Сайт об автомобильных коробках передач

Вся работа силовой установки автомобиля направлена на получение вращения коленчатого вала. Это вращение и является полезным его действием. Но данное вращение еще нужно правильно перераспределить на ведущие колеса, ведь условия движения авто постоянно меняются. Перераспределение вращения выполняется одним из элементов трансмиссии — коробкой передач. Она устанавливается сразу за двигателем, с ее помощью изменяется передаточное число. То есть, при надобности она увеличивает передаточное число для повышения тягового усилия, или же уменьшает его для увеличения скорости вращения колес.

Из имеющихся четырех типов коробок передач, устанавливаемых на авто, три из них меняют передаточное число ступенчато. То есть, каждая ступень, она же передача коробки, соответствует определенному значению крутящего момента. И только один из видов коробок передач — вариатор, не имеет ступеней, он меняет передаточное число по нарастающей или понижающей. Тем самым такая коробка передач более точно передает крутящий момент.

Вариаторы как один из видов КПП стал популярным сравнительно недавно, хотя первое его использование на автомобилях датировано 1959 годом. Впервые вариаторную коробку передач начали устанавливать на автомобили DAF. Эта коробка получила название Variomatic. Особого распространения она тогда не получила, об этом говорит то, что приемником Variomatic стала вариаторная коробка Transmatic, которая появилась только в 1984 году. Использовался Transmatic как один из видов предлагаемой коробки передач на автомобилях Форд и Фиат.

Глядя на селектор переключения передач вариаторной коробки (на фото именно он), невозможно понять с чем мы имеем дело: обычный автомат с гидротрансформатором, робот или вариатор.

Постепенно многие автокомпании заинтересовались вариаторами, и начали производство своих версий. Так, у Мерседес-Бенц вариаторная коробка обозначается как Autotronic, Форд сейчас занимается выпуском Ecomatic и Durashift CVT, концерн VAG называет свой вариатор Multitronic. Японцы тоже не отстают и создают свои версии: Subaru — Lineatronic, Toyota — Multidrive, Honda — Multimatic, Nissan — Xtronic и Hyper.

Все знают кто такой Леонардо Да Винчи, но мало кто знает, что именно он разработал протопип первой вариаторной трансмиссии. Это было примерно в 1490 году. После этого людям понадобилось 400 лет, чтобы вновь вернуться к этой идее.

Вообще было разработано большое количество всевозможных вариаторов, однако на автотранспорте применение нашли только два из существующих вариантов вариаторной коробки — клиноременной и тороидный. Первый является более предпочтителен у автопроизводителей.

Клиноременной вариатор

Клиноременной вариатор использует принцип изменения диаметров ведущего и ведомого валов. Примерно такой принцип используется на горных велосипедах.

Имеется два вала — ведомый и ведущий. Первый принимает крутящий момент от вала двигателя, а второй передает его на ведущие колеса. Эти валы связаны между собой клиноременной передачей, установленной между шкивами валов.

Конструкция шкивов такова, что они состоят из двух конических половин, способных менять расстояние между собой. Именно изменением расстояния и достигается бесступенчатое изменение передаточного числа.

Чтобы обеспечить максимальное передаточное число, диаметр ведущего шкива должен быть минимален, а ведомого наоборот — максимальным. Поэтому половины шкива ведущего вала максимально разведены, а ведомого — соединены. При надобности снижения передаточного числа, на ведущем валу шкивы начинают сдвигаться, а на ведомом — раздвигаться. Таким образом обеспечивается плавное бесступенчатое изменение передаточного числа.

Тороидный вариатор

У тороидного вариатора клиноременной передачи нет. У такого типа вариатора ведущий и ведомый валы расположены на одной оси, а рабочие поверхности их имеют тороидные поверхности. Между этими поверхностями зажаты ролики, передающие вращение. Изменение передаточного числа у такого вариатора достигается изменением положения роликов относительно валов. Для обеспечения максимального передаточного числа, ролики обращены в сторону ведомого вала. Тороидальная поверхность при таком положении в месте контакта с роликами обеспечивает минимальный диаметр ведущего вала, и максимальный — ведомого. Для уменьшения передаточного числа, ролики начинают поворачиваться в сторону ведущего вала, при этом диаметр вала в месте контакта с роликами увеличивается, а ведомого — уменьшаться.

Но это только принцип работы используемых на авто вариаторных коробок. На деле же все несколько сложнее, поскольку конструкторам пришлось решать ряд важных проблем.

На фото великий и ужасный тороидальный вариатор Extroid CVT, который компания Nissan ставила на свои заряженные автомобили. Из-за своей стоимости, он так и не пошел в массовое производство.

Вариаторная коробка передач включает в себя несколько составных элементов. Первым из них является механизм передачи крутящего момента от вала двигателя к ведущем валу вариатора — сцепление. Причем этот механизм должен обладать возможностью полного разъединения этих элементов между собой, так называемое нейтральное положение, когда двигатель работает, но момент от него не передается на коробку.

Механизмы сцепления

Самым распространенным в вариаторах стал гидространсформатор, обеспечивающий передачу усилия за счет жидкости и двух лопастных турбин. Большинство производителей авто используют именно этот механизм. Хотя и встречаются и другие — центробежное сцепление с автоматическим управлением (используются на вариаторах типа Transmatic), электромагнитное сцепление с электроуправлением (Hyper), многодисковое «мокрое» сцепление, тоже с электроуправлением (Multitronic, Multimatic).

Особенности клиноременного вариатора

Далее в конструкции идет сам вариатор. Что касается клиноременных вариаторов, то большинство из них оснащены одним ремнем, хотя встречаются конструкции, включающие два ремня.

Сам ремень является таковым только условно. Хотя на первых вариаторах использовался резиновый ремень, однако из-за недолговечности работы от него отказались, хоть и не полностью. Многие скутеры и сейчас оснащаются вариаторами с резиновым клиновидным ремнем.

На автомобилях же сейчас больше используют ремень, состоящий из стальных лент, связанных между собой фасонными лентами-«бабочками». Передача усилия таким ремнем осуществляется его боковыми поверхностями за счет трения с поверхностью шкивов. Чтобы снизить сопротивление углы шкивов составляют 20 град.

Второй вариант привода вариатора — цепной, он же клиноцепной, хоть по классификации он относится к ременной передаче. Такая цепь состоит из большого количества пластин, соединенных в цепь осями.

На фото отчетливо видно, что цепь, используемая в вариаторах, состоит из большого числа металлических пластин, соединенных в единое целое. Такой вариант является более выйгрышным по сравнению с резиновым аналогом.

У цепи, в отличие от клиноременного привода, передача усилия выполняется торцевой поверхностью цепи. При этом контакт с поверхностью шкивов у цепи является точечным, поэтому цепь изготавливается из высокопрочной стали.

Передвижение шкивов по своим валам в разных конструкциях вариатора может выполняться давлением жидкости, центробежной силой, усилием, создающимся пружинами.

Особенности тороидного вариатора

Что касается тороидных вариаторов, у которых отсутствует клиноременной или цепной приводы, то в этой конструкции тоже есть свои нюансы. Передача усилия в этом вариаторе осуществляется тоже за счет трения, но между валами и роликами, поэтому они тоже выполнены из высокопрочной стали. К тому же зачастую тороидальный вариатор включает в себя две тороидных передачи.

Механизм заднего хода

Одной из особенностей вариатора является отсутствие возможности реверсного движения, поскольку ведомый вал всегда вращается в ту же сторону, что и ведущий. Поэтому в конструкцию вариаторной коробки включен механизм, обеспечивающий задний ход.

Данный механизм чаще всего представляет собой обычный планетарный редуктор, позволяющий менять направление вращение. Такой редуктор применяется на классических автоматических коробках передач. При движении вперед этот редуктор не задействован, и крутящий момент от вариатора передается дальше посредством привода на ведущие колеса. При движении назад, редуктор начинает работать, изменяя сторону вращения.

Механизм управления

Также в конструкцию вариаторной коробки входит механизм управления, который может воздействовать на все составные части данной коробки. Так, механизмом управления осуществляется включение и отключение сцепления, изменение расстояния половин шкивов, в зависимости от работы силовой установки, включение и отключение планетарного редуктора.

Причем особой сложности в управлении вариаторной коробкой с таким механизмом управления нет — все выполняется селектором, выведенным в салон авто. Перемещение селектора в определенное положение обеспечивает требуемую работу всех механизмов коробки (N — нейтраль, D — движение вперед, R — движение задним ходом).

Напоследок следует отметить, что многим автолюбителям не всегда по душе плавность изменения передаточного числа. Поэтому во многих вариаторах реализована функция, которая обеспечивает фиксированные передаточные числа. По сути, вариатор в таком режиме работает, как и любая ступенчатая коробка передач. При этом водитель сам решает, когда ему изменить передаточное число на вариаторе.

На видео Игорь Сероштан, ведущий канала «Первый автомобильный» вполне доступным языком рассказывает и показывает как работает и как устроен вариатор.

Материалы: http://okorobke.ru/variator/chto-takoe-variator.html