Вариатор (Hypertronic CVT): описание, принцип работы, диагностика и ремонт - Трансмиссия всех моделей

Вариатор (Hypertronic CVT): описание и принцип работы

Вариатор обеспечивает оптимальный скоростной режим машины при различных условиях её работы. Например, на станке можно поддерживать наивыгоднейшую скорость резания на различных участках заготовки при обработке поверхностей вращения переменного радиуса. На эскалаторах метрополитена вариаторы служат для точной подгонки скоростей движения поручней и лестницы. Вариатор применяют в станках, машинах и механизмах текстильной, бумажной, химической промышленности, на транспорте. Распространённая конструкция — клиноремённый вариатор со встроенным электродвигателем. Применение вариаторов как бесступенчатых регуляторов скорости (при необходимости — с программным управлением) значительно возрастает в связи с возможностью использования их для автоматизации управления производственными процессами.

До недавнего времени основными недостатками вариаторов являлись невозможность передачи большого крутящего момента и сравнительно малый срок службы. На практике оказалось, что при большом крутящем моменте резиновый клиновый ремень проскальзывает, быстро изнашивается, а чуть что — рвется. Поэтому вариатор в основном применяют только на легких и относительно маломощных мотороллерах, гидроциклах и снегоходах.Первым исключением стали голландские малолитражки DAF, появившиеся в 1958 году — двухдверные автомобильчики с двухтактными 22-сильными моторами, которые владелец завода инженер Хуб ван Доорн снабдил вариатором Variomatic собственной конструкции. Вариатор был далек от идеала, но ван Доорн был настолько увлечен идеей его усовершенствования, что в 1965 году продал производство легковых автомобилей фирме Volvo (после чего вариатор перекочевал на автомобили Volvo 3-й серии, но потом был снят с производства из-за малого ресурса ремня — около 30000 км), а сам основал фирму VDT, Van Doorne Transmissie. В 1971 году на VDT начали работу над изобретенным здесь стальным толкающим ремнем, состоящим из множества нанизанных на две стальные полосы плоских сегментов, и в конце 80-х голландцы добились-таки успеха: все вариаторы, которые с 1987 года и до последнего времени появлялись на легковых автомобилях Subaru, Fiat, Ford, Nissan, Rover, Honda, оснащались ремнями от VDT. После того, как компания Van Doorn Transmission создала надежную конструкцию — пластинчатый металлический ремень, бесступенчатый вариатор перестал быть уделом лишь маломощных механизмов и начал появляться на автомобилях со все более мощными моторами.

Прелесть вариатора в том, что изменять соотношение радиусов шкивов можно плавно, а не ступенчато, как в любых коробках передач. Главное — делать это синхронно и не давать ремню проскальзывать. Как правило, половинами одного из шкивов управляет приводной механизм (в автомобильных вариаторах — гидравлический), а половины второго шкива подпружинены и отзываются на ослабление или натяжение ремня.

С этого началось возрождение вариаторов. Теоретически, они должны обеспечить лучшую динамику и меньший расход топлива, чем даже механические коробки передач — из-за того, что двигатель с вариатором может всегда работать на оптимальных оборотах. Но на практике этого достичь нелегко. Не удается избежать потери энергии на привод гидронасоса, поддерживающего давление масла в исполнительной системе. Помимо этого, для рассоединения вариатора и ведущих колес при остановке используют или гидротрансформатор (как это сделал Nissan), или пакет фрикционов с гидроприводом. А это тоже потери мощности...

[FLOAT="left"]Вариатор CVT M-6. M-6 означает, что кромеавтоматического режима возможен ручной выбори переключение шести ступеней с фиксированными передаточными числами.[/FLOAT]Вариатор CVT предоставляет водителю возможность выбора режимов движения, аналогичных обыкновенным автоматическим коробкам: P-R-N-D-L. В новой коробке CVT М-6 с возможностью выбора фиксированных передаточных отношений, справа от традиционной прорези находится еще одна, по которой рычаг селектора может перемещаться к знакам "плюс" или "минус", означающих повышение или понижение передачи.При рычаге селектора, находящемся в этой прорези, водитель может пользоваться одним из шести зафиксированных передаточных чисел. Этот рычаг можно просто двигать вперед - назад для переключения на повышающую или понижающую передачу. Новая коробка передач CVT М-6 предлагает водителю больше возможностей при выборе режима движения: спокойное, расслабленное при автоматическом режиме или более динамичное при ручном.

С технической точки зрения "автомат" повышает ресурс двигателя - резкие броски сцепления и прочие "несанкционированные" коллизии в трансмиссии отсутствуют. Разумеется, за это пришлось платить - сложностью устройства, его дороговизной, ростом расхода топлива, которым отличались автоматические гидромеханические трансмиссии (управляемые не электроникой) и, соответственно, количеством выбросов. Именно эти причины вот уже добрые полвека будоражат умы конструкторов, пытающихся создать трансмиссию, в которой бы не было моментов перехода со ступени на ступень, а передаточное число изменялось бы плавно.

[FLOAT="left"]

[FLOAT="left"]

Активизированный селектором, ручной режим CVT М-6 выбирает одно из шести заранее запрограммированных передаточных чисел. Пять из них близки к передаточным числам обыкновенной ручной коробки передач, шестая - оптимально подобрана для экономичного движения на высокой скорости. Далее водитель переключает передачи простыми движениями селектора вперед - назад. Например, при включенной пятой передаче, что высвечивается на специальной шкале панели приборов, два движения селектора назад означают переход на третью передачу, одно вперед - на шестую.

[FLOAT="left"]

japcar.ru, ru.wikipedia.org, autogear.ru, autoreview.ru, history.nissan.co.jp

www.primera-club.ru

Вариаторы

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999 году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в США, Южной Кореи, Канаде и Японии, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию вариаторы.

Описание

Вариатор это устройство, способное передавать крутящий момент плавно изменяя передаточное отношение. Изменение передаточного отношения происходит в определенном диапазоне и может происходить автоматически (в соответствии с настроенной программой) или вручную.

Большинству современных машин, участвующих в технологических и производственных процессах, необходимо иметь регулирование скоростей рабочих органов, которые определяются условиями технологического процесса. Здесь на помощь приходят передачи, называемые вариаторами, которые позволяют бесступенчато в определенных диапазонах изменять передаточное число привода. В вариаторах в качестве механизма главного движения используются передачи разных видов: фрикционные, ременные, цепные, планетарные, реализуемые в виде отдельных механизмов, основу которых образует непосредственный контакт шкивов (ведущего и ведомого) или промежуточный элемент (например, ремень).

Использование вариаторов позволяет регулировать в процессе работы установленный оптимальный скоростной режим. Вариаторы используются для бесступенчатого изменения передаточного отношения в: мотороллерах, автомобилях, снегоходах, квадроциклах, конвейерах, мешалках, металлорежущих станках и других устройствах. Диапазон регулирования обычно составляет 3–6, иногда 10–12 (отношение максимального передаточного числа к минимальному числу).

Принцип действия

Принцип действия вариатора еще в 1490 году был придуман Леонардо да Винчи, однако первый патент на вариатор был получен только в конце XIX века. Вариаторы не могли найти широкого распространения в течение нескольких десятилетий, использовались сравнительно редко и преимущественно на автомобилях и мотоустройствах, имеющих небольшие мощности двигателя, или в механизмах, в которых не было альтернативы вариаторам. Сегодня благодаря новым технологиям и материалам вариаторы приобрели второе рождение, которое позволило им достичь необходимого уровня надежности и снять те ограничения, которые прежде невозможно было обойти.

Вариатор, благодаря тихой и ровной работе, представляет собой совершенно новый механизм, который оптимизирует режим работы и увеличивает срок службы компонентов оборудования.

Простота регулирования скорости вращения – основное преимущество вариаторов. Механические вариаторы незаменимы в тех конструкциях, в которых невозможно использовать частотные преобразователи.

При существовании такого многообразия вариантов и видов вариаторов в основе их конструктивных исполнений лежит одинаковое для разных диаметров свойство тела вращения. Точки на поверхности этого тела, удаленные от оси вращения на разное расстояние, проходят за полный оборот различное расстояние, а также имеют разную линейную скорость. Таким образом, вариатор предоставляет собой уникальную возможность преобразования линейной скорости в крутящий момент.

Классификация

По своему устройству вариаторы подразделяются на несколько видов. Фрикционный тип включает в себя:

• лобовые;
• конусные;
• шаровые;
• многодисковые;
• тороидальные;
• волновые;
• дискошариковые;
• клиноременные.

• вариаторы цепного типа
• высокомоментные вариаторы.

К недостаткам относятся довольно большие радиальные нагрузки на опорные узлы валов, превышающие порой передаваемое окружное усилие до 35 раз, что может повлечь за собой интенсивный износ рабочих узлов фрикционных вариаторов и разрушение катков. Кроме того при изменении нагрузки фрикционные вариаторы не сохраняют постоянства передаточного числа, а их КПД невысок.

В машиностроении в силовых приводах обычно используют фрикционные вариаторы, которые имеют максимальную среди вариаторов мощность равную сотням киловатт.

Вариаторы классифицируются на одноступенчатые и двухступенчатые. Главное кинематическое значение для любого вариатора это его диапазон регулирования (Д), который определяется отношением максимального к минимальному передаточному отношению:

Д = umax / umin

Диапазон регулирования для одноступенчатых вариаторов обычно в диапазоне от 3…6. При увеличении диапазона регулирования КПД вариатора снижается.

На многих агрегатах и узлах большим спросом пользуются вариаторы с различным конструктивным исполнением, однако в автомобилестроении прижились пока лишь два типа вариаторов: клиноременные и тороидальный.

Клиноременные вариаторы

В вариаторах этого типа используется клиновидные ремни, которые зажимаются между дисками шкивов. Диски шкивов имеют коническую поверхность, соответствующую форме ремня – один диск подвижный, второй нет. Изменение передаточного отношения достигается за счет изменения диаметра приводного и ведомого шкивов путем смещения подвижного диска шкива относительно неподвижного (см. рис). Максимальная скорость выходного вала будет при максимально диаметре (диски шкива максимально сжаты) ведущего колеса и минимальном (диски шкива максимально далеко друг от друга) диаметре ведомого. Минимальная скорость выходного вала будет при минимальном диаметре ведущего шкива и максимальном ведомого.

Для данного типа вариаторов используются как стандартные, так и широкие клиновые ремни повышенной прочности из специальных материалов. Возможно исполнение с несколькими ремнями на одном шкиве. Это повышает передаваемую мощность передачи, однако усложняет конструкцию.

Клиноременные вариаторы простые и надежные в эксплуатации. Передаточное отношение при использовании простых ремней не более 2-3, передаваемая мощность не превышает 50 кВт.

Цепные вариаторы

Цепные вариаторы сложнее конструктивно, имеют большую стоимость, но более компактны, долговечны и надежны. Передаточное число равно не превышает 6 при мощности передачи 30 кВт.

В современных моделях вариаторов стали применять металлический ремень, изготавливаемый из нескольких слоев особых сортов стали. Конструкция ремня представляет собой несколько полос стали, соединенных между собой деталями в виде бабочки, что обеспечивает низкий уровень шума и долговечность. Вариаторы, в которых вместо ремня применяется металлическая цепь, называются клиноцепными. Применяемая цепь также обеспечивает более высокую степень гибкости, уменьшает потери передачи крутящего момента и повышает КПД. На сегодняшний день клиноцепные вариаторы являются самой совершенной моделью вариаторов.

Регулировка скорости происходит аналогично конструкции клиноременного вариатора: с помощью рычагов раздвижные диски расходятся, тем самым уменьшая диаметр шкива, и также сходятся – увеличивая диаметр шкива.

Конусные вариаторы

Состоит из двух конусов, соединенных между собой ремнем. Конусы расположены таким образом, что их оси параллельны, а они «разнонаправлены», то есть меньший диаметр одного расположен с той же стороны что и больший диаметр другого.

Скорость ведомого вала регулируется перемещением ремня по конусам (см. рис). На рисунке показана передача, при которой ведомый вал имеет максимальную скорость. Для уменьшения скорости вращения ведомого вала необходимо смещать ремень влево (на меньший диаметр ведущего вала).

Тороидальные (тороидные) вариаторы

Тороидальный вариатор представляет собой набор из дисков и соосных роликов. Момент передается от одного диска к другому, а изменение передаточного числа связано с изменением положения роликов, а также градусов, под которыми происходит обкатка дисков. Все усилия сосредотачиваются в зоне контакта, ролики поворачивают устройства, преодолевающие усилие их прижатия к диску. Передаточное число в таких вариаторах меняется благодаря выбранному положению и самих роликом, и их радиусов. При контакте ролика с маленьким радиусом главного вала и с большим радиусом вспомогательного вала и происходит переход на низкую передачу. В обратном порядке осуществляется переход на более высокую передачу, а переключение на прямую передачу осуществляется при соприкосновении ролика с валами в одном радиусе. Минусом данного вида вариаторов считается довольно сложное конструктивное исполнение, недостаток технологий и материалов, которые в состоянии выдерживать такие нагрузки. У тороидальных вариаторов самый высокий КПД среди вариаторов равный 0,95. Данный тип вариаторов нормализован для характеристик мощностей в диапазоне 1,5–20 кВт, и, к сожалению, этот существенный недостаток заставляет отказываться от выпуска данного вида вариаторов.

Вариаторы лобового типа

В винтовых прессах, в приборах применяются обычно вариаторы лобового типа. В вариаторах такого типа оси расположены взаимно перпендикулярно, и скорость ведомого вала изменяется за счёт движения ролика вдоль своей оси. Ведомый вал у вариатора лобового типа может вращаться реверсивно, хотя ведущий вал при этом вращается в ту же сторону. В качестве ведущего элемента в лобовом вариаторе выступает или ролик, или диск. Передаточное число вариатора лобового типа равно

U = ω1 / ω2 = x / r,

а диапазон регулирования

Д = umax / umin = Rmax / Rmin

Многодисковые вариаторы

Многодисковые вариаторы включают в себя пакеты тонких раздвижных дисков (ведущих и ведомых) конической формы. Скорость ведомого вала изменяется при радиальном смещении ведущего вала относительно ведомого. Максимальный диапазон регулирования у вариаторов многодискового типа равен 5.

Волновые вариаторы

Волновые вариаторы представляют собой механическую передачу (винтовую, зубчатую либо фрикционную). Вращение в этой передаче передаётся возбуждением (циклическим) волн деформации, происходящем в гибком элементе. Наиболее распространены волновые вариаторы зубчатого типа, включающие в себя жёсткое, неподвижно закрепленное в корпусе вариатора зубчатое колесо, оснащенное внутренними зубьями. Гибкий элемент выполнен в виде цилиндрической тонкостенной шестерни и напоминает стакан с наружными зубьями, количество которых немного меньше числа зубьев жёсткого элемента. Генератор волн деформации в виде овального кулачка с надетым на него шариковым подшипником соосно вставлен в гибкое колесо, растягивая его при вращении. Волны деформации движутся в момент вращения генератора с такой же угловой скоростью, а разница между числом зубьев жёсткого элемента и числом зубьев гибких колёс обычно равна числу волн деформации. По количеству волн деформации волновые вариаторы на классифицируются на одно-, двух- или трёхволновые.

Шаровые дисковые вариаторы

В корпусе шарового дискового вариатора размещены два вращающихся диска, закрепленные на ведущем и ведомом валах, один из которых размещен на сферической опоре. Между дисками находится сепаратор с шарами, через которые и передается вращение от ведущего к ведомому валу. Изменение передаточного отношения достигается перемещением сепаратора вверх-вниз с помощью специального механизма. Один из дисков поджимается к другому с помощью упругой пружины.

К недостаткам данного вариатора относится невысокая надежность, так как в определенных условиях возможно проскальзывание шаров. Однако шаровой вариатор имеет большой диапазон регулирования, ведомый вал может работать с остановкой и реверсом. Когда ось вращения шара приближается к точке контакта, геометрическое скольжение значительно возрастает и характеристика вариатора становится нежесткой, это означает, что угловая скорость ведомого вала при изменении нагрузки значительно изменяется, что влечет за собой резкое падение КПД.

Высокомоментные вариаторы

К вариаторам зацепления относятся также высокомоментные вариаторы – одно из самых перспективных направлений машиностроения. У высокомоментных (нефрикционных) вариаторов большие перспективы применения в силовых агрегатах самого разного назначения – они позволяют улучшить технические характеристики:

• повысить эффективность при использовании энергии от ДВС и электродвигателей;
• увеличить экономичность;
• повысить эксплуатационные показатели.

• данные вариаторы плавно изменяют между входным и выходным валами передаточное отношение, не прерывая передаваемую мощность, возможная реверсивная работа выходного вала и работа с остановом под нагрузкой;
• так как данный вариатор является нефрикционным, передаваемый им момент намного выше, чем у вариаторов фрикционных типов;
• при постоянном значении скорости входного вала скорость выходного вала тоже постоянна и коэффициент неравномерности вращения у выходного вала практически равен нулю;
• в вариаторах данного типа силы инерции уравновешены;
• размеры, стоимостные показатели и механический КПД высокомоментных вариаторов сравнимы с многоступенчатыми передачами;
• достаточно широкий спектр назначения и использования, например, в приводах машин с нестационарными кинематическими и силовыми режимами: городской транспорт, строительная, сельскохозяйственная, железнодорожная или военная техника, технологическое оборудование;
• использование высокомоментных вариаторов позволяет компенсировать плохие тяговые и динамические характеристики ДВС и в итоге заменить применяемую сегодня более дорогую трансмиссию (гидро- или электротрансмиссию) в тракторах и автомобилях;
• снижение стоимости технологического оборудования и улучшение его экономических и технических показателей при использовании вариаторов в качестве привода прокатных станов или металлорежущих станков

Вариаторы с планетарной передачей

Сегодня известно большое количество конструктивных решений, объединяющих в себе свойства вариатора и планетарной дифференциальной передачи и направленных на бесступенчатое регулирование скорости выходного вала. В современных устройствах и машинах уже давно популярны планетарные передачи, компактные, несмотря на свои большие передаточные отношения, которые могут передавать вращение не только в дифференциальном режиме, но и в режиме останова отдельных компонентов передачи. Однако этим устройствам не характерно плавное изменение скорости выходного вала из-за фиксированного числа зубьев колёс передачи. Использование схем объединения планетарной дифференциальной передачи, вариатора и управляющего механизма в одно целое упрощает конструктивное исполнение вариатора и расширяет границы использования при изменении передаточных отношений. Такой вариатор (планетарный) состоит из корпуса, в котором размещаются ведущий вал и ведомая шестерня, устройства управления и планетарных рядов. С помощью устройства управления, содержащего исполнительный и контролирующий узлы, есть возможность изменять общее передаточное число вариатора независимо от оборотов приводного механизма.

Последние изобретения и разработки, направленные на создание новых моделей вариаторов, постепенно начинают использоваться в речном, морском и ж/д транспорте, автомобилестроении, в приводах конвейеров и транспортеров горных машин и прочих механизмах. Тестируемые на промышленных транспортёрах зубчатые вариаторы показали возможность работы без задержек и без применения мощных пусковых токов, при любом количестве сырья на транспортере, с плавным переходом на режим работы с номинальными параметрами. Предлагаемые конструкции просты, не имеют ненужных органов управления, фрикционов, гидротрансформаторов, клапанов включения, обгонных муфт и других деталей и узлов.

Зубчатые адаптивные вариаторы

Зубчатый адаптивный вариатор имеет постоянную потребляемую мощность, обеспечивая при этом скорость движения выходного вала, обратно пропорциональную к внешней нагрузке. Зубчатый вариатор с бесступенчатым регулированием имеет постоянное зацепление зубчатых колес и работает в заданном диапазоне передаточных отношений, способен при этом надежно передавать усилия и обеспечивать при этом достаточно высокий КПД, в отличие от вариаторов фрикционного типа.

Мотор-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.

Конические редукторыЦилиндрические редукторыЧервячные редукторыРедукторы компании «Zambello Riduttori»

Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым вариаторам.

Ваши запросы на оборудование просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86.

Центральный сайт компании ENCE GmbHНаша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ:РоссииКазахстанеУкраинеТуркменистанеУзбекистанеЛатвииЛитве

Что такое вариатор?

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.

История вариаторной коробки

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.

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.

Виды вариаторных коробок передач

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.

Конструкции и особенности вариаторных коробок передач

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.

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.

okorobke.ru

Вариатор или Автомат Что же выбрать?

У вариатора есть 2 вала, они с изменяемым диаметром, между ними натянут ремень. Он передает крутящий момент от ведущего вала ведомому. Передача КПД намного больше чем у гидротрансформатора лишь только потому, что у него есть жесткое зацепление. Передача момента мгновенна, нет ни каких задержек как в АКПП.

•  Насос высокого давления;
•  Гидроблок;
• Ремень и чашки с изменяемым диаметром;
• Электроника;
• Масло и др. (Масла в вариаторе в среднем 6-7 литров)

Это короткое видео наглядно покажет принцип работы CVT

Почему его все боятся?

Что происходит если вы не меняете масло при пробеге в 60 тыс. км. У вас забиваются фильтры, в гидроблоке очень много мелких каналов, которые также легко забиваются отложениями и стружкой. Масляный насос не может выдавать нормальное давление на вал вариатора. Вал не может достаточно сжать ремень и на чашках появляются задиры. Если не поменять масло, стружки становиться еще больше. В один прекрасный момент задиры становиться настолько большими, что они начинают изнашивать ремень и он рвется. Так как скорость вращения ремня огромная, то разбиваются все внутренние части, а в некоторых случаях и сам корпус. Вариатор мгновенно выходит из строя.

В данной коробке очень сложная электроника, соотношение 50 на 50 Электроника управляет гидроблоками, расширением валов, нагнетанием масла и соответственно также «глючит», особенно на современных вариаторах. Иногда вариатор переходит в аварийный режим из-за электроники, заменив прошивку, все встает на свои места.

• КПД, плавный разгон, меньший расход, динамика разгона, легкое управление
• Сложный ремонт, замена ремня, сложная электроника, замена масла, износ (ремня и так называемых чашек), масло (много подделок из-за большой стоимости)

Совершенно другое строение по сравнению с вариатором

Принцип работы АКПП от Toyota

Чем больше передач, тем сложнее становиться автомат, четырехступенчатый автомат самый простой и самый надежный. Основная функция гидроблока и масляного насоса смыкать и размыкать фрикционы. Если не менять масло все узлы начинают забиваться, и давления масла не хватает чтобы сжимать фрикционные накладки, они начинают буксовать прокручиваться между друг другом, масло начинает пригорать. Автомат начинает дергаться, вот почему когда покупают б/у автомобиль советуют нюхать масло. Если от него пахнет — значит, фрикционы пригорели. Какой большой плюс автомата между вариатором. У вариатора может разлететься ремень и убить всю коробку в атомате же такого нет, максимум замена фрикционов и шестерней. Ремонт соответственно дешевле.

• Гениально просто — все написано в инструкции к данному авто
• Если инструкции под рукой нет, внимательно изучите агрегат и селектор (Надпись А или АТ — гидротрансформатор; CVT или бесступенчатая акпп — вариатор)
• В движении большинство вариаторов не имеют переключений — набор скорости идет с аналогией трамвая или тройлебуса

variator-cvt.ru

Коробка вариатор (CVT) - что это такое, устройство, принцип работы, плюсы и минусы

В последние годы все больше автомобилей комплектуется вариаторными КПП. Эти агрегаты являются более дешевой альтернативой традиционных коробок передач гидромеханического типа (автоматических).

Что такое вариатор

Может 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

Сегодня 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

Ввиду нескольких очевидных преимуществ вариатора многие специалисты считают этот тип коробок передач более перспективным и удобным по сравнению с традиционными агрегатами гидромеханического типа. Однако 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.

• 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.

Как работает вариатор – видео:

avtonam.ru

Что такое вариаторная коробка передач: особенности, фото- и видеообзор

Что это такое?

Многие автолюбители, приобретая новый авто, просто не знают, что такое вариатор на машине и вообще, где он находится. Поясняем — вариатор это КПП, которая отличается отсутствием ступеней. Подобный принцип действия вариатора дает возможность ему использовать мощность двигателя предельно действенно. Равным образом увеличивается динамика авто и уменьшается расход горючего, а также продлевается срок его службы.

Какой принцип ее работы?

Принцип работы вариатора был изобретен Леонардо да Винчи еще в пятнадцатом столетии. Первый автомобиль с такой КПП был выпущен в пятидесятые года двадцатого столетия. Устанавливалась она тогда на автомобили очень редко и срок её службы был небольшой. Широко начала применяться только в наши дни, когда инженеры довели ее устройство практически до совершенства.

Конструктив

Вариаторная КПП состоит из следующих узлов и механизмов:

• вариаторная передача;
• узел, задачей которого является разъединения двигателя с вариатором, для нейтральной передачи;
• система управления;
• механизм заднего хода.
  
  Схема вариатороной КПП автомобиля: привод насоса, гидротрансформатор, дифференциал, ремень, ведомый диск, вторичный вал, передача заднего хода, ведущий диск и первичный вал.

Клиноременный, как видим на фото, располагает парой шкивов, находящимися на двух осях. Соединяются они с помощью специального клиновидного ремня. На них находятся конусные диски, повернутые друг к другу собственными вершинами.

Если будет изменено расстояние меж дисками, то соответственно и диаметр шкива будет меняться. В случае полного соединения дисков, он максимален, в обратном случае он будет минимален. Вот и получается, что в случае равномерного изменения расстояния меж дисками ремень станет передавать на ведомый шкив различное передаточное число.

В случае с тороидным КПП цепь или ремень полностью отсутствуют. В нем находится 2 вала, как показано на фото, которые расположены на двух параллельных осях и располагают круглой поверхностью. Между валами зажаты специальные ролики, которые и осуществляют передачу вращающего момента. Передаточное число меняется благодаря одновременной смене положений этих роликов. Сразу заметим, что коробка такого типа применяется намного реже, нежели клиноременная. В первую очередь, это связано с намного более сложным процессом её производства.

Срок службы

Как правило, практически для всех коробок с вариатором ресурс установленный производителем, не больше 200 000 километров пробега, но с каждой новой моделью он увеличивается. Привести в негодность вариаторную коробку, как и двигатель, можно и намного раньше, например, пробуксовывая в грязи, постоянно переключать селектор из положения D в положение R и обратно. Сначала могут в устройстве не выдержать подобного ленты, которые начинают вытягиваться, а зазоры меж пластинами существенно увеличиваются. Поскольку усилие сжатия конусов достаточно большое, то и неестественно повернутую пластину они смогут выдавить очень легко. В результате ремень начинает разрушаться засоряя при этом гидроблок.

Основные рекомендации для нормальной работы коробки

• Постоянно следите за уровнем масла в КПП и вовремя меняйте его. Этим вы продлите срок её службы.
• В зимнее время старайтесь сильно не перегружать трансмиссию в начале движения, а также в случае буксировки и плохой дороги. Этим вы можете существенно снизить срок её службы.
• Постоянно проводите проверку разъемов и проводки на обрывы, наблюдайте за функционированием всех приборов.
• Если во время движения происходят какие-то неполадки, значит нужно сразу остановить автомобиль и осмотреть все основные узлы автомобиля: мотор, свечи, систему питания. Незамедлительно необходимо провести диагностику всех устройств для определения неисправностей. Не стоит заниматься ремонтом КПП самому. Такое недопустимо, для этого обратитесь к профессионалам.

Видео, в котором наглядно продемонстрировано как работает вариатор автомобиля.