности;
- Для привыкания к вариаторной коробке необходимо время.
Общее устройство
Вариаторные коробки передач состоят из следующих узлов:
- Электронная система управления;
- Вариатор;
- Механических узлов, отвечающих за распределение крутящего момента и перехода на нейтральную передачу.
- Планетарный механизм, отвечающий за передачу заднего хода.
Некоторые производители в производстве вариаторов могут использовать различные технические решения, улучшающие сцепление автомобиля.
Типы сцеплений, используемых в современных автомобилях:
- Трансматик — центробежное сцепление с автоматическим управлением;
- Мультиматик, мультитроник — многодисковое сцепление с электронным управлением;
- Гипер — электромагнитное сцепление с электронным управлением;
- Автотроник, Мультидрайв — система сцепления, основанная на использовании гидротрансформаторов, обеспечивающих мягкий старт автомобиля и равномерное распределение крутящего момента между двигателем и трансмиссией.
Типы вариаторов
В наши дни существует множество разновидностей вариаторов, однако, широкое применение в машиностроении нашли только два из них:
- Клиноременной;
- Тороидный.
Эти два типа устройств обеспечивают плавное изменение передаточного числа от двигателя к колесам автомобиля.
Как работают клиноременные вариаторы?
Клиноременной вариатор состоит из двух шкивов, имеющих форму конуса, и одного или двух клиновидных ремней, изготовленных из резины, цепи или металлических пластин. В зависимости от материала ремня зависит их долговечность. При этом принцип работы всех ременных передач идентичен. Инженеры предусмотрели возможность изменения диаметра шкивов путем их раздвижения или сдвижения.
Резиновая ременная передача
Резиновые ремни обладают высокой надежностью и долговечностью благодаря своей клиновидной форме. Контакт ремня и шкивов происходит за счет боковых сторон, благодаря чему увеличивается срок службы ременной передачи. Автомобиль на резиновых ремнях может пройти более 50 тысяч километров без их замены.
Переключение передач происходит благодаря изменению диаметра ведущего и ведомого шкивов. На малых оборотах двигателя ведущий шкив разжимается, а ведомый сжимается. По мере изменения числа оборотов изменяется и диаметр шкивов под воздействием центробежных сил и ряда приводов, в результате чего придаточное число также изменяется. Чем больше обороты, тем оно меньше.За синхронность работы ведущего и ведомого шкивов при увеличении нагрузки на двигатель, в вариаторных коробках передач отвечает электронная система управления, отвечающая также за сцепление и работу планетарного редуктора, обеспечивающего автомобиль задним ходом.
Электронная система управления обеспечивает стабильную работу вариатора и позволяет ему поддерживать оптимальное число оборотов двигателя при движении автомобиля на максимальную передачу.
Как показали многочисленные эксперименты, для стабильной и продолжительной работы угол наклона шкивов должен находиться в 20-градусном положении. Изменение угла наклона происходит благодаря гидравлической системе, центробежным силам или пружинам.Тем не менее резиновые ремни показали весьма низкие характеристики во время эксплуатации, поэтому в большинстве автомобилей применяются цепные передачи или ремни из металлических пластин. Подобное решение инженеров позволило продлить срок службы ременных передач и в значительной степени снизить уровень шума автомобиля при движении.
Помимо этого, еще существуют гибридные вариаторы, переключение крутящего момента в которых происходит за счет металлической цепи, изготовленной из отдельных пластин, соединенных между собой осями. Это позволило в несколько раз увеличить производительность шкивов, по сравнению с резиновыми ремнями, а также минимизировать потери крутящего момента при переключении передач. В этом случае управление вариатором осуществляется рычагом селектора. Этот тип вариатора активно используется в автомобилях иностранного производства. Помимо этого каждый производитель может модернизировать конструкцию вариатора исходя из конкретных требований к автомобилю.
Тороидный вариатор
Конструкция тороидного вариатора немного отличается от клиноременного. В основе этого устройства лежат два соосных сферических вала, вращающихся друг против друга. Валы зажимают между собой ролики, изменяющие передаточное число между ведущим и ведомым валами, в зависимости от своего положения. Передача крутящего момента между всеми узлами вариатора происходит под воздействием сил трения.
Основным недостатком тороидных вариаторов является пятно контактов роликов, снижающее производительность всей системы и срок 
службы устройства. В пятне контакта создается огромная нагрузка, поэтому при изготовлении этого типа вариаторов необходимо использовать прочные материалы и надежную систему управления.
Например, американский автомобильный концерн Nissan, использующий в своих автомобилях вариаторы типа Extroid, решили проблему надежности и долговечности внедрением в вариатор особого гидравлического механизма, управление которым осуществляется электронной системой в автоматическом режиме. При этом рабочий диапазон между роликами составляет всего несколько микрон.Несмотря на сложность производства и существующие недостатки, вариаторам еще предстоит претерпеть не одну модернизацию. Однако несмотря ни на что, этим устройствам уготовано светлое будущее, поскольку они более экономичны в эксплуатации и производстве.
autobrains.ru
