Как работает коробка вариатор


Коробка вариатор – это бесступенчатая трансмиссия, которая способна плавно изменять передаточное число. В отличие от ступенчатых КПП (механическая коробка,  гидромеханическая АКПП или роботизированная трансмиссия), вариатор не имеет так называемых фиксированных передач.

Под фиксированными передачами (ступенями) следует понимать входящие в зацепление друг с другом шестерни. Далее мы рассмотрим устройство вариатора и принцип работы трансмиссии данного типа, а также какие преимущества и недостатки имеет вариаторная коробка передач.

Коробка передач вариатор: что это такое и как работает

Клиноцепной вариатор CVT устройство принцип работы

Итак, вариатор или вариаторная коробка передач обычно сокращенно обозначается как CVT (от англ. Continuously Variable Transmission), что означает трансмиссию, которая постоянно изменяется.


Вариатор по сравнению с аналогами имеет ряд преимуществ. Прежде всего, данный тип КПП дешевле в производстве, чем АКПП. Еще вариатор позволяет наиболее эффективно использовать мощность и крутящий момент ДВС.

Также отсутствие момента переключения передач означает, что разрыва потока мощности не происходит. В результате удается добиться высоких показателей топливной экономичности и разгонной динамики, а также обеспечить максимум комфорта при езде на автомобиле с вариатором СVT.

Первым вариатором данного типа стал  Variomatic, который устанавливался на автомобили в самом конце 50-х, позже появилась версия Transmatic, которая попала на конвейер в 1984 году.

Сегодня клиноременный вариатор активно используют различные мировые автопроизводители (например, Toyota Multidrive, Multitronic Audi, Xtronic Nissan и т.д.). Что касается менее распространенного тороидного вариатора, одним из наиболее известных является вариаторная коробка Extroid Nissan.

Общая конструкция вариатора предполагает наличие следующих базовых элементов:

  • Устройство для передачи крутящего момента от ДВС на трансмиссию, а также позволяющее отсоединить КПП от силовой установки (аналогично нейтральной передаче);
  • Вариаторная коробка передач, а также механизм задней передачи.
  • Система управления вариатором (ЭБУ и набор датчиков);

Существует несколько видов так называемого сцепления АКПП:

  • центробежное автоматическое сцепление;
  • электромагнитное сцепление;
  • многодисковое сцепление;
  • гидротрансформатор;

Если говорить непосредственно об устройстве самой коробки CVT, тогда следует начать с клиноременных вариаторов. Такой вариатор имеет одну или две ременные передачи.  Ременная передача предполагает пару шкивов, которые соединены между собой при помощи клиновидного ремня.

Шкив, в свою очередь,  состоит из двух конических дисков, которые имеют возможность сдвигаться и раздвигаться. Благодаря этому можно менять диаметр шкива.

Чтобы сблизить конусы, может быть использовано гидравлическое давление, конусы также сближаются при помощи центробежной силы или под воздействием усилия пружин. Сами конические диски находятся под углом наклона в 20 градусов, что позволяет ремню перемещаться о поверхности с минимальным сопротивлением.

Далее в устройстве вариаторных коробок начали применять гибкий металлический ремень, изготовленный из нескольких стальных полос. Передача крутящего момента производится посредством трения боковой поверхностью ремня и шкивами.

Стальной ремень вариатора оказался более прочным, гибким, отличается увеличенным сроком службы, КПП создает меньше шума во время работы. Благодаря такому ремню вариаторы стали массовыми.

Также некоторые производители вместо ремня используют металлическую цепь вариатора в устройстве коробки данного типа (клиноцепной вариатор). Цепь позволяет добиться еще большей гибкости и эффективности по сравнению с клиноременными  вариаторами. Клиноцепной вариатор имеет самый высокий КПД, так как потери минимальны.


Дело в том, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи. Другими словами, цепь более «плотно» контактирует с коническими дисками. Чтобы избежать ускоренного износа в местах контакта, конические диски выполнены из прочной стали.

Работает коробка вариатор под управлением электронной системы. Электроника отвечает за синхронное изменение диаметра шкивов вариатора в точном соответствии с режимом работы ДВС. Также система управляет сцеплением и планетарным редуктором задней передачи.

Что касается включения режимов, управление вариатором осуществляется при помощи рычага (селектора), который находится в салоне автомобиля. Сами режимы аналогичны режимам АКПП (P-R-N-D-L, спортрежим, зимний, экономичный и т.д.), так как производители стремятся максимально облегчить и упростить взаимодействие с КПП для водителя.

Появления такой функции на вариаторе не продиктовано какой-либо необходимостью, напрямую связанной с эксплуатацией и улучшением характеристик. Дело в том, что для многих водителей проблемой являются одинаковые обороты двигателя при разгоне, а также отсутствие ощущения смены передачи (ступени). Ручной режим позволяет добиться явного переключения «вверх» или «вниз» по аналогии с механикой или АКПП. 

Принцип работы клиноременного вариатора и тороидного CVT


Коробка вариатор CVT устройство

В основе работы клиноцепных и клиноременных вариаторов лежит синхронное изменение диаметров шкивов в зависимости от того, в каком режиме работает двигатель в определенный момент.

Возможность изменить диаметр шкива реализована посредством использования привода. Когда автомобиль с вариатором разгоняется, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, конические диски находятся в полностью разжатом состоянии.

В свою очередь, ведомый диск имеет самый большой диаметр, то есть конические диски полностью сжаты. Как только обороты двигателя начинают увеличиваться, диаметр ведущего шкива также становится больше, при этом происходит уменьшение диаметра ведомого шкива.

Так достигается и поддерживается оптимальный режим работы, при этом сохраняется динамика одновременно с экономией топлива. Еще добавим, как уже было сказано выше, кроме клиноременных существуют и тороидные вариаторы. Так вот, по конструкции тороидный вариатор имеет два соосных вала. Эти валы имеют сферическую поверхность.

Между валами с тороидной (сферической) поверхностью находятся специальные ролики. Чтобы изменить передаточное число, в вариаторе данного типа меняется положение роликов. При этом передача крутящего момента осуществляется посредством силы трения, возникающей между поверхностями роликов и валов.


Плюсы и минусы вариатора

Коробка вариатор преимущества недостатки

Разобравшись с тем, что значит коробка вариатор в машине  и как устроен агрегат, можно рассмотреть основные плюсы и минусы автоматической КПП данного типа.

Прежде всего, среди основных плюсов выделяют высокие показатели КПД трансмиссии, а также топливную экономичность и комфорт при езде, так как водитель не ощущает момента переключения передач. 

Если же коробку нагружать, срок службы трансмиссии резко сокращается. Также коробка вариатор чувствительна к качеству и уровню масла. Необходимо менять масло в вариаторе каждые 30-40 тыс. км., при этом использовать только оригинальные трансмиссионные жидкости, рекомендуемые самим производителем авто или коробки.

Еще вариаторная КПП боится резких стартов, высоких оборотов ДВС, езды по бездорожью, буксировки прицепа или других авто, длительных пробуксовок в снегу или на льду (особенно если версия коробки с гидротрансформатором).

Напоследок отметим, что с учетом перечисленного выше ряда особенностей вариаторы обычно устанавливаются на легковые авто и кроссоверы. На практике, данная трансмиссия оптимально подходит для моделей, которые эксплуатируются в черте города или используются для езды по трассе без особых нагрузок на ДВС и КПП.


krutimotor.ru

Что такое вариатор

Коробка-вариатор современного автомобиля - фотоМожет 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

Принцип изменения передаточного отношения клиноременного вариатораСегодня 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.

Несколько 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.


Когда 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

Конструкция ремня вариатора - набор металлических пластин со скрепляющими скобамиВвиду нескольких очевидных преимуществ вариатора многие специалисты считают этот тип коробок передач более перспективным и удобным по сравнению с традиционными агрегатами гидромеханического типа.


нако 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.

avtonam.ru

Определение

Вариатор — вариаторная коробка передач – CVT (Continuously Variable Transmission – бесступенчатая трансмиссия) – тип автоматической коробки передач, которая плавно передает крутящий момент от двигателя колесам (или другим движителям, например судовым винтам), не имеет передач, но может автоматически менять передаточное соотношение по заданной программе либо в ручном режиме.

Нужно отметить что эта коробка в отличие от своих собратьев АКПП и РОБОТА не имеет переменных передач, то есть нет привычных толчков при смене передаточных чисел, набор скорости здесь четкий и ровный, КПД (если верить характеристикам, не существенно но больше), благодаря своему строению


Принцип работы

Как вы поняли сверху — здесь нет передач, а изменение передаточного числа (повышение или понижение) идет плавно, на «заданные значения». Конечно, здесь есть программная составляющая, которая позволяет создавать «ступени», но они сделаны программно, для ручного управления, например по грязи или снегу (когда нужна максимальная тяга и не важна скорость). А сама коробка бесступенчатая – что позволяет передавать усилия от силового агрегата колесам более точно.

в разрезе

На данный момент существует два основных строения вариатора:

  • Это клиномерные. Они применяются на 95% машин оснащенных такой трансмиссией
  • Тороидные. Из-за более сложного строения и настроек, сейчас практически не применяются

Так как клиномерный это сейчас самый распространенный тип (он устанавливается на большое количество NISSAN, AUDI, INFINITY и т.д.) начнем именно с него

Итак, здесь передаточное число передается от одного шкива (ведущего — он связан с силовым агрегатом), другому (ведомому – связан с приводами и далее с колесами) по средствам специального ремня.

Ремень и валы

Изменение числа происходит за счет изменения диаметра шкивов. Они не «литые», а сделаны разборными, а именно из двух половин конической формы (посаженных на вал), которые могут расходиться и сходиться. Как становится понятно — диаметр в точке соприкосновения шкива с ремнем постоянно изменяется в зависимости от нагрузки и скорости.

Простыми словами, происходит все так: – когда автомобиль «трогается», ему нужно максимальное усилие, чтобы сдвинуться с места. Чтобы нагрузка на мотор была минимальна — ведущий вал должен быть самого малого диаметра (конусы разводятся в точке соприкосновения). Ведомый в своем случае должен быть максимального размера (его конусы наоборот сводятся). Таким образом – ведущий должен сделать несколько оборотов, чтобы сдвинуть ведомый всего на один (число максимальное) — это очень сильно снижает усилие на силовой агрегат, и работать ему легче.

После того как скорость вырастает, передаточное число должно изменяется в меньшую сторону – это нужно для того чтобы снизить тяговое усилие, но увеличить  обороты на ведомом валу. Происходит все наоборот – конусы ведущего шкива начинают сходиться (диаметр растет), а ведомого – расходиться (убавляется).

При максимальном размере ведущего вала и минимальном ведомого, первый сделает один оборот, а вот второй должен сделать несколько (поэтому его скорость вращения максимальная), но при таком раскладе и нагрузка на мотор значительно больше.

Как вы поняли за счет изменения диаметров двух валов и ременной передачи между ними – достигается нужное передаточное число

Сейчас небольшая анимация, смотрим

Схема работы вариатора

Тороидный тип вариатора имеет совершенно другой принцип работы. Здесь усилие передается при помощи специальных роликов которые зажаты между валами, они имеют тороидную форму (отсюда и название) и расположены на одной оси

Чтобы в такой конструкции изменить передаточное число нужно изменить положение роликов. Для максимальной тяги нужно повернуть роликовые зажимы в сторону ведомого вала, в таком положении диаметр контакта ролика и вала будет минимальный, а у ведомого – максимальный.

Схема тороидного типа

При наборе скорости нужно уменьшение числа и увеличение вращения, ролики отводятся в другую сторону (ведущего вала), при этом диаметры меняются противоположно.

Думаю это понятно, больше не будет заострять на этом внимание.


Устройство вариатора

Смысл имеет рассказать о работе клиномерной вариаторной коробки передач (потому что собрат сейчас практически не продается).

Коробка устанавливается на двигатель (либо продольно, либо поперечно). Для того чтобы плавно соединить ее с мотором и в нужные моменты отключать (нейтральный режим), предусмотрена система сцепления.

Сейчас многие производители ушли на гидротрансформатор, схожий устанавливается на классическую АКПП. Однако другие производители могут использовать другие типы – центробежные, электромагнитные или многодисковые (мокрые варианты). Использования гидротрасформатора обусловлено высокой производительностью и высокими эксплуатационными характеристиками, в том числе и долговечностью.

Гидротрансформатор

Теперь про само устройство вариатора. Описать его достаточно сложно, все же это не простая конструкция, но я постараюсь:

  • Валы с изменяемыми конусами. Про это еще раз я рассказывать не буду (принцип рассказал наверху). Хочется отметить, что из-за больших нагрузок поверхности конусов вариатора делаются из высокопрочных сталей
  • Ремень или цепь. Предназначены соединить два вала. Ремнем можно назвать с натяжкой, все потому что он состоит из специальных металлических лент соединенных между собой специальными фасонными частями имеющими вид бабочки и придающих специальную похожую на клин форму. Работает он боковыми частями, которыми благодаря силам трения он контактирует с клиньями шкивов. Тем самым передается момент от одного вала на другой. Стоит отметить, что другие производители, например AUDI используют цепной механизм, она имеет большое количество мелких звеньев и обеспечивает малые радиусы изгиба. Работает она уже не боковой поверхностью, а торцевой. И цепь, и ремень рассчитаны на высокие нагрузки, но они не переносят высоких перегревов (могут деформироваться)

Цепь вариатора

  • Масло. Да не удивляйтесь, смазка внутри также является важной составляющей и к ней предъявляют высокие требования, обычно здесь идет ATF жидкость, которая заливается в автомат. Нужна она не только для смазки, но и для нагнетания давления в насосе чтобы раздвигать или сдвигать конусы
  • Масляный насос. Как раз и нагнетает давление в системе

Масляный насос

  • Гидроблок. Он руководит подачей масла в нужные каналы, то есть либо в один конус (вал), либо в другой. Кстати пробуксовки и прочие пинки, и толчки могут быть связаны именно с ним.

Гидроблок

  • Фильтра. Их может быть много, как в самом гидроблоке, так и за его пределами. Они улавливают грязь и мелкие металлические частицы с ремня и конусов, не давая им забивать мелкие каналы

Фильтр

  • Радиатор. На вариаторной коробке передач он ОБЯЗАТЕЛЕН! Запомните, эта трансмиссия очень быстро перегревается при пробуксовках и высоких нагрузках, поэтому чтобы охладить масло, нужен внешний радиаторный блок. Некоторые на паркетниках которые любят лазить в грязи и буксовать (например Mitsubishi Outlander) ставят дополнительные радиаторы, чтобы убрать излишний нагрев

Радиатор

  • НУ и последнее это блок управления вариатором. Это электронное устройство, которое работает в паре с ЭБУ, получая от него нужные команды. Оно дает приказания электроники и валам принять ту или иную конфигурацию, которая отвечает данной скорости и нагрузке

Блок управления

Это устройство в двух словах, для того чтобы понять общий принцип работы. Стоит отметить, что изначально у вариатора не было реверсного вращения, то есть движения назад. Поэтому в конструкцию внедрили планетарную передачу, которая позволяет это сделать. Однако это намного усложнило конструкцию.


Пару слов — про масло и фильтра

Не могу промолчать и не высказаться про этот пункт подробнее. Масло в CVT также является очень важной составляющей в работе всего устройства в целом, как собственно и масляный фильтр. Многие производители, официальные дилеры могут вас заверять, что оно здесь залито на весь срок службы. ЭТО КРАЙНЕ НЕ ВЕРНО!

Масло и фильтр являются расходными материалами и многие производители говорят что нужно менять их раз в 60 000 км, а в сложных условиях (коими являются наши Российские реалии – морозы, снег, жара, дожди, грязь и пробки в мегаполисах) стоит менять еще чаще, лично я бы советовал через 40 000 км.

ATF жидкость совершенна

ЧТО БУДЕТ ЕСЛИ НЕ СМЕНИТЬ? Масло изнашивается и зачастую пригорает (от большого пробега), образуя внутри отложения, которые могут забивать различные каналы и фильтра. Основной фильтр также может забиваться отложениями, металлической пылью и прочими «продуктами работы». В итоге падает давление от масляного насоса до магистралей гидроблока и собственно самих конусов, которые сводятся на валах. Вариатор начинает буксовать, пинаться, или даже может встать в аварийный режим.

ПОЭТОМУ замена масла, фильтра и при необходимости чистка гидроблока ПРОСТО НЕОБХОДИМЫ для нормальной работы вариаторной трансмиссии

Если будете проводить интервал замены раз в 40 – 50 000 км, не перегревать «коробку» проходить может очень долго.


avto-blogger.ru

Как работает вариатор

Автомобили, оборудованные вариаторной трансмиссией, внешне очень похожи на машины с коробкой автомат. Что такое вариатор на автомобиле? По аналогии с другими трансмиссиями, в конструкцию коробки передач CVT тоже входят две педали, селектор переключения режимов. Режимы вариатора имеют те же обозначения:

  1. Р – паркинг.
  2. R – реверс.
  3. N – нормаль.
  4. D – драйв.

На первый взгляд устройство трансмиссий совпадает. Однако, принцип работы вариатора CVT отличается от традиционной АКПП. Здесь полностью отсутствуют фиксированные передачи, нет нумерованных первой, второй и прочих скоростей. Коробка вариатор обладает огромным количеством передач, переход с одного режима на другой осуществляется совершенно незаметно и плавно. В процессе эксплуатации транспортного средства, оснащенного вариатором, водитель не ощущает рывков, толчков и пинаний. Независимо от того, трогается машина, разгоняется или тормозит, вариатор постепенно меняет передаточное отношение без резких движений, рывков.

Разновидности коробок-вариаторов

В зависимости от конструкции механизма и области применения, вариаторы CVT подразделяются на следующие виды:

  1. Клиноременной вариатор.
  2. Цепной.
  3. Тороидальный.

Самый распространенный вариант исполнения – клиноременной вариатор.

вариатор

Немного теории:

чтобы понять принцип действия клиноременной передачи, рекомендуется представить два шкива сложной конструкции, взаимно отдаленные на небольшое расстояние;
каждый шкив вариатора состоит из двух конусообразных дисков, верхушки которых сходятся и расходятся;
оба шкива огибает специальный ремень.

схема передачи движения

Устройство вариаторной коробки передач

В состав каждого шкива входят по два конуса 20°, которые отцентрированы вершинами относительно друг друга. Клиновидный ремень вариатора входит в меж-конусное пространство. Свое название ремень получил, благодаря оригинальной форме сечения в виде буквы V. Такой профиль позволяет увеличить площадь контакта, силу трения между ремнем и шкивами вариатора.

Сближение конусов приводит к увеличению диаметра шкива. Соответственно, при их разведении – он уменьшается (эффект переменного рабочего диаметра шкива). Шкивы переменного диаметра расположены строго попарно. Один из них – ведущий (входной), он является продолжением коленчатого вала силового агрегата. Ведущий шкив вариатора передает вращение на второй (ведомый) шкив, элементы коробки передач, трансмиссию, колеса автомобиля.

Существует термин «радиус основного тона», он характеризует расстояние от ремня до центров клиновидных шкивов. Когда шкивы вариатора разведены и находятся максимально далеко друг от друга, этот параметр минимален. При максимальном сближении конусов ремень перемещается к наружному краю, увеличивая радиус. Отношение радиусов основного тона, ведущего и ведомого шкивов, регулируется специальным устройством бортового компьютера.

Интересно: Если на одном из шкивов вариатора увеличивается радиус охвата, на другом, он синхронно уменьшается. Благодаря данному эффекту, ремень находится постоянно в натянутом состоянии. При взаимном изменении радиусов создается бесконечное множество передаточных отношений – от минимального до максимально высокого. Например, если радиус основного тона на ведущем шкиве очень маленький, на ведущем он приближается к максимуму. При этом скорость вращения выходного вала низкая, что соответствует пониженной передаче автомобиля. Для увеличения скорости машины достаточно сблизить конусы ведущего шкива вариатора.

Изменяя радиусы охвата на ведущем и ведомом шкивах, можно получить бесконечное множество значений передаточного числа вариатора. В коробке передач CVT шкивы, размещенные на ведущем и ведомом валах, оборудованы специальным гидроприводом, при помощи которого конусообразные половинки синхронно сдвигаются/раздвигаются. При этом передаточное число вариатора изменяется в широких диапазонах.

Чтобы обеспечить движение автомобиля в режиме заднего хода, в конструкцию коробки вариатор включен набор шестерен (планетарный механизм). При помощи включения зубчатых зацеплений в заданном порядке, выходной вал вариатора может изменять направление вращения.

Помимо трех основных компонентов, описанных выше, в состав системы электронного управления вариатора также входят различные датчики, микропроцессоры. Бортовой компьютер, встроенный в трансмиссию, управляет положением конусообразных шкивов вариатора, исходя из нагрузок и скорости передвижения транспортного средства.

Устройство клиновидного ремня

Ремень в клиноременном вариаторе CVT отличается сложным устройством. Благодаря использованию новейших материалов, ремни вариаторов очень надежны и эффективны. Вместо цепей и резиновых ремней, огибающих шкивы, в коробках вариатор применяются гибкие металлические ремни клиновидной формы (наборные металлические ленты).

Схема устройства металлического ремня вариатора:

переключение

Основой высокопрочного ремня вариатора служат тонкие полоски упругой стали (количество полос равно 9 – 15 штук), которые скреплены при помощи пластин сложной формы. Эти детали имеют форму трапеции, они плотно нанизаны на стальные ленты. Материал изготовления скрепляющих пластин – углеродистая легированная сталь высокой прочности.

Основные преимущества клиновидных стальных ремней:

  1. Сверхвысокая прочность ремня вариатора.
  2. Отсутствие эффекта проскальзывания.
  3. Повышенная жесткость изделия при передаче усилий на сжатие (толкающий ремень).
  4. Способность передавать максимальный крутящий момент от силового агрегата на ходовую часть.
  5. При работе вариатора ремень не издает много шума.

Общий вид клиновидного ремня CVT:

Вариатор: что это такое и как работает-Топ-3 вариаторных коробок

Образец цепи, установленной в вариаторе авто фирмы АУДИ:

привод

Клиновой ремень вариатора Audi изготовлен в виде широкой цепи, состоящей из отдельных стальных пластин.

Интересно: Для технического обслуживания клиновидной цепи вариатора используется специальный масляный состав. Смазочная жидкость способна изменять свои характеристики под воздействием повышенного давления в местах контакта пластин с поверхностью шкива. В результате чего, цепь вариатора CVT передает заданные усилия без проскальзывания и трения даже в условиях маленькой площади контакта.

Особенности управления коробкой вариатором

Когда автомобиль, оснащенный стандартной коробкой автомат, набирает скорость, приходится раскручивать обороты двигателя перед включением каждой передачи. Автомобиль с вариатором разгоняется при постоянных оборотах силового агрегата. На основании программы управления, выбранной водителем, вариатор самостоятельно изменяет передаточное число трансмиссии.

При подъемах на возвышенность, преодолениях преград или торможениях водитель нажимает на педаль газа, а вариатор автоматически снижает передачу. В это время диски шкивов синхронно передвигаются (сходятся/расходятся), занимают заданное положение, чтобы обеспечить требуемую величину момента кручения выходного вала вариатора.

При помощи электроники, коробка вариатор CVT может резко переключаться, например, перескакивая с виртуальной шестой на восьмую передачу. Или, по желанию водителя, можно постепенно переходить на следующий режим с имитацией последовательного переключения.

Где применяются вариаторы CVT

Благодаря простоте конструкции и комфортности управления, коробки передач вариаторного типа устанавливаются на автомобилях известных производителей: AUDI, INFINITY, NISSAN и др.

Вариаторы также нашли широкое применение в следующих механизмах и технических устройствах:

  1. Сверлильные станки.
  2. Тракторы и прочие сельхоз машины.
  3. Мотороллеры.
  4. Снегоходы.

Коробка вариатор, плюсы и минусы

При сравнении КПП вариаторного типа с классической коробкой автомат, выясняется, что АКПП состоит из многочисленных шестерен, валов, синхронизаторов, муфт, тормозов, гидравлической системы, плиты с масляными каналами и пр. Вариатор отличается простотой конструкции. В его состав входят только три основных компонента: ведущий и ведомый шкивы, а также приводной ремень.

Коробки вариаторы набирают популярность среди автопроизводителей и владельцев автомобилей, благодаря большому количеству достоинств:

  1. Возможность набирать и снижать скорость без переключения режимов.
  2. Плавность передвижения автомобиля при изменении скоростей вариатора.
  3. Стабильность показателей мощности, вне зависимости от скорости машины.
  4. Существенная экономия топлива.
  5. Чуткая реакция электронной системы вариатора на изменения характера дороги (движение по скользкой дороге, на подъем, под уклон).
  6. Отсутствие вынужденного замедления (авто не снижает скорость даже при преодолении подъемов).
  7. Минимальные потери мощности вариатора, в сравнении с АКПП.
  8. Отличная динамика разгона.
  9. Стабильность оборотов двигателя.
  10. Меньшие выбросы вредных веществ.
  11. Простота устройства, минимальное количество рабочих элементов.

Благодаря сравнительно небольшому количеству составляющих, вариатор имеет намного меньший вес, чем аналогичная коробка автомат.

Вариаторы обладают простой конструкцией, но это не исключает необходимости регулярного технического обслуживания. Больше всего хлопот и неприятностей доставляет ремень вариатора CVT. Кроме компьютерной диагностики, здесь требуется производить замену клиновидных или цепных ремней после каждого пробега, равного 50 – 60 000 км. Бывают случаи, когда ремень вариатора нужно менять намного раньше. Все зависит от марки машины, модели вариатора, условий эксплуатации автомобиля.

Наряду с очевидными преимуществами, коробка вариатор обладает определенными недостатками:

  • Вариатор плохо переносит усиленные нагрузки.
  • Его редко устанавливают на внедорожники, которые эксплуатируются на тяжелых трассах.
  • Сравнительно небольшой срок эксплуатации.
  • Трудно найти квалифицированного специалиста по ремонту и восстановлению работоспособности вариаторов.
  • В мастерских автосервиса часто предлагают полностью заменить поломанный вариатор на новый дорогостоящий механизм. Стоимость нового вариатора составляет более 30% от общей цены на автомобиль.

Внимание: Многие водители отмечают в поведении вариатора некоторую медлительность при переключении передач – эффект задумчивости. Не всех автовладельцев удовлетворяет задержка в одну-две секунды.

Устройство тороидального вариатора

В отличие клиноременной конструкции, вариатор тороидального типа состоит из двух дисков, выполненных в виде вогнутых криволинейных поверхностей. Вращение от ведущего элемента на ведомый передается при помощи специального ролика скользящего действия. При его наклоне и перемещении к наружному диаметру ведомого диска происходит увеличение передаточного числа. Соответственно, при наклоне ролика в противоположную сторону и смещении к центру диска, передаточное отношение вариатора снижается.

Схема устройства и принципа действия тороидального вариатора:

схема

Основные требования к тороидальным вариаторам: высокий коэффициент полезного действия, длительный срок эксплуатации. Чтобы обеспечить выполнение поставленных задач, при изготовлении элементов вариатора используются дорогостоящие материалы, современные технологии.

Тороидальные вариаторы отличаются относительной простотой, однако, такие вариаторы редко применяются в современном автопроизводстве. Это объясняется следующими факторами:

  • повышенная требовательность к точности изготовления рабочих элементов;
  • прочности поверхностного слоя сопрягаемых дисков и роликов;
  • использование дорогих технологий при изготовлении узлов и деталей;
  • сложность настроек;
  • высокая стоимость специальных смазочных материалов.

Как работает тороидальный вариатор

Глядя на схему тороидального устройства, может показаться, что оно не относится к механизмам вариаторного типа. Здесь отсутствует ременная передача, шкивы не перемещаются относительно друг друга (не сходятся и не расходятся), валы стоят неподвижно. Но, если проанализировать принцип действия данного механизма, получается, что он очень похож на классический вариатор:

  1. Ведущий диск вариатора прочно сидит на выходном валу двигателя внутреннего сгорания.
  2. Ведомый – передает вращение на приводной вал главной передачи.
  3. Ролики передают момент вращения от силового агрегата на ведомый диск.
  4. Передаточное число изменяется, в зависимости от угла наклона роликов и места контакта с дисками.

Благодаря двум степеням свободы, ролики вариатора могут крутиться вокруг своей оси, а также совершать наклоны в вертикальном направлении. В результате происходит их контакт с дисками на различных уровнях.

motoran.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.