Коробки передач с вариаторами. Вариаторная коробка передач
Что такое вариатор?
Вся работа силовой установки автомобиля направлена на получение вращения коленчатого вала. Это вращение и является полезным его действием. Но данное вращение еще нужно правильно перераспределить на ведущие колеса, ведь условия движения авто постоянно меняются. Перераспределение вращения выполняется одним из элементов трансмиссии – коробкой передач. Она устанавливается сразу за двигателем, с ее помощью изменяется передаточное число. То есть, при надобности она увеличивает передаточное число для повышения тягового усилия, или же уменьшает его для увеличения скорости вращения колес.
Из имеющихся четырех типов коробок передач, устанавливаемых на авто, три из них меняют передаточное число ступенчато. То есть, каждая ступень, она же передача коробки, соответствует определенному значению крутящего момента. И только один из видов коробок передач – вариатор, не имеет ступеней, он меняет передаточное число по нарастающей или понижающей. Тем самым такая коробка передач более точно передает крутящий момент.
История вариаторной коробки
Вариаторы как один из видов КПП стал популярным сравнительно недавно, хотя первое его использование на автомобилях датировано 1959 годом. Впервые вариаторную коробку передач начали устанавливать на автомобили DAF. Эта коробка получила название Variomatic. Особого распространения она тогда не получила, об этом говорит то, что приемником Variomatic стала вариаторная коробка Transmatic, которая появилась только в 1984 году. Использовался Transmatic как один из видов предлагаемой коробки передач на автомобилях Форд и Фиат.
Глядя на селектор переключения передач вариаторной коробки (на фото именно он), невозможно понять с чем мы имеем дело: обычный автомат с гидротрансформатором, робот или вариатор.
Постепенно многие автокомпании заинтересовались вариаторами, и начали производство своих версий. Так, у Мерседес-Бенц вариаторная коробка обозначается как Autotronic, Форд сейчас занимается выпуском Ecomatic и Durashift CVT, концерн VAG называет свой вариатор Multitronic. Японцы тоже не отстают и создают свои версии: Subaru – Lineatronic, Toyota – Multidrive, Honda – Multimatic, Nissan – Xtronic и Hyper.
Все знают кто такой Леонардо Да Винчи, но мало кто знает, что именно он разработал протопип первой вариаторной трансмиссии. Это было примерно в 1490 году. После этого людям понадобилось 400 лет, чтобы вновь вернуться к этой идее.
Виды вариаторных коробок передач
Вообще было разработано большое количество всевозможных вариаторов, однако на автотранспорте применение нашли только два из существующих вариантов вариаторной коробки – клиноременной и тороидный. Первый является более предпочтителен у автопроизводителей.
Клиноременной вариатор
Клиноременной вариатор использует принцип изменения диаметров ведущего и ведомого валов. Примерно такой принцип используется на горных велосипедах.
Имеется два вала – ведомый и ведущий. Первый принимает крутящий момент от вала двигателя, а второй передает его на ведущие колеса. Эти валы связаны между собой клиноременной передачей, установленной между шкивами валов.
Конструкция шкивов такова, что они состоят из двух конических половин, способных менять расстояние между собой. Именно изменением расстояния и достигается бесступенчатое изменение передаточного числа.
Чтобы обеспечить максимальное передаточное число, диаметр ведущего шкива должен быть минимален, а ведомого наоборот – максимальным. Поэтому половины шкива ведущего вала максимально разведены, а ведомого – соединены. При надобности снижения передаточного числа, на ведущем валу шкивы начинают сдвигаться, а на ведомом – раздвигаться. Таким образом обеспечивается плавное бесступенчатое изменение передаточного числа.
Тороидный вариатор
У тороидного вариатора клиноременной передачи нет. У такого типа вариатора ведущий и ведомый валы расположены на одной оси, а рабочие поверхности их имеют тороидные поверхности. Между этими поверхностями зажаты ролики, передающие вращение. Изменение передаточного числа у такого вариатора достигается изменением положения роликов относительно валов. Для обеспечения максимального передаточного числа, ролики обращены в сторону ведомого вала. Тороидальная поверхность при таком положении в месте контакта с роликами обеспечивает минимальный диаметр ведущего вала, и максимальный – ведомого. Для уменьшения передаточного числа, ролики начинают поворачиваться в сторону ведущего вала, при этом диаметр вала в месте контакта с роликами увеличивается, а ведомого – уменьшаться.
Но это только принцип работы используемых на авто вариаторных коробок. На деле же все несколько сложнее, поскольку конструкторам пришлось решать ряд важных проблем.
На фото великий и ужасный тороидальный вариатор Extroid CVT, который компания Nissan ставила на свои заряженные автомобили. Из-за своей стоимости, он так и не пошел в массовое производство.
Конструкции и особенности вариаторных коробок передач
Вариаторная коробка передач включает в себя несколько составных элементов. Первым из них является механизм передачи крутящего момента от вала двигателя к ведущем валу вариатора — сцепление. Причем этот механизм должен обладать возможностью полного разъединения этих элементов между собой, так называемое нейтральное положение, когда двигатель работает, но момент от него не передается на коробку.
Механизмы сцепления
Самым распространенным в вариаторах стал гидространсформатор, обеспечивающий передачу усилия за счет жидкости и двух лопастных турбин. Большинство производителей авто используют именно этот механизм. Хотя и встречаются и другие – центробежное сцепление с автоматическим управлением (используются на вариаторах типа Transmatic), электромагнитное сцепление с электроуправлением (Hyper), многодисковое «мокрое» сцепление, тоже с электроуправлением (Multitronic, Multimatic).
Особенности клиноременного вариатора
Далее в конструкции идет сам вариатор. Что касается клиноременных вариаторов, то большинство из них оснащены одним ремнем, хотя встречаются конструкции, включающие два ремня.
Сам ремень является таковым только условно. Хотя на первых вариаторах использовался резиновый ремень, однако из-за недолговечности работы от него отказались, хоть и не полностью. Многие скутеры и сейчас оснащаются вариаторами с резиновым клиновидным ремнем.
На автомобилях же сейчас больше используют ремень, состоящий из стальных лент, связанных между собой фасонными лентами-«бабочками». Передача усилия таким ремнем осуществляется его боковыми поверхностями за счет трения с поверхностью шкивов. Чтобы снизить сопротивление углы шкивов составляют 20 град.
Второй вариант привода вариатора – цепной, он же клиноцепной, хоть по классификации он относится к ременной передаче. Такая цепь состоит из большого количества пластин, соединенных в цепь осями.
На фото отчетливо видно, что цепь, используемая в вариаторах, состоит из большого числа металлических пластин, соединенных в единое целое. Такой вариант является более выйгрышным по сравнению с резиновым аналогом.
У цепи, в отличие от клиноременного привода, передача усилия выполняется торцевой поверхностью цепи. При этом контакт с поверхностью шкивов у цепи является точечным, поэтому цепь изготавливается из высокопрочной стали.
Передвижение шкивов по своим валам в разных конструкциях вариатора может выполняться давлением жидкости, центробежной силой, усилием, создающимся пружинами.
Особенности тороидного вариатора
Что касается тороидных вариаторов, у которых отсутствует клиноременной или цепной приводы, то в этой конструкции тоже есть свои нюансы. Передача усилия в этом вариаторе осуществляется тоже за счет трения, но между валами и роликами, поэтому они тоже выполнены из высокопрочной стали. К тому же зачастую тороидальный вариатор включает в себя две тороидных передачи.
Механизм заднего хода
Одной из особенностей вариатора является отсутствие возможности реверсного движения, поскольку ведомый вал всегда вращается в ту же сторону, что и ведущий. Поэтому в конструкцию вариаторной коробки включен механизм, обеспечивающий задний ход.
Данный механизм чаще всего представляет собой обычный планетарный редуктор, позволяющий менять направление вращение. Такой редуктор применяется на классических автоматических коробках передач. При движении вперед этот редуктор не задействован, и крутящий момент от вариатора передается дальше посредством привода на ведущие колеса. При движении назад, редуктор начинает работать, изменяя сторону вращения.
Механизм управления
Также в конструкцию вариаторной коробки входит механизм управления, который может воздействовать на все составные части данной коробки. Так, механизмом управления осуществляется включение и отключение сцепления, изменение расстояния половин шкивов, в зависимости от работы силовой установки, включение и отключение планетарного редуктора.
Причем особой сложности в управлении вариаторной коробкой с таким механизмом управления нет – все выполняется селектором, выведенным в салон авто. Перемещение селектора в определенное положение обеспечивает требуемую работу всех механизмов коробки (N – нейтраль, D – движение вперед, R – движение задним ходом).
Напоследок следует отметить, что многим автолюбителям не всегда по душе плавность изменения передаточного числа. Поэтому во многих вариаторах реализована функция, которая обеспечивает фиксированные передаточные числа. По сути, вариатор в таком режиме работает, как и любая ступенчатая коробка передач. При этом водитель сам решает, когда ему изменить передаточное число на вариаторе.
На видео Игорь Сероштан, ведущий канала «Первый автомобильный» вполне доступным языком рассказывает и показывает как работает и как устроен вариатор.
okorobke.ru
Коробки передач с вариаторами — Энциклопедия журнала "За рулем"
Коробки передач с вариаторами являются бесступенчатыми и дают возможность получить в заданном ограниченном диапазоне любое передаточное число. Во многих странах такие коробки передач обозначают буквами CVT (Continuously Variable Transmission) — постоянно изменяющаяся трансмиссия. История использования вариаторов различных типов в трансмиссиях легковых автомобилей насчитывает почти сто лет. В настоящее время в автоматических коробках передач применяют клиноременные и тороидные вариаторы.
Вариатор - вид бесступенчатой автоматической трансмиссии, в которой изменение частоты оборотов и крутящего момента двигателя, передаваемых на ведущие колеса автомобиля, изменяется плавно. Отличается простотой принципиальной схемы и технологичностью производства. Наибольшее распространение В получил на маломощных транспортных средствах с двигателем мощностью менее 200 л.с.
Разновидности
По типу способа передачи крутящего момента вариаторы подразделяются на фрикционные и вариаторы зацепления. К фрикционным вариаторам относят конусные ременные и роликовые, шаровые, многодисковые, торовые, лобовые, волновые и клиноременные механизмы. К вариаторам зацепления - цепные. Наибольшее распространение в маломощной транспортной технике (легковых автомобилях, мотоциклах, скутерах, снегоходах и так далее) получили клиноременные вариаторы, в трансмиссиях легковых автомобилей с мощными двигателями (ДВС и в гибридных системах) цепные вариаторы. Другие разновидности механического вариатора используются в специальной технике и в металлообрабатывающих станках.
Фото: конусный вариатор
Устройство клиноременного вариатора
Самым распространенным типом бесступенчатой трансмиссии является клиноременный вариатор. Он состоит из ведущего и ведомого шкива с конусными раздвижными боковинами. Крутящий момент с ведущего на ведомый шкив передается армированным зубчатым клиновидным ремнем, который может выполняться из резины или в виде собранной из металлических звеньев металлической ленты. В цепных вариаторах функцию ремня выполняет цепь.
Для автоматической регулировки диаметра ведущего шкива применяется встроенный в ступицу центробежный регулятор. При раскручивании шкива ведущим валом двигателя грузики, увлекаемые центробежной силой, стремятся к периферии шкива, оказывая давления на подвижную боковину. Боковины шкива сближаются, диаметр внутренней поверхности увеличивается. В этот момент ремень оказывает давление на боковины ведомого шкива (поскольку длина ремня остается неизменной), преодолевает сопротивление стягивающей боковины пружины - боковины ведомого шкива раздвигаются, диаметр внутренней поверхности уменьшается. В результате бесступенчато, плавно изменяется передаточное отношение вариатора. При уменьшении частоты вращения ведущего вала двигателя преобразование крутящего момента происходит в обратном порядке - боковины ведущего шкива вариатора расходятся, ведомого, наоборот, сближаются.В режиме остановки при работающем двигателе ремень лежит на поверхности ступицы ведущего шкива, которая не связана с валом двигателя механически. В этот момент ведущий шкив медленно вращается, ремень относительно боковин шкива проскальзывает, крутящий момент не передается. При увеличении скорости вращения шкива боковины сближаются и ремень за счет сил трения приходит в движение, приводя во вращение ведомый шкив.
Особенности вариаторной трансмиссии
Вариаторы обладают относительно небольшим диапазоном изменения крутящего момента. Передаточное отношение наиболее распространенных клиноременных вариаторов колеблется в диапазоне от 1:3, до 1:6, у автомобильных вариаторов передаточное отношение может достигать 1:10. Наиболее долговечными являются цепные вариаторы - цепь работает в маслянной ванне, поэтому не подвержена интенсивному износй. Клиноременные вариаторы относятся к устройствам сухого типа. Армированный стальной проволокой (для предотвращения растягивания) зубчатый ремень изнашивается достаточно интенсивно, срок его службы обычно не превышает 50 тыс.км.На скутерах и автомобилях с простой бесступенчатой трансмиссией (клиноременным вариатором) невозможно торможение двигателем. Для реализации заднего хода необходимо применение дополнительного редуктора, поэтому в современных автомобилях с бесступенчатой трансмиссией чаще используют сблокированную с вариатором планетарную коробку передач. К достоинствам вариаторной трансмиссии относят простоту конструкции и системы управления. На скутерах, оборудованных вариатором, отсутствует рукоятка сцепления и рычаг переключения передач. Управление осуществляется при помощи одной вращающейся рукоятки «газа» и двумя рукоятками тормозов - переднего и заднего. При легком нажатии на любую из тормозных рукояток вариатор переводится в состояние холостого хода, передача крутящего момента прекращается. При отпускании тормозных рукояток и проворачивании рукоятки «газа» в сторону увеличения оборотов двигателя, вариатор переводится в рабочее состояние, скутер трогается с места. На легковом автомобиле клиноременный вариатор появился в 60-е годы - на голландской машине DAF 600. Это был первый в мире автомобиль с бесступенчатой автоматической трансмиссией, который к тому же был очень недорогим. Эти автомобили имели репутацию ненадежной машины - в вариаторе DAF 600 работал ремень из резины, который деформировался и часто рвался.
Статья в журнале "За рулем" №9, 1967
Статья в журнале "За рулем" №1, 1988
Статья в журнале "За рулем" №7, 1995
wiki.zr.ru
Вариаторная коробка передач (отзывы) - Автомобильный журнал
Бесступенчатая коробка передач представляет собой вариатор. Он обеспечивает в определенном диапазоне гладкое изменение передаточного числа. Многие водители знают, что такое вариаторная коробка, но не все знают, как она работает.Вариатор имеет свои особенности. Из-за того, что отсутствует жесткое соединение между колесами и двигателем, определяется работа трансмиссии. Появляется мягкость падения и нарастания тяги, сложности в передачи больших тяговых усилий.
Также происходит полное отсутствие тяги, потому что нет момента расцепления при переключении.
Принцип работы вариаторной коробки передач
Данный механизм имеет определенное устройство, состоящее из следующих частей:
- Системы управления
- Механизма, который обеспечивает передачу крутящегося момента и разъединения коробки передач непосредственно от двигателя
- Вариаторной передачи
- Механизма, который обеспечивает движение задним ходом
Как работает вариаторная коробка передач? Передача крутящегося момента и разъединение вариатора от двигателя происходит по определенным механизмам:
- Центробежное автоматическое сцепление
- Многодисковое мокрое сцепление с электронным управлением
- Гидротрансформатор
Наиболее распространенное соединение вариатора и двигателя – это при помощи гидротрансформатора. Именно он обеспечивает плавность передачи крутящегося момента, а так же долговечность работы коробки передач.Система управления (электронная), которая применяется в вариаторах, выполняет определенные функции. Она управляет сцеплением, обеспечивает работу планетарного редуктора, осуществляет синхронное изменение диаметра шкивов вариатора. Вариатор управляется при помощи рычага селектора.
Шкив – это центральная составляющая вариатора, который состоит из двадцати градусных конусов, располагающихся друг к другу лицом. Движение ремня происходит в желобе между конусами. Они сделаны из резины, и выглядят в форме клина. Сечение ремня напоминает букву V, за счет такой формы возрастает коэффициент трения ремня о шкив. Вариаторы расходуют центробежную силу или напряжение пружин, что позволяет создавать усилия, которые способны смещать конусы относительно друг друга. Если один из шкивов увеличивает свой радиус, то другой уменьшает его для того, что бы поддерживать натяжение ремня.
Преимущества и недостатки
Существуют достоинства и недостатки вариаторной коробки передач. Положительными сторонами является то, что на автомобилях, имеющих вариаторную коробку, можно совершить быстрый старт, сэкономить горючее. Плавное распределение нагрузки на двигатель, обеспечивают механизмы привода. Так как двигатель работает под электронным управлением, соответственно он находится в щадящем режиме, это объясняет увеличение срока службы эксплуатации.
Наряду со всеми достоинствами работы вариаторной коробки, есть отрицательные моменты, на которые стоит обратить внимание. Вариатор невозможно установить на автомобиль, у которого двигатель имеет большую мощность. Жидкость, наполняющая трансмиссию, стоит намного дороже, чем обычное масло. В данном случае придется постоянно следить за уровнем жидкости. Когда вариатор в работе, то он задействует довольно много датчиков. В случае поломки хотя бы одного из них, трансмиссия начинает функционировать не правильно. При такой поломке лучше вызывать эвакуатор и отвезти автомобиль в автосервис. Самостоятельная починка может привести к дорогому ремонту всех деталей, которые вышли из строя.
Ремонт вариаторной коробки передач достаточно хлопотное дело, которое может занять много времени и денег. Прежде чем производить какие-либо действия, необходимо выявить причину поломки вариатора. Ремонт лучше всего доверить специалистам, которые помогут убрать неисправность. Но основные поломки можно предупредить, придерживаясь определенных правил эксплуатации:
- Следует всегда следить за уровнем жидкости, находящейся в трансмиссии. Заменять ее сразу же, как только подходит срок.
- В зимнее время, во время буксира и бездорожья, не стоит сильно перегружать трансмиссию в начале хода.
- Постоянное слежение работы всех имеющихся датчиков, а так же проверка разъемов и проводки на обрывы, продлит срок службы прибора.
- В случае, когда по мере движения появляются неполадки в работе автомобиля, следует осмотреть двигатель, систему питания, свечи и электрическую часть. Незамедлительно надо пройти диагностику, что бы определить причину неисправной работы автомобиля.
Отзывы о работе вариаторной коробки передач
В любом приборе есть свои плюсы и минусы. Поэтому работа вариаторной коробки передач одним владельцам авто нравится, а другие категорично настроены на использование такого механизма.Вариаторная коробка передач отзывы делятся на два фронта. Одни считают, что это удобная вещь, благодаря которой автомобиль приобретает массу положительных моментов во время вождения. Но другие придерживаются мнения, что это дорогостоящее изобретение, которое требует к себе тщательного ухода и внимания.
Вариаторная коробка передач или автомат – что выбрать? Все зависит от того, где именно будет ездить машина. Если водитель любит быстро ездить, разгонятся на полную скорость, делает резкий старт, то вариаторная коробка точно не для такого автолюбителя. В таком случае лучше всего приобрести механику или автомат, имеющий двойное сцепление.
Для езды по городу и при соблюдении всех правил дорожного движения отлично подойдет вариатор. Он обеспечит плавность хода, сэкономит топливо и поможет ощутить комфортную езду при движении.Но стоит помнить о том, что не одна коробка передач не обеспечит полной безопасности на дороге. За это полную ответственность несет только водитель. Поэтому не стоит забывать о том, что внимание за рулем – важный аспект при езде на автомобиле.
Похожие статьи:
www.rulevo.com
