Принцип Работы Вариаторной Коробки Передач



принцип работы вариаторной коробки передач

Как работает вариатор

История вариатора насчитывает уже более ста лет. Запатентована эта разработка была в 19-м веке. Но прижилась в автомобилях не сразу, лишь спустя полвека появились первые машины, на которых был установлен вариаторный механизм. Первыми автомобилями с коробкой передач такого типа стали голландские DAF. Но пик использования пришелся на 80-е и 90-е годы прошлого века. Причем не только в автомобилях применялся вариатор, но и в скутерах. Вариатор – это разновидность АКПП, даже выбор режима ничем не отличается от автомата, построенного по классической схеме. Постараемся рассмотреть более детально, что такое вариатор и как он работает.

Содержание

Основные узлы вариатора

DAF 600 был первым в мире автомобилем, на который серийно устанавливали клино-ременной вариатор

Типов вариаторных механизмов сегодня существует очень много. Но принцип работы одинаков – плавно изменяется передаточное число между коленчатым валом двигателя и приводами колес. В автомобильной индустрии широкое распространение получили два типа передач:

  1. Ремнем клинообразной формы.
  2. Тороидальный тип передачи.

Вариаторы с клинообразным ремнем

Основа конструкции – это два шкива в форме конуса. Между ними натянут один или два ремня, имеет он форму клина – как на приводе генераторов некоторых автомобилей (например, отечественной классики). Изготавливаются ремни из высококачественной резины, металлических цепей или набора пластин. В зависимости от того, какой материал использован при изготовлении, можно судить о надежности и ресурсе коробки, принцип работы же остается неизменным.

Конструкция выполнена таким образом, что шкивы могут сдвигаться или раздвигаться. За счет этого изменяются их диаметры. Так как ремень соприкасается со шкивами боковой стороной, увеличивается ресурс механизма – даже резиновые образцы способны прослужить не менее полусотни тысяч километров. Более совершенные конструкции с применением металла выдерживают и больший срок.

Схема работы клиноременного вариатора

Принцип работы вариатора заключается в том, что шкивы изменяют положение относительно друг друга – сближаются или отдаляются. На маленьких оборотах коленчатого вала диски на ведущем валу разжимаются, а ведомые сжимаются. Вследствие этого первые обладают диаметром меньшим, нежели вторые. Когда частота вращения коленвала увеличивается, происходит постепенное разжимание ведомых дисков и сжатие ведущих. В таком случае передаточное число становится меньшим.

Система управления вариаторной коробкой передач электронная, на основе микропроцессоров. Она следит за тем, чтобы диаметры обоих шкивов изменялись равномерно, в зависимости от нагрузки на двигатель автомобиля. Также система управления контролирует работу сцепления и планетарного механизма. Стоит отдельно упомянуть и про редуктор планетарного типа, который необходим при движении задним ходом. Если бы не он, то АКПП вариаторного типа не смогла бы выполнить реверс, то есть на автомобиле невозможно было бы двигаться задним ходом.

Электронная система управления коробкой передач позволяет на крейсерской скорости держать именно те обороты двигателя, которые обеспечат минимальный расход топлива, а также хорошую динамику движения. За многие годы было проведено немало экспериментов, которые выявили одну особенность – внутренние стенки шкивов должны иметь угол наклона, равный 20 градусам. Это оптимальное значение, поэтому производители делают шкивы именно такой формы.

Клиноременной вариатор с цепью из металлических пластин

Коробка передач вариаторного типа работает за счет того, что шкивы сдвигаются и раздвигаются. Это обеспечивается гидроприводом, пружинами или центробежными силами. Передача крутящего момента с помощью резинового ремня, конечно же, проста и дешева, но плохо показала себя, так как ресурс в 50 000 километров – это крайне мало. Намного эффективнее показывают себя коробки, в конструкции которых  используют цепи из металлических пластин. У них большой ресурс, а вероятность обрыва крайне мала. Но самое главное – намного меньше посторонних шумов.

Передача момента с помощью цепи надежна и обладает высоким КПД. А это значит, что потерь практически не будет, весь крутящий момент уйдет от двигателя к приводам колес. Управление таким вариатором происходит при помощи рычага выбора режимов, расположенного в салоне автомобиля. В зависимости от марки автомобиля, клиноременные вариаторы могут отличаться конструкцией.

Вариаторы тороидальноного типа

Тороидальный вариатор

Такой тип вариатора получил меньшее распространение, нежели клиноременной. Основа – это пара сферических соосных валов, в которых зажимаются ролики. Сферические валы вращаются в разные стороны. Изменение передаточного числа зависит от положения роликов относительно поверхности вала. Ролики передают движение валам при помощи силы трения и только. У такой коробки передач один большой недостаток – износ в тех местах, в которых ролик соприкасается с поверхностью вала.

Стоит заметить, что усилие, с которым ролики прижимаются к поверхности сферы, может достигать десяти тонн. Отсюда следует, что материалы должны использоваться самые лучшие, а управление системой должно осуществляться надежным и безотказным устройством. В качестве примера можно привести вариаторы Extroid, которые до сих пор устанавливаются на автомобили производителя Nissan. В нем имеется гидропривод, управление которым происходит при помощи блока управления. Он способен перемещать ролики относительно сферы вплоть до микрон.

Принцип работы тороидального вариатора

Плюсы и минусы вариаторной АКПП

Основные преимущества, конечно же, поражают:

  • плавность разгона
  • простая конструкция
  • экономия топлива в сравнении с классической АКПП
  • дешевизна (ремонт и обслуживание не ударят по кошельку)
  • увеличение ресурса двигателя за счет того, что его работа происходит в нормальном режиме
  • малый уровень шумов
  • экологичность.

Но без минусов не обойтись, главный – повышенные нагрузки вариаторная коробка передач не может выдерживать. Вариаторы чаще можно встретить на маломощных мопедах, а вот на автомобилях с несколькими сотнями лошадок под капотом стараются не устанавливать. Хотя некоторые модели Ауди оснащаются АКПП вариаторного типа, но с применением новейших разработок, которые позволяют работать мощным двигателям с такой коробкой. Так что чаще можно встретить АКПП вариаторного типа на бюджетных автомобилях, мощность двигателя которых невелика. И если вы являетесь владельцем такой машины, то должны знать, что тянуть прицеп можно, если его общая масса небольшая. В случае прегруза можно повредить коробку передач.

В мототехнике используют ремни из высокопрочной резины с армированием, но в автомобильной индустрии их использовать бесполезно, надежнее оказываются металлические цепи. И если у вас вариатор, то “порысачить” с ним не получится. Такие автомобили для тех, кто предпочитает спокойную езду с плавными разгонами. Да, есть режим «Спорт», но при частом и долгом его использовании элементы коробки быстро изнашиваются.

Недостаткам можно отнести и то, что буксировка автомобилей с АКПП вариаторного типа возможна на 50-100 километров. Так что, если возникла необходимость в буксировке, дешевле окажется снять приводы, чтобы безболезненно доставить машину в нужное место. Но можно и методом частичной погрузки, если имеется такая возможность. Что касается поездок по бездорожью, то лучше отказаться от них, потому как это приведет к быстрому износу АКПП.

Замена ремня в вариаторной КПП производится каждые 150 тыс. км, а смена трансмиссионного масла необходима раз в 50 тыс. км. От этого зависит то, как работает вариатор и его эффективность. И если на мототехнике ремень – это расходный материал, который меняется быстро и минимальным набором инструментов, то в автомобиле такое занятие может быть осложнено тем, что не каждая СТО имеет квалифицированного специалиста, способного проделать всю работу качественно.

Но многое зависит от электронной системы управления, необходимо внимательно следить за ее работой. Если возникнут какие-либо ошибки, следует их сразу же устранять. Но в целом же поездка на автомобиле с вариаторной коробкой обходится намного дешевле, нежели на автомобиле с классической АКПП. И на это влияет то, что топлива расходуется намного меньше, ремонт дешевле, узлы в конструкции дешевые и простые.

Устройство и принцип работы вариаторной КПП

Содержание:

Вариаторная коробка переключения передач представляет собой бесступенчатую КПП. Это «страшное» слово пришло к нам из-за границы, поскольку отечественные авто не оборудованы ей. Если вы решили приобрести себе автомобиль, на котором установлен вариатор, отзывы следует заранее почитать в интернете или поспрашивать о такой коробке у знакомых автомобилистов. Все тонкости использования такого агрегата нужно знать до покупки транспортного средства.

Устройство и принцип работы

Если говорить научным языком, то этот агрегат обеспечивает плавное изменение передаточного числа в конкретном диапазоне. CVT #8211 это общепринятая аббревиатура вариаторной коробки. На самом деле вариаторов в природе множество, но в транспортных средствах используются только два вида: тороидный и клиноременный CVT.

Последний является самым распространенным. Впервые он был установлен на машину в далеком 1959 году. Спустя 25 лет им стали оборудоваться итальянские и американские авто, в частности #8211 «Fiat» и «Ford», но уже сегодня он используется десятками производителей авто. На сегодняшний день собственные названия уже получили вариаторы от немецких, японских и американских производителей.

Вариаторная коробка передач

Устройство

Что касается устройства, то CVT состоит из следующих компонентов:

    устройство, предназначенное для передачи крутящего момента и обеспечивающее разделение КПП от мотора транспортного средства (нейтральная передача КПП) непосредственно CVT устройство, предназначенное для обеспечения движения транспортного средства задним ходом (задняя передача) механизм управления.

Чтобы обеспечить крутящий момент и включение нейтральной передачи (разделение КПП от мотора), в CVT могут использоваться следующие устройства:

  • центральное автоматическое соединение (модель CVT #8211 «Trancmatic»)
  • электромагнитное соединение с электронным управлением (CVT «Hyper»)
  • гидротрансформатор (CVT моделей «Autotronic», «Xtronic», «Ekotronic» и т.д.)

Сцепление двигателя авто с гидротрансформатором является самым популярным. В основном это из-за практичности, такие системы обеспечивают долговечность функционирования КПП.

Изначально такие CVT оснащались резиновым ремнем, но он был достаточно недолговечным: срок его эксплуатации не превышал 50 тысяч км пробега. Также его недостатком была слишком малая гибкость, что затрудняло диапазон регулирования. На сегодняшний день практически все коробки передач CVT оборудованы гибким металлическим ремнем (цепью), который состоит из 10-12 тонких полосок стали, связанных между собой. Использование таких ремней в конструкции вариатора оправдано #8211 они имеют высокую прочность, долгий срок эксплуатации, а также минимальный уровень шума.

Принцип работы

Принцип работы агрегата рассмотрим на самом распространенном виде #8211 клиноременном. В силу своей конструкции такая коробка передач не в состоянии обеспечить движение задним ходом. Чтобы осуществить реверс, в такой КПП используются дополнительные устройства. Для обеспечения движения «задом» в CVT используются планетарные редукторы, принцип функционирования которых подобен коробке «автомат». Само управление агрегатом осуществляется при помощи рычага селектора.

Сам принцип работы такого агрегата заключается в согласованном изменении диаметров ведущего и ведомого шкивов. Они меняются при помощи специального привода в зависимости от режимов работы мотора. Когда транспортное средство начинает свое движение, ведущий шкив КПП имеет самый маленький диаметр, а ведомый диск #8211 самый большой. Когда авто разгоняется, то есть повышается количество оборотов мотора, диаметр первого увеличивается, а второго, соответственно, уменьшается, в результате чего уменьшается и передаточное число. Если авто продолжает разгоняться, агрегат продолжает поддерживать оптимальные обороты, благодаря чему обеспечивается максимальная мощность и лучшая динамика вашей машины.

Чтобы агрегат не подвел вас во время движения, нужно:

    следить за уровнем масла в коробке и вовремя менять его во время зимних холодов коробку нельзя нагружать в начале движения, при буксировке авто и во время езды по бездорожью все разъемы агрегата и проводку необходимо время от времени проверять на разрывы нужно следить за работой всех датчиков #8211 иногда сигнал о неисправности виден на панели приборов в том случае, если неполадки возникли во время езды, необходимо осмотреть двигатель, свечи зажигания, систему питания мотора и электрическую часть

Ремонт таких авто лучше доверять специалистам, если вы не имеете необходимых для этого знаний и опыта.

Отзывы владельцев

Предлагаем вам ознакомиться с отзывами автовладельцев, чьи транспортные средства оснащены CVT.

Принцип работы вариатора

Просмотров: 7878

Прежде, чем мы разберемся в принципе работы вариатора, необходимо дать ему правильное определение.

Вариатор - это устройство благодаря которому происходит плавное изменение передаточного числа в различных узлах и агрегатах. Изменение происходит в автоматическом режиме, плавно, в зависимости от оборотов двигателя и возникающей внешней нагрузки в конкретный момент времени.

Примеров использования вариаторов можно приводить много, наиболее понятным будет пример, когда с помощью данного устройства происходит согласование скорости вращения лестницы на эскалаторе в метрополитене с ее поручнями.

Вариаторы нашли большое применение в станках, химической, текстильной промышленности, машиностроении.

Широкого распространения они получили на мотоциклах, снегоходах, скутерах и других маломощных транспортных средствах, так как раньше вариаторы не были предназначены для передачи большого крутящего момента от двигателя к трансмиссии.

Из-за того, что первые разработанные устройства были не совершены, имели малый срок службы, были не надежны, в автомобилестроении они начали появляется только с 1958 года, когда в Голландии был создан двух дверный автомобиль DAF 600 .

Автомобиль имел маломощный двигатель в 22 л.с. обладал малым весом, что и позволило установить на него вариаторную коробку передач, которая все равно была далека от совершенства.

За 60 с лишним лет многое изменилось и теперь вариаторную коробку передач можно встретить на многих современных автомобилях.

Чтобы для покупателей автомобилей было понятно, какая трансмиссия установлена на автомобиль, машины с вариаторной коробкой передач получили аббревиатуру CVT .

Peugeot 40082.0E CVT Active.

Полученные преимущества

Все что внедряется в новые автомобили имеют одну главную цель, получить какое-то преимущество, не исключением является и внедрение вариатора.

В сравнении с другими трансмиссиями, вариаторная коробка дает автомобилю следующие преимущества:

    Улучшенное рациональное применение мощности двигателя Более качественное согласование оборотов двигателя с нагрузкой на автомобиль Более мягкая езда автомобиля, чем повышается комфортность Уменьшение расхода топлива Постоянная корректировка крутящего момента в автоматическом режиме.
    Применение вариаторов пока еще ограниченно легковыми автомобилями из-за больших возникающих нагрузок на детали устройства Сложное конструкторское решение, которое, в конечном счете, влияет на повышение цены автомобиля, хотя оно проще, чем у АКПП Не надежность клиноременного соединения (резиновые ремни) Сложность технологического решения, обеспечивающего надежность контактов дисков и роликов (тороидный вариатор) Не возможность их применения на автомобилях с двигателями большой мощности (грузовые автомобили) Начинающему водителю нужно время для привыкания к вариаторной коробке передач.

Что касается п. 5. то на данный момент на автомобиле Audi A6 с трансмиссией Multitronic установлен клиноременной вариатор, который способен выдержать мощность двигателя не более 220 л.с. а для тороидного типа пока не более 240 л.с. (Nissan Cedric и Gloria).

Общее устройство

Вариаторная коробка передач состоит из:

    Электронной системы управления Самого вариатора Узлов и деталей, которые передают крутящий момент и включают нейтральную передачу Планетарного механизма, для движения задним ходом.

В вариаторы, в зависимости от производителя и модели, могут быть внедрены различные конструктивные решения, которые в большинстве случаев касаются сцепления.

Виды сцеплений:

    Вариатор Transmatic – автоматическое центробежное сцепление Multimatic, Multitronic – мокрое сцепление, многодисковое с электронным управлением Hyper – сцепление электромагнитное с электронным управлением Autotronic, Extroid, Ecotronic, Multidrive, Lineartronic, Xtronic – с гидротрансформаторами.

Гидротрансформаторы работают при трогании машины с места, затем они блокируются. Они очень мягко, без рывков, передают крутящий момент за что и получили большую популярность среди владельцев автомобилей.

В систему управления входят датчики, блок управления и сервоприводы.

Типы вариаторов

Как Вы уже заметили, выше упоминались только два типа таких устройств.

Во многих узлах и агрегатах нашли широкое применение различные конструкторские решения вариаторов, которые плавно изменяют передаточное число от двигателя к колесам, но в автомобилестроении ужились пока только два их типа:

    Клиноременной Тороидный.

Устройство и принцип работы клиноременного вариатора

В основу устройства клиноременного вариатора входят два шкива конической формы и одна или двух ременная передачи.

Ремень имеет клиновидную форму и может быть изготовлен из резины, набора металлических пластин или цепи. Но это только влияете на надежность работы всей системы, но никак на принцип ее работы.

Конструктивно предусмотрено раздвигание и сдвигание шкивов, благодаря чему и происходит изменение их диаметров.

Резиновый ремень

Благодаря клиновидной формы ремня, соприкасается он со шкивом боковыми сторонами, что обеспечивает надежную передачу вращательного момента продолжительное время (для резиновых ремней 50 000 км, но это еще не придел).

Изменение передаточного числа происходит за счет сдвигание и раздвигание, ведущего и ведомого шкивов.

При малых оборотах двигателя диски ведущего шкива разжаты, соответственно они имеет малый диаметр. Ведомые диски, наоборот сжаты и имеют больший диаметр.

При увеличении оборотов двигателя под воздействием центробежных сил и различных приводов, диски ведущего шкива сжимаются, а ведомого, наоборот, разжимаются, при этом уменьшается передаточное число.

Чтобы диаметры шкивов изменялись синхронно с возникающими нагрузками на двигатель, в автомобиле с вариаторной коробкой передач предусмотрена электронная система управления, которая также совместно управляет и работой планетарного редуктора и сцепления.

Планетарный редуктор обеспечивает движение автомобиля задним ходом, так как конструктивно вариатор не может обеспечить такое движение.

Благодаря электронной системы управления, после выхода автомобиля на крейсерскую скорость, вариатор поддерживает те обороты двигателя, которые наилучшим образом будут подходить для хорошей динамики движения автомобиля.

В ходе различных экспериментов было установлено, что оптимальный угол наклона внутренних стен шкива должен быть 20 градусов.

В разных устройствах сдвигание и раздвигание шкивов происходит за счет гидравлики, пружин или центробежных сил.

Резиновые передачи в клиноременных вариаторах зарекомендовали себя плохо, поэтому сейчас в основном устанавливают передачи из цепи или металлических пластин.

Это в значительно мере повысило надежность и увеличило ресурс работы системы и уменьшило шумы во время движения авто.

Так же, как разновидность, существуют клиноцепные вариаторы, передача крутящего момента в которых происходит с помощью металлической цепи в основе которой лежат специальные пластины, соединенные осями.

КПД взаимодействия со шкивами в таких устройствах в значительной мере выше, чем в обычных клиноременных вариаторов, а значит потери вращательного момента в них минимальны.

Для управления вариатором используется специальный рычаг селектора.

Клиноременной вариатор устанавливается на многих зарубежных автомобилях, у каждого производителя он конструктивно может отличатся и иметь свое название, к примеру:

Тороидный вариатор

Как видно из рисунка тороидный вариатор состоит двух вращающихся в противоположные стороны соосных валов имеющих тороидную (сферическую) форму.

Между валами зажаты ролики, их тоже видно на рисунке выше, которые изменяя свое положение меняют передаточное число от ведущего к ведомому валу, при этом крутящий момент передается от роликов к валам за счет сил трения.

Основной проблемой, влияющей на надёжность работы всей системы и на КПД передачи крутящего момента, является пятно контакта роликов с сферическими валами.

Усилие прижатия в пятне контакта может быть колоссальным, в некоторых вариаторах оно может достигать 10 т. поэтому, помимо того, что материал в них должен быть высокотехнологичным, система управления тоже должна быть очень надежной.

К примеру, на вариаторе Extroid, который применяется на некоторых моделях Nissan, установлен специальный гидравлический механизм, который управляется электроникой, перемещая ролики с диапазоном в микроны.

В заключение можно отметить, что за вариаторами будущее, так как по сравнению с обычной АКПП, они проще в конструкции, а значит дешевле, они более мягче передают крутящий момент, а значит поездка становится комфортней, они экономят топливо, а значит поездка становится дешевле.

А как правильно ездить на АКПП читайте здесь .

И не смотря на все еще имеющие недостатки они уже уверенно заняли свои позиции в автомобилестроении.

Вариатор или бесступенчатая трансмиссия - видео.

Мощностя автомобилей, на которые они устанавливаются постоянно возрастают, а значит в скором времени мы их увидим и на грузовых автомобилях.

Если видео не проигрывается, выделите любое слово мышью и нажмите Ctrl+Enter. Спасибо.

Источники: http://ktonaavto.ru/remont-i-obsluzhivanie/transmissiya/kak-rabotaet-variator.html, http://avtozam.com/kpp/variator-otzyivyi/, http://www.avto-pulss.ru/obuchenie/578-variator.html








Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением