Типы вариаторов – какие бывают виды, плюсы и минусы

Содержание

Вариатор: устройство, виды, принцип работы вариаторной коробки передач

Вариатор или вариаторная КПП представляет собой бесступенчатую трансмиссию, позволяющую автоматически регулировать передаточное число для преобразования крутящего момента, передаваемого от двигателя на колеса автомобиля.

Как правило, вариаторные КПП устанавливаются на легковых авто, квадроциклах, мотороллерах и снегоходах. Если мы говорим об автомобилях, то в большинстве случаев они  могут оснащаться клиноременным или тороидным (были попытки, но на сегодняшний день все они, похоже, прекращены) вариатором.

Наиболее популярным стал клиноременный вариатор, который впервые был установлен в автомобилях марки DAF в начале 60-х годов 20 столетия.

Да, вариаторы были изобретены очень давно, еще в 19 веке, но их не использовали из-за того, что наиболее простую конструкцию имеет клиноременный вариатор, но у него проблема всегда были, и остается до сих пор, но об этом чуть позже.

Устройство вариатора

Конструкция вариаторной коробки передач достаточно проста и состоит из следующих деталей и механизмов:

  • раздвижные шкивы – щеки, клиновидной формы, которые расположены на валу;
  • механизм для обеспечения вращения колес и установки рычага акселератора в нейтральном положении;
  • механизм для переключения заднего хода;
  • система управления

Вообще, видов вариаторов придумано достаточно много, порядка десяти, но реальную путевку в жизнь, по всей видимости, получит только клиноременный вариатор и его модификации такая, как, например, клиноцепной вариатор.

Схема: Audi AG

Клиноременный вариатор

Для начала рассмотрим устройство клиноременного вариатора, как одной из самых перспективных КПП в будущем. Такой тип вариатора представляет собой соединенные ремнем шкивы и, собственно, все.

Простота конструкции, ее дешевизна и весьма неплохая надежность — все это плюсы клиноременного вариатора, добавьте сюда максимальную эффективность работы двигателя, да еще и обеспечивает экономию топлива по сравнению с механической КПП и АКПП при одинаковой динамике езды.

Полагаю, теперь понятно, почему вариаторам прочат отличное будущее. Но не все так безоблачно. Есть в вариаторе проблемы, которые решаются до сих пор…

Надежность ремня

Ремень испытывает большие нагрузки, поэтому он должен быть очень прочным. До недавнего времени ремень для вариаторов изготавливался так же, как и все остальные ремни, используемые в двигателе для привода различных систем, он был матерчато-резиновым.

Естественно, что он не мог долго воспринимать серьезные нагрузки. Ремень растягивался, рвался довольно быстро, поэтому вариаторы ставили только на маломощные двигатели.

Но потом придумали стальной клиновидный ремень и ремень в виде цепи, что позволило использовать вариаторы на довольно мощных автомобилях, например, Nissan выпускает с вариаторами автомобили с мощностью двигателя 262 л.с., что для большинства автолюбителей, учитывая наши налоги на автомобиль, запредельная мечта.

Устройство стального ремня для вариатора

Вариаторная цепь

Высокий температурный режим работы

Зацепление ремня и шкивов в вариативной коробке происходит за счет сил трения, а это, как все мы знаем, приводит к повышению температуры.

До сравнительно недавнего времени не было технологий, чтобы сделать шкивы и стальной ремень достаточно прочными, чтобы они не разрушались в местах контакта.

В добавок к этому было изобретено специальное масло, которое не снижает трение, а наоборот, увеличивает его. Это необходимо для того, чтобы ремень не проскальзывал, а цеплялся за шкивы.

Помимо этого высокая температура оказывает негативное воздействие на электронный блок управления и частенько, к сожалению, выводит его из строя.

Очень много грязи

Ввиду того, что в вариаторе постоянно трутся с большим усилием ремень и шкивы, то очень быстро накапливаются частички металла, которые сильно загрязняют масло.

Грязное масло, как вы понимаете, начинает разрушать, по сути, всю коробку. Эта проблема решается установкой фильтров, очищающих масло.

Пока вариаторы все же уступают в надежности механике и автоматам, но, тем не менее, компании не прекращают попыток усовершенствовать их, поскольку уж очень заманчивы их плюсы.

Вариаторы, которые сейчас устанавливаются на Nissan при умеренной езде и своевременном техническом обслуживании способны проходить 200.000 км, что не так уж и мало, если разобраться.

Итак, вернемся к работе вариатора клиноременного типа…

Шкивы образуется дисками конической формы, способными совершать движения на сближение/расхождение, с целью изменения диаметра шкива. Диски приводятся в движение вдоль вала гидроцилиндром.

Для соединения шкивов применяется клиновидный ремень, состоящий из тонких полос, изготовленных из металла и связанных между собой специальными пластинками. Вращающий момент достигается благодаря трению, которое возникает между поверхностями шкива и ремня.

На колеса в современных вариаторах вращение передается с помощью гидротрансформатора и  дифференциала.

Включение задней передачи на вариаторе выполняется при помощи планетарки заднего хода. Блок управления предназначен для реализации основных функций вариаторной КПП – управления сцеплением, осуществления контроля над работой редуктора, изменения положения шкивов с учетом рабочих режимов двигателя.

Как уже ранее упоминалось, различают два вида приводных вариаторов – клиноременный и клиноцепной.

Клиноцепной вариатор оснащается цепью, состоящей из металлических звеньев (или пластин), соединенных осями клиновидной формы. Подобная конструкция цепи является более гибкой и эффективной для преобразования и передачи вращательного момента на колеса.

Если в клиноременном вариаторе, вращение колес обеспечивается за счет толкательного усилия, то в клиноцепном вариаторе – благодаря тянущему усилию.

Клиноцепные вариаторы использует на своих автомобилях Audi и Subaru.

Тороидный вариатор

Такой тип вариатора состоит из двух валов (дисков, похожих на бублик) клиновидного типа, один из них является главным, другой – ведомым. Между валами расположены ролики, совершающие передвижения в вертикальном направлении, а также вращения в горизонтальном направлении вокруг собственной оси.

Передаточное число в вариаторе данного вида изменяется за счет выбранного положения роликов, а также их радиусов. Иными словами, когда ролик соединяется с маленьким радиусом главного вала и большим радиусом второстепенного вала – происходит переключение на низкую передачу.

Выбор высокой передачи осуществляется в обратном порядке. Переход на прямую передачу происходит в том случае, когда ролик соприкасается с валами в одном радиусе.

Сложная конструкция и отсутствие технологий и материалов, способных выдержать нагрузки в таком устройстве пока заставили производителей отказаться от этого вида вариаторов, но такие автомобили существовали в реальности и выпускались массово, например Nissan Cedric.

Принцип работы вариатора

Принцип работы вариатора понять очень просто, если вы хотя бы раз катались на горном или спортивном велосипеде, имеющем по несколько звездочек у педалей и на заднем (приводном) колесе.

Вы наверняка знаете, что если у педалей перекинуть цепь на самую маленькую звездочку, а на колесе выбрать самую большую, то педали крутятся очень легко, можно взобраться в почти любую гору, но при этом невозможно сильно разогнаться.

Для разгона необходимо сделать все наоборот:  у педалей цепь перекинуть на самую большую звездочку, а на колесе – на самую маленькую.

Это будут два крайних режима работы передачи, а все остальные комбинации промежуточные.

Теперь представьте, что звездочки слились в конус, а цепь превратилась в ремень, перекинутый через эти конусы. Вот и получился вариатор, а принцип работы остался неизменным.

Изменение диаметров конусов (шкивов) на ведущем и ведомом валах позволяют изменять скорость автомобиля.

В процессе езды вариатор только поддерживает наиболее подходящие обороты автомобильного двигателя для обеспечения выбранной скорости движения и динамических показателей автомобиля, что и позволяет экономить топливо.

Для наглядности пара видео с Youtube:

Покупать автомобиль с вариатором или не покупать?

Для начала запишитесь на тест-драйв и прокатитесь на каком-нибудь автомобиле с вариатором. Если вам понравится то, как этот автомобиль набирает скорость, как он управляется, то задуматься о машине с вариатором стоит.

Зная, что у вариаторов до сих пор есть проблемы с долговечностью, то приходит в голову мысль о том, что если машина новая или прошла совсем немного, то брать ее стоит. Если же пробег у автомобиля более 50000 км, то уже стоит задуматься.

Стоит так же учесть и условия эксплуатации автомобиля. Если вы ездите по хорошим дорогам, не перегружаете автомобиль, не используете его в качестве такси, то взять вариатор и насладиться его преимуществами можно.

Если же вашему автомобилю суждено испытывать различного рода перегрузки, то лучше присмотреться к автоматической или механической коробке передач.

autodromo.ru

преимущества и недостатки трансмиссии CVT

Содержание статьи

Преимущества и недостатки вариатора

Количество возможных режимов при движении автомобиля бесконечно велико. Поэтому оптимальную работу двигателя можно обеспечить, если бесконечным будет и количество ступеней в коробке передач. Вариатор – единственный из существующих на сегодняшний день видов КПП позволяет безступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля (т.е. скорости и сопротивления движению) удается подобрать наиболее эффективное значение передаточного отношения, а не усредненное, как в любой другой коробке передач.

Следствием постоянной работы двигателя в зоне оптимальных оборотов является высокая экономичность, снижение токсичности выхлопных газов и лучшая динамика разгона автомобилей с вариаторами. А так как передаточное отношение изменяется плавно, а не ступенчато, то такие автомобили отличаются и плавностью хода. Отсутствие рывков при переключениях увеличивает срок службы узлов трансмиссии. Вариаторы имеют небольшой вес, простую конструкцию (по сравнению с АКПП) и достаточно надежны. Так же, как и «автоматы» они избавляют водителя от «ручного» труда.

Так что, имеем идеальную коробку передач? Увы, нет. Главный недостаток вариаторов состоит в том, что они фрикционные (работают за счет трения, а не зубчатого зацепления), и поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями.

Вариатор не любит долгой работы в режиме максимальных нагрузок. “Спортивный” стиль вождения, резкие рывки и торможения приводят к его быстрому износу. Стихия вариатора – спокойное, плавное движение.

Принцип работы вариатора

Принцип работы клиноременного вариатора на низшей передачеПринцип работы клиноременного вариатора на низшей передаче

В настоящее время на автомобилях применяют два типа вариатора: клиноременной и торовый. Клиноременной состоит из двух раздвижных шкивов и натянутого между ними ремня. Один шкив соединен с двигателем, и является ведущим, второй, ведомый, – с ведущими колесами. Шкивы, как уже говорилось, раздвижные, то есть, состоят из двух половинок. Если половинки шкива сближаются, ремень выталкивается наружу, если раздвигаются, ремень проваливается внутрь. Изменение радиусов, по которым вращается ремень, происходит синхронно – когда один шкив увеличивает радиус, другой его уменьшает. В итоге плавно изменяется передаточное отношение: пока радиус ведущего шкива меньше, чем ведомого, имеем пониженную передачу; если радиусы равны – передача прямая; если же ремень на ведущем шкиве вращается по большему радиусу, чем на ведомом — получаем повышенную передачу.

Принцип работы клиноременного вариатора на высшей передачеПринцип работы клиноременного вариатора на высшей передаче

Почему же при такой простоте и прочих своих достоинствах вариатор стали применять на автомобилях сравнительно недавно? Проблема заключалась в резиновом ремне, который не позволял передавать большой крутящий момент. Только с изобретением металлического наборного ремня стала возможной установка вариатора на легковых автомобилях (о грузовых даже и речи не идет). Такой ремень представляет собой две металлические ленты с нанизанными на них металлическими пластинками специальной формы. Он передает усилие путём прижима звеньев друг к другу и толкания их ведущим шкивом. Ведущий шкив толкает зажатые между его дисков звенья, те толкают соседние, и так далее к звеньям, зажатым в ведомый шкив. То есть такой ремень является толкающим, а не тянущим, что позволяет передавать значительно большее усилие.

Устройство ремня клиноременного вариатораУстройство ремня клиноременного вариатора

Существуют и цепные вариаторы, в которых вместо ремня применяется цепь. Принципиальных различий с ремнем нет, есть некоторые отличия. Первое – цепь передает тянущее усилие, а не толкающее. Второе – мощность передается скошенными торцами осей звеньев цепи.

В торовых вариаторах вместо раздвижных шкивов применяются конусовидные диски, а ремень заменяют ролики. Один диск (ведущий) соединяется с коленвалом двигателя, другой (ведомый) — с трансмиссией. К дискам прижимаются ролики, которые могут вращаться вокруг горизонтальной оси, передавая крутящий момент, и смещаться относительно вертикальной, соприкасаясь с дисками в разных точках. Изменяя положение роликов, меняем передаточное отношение. Если ролик соприкасается с ведущим диском по малому радиусу, то с ведомым он контактирует по большому — получаем понижающую передачу. При вращении по одинаковым радиусам передача будет прямой, а если ролик прижат к ведущему диску по большему радиусу — повышающей.

Принцип работы торового вариатора на низшей передачеПринцип работы торового вариатора на низшей передачеПринцип работы торового вариатора на высшей передачеПринцип работы торового вариатора на высшей передаче

Торовые вариаторы способны передавать больший крутящий момент, чем клиноременные. При этом им присущи недостатки клиноременных, так как усилие передается также за счет трения. Торовый вариатор дороже, ввиду того, что для изготовления его деталей требуется высокопрочная сталь, а для смазки — специальное фрикционное масло.

Устройство вариатора

Устройство вариатораУстройство вариатора

Практические конструкции вариаторов включают в себя устройства для обеспечения плавного трогания с места, движения задним ходом, систему управления, гидронасос.

В роли сцепления могут выступать либо пакет фрикционов, либо гидротрансформатор. Пакет фрикционов проще, компактнее, но по плавности включения и долговечности уступает гидротрансформатору. Поэтому такая конструкция применяется на недорогих автомобилях. Гидротрансформатор имеет большие габариты и массу, зато обеспечивает более плавное трогание, сглаживание рывков, что увеличивает ресурс работы вариатора. Кроме того, вариатор с гидротрансформатором быстрее переходит с низших передач на высшие при резком разгоне.

Для обеспечения движения задним ходом применяется простая планетарная передача.

Система управления состоит из блока управления, датчиков, гидросистемы управления шкивами.
Получая данные об оборотах двигателя, скорости автомобиля и положении педали акселератора, блок управления определяет оптимальное для данного режима движения передаточное число. По показаниям датчиков скорости вращения первичного и вторичного валов определяется реальное передаточное отношение. При их несовпадении блок управления выдает команду гидросистеме на изменение диаметра шкивов.

Рабочее давление в гидросистеме и смазку деталей вариатора обеспечивает насос, приводимый от первичного вала. Причем давление в системе зависит не от оборотов двигателя, а поддерживается пропорциональным развиваемому крутящему моменту. Чем больше момент, тем сильнее сжимаются диски, предотвращая проскальзывание ремня. От давления, создаваемого насосом, зависит быстродействие вариатора – чем оно выше, тем быстрее изменяется передаточное отношение. Масло в системе применяется специальное, с маркировкой CVT. В качестве напоминания такая же надпись ставится на маляном щупе вариатора.

Электронная система управления позволяет наделить вариатор большим перечнем дополнительных функций: адаптация к стилю вождения, экономичный или спортивный режим, «ручное» переключение передач.

Последняя опция введена больше в связи с субъективным восприятием некоторыми водителями особенностей работы вариатора, чем с технической необходимостью. При резком нажатии на педаль акселератора двигатель вначале выводится на обороты, соответствующие максимальной мощности, и далее разгон происходит за счет изменения передаточного отношения вариатора. При этом мотор все время работает «на одной ноте». Водителей «с музыкальным слухом» это раздражает. Поэтому и вводится «ручной» режим с 6-8 фиксированными передачами, и тогда звук двигателя с вариатором приобретает ласкающую слух переменную тональность.

Еще один нюанс конструкции вариаторных трансмиссий связан с диапазоном передаточных чисел. Прямой передаче соответствует положение, когда диаметры дисков одинаковы. Поэтому низшее и высшее передаточные числа симметричны относительно единицы. А значит, высших передач получается слишком много, а низших, наоборот, недостаточно. Чтобы компенсировать этот недостаток, увеличивают передаточное число главной передачи.

avtonov.info

Вариаторы

Вариаторы, укомплектованные общепромышленными асинхронными электродвигателями, получили название мотор-вариаторов. Они могут оснащаться и другими двигателями, например, с независимой вентиляцией, с переменным числом полюсов или со встроенным тормозом. По желанию заказчиков мотор-вариаторы могут доукомплектоваться цилиндрическими, червячными или другими редукторами со стандартным входным фланцем и полым валом. Применяемые схемы сборки «мотор – вариатор – редуктор» обеспечивают высокие крутящие моменты вала при одновременном регулировании скорости вращения.

В отличие от других вариаторов, передаточное отношение мотор-вариаторов можно изменять и на остановленном двигателе, а длительный режим работы при постоянном передаточном отношении не вызывает износа рабочих поверхностей на фрикционной паре, из-за отсутствия скольжения в зоне контакта.

Вариаторы соединяются с электродвигателями при помощи фланцев, а с редукторами или иными механизмами с помощью муфт.

Вариаторы хорошо себя проявили в машиностроении, строительстве и металлургии в ленточных, цепных, роликовых конвейерах, в пищевой промышленности, в подъемных устройствах, в экструдерах, приводах транспортировочных тележек, приводах летучих пил и ножниц, приводах поворотных механизмов и ходовых винтов.

Выгода от применения современных вариаторов заключается в их минимальном износе и отсутствии необходимости в дорогостоящих механизмах и элементах приводов, благодаря плавному изменению передаточного отношения. Реально существующая необходимость перехода экономики России на технологическую базу с достаточной эффективностью подтверждает готовность внедрения новых инновационных проектов, стимулирующих развитие новых ресурсосберегающих технологий. Их реализация приведёт к значительному снижению затрат на металл (за счет компактности конструкций разрабатываемых вариаторов) и на энергию, затрачиваемую на производство единицы продукции, и обеспечит производство конкурентоспособных вариаторных устройств нового поколения.

ence-gmbh.ru

10.5. Вариаторы

Назначение и характеристики. Вариаторы служат для плавного (бес­ступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала.

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 (см. рис. 10.2) или с промежуточным элементом (например, ремнем, рис. 10.3). Разработано боль­шое число конструкций с различными принци­пиальными схемами. Применяют в станкострое­нии, химической, текстильной, бумажной про­мышленности и др.

Рис. 10.3. Схема вариатора

с раздвижными конусами

Бесступенчатое регулирование скорости спо­собствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора опти­мального режима, оно благоприятно для автома­тизации и управления на ходу.

Для некоторых машин — волочильные станы, текстильные, бумагоделательные и подобные им машины — плавное регулирование скорости является технологически обязательным.

Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка п2тм к его минимальной частоте вращения n2min:

(10.4)

Обычно для одноступенчатых вариаторов Д= 3…8.

Вариаторы подбирают по каталогам и справочникам в зависимости от передаваемого вращающего момента, диапазона регулирования и частоты вращения ведущего вала.

Разновидности вариаторов. В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и др.

Лобовые вариаторы (см. рис. 10.2) применяют в винтовых прессах и приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R2. Допускают реверсирование вращения (передвижением мало­го катка из положения А в положение Б, см. рис. 10.2). Имеют интен­сивный износ рабочих поверхностей катков и пониженный КПД вслед­ствие разности скоростей на площадке контакта (геометрическое сколь­жение). Так как R1 = const, диапазон регулирования лобового вариатора

(10.5)

Вариаторы с раздвижными конусами (см. рис. 10.3) имеют наиболь­шее применение в машиностроении. Промежуточным элементом явля­ется широкий клиновой ремень или специальная цепь. Плавное из­менение частоты вращения ведомого вала достигается раздвижением ведущего и синхронным сближением ведомого конусных катков, т. е. изменением расчетных радиусов катков R1 и R2. 104

Максимальное и минимальное зна­чения передаточного числа:

Клжоременные вариаторы (см. рис. 10.3) просты и надежны в эксплуатации, стандартизованы. Диапазон регулирова­ния Д< 5. При использовании широких ремней передаваемая мощность дости­гает 50 кВт при КПД п. = 0,8…0,9.

Рис. 10.4. Схема торового вариатора

Цепные вариаторы сложнее и до­роже клиноременных, но компактнее, долговечнее. Обеспечивают постоянство передаточного числа. Применяют для мощностей до 100 кВт; Д< 7; η = 0,8…0,9.

Торовые вариаторы состоят из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух промежуточ­ных роликов (рис. 10.4). Частоту вращения регулируют поворотом роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются ради­усы поверхностей контакта R, и R2. Текущее значение передаточного числа

(10.6)

Из всех вариаторов торовые наиболее компактны и совершенны, скольжение у них сведено к минимуму, КПД < 0,95; Д< 6,3. Недостат­ками являются сложность конструкции, требование высокой точности изготовления и монтажа.

Рис. 10.5. Схема многодискового вариатора

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раз­движных конических тонких дисков, прижимаемых пружинами (рис. 10.5).

Изменение частоты вращения пг ведомого вала осуществляют радиаль­ным смещением ведущего вала относительно ведомого, изменяя при этом расчетный радиус Rx ведущих дисков. Долговечность повышается при работе дисков в масляной ванне.

studfile.net

передача с плавным изменением частоты вращения ведомого вала.

Вариаторы



Область применения вариаторов

Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала.
Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального режима, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

В качестве механизма главного движения в вариаторах применяют передачи разного типа – фрикционные, ременные, цепные. Их выполняют в виде отдельных механизмов с непосредственным контактом ведущего и ведомого катков, с промежуточным элементом (например, ремнем) и планетарные.

Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка n2max к его минимальной частоте вращения n2min:

Д = n2max/n2min = u2max/u2min.

Обычно для одноступенчатых вариаторов диапазон регулирования выбирают в пределах Д = 3…8.

***

Разновидности вариаторов

В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и другие.
Разработано большое число конструкций вариаторов с различными принципиальными схемами, в зависимости от назначения и применения в различных механизмах и машинах.
Многообразие конструкций вариаторов не позволяет систематизировать методы их расчетов.

Вариаторы подбирают по каталогам и справочникам, в зависимости от передаваемого крутящего момента, диапазона регулирования, частоты вращения ведущего вала и конструктивных особенностей.

***

Лобовые вариаторы

Лобовые вариаторы применяют в винтовых прессах и различных приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R2.
Лобовые радиаторы допускают реверсирование вращения (передвижением малого катка из положения А в положение Б, см. рис. 2).

Рабочие поверхности катков лобовых вариаторов подвержены интенсивному износу вследствие существенной разницы скоростей на площадке контакта (геометрическое скольжение).
По этой же причине лобовые вариаторы имеют невысокий КПД.

Поскольку R1 = const, диапазон регулирования лобовых вариаторов определяется по формуле:

Д = R2max/R2min.

***



Вариаторы с раздвижными конусами

Этот тип вариаторов имеет наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным элементом вариаторов с раздвижными конусами является широкий клиновый ремень (см. рис. 3) или специальная цепь.
Плавное изменение частоты вращения ведомого вала достигается раздвижением ведущего и синхронным сближением ведомого конусных катков, т. е. изменением расчетных радиусов катков R1 и R2.

Максимальное и минимальное значение передаточного числа вариатора с раздвижными конусами определяется по формулам:

umax = n1/n2min = R2max/R1min;
umin = n1/n2max = R2min/R1max.

Клиноременные вариаторы просты и надежны в эксплуатации, стандартизированы.
Диапазон регулирования таких вариаторов Д ≤ 8.
При использовании широких ремней передаваемая мощность достигает 50 кВт при КПД η = 0,8…0,9.

Наглядно принцип работы клиноременного вариатора можно увидеть здесь.

Цепные вариаторы сложнее и дороже клиноременных, но компактнее, надежнее и долговечнее. Они обеспечивают постоянство передаточного числа из-за отсутствия проскальзывания.
Цепные вариаторы могут передавать мощности до 100 кВт и имеют диапазон регулирования Д ≤ 7.
КПД таких вариаторов η = 0,8…0,9.

Клиноременные и цепные вариаторы не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Торовые вариаторы

Торовый вариатор состоит из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух или трех промежуточных роликов (рис. 4).
Частоту вращения ведомого вала регулируют поворотом промежуточных роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы поверхностей контакта R1 и R2.

Торовые вариаторы имеют наиболее совершенную и компактную конструкцию в сравнении с вариаторами других типов. Скольжение у них сведено к минимуму.
КПД достигает 0,95, диапазон регулирования Д ≤ 6,3.

Основные недостатки торовых вариаторов – сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления и монтажа.
Особенностью торовых вариаторов является противоположное вращение ведущего и ведомого валов.
Реверсивное движение ведомого вала не осуществляют.

Текущее значение передаточного числа торовых вариаторов рассчитывают по формулам:

u = n1/n2 = R2/R1.

***

Многодисковые вариаторы

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических дисков, прижимаемых пружинами (рис. 5).
Изменение частоты вращения ведомого вала в таких вариаторах осуществляется за счет перемещения ведущего вала относительно ведомого в направлениях, указанных на рис. 5 красными стрелками. При этом изменяется межосевое расстояние и расчетный радиус R1 ведущих дисков.

При работе дисков в масляной ванне долговечность и надежность многодисковых вариаторов существенно повышается.

Передаточное число многодисковых вариаторов определяется по формулам:

u = n1/n2 = R2/R1.

Диапазон регулирования многодисковых вариаторов Д ≤ 4,5, КПД η = 0,8…0,9.

Применение многодисковых вариаторов позволяет уменьшить габариты конструкции при больших значениях передаваемой мощности.
Как и рассмотренные выше типы вариаторов (клиноременные, цепные, торовые), многодисковые не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Кроме рассмотренных здесь типов вариаторов применяются и другие конструкции — конусные, двухконусные, дисковые, роликовые и т. д. Конструкции некоторых из них представлены на рисунке ниже.

***

Передача винт — гайка



k-a-t.ru

Все про вариаторы




Конструкция бесступенчатой трансмиссии не является новинкой или порождением современного мира. Более 200 лет назад остро стоял вопрос о замене классической трансмиссии с большим количеством шестерен на нечто новое, позволяющее обойтись без повышающих нагрузку ступеней. Это было очень актуально для паровых двигателей, где любая остановка в работе могла привести к взрыву парового котла. Ричард Тревитик, один из основоположников двигателестроения тех времён, изобрёл механизм, позволяющий использовать шкивы переменных диаметров с целью изменения передаточного отношения прямо в движении.

В классическом варианте вариатор использовался очень долго. Толчок  к развитию этот тип коробок передач получил исключительно благодаря развитию автомобильной промышленности. Совершенствование происходило одновременно на базе нескольких концернов, поэтому сложно сказать, кто является автором той или иной конструкции. Сейчас все трансмиссии такого типа являются высокотехнологичными устройствами, позволяющими менять передаточное отношение прямо в движении. Современное обозначение этого типа коробок передач обозначается аббревиатурой CVT.

Вариатор

Основные преимущества вариаторов


Они имеют ряд существенных плюсов (более подробно можно ознакомится тут), а именно:

  1. — Машина с вариатором очень покладистая в управлении. Она не делает рывков, скачков, а также полностью списывает ошибки автомобилиста. Механические коробки отходят в прошлое.
  2. — Время, затрачиваемое на разгон до необходимого водителю значения, существенно сокращается. Это сказывается отсутствие ступеней. Вообще можно считать, что их количество бесконечно.
  3. —  Вариатор не позволит машине откатится на подъёме, он обеспечивает плавный старт даже под уклон. Поэтому его рекомендуют выбирать для женщин с целью облегчения управления. Ведь педали сцепления на автомобилях с CVT нет.
  4. — Уровень шума, издаваемый этим механизмом, находится на предельно низком уровне. Поэтому в салоне всегда будет тихо.
  5. — Это лучшее решение для экономии топлива и передачи крутящего момента от двигателя к колёсам практически без потерь.
  6. — Этот механический узел является одним из самых экологически чистых решений, в отличие от «роботов» или механики. Экологический класс на машины с этим решением автоматически повышается.

Перечислять все разновидности этих механических узлов не имеет смысла по причине их огромного количества. У каждого производителя автомобиля имеется как минимум три аутентичных запатентованных схемы. Допустим как у вариаторов Ниссан, также важно знать важные моменты при эксплуатации данного узла, более подробно описано здесь.

Базовые неполадки и слабые места

Перед покупкой автомобиля с такой опцией, ознакомьтесь с основными неисправностями. Естественно, что самой уязвимой частью является приводной ремень. На него возлагаются самые сложные фрикционные взаимодействия, а также нагрузки на растяжение и кручение, порождаемые усилием зацепления, центробежной силой и гироскопическим моментом. Все остальные части имеют строго регламентированный производителем ресурс, на деле оказывающийся больше заявленного показателя.

Продукт высоких технологий

Своим восхождением вариаторы во многом обязаны современному развитию материалов. Изобретение Ричарда Тревитика опередило время своего появления как минимум на полтора века. Возможности механизма были ограничены только по технологиям производства. В итоге первыми вариаторами массового производства была обычная пара вращающихся конусов, по которым скользил ремень.

Сейчас же сложно подсчитать количество разновидностей и вариаций, широко применяемых во всём мире.

Для упрочнения поверхностей применяются сложные насыщения и цементации, полностью нивелирующие износ в отсутствии абразивных частиц в составе трансмиссионной жидкости.

Где используются эти коробки

Исходя из преимущества, заключающегося в отсутствии ограничения размеров, их используют не только на автомобилях, но и на различной мелкой технике. Это всё, начиная от скутеров и снегоходов, заканчивая бензопилами и прочим инструментом. Основными направлениями развития в этой области являются увеличение КПД, повышение прочности рабочих поверхностей и общей устойчивости к износу.

Посмотрите видео

variator-cvt.ru

Вариатор: тонкости и особенности работы.

Вариатор: тонкости и особенности работы.

Сегодня многие машины комплектуются таким популярным типом АКПП, как вариатор. В чем его особенности? Как он работает? Какие существуют недостатки? Какие бывают типы вариаторов?

Многие автолюбители до сих пор не могут разобраться с особенностями работы вариатора — одного из распространенных типов трансмиссии. Обычно познания среднестатистических водителей ограничиваются лишь тем, что существует два вида коробок передач — автоматическая и механическая, но что такое вариатор? Попробуем разобраться.

Особенности вариатора.

Вариатор – это один из видов автоматических коробок передач. В нем, как и в обычной коробке автомат (гидротрансформаторной АКПП), есть режимы «паркинг», «драйв», «нейтраль» и «задний ход». В автомобиле оснащенном вариатором все так же две педали — тормоз и газ. Визуально такой тип автомата от других не отличить. Разница в конструктивных особенностях (внутри аппарата). У вариатора не существует фиксированных передач, мощность двигателя передается на колеса постоянно, плавно меняясь; иными словами, вариатор имеет не 5-6 фиксированных передач, а бесконечное их количество. И это несомненный плюс, ведь это избавляет от толчков при переключении и дает мотору возможность работать на оборотах максимальной мощности.

Какие бывают типы вариатора?

Существует три основных типа вариаторов, каждый из которых имеет свои отличительные черты и особенности работы. В частности, можно выделить тороидальные и цепные вариаторы (на моделях марки Audi применяются именно такие вариаторы), а также вариаторы со шкивом. Последний тип получил наибольшее распространение.

Как работает вариатор?

Дабы не забивать голову читателю сложными терминами, его рассмотрение выполним на примере двух закрепленных трубок с натянутой на них резинкой. Если диаметр трубок одинаковый, тогда при вращении одной трубки вторая будет проворачиваться с той же скоростью. Если использовать ведущую трубку большего диаметра, тогда второй «вал» будет вращаться быстрее. По похожему принципу работает и вариатор. В роли трубок здесь выступает два мощных шкива, а вместо резинки установлен стальной ремень, обладающий достаточно сложной конструкцией. Шкивы в процессе работы могут расходиться или сдвигаться. При этом диаметр вращения постоянно меняется. Более красочно процесс показан на видео ниже. Достаточно просто, как и все гениальное.

История.

Если провести небольшой экскурс в историю появления вариатора, то мы можем отметить несколько вех: 15-ый век (первая идея о передаче вращающей силы по принципу вариатора принадлежит Леонардо да Винчи), 19-ый век — выдан патент на вариатор, середина 20-го века — появление первых автомобилей оснащенных вариатором. Именно в те времена становления автомобильной индустрии начали появляться данные типы АКПП, а первой компанией, которая решилась на установку вариатора, была известная сегодня фирма DAF. Сегодня концерн занимается выпуском грузовиков, но ранее на конвейере были и легковые автомобили. Со временем «эстафету» приняла компания Вольво. А сейчас вариаторы используют Mitsubishi, Subaru, Volvo, Nissan, Honda, Toyota, Jeep, Audi и другие известные марки.

Есть ли у Вариатора недостатки?

Вариатор чаще всего ставится на автомобили, имеющие небольшой объем двигателя, т.к. конструкция не рассчитана на передачу высоких мощностей. В случае поломки вариатора автолюбителю придется выложить немалую сумму на ремонт, а ресурс у этого аппарата несколько ниже чем у обычных коробок автомат. Многие не выдерживают «монотонности» работы двигателя автомобиля (звук работы двигателя на одних оборотах во время разгона), но эта проблема решается с помощью программирования коробки автомат, а самые современные АКПП типа вариатор избавлены от этой проблемы.

Особенности движения и разгона автомобиля.

В процессе разгона транспортного средства обороты зачастую поддерживаются на одном уровне (особенно если речь о разгоне «газ в пол»). При этом двигатель работает на оборотах максимальной отдачи, без каких-либо рывков. Многие производители современных вариаторов позволяют выбирать режим работы, в некоторых случаях имитируя переключения псевдо-передач (имитация). Отдельные версии вариаторов имеют возможность ручного переключения передач с возможностью их зафиксировать (подходит при движении на плохой дороге или в спорте). Вариатор — самый комфортный тип АКПП, с ним автомобиль едет максимально плавно и без дерганий.

Есть ли будущее у вариатора?

Вопрос до сих пор остается открытым. Компания Audi в 2014-ом году заявила, что отказывается от этого типа коробок автомат по причине желания унифицировать все свои аппараты и привести их к более универсальному типу — гидротрансформаторным АКПП. И в то же время, в 2014-ом году появился спортивный автомобиль Subaru WRX с двигателем мощностью 268 л.с. работающий в паре с вариатором. Использование этого типа АКПП в спортивном автомобиле означает то, что есть еще пути для совершенствования вариатора.

Другие статьи

suvik.cz

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о