Транскрипт

1 «Особенности конструкции и применения бесступенчатой трансмиссии» 1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред. 2. Робот должен повиноваться всем приказам, которые даёт человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону. 3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам. Айзек Азимов «Хоровод» Стремительное развитие современных автомобильных технологий привело к тому, что самые смелые пророчества научных фантастов, стали воплощаться в жизнь. И развитие CVT даёт тому подтверждение. Блок управления адаптивным вариатором подстраивается под действия водителя, манеру вождения, постепенно снимая ограничения на разгонную динамику, в соответствии с пробегом автомобиля. Балансирует между режимом наибольшей экономичности и требованиями на повышение мощности двигателя, что в сочетании с увеличивающимся числом систем контроля безопасности движения, приводит к выбору оптимального режима и траектории движения автомобиля. Хронология развития: 1490 Леонардо да Винчи схематично изображает бесступенчатую трансмиссию 1886 первый патент на тороидный вариатор CVT Adiel Dodge получает патент США на тороидный вариатор CVT. В 1950-х гг., бесступенчатые трансмиссии широко применялись для бортовых авиационных электрогенераторов, приводимых в действие вспомогательными двигателями Daf (Нидерланды) устанавливает первый вариатор CVT в машину DAF 600 (после продажи отделения DAF, выпускавшего пассажирские автомобили, патент унаследовала Volvo). В 1987 клиновые вариаторы, на этот раз с цепными приводом, были запущены в массовое производство Ford и FIAT (Ford Fiesta, FIAT Uno) Subaru Justy GL первый проданный в США автомобиль с вариатором CVT. Вариа тор (Continuously Variable Transmission) механическая передача способная плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения производится вручную или автоматически. Принцип действия: Возьмём два цилиндра, лежащих параллельно на некотором расстоянии друг от друга. Стягиваем их лентой и начинаем крутить один из них. Тут же начинает крутиться и второй с той же скоростью. Но если цилиндры будут разного диаметра, начинается совсем другая история пока один из них, больший, сделает один оборот, второй, скажем, два. Вариатор устроен похоже, только диаметр цилиндров у него постоянно меняется. У него

3 Остаётся ещё добавить узел, отвечающий за изменение направления вращения выходного вала (для заднего хода), а это может быть, скажем, обычная планетарная передача. И вот готова коробка-вариатор. Расстояние между центром конусов и местом контакта желоба и ремня называется радиусом основания делительного конуса. Когда конусы расходятся, ремень опускается, и радиус основания делительного конуса уменьшается. Когда конусы сходятся, ремень поднимается, и радиус основания делительного конуса (далее радиус) увеличивается. Соотношение радиусов основания делительного конуса ведущего шкива к ведомому определяет передаточное число. Когда один шкив увеличивает радиус, другой уменьшает свой радиус, чтобы поддерживать натяжение ремня. Изменение радиусов шкивов зависит друг от друга, что создает бесчисленное множество передаточных соотношений от низкого до высокого и любого между ними. Например, радиус ведущего шкива мал, радиус ведомого шкива велик, тогда уменьшается скорость вращения ведомого шкива, что приводит к низкой передаче. Когда радиус ведущего шкива велик, то радиус ведомого шкива мал, тогда увеличивается скорость вращения ведомого шкива, что приводит к высокой передаче. Следовательно, в теории вариатор CVT реализует бесконечное число «передач» и может их выбирать в любое время на любой скорости двигателя и машины. 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. В 1958 году трансмиссия DAF обеспечила рождение CVT в современном понимании. Система Variomatic использовала бесконечный резиновый приводной ремень, зажатый между коническими поверхностями шкивов. Такая конструкция обладала существенными недостатками. Резиновые ремни, расположенные под днищем авто, быстро разрушались, и их замена являлась достаточно сложной операцией. Величина передаваемого крутящего момента была небольшой и поэтому такую конструкцию можно было применять только на авто с маломощными двигателями. Кроме того автомобиль с такой трансмиссией мог двигаться задним ходом с такой же скоростью, что и вперёд, а это было довольно опасно. Голландский инженер Ван Доорн усовершенствовал конструкцию клиноременного вариатора, заменив резиновый ремень стальным, состоящим из пластин специальной формы. Это стальная лента с неким покрытием или набор стальных тросов (лент) сложного сечения, на которые нанизано огромное число тонких поперечных стальных пластинок трапециевидной формы, края которых и контактируют со шкивами. Кстати, именно таким образом удалось создать толкающий ремень, передающий мощность не только той его половиной, которая бежит от ведомого к ведущему шкиву, но и противоположной. Принципиальным отличием этой конструкции является то, что такой ремень может передавать не только тяговые, но и толкающие усилия. Обычный ремень при попытке передать сжимающее усилие просто сложился бы, а наборный стальной обретает жёсткость. Ван Доорн использовал свою разработку в конструкции трансмиссии Transmatic, которая могла передавать крутящие моменты до 150 Н*м, но по-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас

4 . Тороидный вариатор. В 1999 г. компания Nissan начала устанавливать на некоторые свои автомобили коробки передач Extroid. В этой коробке передач используется сдвоенный тороидный вариатор, разделяющий поток мощности с целью уменьшения размеров узла. Коробка передач была сконструирована для продольной установки на мощные заднеприводные авто и может передавать крутящий момент до 300 Н*м что на сегодняшний день является рекордом для коробки передач с вариатором. Возможность передачи таких усилий обеспечена применением высококачественных сталей и специальных трансмиссионных масел. Усилия сжатия колёс и роликов вариатора составляют величину до 10 т.. Эта система на первый взгляд кажется отличной от клиноременного вариатора, но все ее компоненты выполняют аналогичные функции и приводят к одному результату к постоянно изменяющемуся передаточному числу трансмиссии. Принцип работы: один диск соединяется с двигателем ( эквивалент ведущего шкива ). Другой диск соединен с карданным валом (эквивалент ведомого шкива). Ролики или колеса, расположенные между дисками, выполняют задачу ремней, передавая мощность с одного диска на другой.

6 Часто гидростатическую трансмиссию сочетают с планетарной передачей и сцеплением для создания гибридной системы, называемой гидромеханической трансмиссией. Гидромеханическая трансмиссия передает крутящий момент от двигателя к колесам тремя разными способами. На малых скоростях мощность передается гидравлически, а на больших — механически. Между этими крайними положениями трансмиссия использует и гидравлику, и механику для передачи крутящего момента. Гидромеханическая передача идеальна для спецтехники в тяжелых условиях работы, например, в сельскохозяйственных тракторах. Клиноременной вариатор. Автомобили с современными автоматами, использующими вариатор со стальным ремнём, обладают лучшими показателями топливной экономичности и плавностью работы по сравнению с обычными гидромеханическими автоматами. Надёжность и долговечность современных коробок передач с такими вариаторами также довольно высока. Однако широкое применение таких коробок сдерживается в силу не технических, а скорее, психологических проблем. Водители привыкли, что при разгоне автомобиля с обычной механической или автоматической коробками передач они ощущают увеличение частоты вращения двигателя. Автомобиль с вариатором может интенсивно разгоняться и при постоянной частоте вращения двигателя, потому что вариатор поддерживает эту частоту, которая необходима для лучшего разгона. Такая работа обеспечивает наиболее оптимальный разгон, но из-за непривычного звука у водителя создаётся впечатление, что приёмистость авто недостаточна. Для решения этой проблемы некоторые производители были вынуждены адаптировать управляющие системы своих вариаторов для искусственного создания ряда фиксированных передаточных чисел, преодолев таким образом, психологическую проблему. У водителей таких авто появилась возможность выбора между ручным последовательным ( секвентальным ) переключением передач с фиксированными значениями или бесступенчатым автоматическим управлением. Впервые такая конструкция была использована компанией Nissan в 1997 году в коробке передач Hyper CVT-M6. Контрольная система этой передачи включала шесть предопределенных передаточных отношений, равномерно распределённых между собой.

8 ней, либо ювелирно выжидаете эту секунду за фурой, а потом выходите на обгон. Не комфортно, мягко говоря... Хотя, если Ваша целевая функция — адреналин, то почему бы и нет... И главное! Если «педаль в пол», то Вы выскакиваете из-за фуры на пределе возможностей, без «запаса под педалью», а значит, ограничены в маневре Теперь то же самое для М. Едем в «D». Обороты Ручку в М! В этот момент передача фиксируется на механической. Оптимальной по оборотам (обороты подскакивают до нужных при сохранении текущей скорости — мы же еще в колонне!). Все! Обходим фуру комфортно, без рева двигателя, с запасом под педалью, без «подготовительной паузы». Если нравится Драйв — просто остаемся в M. «FFE» что-то там про пренебрежение экономией топлива ). Кратко я бы сделал только один вывод (скорее, предположение): Экономичность (в виде небольшой тупости по отношению к МКПП) «работает» только до щелчка педали. Следствие: Агрессивная (спортивная?) езда возможна либо «за щелчком», либо в режиме М. Собственно, вместо «обгон фуры» можно подставить любую дорожную ситуацию, связанную со «спорт-драйвом»: старт на светофоре, «шашечки» и тп. Все они требуют режима «эконом OFF» а это и есть «M» (либо «щелчок»). Цепной вариатор. Компания Audi при создании коробки передач с вариатором Multitronic использовала другой принцип. При разгоне авто обеспечивается увеличение оборотов двигателя с увеличением скорости авто. Такой режим разгона не является самым эффектным, но даёт возможность решить психологические проблемы. При экстремальном разгоне управляющая электроника переключает вариатор на оптимальный режим работы. Новый подход обеспечил возможность автомобилю Audi 6 с КП Multitronic показать лучшие результаты по топливной экономичности и разгону по сравнению с таким же авто, но имеющим МКП. Кроме автоматического режима Multitronic поддерживает режим секвентального переключения передач с 6 фиксированными передаточными числами. В конструкции используется мокрое многодисковое сцепление для обеспечения возможности старта с места. Приводной ремень Audi представляет собой многозвенную цепь, которая передаёт крутящий момент за счёт трения между торцами осей пластин, составляющих цепь, и поверхностями шкивов, гидравлическая система управления вариатором обеспечивает оптимальное усилие сжатия шкивов, не допуская проскальзывания цепи и обеспечивая необходимую долговечность вариатора.

10 позволяет добиться меньшего уровня выбросов СО 2 и значительной экономии топлива по сравнению с механической коробкой передач. Управление автомобилем с вариатором более комфортно: на затяжном подъеме в автомобиле с гидромеханической автоматической коробкой передач наблюдаются периодические рывки в моменты перехода на пониженные диапазоны для повышения крутящего момента двигателя. С вариатором CVT частота вращения коленчатого вала остается постоянной, а вариатор автоматически, незаметно для пассажиров, изменяет передаточные отношения для поддержания необходимого уровня крутящего момента двигателя. Потери энергии в трансмиссии с вариатором также меньше, что обеспечивает лучшую эффективность силового агрегата и динамику разгона. Приложения. Приложение 1. Чертёж вариатора Нисан Кашкай JF011E (RE0F10A для европейского рынка) 1.Кожух преобразователя. 2. Ведомая звёздочка. 3. Цепь. 4. Тормоз заднего хода. 5. Масляный насос. 6. Муфта переднего хода. 7. Корпус планетарного редуктора. 8. Магистральный шкиф. 9. Центральный зубчатое колесо. 10. Стальной ремень. 11. Боковой кожух. 12. Зубчатая передача внутреннего зацепления 13. Шестерня режима паркинг. 14. Вторичный шкиф. 15. Выходной редуктор. 16. Корпус дифференциала. 17. Промежуточная шестерня. 18. Понижающая передача. 19. Конический роликоподшипник. 20. Ведомая (выпускная) шестерня. 21. Ведущая шестерня. 22. Первичный вал. 23. Гидротрансформатор. 24.Ведущая шестерня дифференциала. 25. Ведомая шестерня дифференциала. Приложение 2. Вариатор JE 015 E Nissan Juke (общий вид) Приложение 3. Трансмиссия DAF 600 (общий вид)

12