Цепной вариатор принцип работы

Вариаторы

Область применения вариаторов

Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала.
разновидности вариаторов 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.
лобовой вариатор 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.
принцип работы вариатора 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).
принцип работы торового вариатора 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. многодисковый вариатор 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.


разновидности и типы вариаторов

***

Передача винт — гайка

k-a-t.ru

Довольно долгое время этот вид коробки передач незаслуженно игнорировался автопроизводителями. А ведь именно принцип вариаторной передачи широко использовался задолго до появления первого автомобиля. Прообразом современной бесступенчатой трансмиссии были ременные передачи ветряных мельниц, которые, благодаря подобной передаче крутящего момента от лопастей мельницы на жернова, могли измельчать зерно с разной скоростью и до различного помола. В автомобильной промышленности этот тип механической коробки передач начал широко применяться с конца 1990-х годов. Сегодня бесступенчатый вариатор считается одним из самых прогрессивных видов автомобильных трансмиссий. Впрочем, и у бесступенчатого вариатора есть свои достоинства и недостатки.

Принцип работы вариатора

Как уже указывалось выше, вариатор представляет собой эволюционную разновидность классической механической коробки передач.
если для «механики» присущи переключения со ступени на ступень при помощи шестерен (при этом, важную роль играет сцепление), то у вариатора передачи переключаются без участия каких-либо зацепных узлов и уж тем более, без сцепления. Именно поэтому по плавности переключения со ступени на ступень этому виду трансмиссии сегодня нет равных. По типу принято различать следующие виды бесступенчатых вариаторов: клиноременные, цепные, торроидные.

Клиноременные трансмиссии стали первым типом бесступенчатой коробки передач, которая устанавливалась на легковые автомобили. Как правило, эти машины имели небольшой по объему и мощности двигатель, так как использовавшийся в механизме вариатора ремень не выдерживал больших нагрузок и часто выходил из строя.

По своему строению этот тип КПП выглядит как пара параллельно расположенных шкивов, передача крутящего момента от одного к другому происходит при помощи натянутого между ними ремня. Каждый шкив – это две конусообразные детали, которые соприкасаются своими «вершинами». Эти детали по мере изменения крутящего момента от мотора сдвигаются или раздвигаются, благодаря чему происходит плавное переключение на повышенную или пониженную передачу. Если раньше, как упоминалось выше, в клиноременном вариаторе применяли резиновые ремни, то сегодня их роль выполняют металлические ленты.

Цепной вариатор – это усовершенствованная клиноременная бесступенчатая трансмиссия, в которой вместо ремня применяется стальная цепь. Срок службы цепи у такой КПП довольно продолжителен.


Наконец, торроидный вариатор имеет отличную от первых двух типов конструкцию. В нем роль шкивов играют два колеса (ведущее и ведомое), между которыми зажат торроидный ролик. Колеса трутся о ролик, который меняет свое положение относительно их, и таким образом происходит повышение или понижение передач.

Все типы вариаторов управляются электронными блоками управления, в которых аккумулируется информация о крутящем моменте двигателя, скорости автомобиля и прочих характеристиках, на основании которых электроника дает команду КПП повышать или понижать передачу.

Устанавливается на автомобили марок Honda (Jazz, CR-V), Nissan (Juke, Qashqai), Toyota (Yaris, Auris) и прочие.

Достоинства и недостатки бесступенчатой КПП

К достоинствам этого типа трансмиссий можно отнести, во-первых, плавное переключение передач без рывков при разгоне и торможении. Во-вторых — отличную динамику движения автомобиля на длинных отрезках пути. В-третьих, и это, наверное, один из самых больших плюсов, вариатор обеспечивает экономию горючего, а связано это с тем, что при переключении передач не происходит потери мощности и крутящего момента. Еще один положительный аспект связан с активной безопасностью автомобиля, оснащенного вариатором, – его колеса не пробуксовывают на скользкой поверхности (лед) из-за того, что передачи вариатор переключает плавно.


К недостаткам вариатора можно отнести сравнительно слабую динамику – от старта движения до выхода на средние обороты. Остальные негативные аспекты связаны с обслуживанием и ремонтом бесступенчатой трансмиссии: в ней используется дорогое трансмиссионное масло, а его замена и обслуживание узлов и агрегатов вариатора довольно сложное, что, естественно, сказывается на стоимости обслуживания. Привод вариатора весьма чувствителен к большим нагрузкам при высоком крутящем моменте двигателя и если трансмиссию эксплуатировать неправильно, этот узел может выйти из строя, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. Еще одним недостатком такой трансмиссии является невозможность применять спортивные приемы вождения, ведь производители вариаторов намеренно ограничивают подобные операции – чтобы продлить «жизнь» трансмиссии.

О проблемах и неисправностях вариатора мы написали в статье

avtoexperts.ru

Принцип работы вариатора

Отлично от автоматических коробок передач, в вариаторе не используются зубчатые шестерни. Иными словами, здесь нет ограниченного количества передач. Благодаря продуманной системе шкивов (колес, предающих движение ремню) количество скоростей плавно стремится к бесконечности.


variator

Между ведущим и ведомым валами происходит изменение толщины, при этом дискретных шагов не совершается. Во время небольшого смещения одного из валов назад происходит увеличение радиуса изгиба вокруг конуса задающего ремня. А это значит, что если ведущий ремень сделает, например, 2 оборота, то ведомый вал раскрутится на все 10.

За счет этого свойства автомобиль может разогнаться до значительных скоростей за одно количество оборотов двигателя.

При смещении обоих валов вперед будет обратный эффект: 10 оборотов ведущего вала и 2 оборота ведомого. Это позволит тронуться с места, потянуть за собой груз или забраться в крутую горку.

В основе бесступенчатой коробки передач лежат три компонента:

  • Резиновый ремень или цепь высочайшей прочности;
  • Ведущий вал и 2 конусообразных шкива;
  • Ведомый вал и 2 конусообразных шкива.

Работа устройства обеспечивается работой бортового компьютера. Благодаря электронике, положение шкивов изменяется. В современном мире микропроцессоры и датчики выступают дополнительным компонентом в этой технологии.

Металлические клиновидные ремни


Для повышения надежности и эффективности вариаторов, происходит разработка новых материалов. Так, на смену цепям и ремням пришли клиновидные ремни. Они выполняются из стали. Количество тонких металлических полос варьируется от 9 до 15.

ремень вариатор

Высокопрочный состав изделий повышает долговечность конструкции. Такие ремни не скользят, справляются с высоким крутящим моментом и работают значительно тише, нежели их резиновые предшественники.

Принцип работы тороидального вариатора

Современная разработка – тороидальные вариаторы. Внешне устройство отличается от оригинала, но оно надежнее, а результат – тот же.

Так, вместо шкивов и ремней используются специальные диски и ролики:

  1. Эквивалентно задающему шкиву, один из дисков присоединен к двигателю.
  2. Второй, подобно ведомому шкиву, соединен с приводным валом.
  3. Между дисками (вместо ремня) расположены колесики. Они изменяют передаточное число, которое передается с диска на диск.

Принцип работы заключается в том, что колесики вращаются по обеим осям. Вращение происходит вокруг горизонтальной оси, а наклон – вокруг вертикальной.

Преимущества и недостатки вариаторов

У вариаторов существует ряд заметных преимуществ:

  • Переключение происходит без рывков, максимально плавно, за счет постоянного и бесступенчатого ускорения.
  • Высокая экономия топливных ресурсов достигается путем удержания автомобиля в оптимальном диапазоне мощности на любой скорости.
  • Отсутствие вынужденных замедлений (например, при подъеме в горку) доступно благодаря лучшей реакции системы на изменение внешних условий.
  • Высокие динамические показатели (сравнительно с АКПП): потери мощностей в вариаторе заметно ниже, чем в автомате.
  • Снижение количества выбросов из-за лучшей работы оборотов двигателя.
  • Вариаторы легче АКПП, так как конструкция удивительно проста: в ней используется меньшее количество элементов.

Но есть и недостатки:

  • Ремни CVT (не цепные) быстро изнашиваются: срок эксплуатации до 60 тыс км.
  • Нецелесообразно использовать вариаторы, если автомобиль подвержен постоянным и сильным нагрузкам (например, на внедорожниках).
  • Низкий срок службы всей конструкции;
  • Часто сервисные центры отказывают в ремонте (из-за пунктов выше), так как заменить вариатор намного проще, но потребителю это обойдется дорого: около 30-40% стоимости автомобиля.
  • Между переключениями передач происходит 1-2 секунды, не всех водителей это устраивает.

Оказывается, что АКПП намного надежнее, чем вариаторы. Однако скорость распространения этих устройств, а также заинтересованность автолюбителей в их использовании, заставляет инженеров усиленно искать новые решения, а значит, довольно скоро весь мир перейдет на эту технологию.

zextrem.com

Устройство вариатора

Вариатор, или по-английски continuously variable transmission (CVT), внешне представляет собой ту же автоматическую коробку передач. С виду невозможно определить, что в машине установлен именно он, ведь рычаг его ничем не отличается от рычага обычной классической АКПП, даже режимы трансмиссии те же: P, R, N, D. Однако принцип работы вариатора совершенно другой, в нем нет привычного, фиксированного количества передач, таких как 1-я, 2-я и так далее. Передач в вариаторе огромное множество, они постоянно варьируются, отсюда и название самого устройства. Именно поэтому нет никаких толчков ни при трогании автомобиля с места, ни при переходах с одних оборотов на другие. Вариатор в процессе езды машины, по мере ее разгона и замедления, плавно и аккуратно меняет передаточное число.

Принцип работы вариатора

Среди вариаторов есть много типов, в зависимости от устройства. Это и цепные, клиноременные и тороидальные, но встречаются и другие виды привода. Самый распространенный среди них тип вариатора — клиноременный со шкивами переменного диаметра, о котором и пойдет речь далее.

фото вариатора с ременным привидом

Чтобы было немного понятнее, как устроен такой вариатор, можно представить себе две одинаковые трубки, расположенные параллельно и недалеко друг от друга. Если стянуть их резинкой и начать крутить одну из них, то сразу будет раскручиваться и другая, причем скорость их будет одинаковая. Однако если трубки будут разного диаметра, то соотношение скоростей будет совсем другое – более широкая трубка будет крутиться медленнее.

Принцип работы вариатора такой же, только диаметр таких вот цилиндров у него постоянно изменяется. Он состоит из двух шкивов, каждый из которых представляет собой пару конусов, расположенных вершинами друг к другу. Между этими шкивами зажат специальный клиновый ремень.
Каждая пара конусов, двигаясь в направлении друг к другу и обратно, изменяет рабочий диаметр шкивов. Когда конусы будут раздвигаться, ремень, обращенный к ним ребрами, будет проваливаться в середину шкива и огибать его по меньшему радиусу. При движении конусов друг к другу радиус получится, наоборот, больший.
Управляет шкивами обычно гидравлическая система, которая строго синхронизирует сближение конусов одного шкива и расхождение конусов другого. Один из шкивов расположен на ведущем валу, идущем от двигателя, а второй – на ведомом, идущем к колесам. Благодаря этому возможно наладить изменение передаточного отношения в очень широком диапазоне.
Для обеспечения возможности совершения автомобилем заднего хода в коробке-вариаторе предусмотрен специальный узел, который меняет направление вращения выходного вала. Этим узлом может являться, например, планетарная передача.

Ремень вариатора

Особого внимания требует вопрос о том, какой же ремень используется в вариаторе. Потому что обычный текстильный прорезиненный ремень, используемый для привода генератора или кондиционера и прочем подобном оборудовании, здесь не подойдет, так как его ресурс будет очень маленьким — он скоро износится. Клиноременные вариаторы имеют ремни с весьма сложным строением.
В качестве ремня может быть использована лента из стали со специальным покрытием либо совокупность стальных лент (тросов) со сложным сечением, с нанизанным на них множеством тонких стальных пластинок в форме трапеции. Края этих пластинок соприкасаются со шкивами. Стоит отметить, что именно такое устройство позволяет ремню иметь толкающие свойства, способность передавать мощность не только той своей частью, которая бежит к ведущему валу, но и обратной. В этой ситуации обычный ремень просто бы сложился, попытавшись передать сжимающее усилие, а стальной, наоборот, становится более жестким.
Также выступать в роли ремня вариатора может и широкая стальная цепь из пластин, своими краями контактирующая с конусами шкивов. Такой ремень, в частности, используется в вариаторах, устанавливаемых на автомобили Audi.

фото вариатор с цепным приводом

Смазка цепи осуществляется особой жидкостью, которая способна изменять свое фазовое состояние при сильном давлении на нее в месте, где она соприкасается со шкивом. Поэтому цепь способна передавать довольно большое усилие, почти не проскальзывая, хоть площадь контакта совсем небольшая.

Чем хорош вариатор

В зависимости от того, какая программа выбрана, вариатор будет самостоятельно менять при разгоне передаточное число. При езде на автомобиле с обычной коробкой осуществляется постепенное переключение передач и увеличение оборотов двигателя. А автомобиль с вариатором набирает скорость на неизменных оборотах, соответствующих максимальной величине крутящего момента. Изменяется при этом передаточное отношение.
Тем, кто пересядет с машины, работающей с привычной коробкой передач, на авто с вариатором, будет наверняка некомфортно набирать разгон. Ведь, после нажатия водителем педели газа двигатель выходит сразу на высокие обороты, и в течение всего набора скорости продолжает оставаться на них, при этом двигатель работает на высоких оборотах, издавая довольно ощутимый рев. Зато темп разгона у таких автомобилей выше, чем у машин с традиционной АКПП, и это можно отнести в плюсы вариатора.
Иногда настройки вариатора делают такими, что разгон с его помощью по ощущениям напоминает разгон с ростом оборотов двигателя. Конечно, когда автомобиль двигается в гору или замедляется, вариатор не останется на высокой передаче, даже если нажимать педаль газа. Его шкивы просто передвинутся назад для повышения выходного крутящего момента.
На некоторых машинах существует возможность устанавливать режим с определенным количеством так называемых «виртуальных» передач, между которыми вариатор будет переключаться подобно классической АКПП. В таком случае можно переключать эти установленные передачи даже самостоятельно, как на коробке-автомат с наличием ручного последовательного режима.

Минусы вариатора

Несмотря на такое большое количество достоинств, вариатор не лишен и недостатков. Одна из проблем – неспособность работать с более современными мощными двигателями, поэтому вариаторы и начали распространяться преимущественно в автомобилях компактного и среднего класса.
Однако нельзя не отметить, что создаются и такие вариаторы, которые способны на большее. Например, клиноременный вариатор с цепью Multitronic успешно работает на Audi A4 2.0 TFSI, мощность двигателя которого составляет 200 лс. А внедорожник Nissan Murano с двигателем V6 на 3,5 литра, развивающим 234 лс, оснащается клиноременным вариатором X-Tronic. Это чуть ли не самая крупная и тяжеловесная модель, на которую устанавливается вариатор. И при современном развитии технологий это, скорее всего, еще не предел.
Еще одним недостатком вариаторов является их дорогостоящее обслуживание и ремонт, а также потребность в специальной трансмиссионной жидкости, которая тоже обходится недешево. Для работающего на ремне вариатора замена ремня требуется каждые 100-150 тысяч км пробега. Замена масла на вариаторе может производиться чуть реже, чем в коробках-автомат (раз в 40-50 тысяч км), но и стоит оно гораздо дороже.
Несмотря на указанные минусы, вариаторы все-таки приобретают все большую популярность, причем стоимость их ниже, чем хороших автоматических коробок.
Благодаря тому, что в вариаторе число передач не ограничено, двигатель получает возможность работать на самых благоприятных для него режимах, будь то необходимость сильного и резкого разгона или неспешность при спокойном движении. Поэтому модели, оснащенные бесступенчатыми автоматическими коробками передач, считаются высокоэкономичными и в то же время обладающими высокой динамикой.

фото ручки управления вариатором Ауди

Стоит также отметить, что в последние годы идет тенденция к увеличению количества передач в коробках-автомат. Новейшие модели автоматических трансмиссий для легковых автомобилей насчитывают уже 8 и даже 9 ступеней. Такие меры принимаются как раз для достижения максимально возможной топливной выгоды и динамики разгона. Не исключено, что в ближайшем будущем начнут появляться АКПП с десятью, а то и с двенадцатью ступенями. Но все же вариаторы уже давно занимают то место в автомобильном мире, куда обычным автоматическим коробкам передач с их планетарными передачами-переключателями не добраться никогда. Потому что количество передач, имеющихся у вариатора, сосчитать просто невозможно.

povozcar.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.

Adblock
detector