Преимущества и недостатки вариаторной коробки передач

Преимущества и недостатки вариаторной коробки передач

Поможем Вам с поиском нужной запчасти на иномарки!

Главная Статьи Вариаторная коробка передач преимущества и недостатки

Сегодня мы поговорим о вариаторной коробке передач. Также обсудим преимущества и недостатки трансмиссии вариатора.

Коробка передач в автомобиле необходима для изменения крутящего момента в соответствии с требованиями вождения. Для этого машина имеет4-5 передаточных отношений, переключая которые меняется момент и скорость.

Но автоматическая КПП работает иначе. Она может выбрать любой желанный коэффициент привода внутри своего рабочего диапазона. В отличие от обычной четырех или пятиступенчатой трансмиссии, вариатор является трансмиссией с бесконечным передаточным отношением скорости.

Как обычная коробка передач, вариатор работает по принципу передачи и присоединение большой ведущей к одной небольшой ведомой шестерне.

Благодаря этому, автомобиль получает высокий крутящий момент.

Но вариатор не использует редуктор для получения необходимого передаточного отношения скорости. Здесь применяется иная система – ременная. Благодаря ремням, он обеспечивает различные диаметры.

Есть три основных компонента в структуре КПП, делающих её способным получить бесконечное передаточное отношение скорости:

•  приводной шкив с переменным входом;
•  приводной шкив с переменным выходом;
•  металлический ремень.

Теперь давайте подробнее поговорим о преимуществах и недостатках этого вида коробок передач.

Преимущества вариаторной коробки передач

К положительным качествам вариатора можно отнести следующее:

1.  Он обеспечивает более ровную езду в сравнении с обычной системой передачи.
2.  Увеличивается экономия топлива авто путем обеспечения оптимального ряда силы в зависимости от нагрузки на двигатель.
3.  Обеспечивает безопасную работу шестерней при бросках момента двигателя.
4.  Он уменьшает выбросы за счет лучшего управления двигателем при любых условиях.

Недостатки вариаторной коробки передач

К отрицательным качествам относится следующее:

1.  Крутящий момент и грузоподъемность вариатора ограничена прочностью ремня.
2.  Автоматическая КПП имеет гораздо короче срок службы по сравнению с обычной системой передачи.

Вариатор уже используется многие крупные производителями при изготовлении автомобилей. Данная технология уже широко востребована и актуальна. Видно, что производители автомобилей готовы и дальше вкладывать деньги в развитие и совершенствование вариаторов.

Многие водители любят вариаторные коробки за их эффективность и плавную езду. Но, как и другие коробки передач, вариаторы ломаются и выходят из строя. В такой ситуации могут помочь контрактные вариаторные коробки передач, которые со всего мира доставляет на иномарки наша компания на склад в Москве.

Возврат к списку

Посмотрите так же:

Двигатель AKL, его преимущества и недостатки

Продолжаем знакомить вас с разными двигателями, в этот раз подробно расскажем вам о преимуществах и …

Вибрация двигателя при включении кондиционера, почему она появляется?

Вибрации двигателя, при включении кондиционера встречается на самых разных автомобилях. Почему …

Круиз-контроль, достоинства и недостатки этой опции

Круиз-контроль — это система, которая создает комфорт в процессе вождения. Какие у нее есть минусы и…

Температура двигателя внезапно опасно поднимается, что делать?

Если стрелка температуры двигателя внезапно начинает сильно повышаться, нужно действоват…

Как проверить Б/У двигатель при покупке

Имея даже базовые знания о том как проверить б/у двигатель, можно самому выбрать хороший агрегат….

---

принцип работы и основные неисправности, плюсы и минусы эксплуатации

Вариатор — устройство, которое передает крутящий момент, плавно меняя передаточное отношение. Это происходит согласно заданной программе или вручную. Применяется устройство во многих механизмах, в том числе и в автомобилях. Прежде чем приобрести передвижное средство, желательно узнать всю правду о ненадежности вариаторов.

Принцип работы

Конструктивно вариаторные коробки передач бывают нескольких видов: тороидальные, клиноременные, цепные и др. Чаще всего встречаются вариаторы, где в качестве привода установлен ремень и шкивы с разными диаметрами.

Чтобы представить устройство и принцип работы коробки передач, следует взять два вала, расположенных на расстоянии и соединенных ремнем. Если один вал начнет вращаться, то за счет ремня начнет двигаться и вторая деталь. При равных диаметрах вращение будет одинаково.

Если второй вал будет большего размера, то его скорость будет несколько меньше. По такому принципу и работает вариаторная коробка. Она состоит из шкивов в виде конусов, которые направлены друг к другу, а между ними зажат клиновидный ремень. Вся конструкция устанавливается в специальный гидроблок.

Конусы постоянно раздвигаются или встречаются, изменяя рабочую поверхность шкивов. При их расхождении ремень попадает на поверхность меньшего размера, а при схождении — наоборот. Все управление осуществляется гидравлической системой, которая следит за синхронным передвижением шкивов.

Один из них установлен на ведущем валу, который идет от двигателя, а второй выходит на колеса автомобиля. Благодаря такой конструкции передаточные числа входят в широкий диапазон, что позволяет автомобилю двигаться, плавно изменяя скорость. Для передвижения назад в устройстве вмонтирован специальный узел, который меняет направление вращения ведущего шкива.

История появления и развития

Самым первым автомобилем с вариаторной коробкой передач считается DAF 600.

Произошло это в далеком 1958 году. К сожалению, модель была довольно сырой и не вызывала доверия у автомобилистов, поэтому вскоре была снята с производства.

Только через 13 лет возобновился выпуск вариаторных автомобилей Volvo. Неплохой представитель семейства с новой технологией, но его также постигла неудача. Причиной оказался бракованный ремень, который быстро выходил из строя. Краткая хронология развития идеи вариатора:

1. 1490 — хотя в это время автомобилей еще не было, но великий Леонардо да Винчи придумал и опубликовал первые идеи бесступенчатой трансмиссии.
2. 1886 — была запатентована первая бесступенчатая коробка (CVT).
3. 1935 — в Америке корпорация Dodge запатентовала тороидальный вариатор.
4. 1939 — выпускается первая автоматическая коробка передач.
5. 1958 — с конвейера сходит первый автомобиль с вариатором.
6. 1972 — Volvo начинает серийное производство удачного автомобиля.
7. 1989 — компания Subaru начинает полноценный выпуск машин на вариаторе.
8. 2002 — на ВАЗ-2112 стали устанавливать вариаторную коробку взамен механической.

К 2014 году численность рынка автомобилей на вариаторе сравнялась с парком машин на автоматической коробке передач.

Основные неисправности

Как и другие виды трансмиссий, вариатор подвержен поломкам в той или иной степени. Причины их появления могут быть самые разные. К ним можно отнести:

• халатное вождение;
• позднюю замену масла;
• несвоевременное проведение технического осмотра.

Хотя автомобили с вариаторами встречаются довольно часто, не все автосервисы способны провести диагностику и устранить выявленные неисправности. Чтобы избежать поломки коробки передач, ее неисправности желательно определить на ранней стадии, так как ремонт довольно дорого стоит.

Чаще всего в ней выходит из строя клиновидный ремень. Главной причиной его поломки считается экстренное торможение на большой скорости. При этом ремень становится в аварийное положение, на нем образуется множество зазубрин. Если такая ситуация произойдет повторно, то ремень просто порвется.

Очень часто происходят сбои в работе узловой электроники, которые приводят к проблемам с вариаторной коробкой. Связано это с ослаблением контактов в клеммах или разрывом проводов, подходящих к электронике. Если автомобиль начинает раскачиваться, когда коробка находится в нейтральном положении, то это и говорит о нарушении работы электроники.

Кроме того, неправильное трогание автомобиля с места или проблемы при переключении передач во время движения могут стать причиной неисправности электронного блока управления, муфты переднего хода или гидравлического трансформатора.

Когда во время переключения слышны удары, это говорит о падении давления в магистрали бесступенчатой трансмиссии. О проблемах в коробке передач свидетельствует появление в салоне автомобиля запаха горелого масла. При этом обязательно надо проверить уровень масла. Его темный цвет и появление дыма также свидетельствуют о проблемах с вариатором.

Особенности вождения

Часто автолюбители, у которых машина с вариатором, жалуются на непривычную работу трансмиссии. Объясняется это тем, что все функционирование системы запрограммировано, поэтому электроника зачастую сбивает с толку водителей, которые думают, что вариатор вышел из строя.

Все это связано с бесступенчатой коробкой, которая дает ощущение отсутствия переключения передач. Автолюбители часто принимают такую работу за недостаток. Сейчас производители авто стараются исправить эту проблему, чтобы улучшить ощущения водителей.

Конструкция всех вариаторов примерно одинаковая, но каждый автопроизводитель программирует его по-своему, поэтому они работают по-разному. Это некоторым образом также влияет на ощущения водителей при вождении.

Большинство владельцев автомобилей с бесступенчатой трансмиссией недовольны ревом двигателей, хотя такой факт не связан со скоростью. На классических авто с АКПП обороты двигателя растут во время разгона, пока не переключится передача.

Затем мотор работает гораздо тише, то есть обороты постоянно изменяются. Вариатор функционирует совсем по-другому. Если слегка нажать на педаль газа, он заставит двигатель набирать обороты и держать на одном уровне, пока машина не разгонится до определенной скорости.

Такой факт зачастую раздражает водителей из-за громкой работы двигателя. Они недовольны и тем, как ведет себя автомобиль с вариатором зимой, так как очень сложно определить пробуксовку колес. Но с каждым годом качество современных машин постепенно улучшается, вождение становится более комфортным и приятным.

Преимущества и недостатки

Количество транспортных средств с бесступенчатой трансмиссией растет с каждым годом. Вариатор имеет ряд преимуществ, которые ставят такие автомобили в один ряд с машинами, оснащенными АКПП. К плюсам можно отнести:

1. Благодаря оригинальной конструкции бесступенчатой коробки автомобиль плавно набирает скорость.
2. Разгон происходит гораздо быстрее, так как не теряется время на переключение передач.
3. Автомобили на вариаторе, в отличие от машин с механической трансмиссией, плавно трогаются в гору.
4. Такая конструкция более экономична по расходу топлива, так как обладает динамическим разгоном и плавным ходом.
5. Транспортные средства на вариаторе более экологичные, чем транспортные средства на МКПП и АКПП.

Существует у вариатора и ряд недостатков. Транспортное средство на бесступенчатой трансмиссии не может долго передвигаться на высоких оборотах. Двигатель автомобиля очень требователен к замене масла, поэтому через каждые 10−15 тысяч километров пробега необходимо заливать новое.

В сам вариатор заливается специальная трансмиссионная жидкость, которую трудно достать, да и стоит она дорого. Халатное и грубое отношение к эксплуатации автомобиля приводит к быстрой поломке коробки передач. А ремонт вариатора очень сложный и дорогой.

Добавьте FBM.ru в избранное Яндекс НовостиДобавьте ПроКроссоверы в избранное

РАССМОТРИТЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И РЕГУЛИРОВКИ СКОРОСТИ

• 3 марта 2020 г.

Коробка передач с гармоническим дифференциалом? Что это такое?

Гармонические дифференциальные редукторы представляют собой смонтированные на валу трансмиссии с фазовым сдвигом, используемые для точного управления положением вращения и/или регулированием скорости. При установке на конце вала эти фазосдвигающие редукторы обеспечивают двунаправленное регулируемое управление движением практически для любого типа процесса вращения. Для удобства в качестве входа дифференциала может использоваться как полый внутренний вал, так и внешний корпус (с закрепленными на нем ведущей шестерней, шкивом или звездочкой). Другим основным элементом является управляющий вал, который создает дифференциальное действие при вращении в одном направлении по отношению к другому. Вход управляющего вала может быть ручным или моторизованным, что обеспечивает механическое или электромеханическое управление положением и скоростью.

Для чего мне использовать что-то подобное?

Гармонические дифференциальные редукторы

можно использовать для регулировки синхронизации или положения практически любого типа машин, которые включают в себя вращающиеся звездочки, шкивы и шестерни, приводящие в движение процесс или часть машины.

Можете ли вы предоставить более конкретные примеры приложений?

Эти редукторы обычно используются для обеспечения статической или динамической синхронизации и регулировки машин для производства продуктов питания/напитков/фармацевтических препаратов, упаковочных машин, машин для рулонной печати и бумагоделательных машин. Существует ряд приложений для гармонических дифференциальных редукторов, но вот наиболее распространенные:
• Отрегулировать положение цепных звеньев или проушин, которые перемещают продукт в сборочных, обрабатывающих или упаковочных машинах
• Расположить или ускорить обрезку конвейерных лент, чтобы синхронизировать процессы пищевой промышленности или упаковки
• Отрегулировать инструменты, которые запечатывают, обжимают и/или разрезают упаковку вокруг продукта
• Контролируйте синхронизацию и положение головок толкателей, которые вставляют продукт в картонные коробки или коробки
• Позиционируйте подающие или спиральные винты и бутылки или контейнеры, которые они перемещают через разливочные машины
• Точное управление положением печатных цилиндров на рулонных печатных машинах
• Динамическое управление ротационными высекальными цилиндрами для исправления ошибок совмещения на машинах для преобразования рулонов
• Прижимные ролики с ускоренным или пониженным приводом для обеспечения натяжения полотна для печатных и упаковочных машин
• Обеспечивает контроль вытягивания охлаждающих валов для расслабления полотна, выходящего из сушилки с горячим воздухом
• Контроль скорости разматывания и перемотки валов на оборудовании с подачей полотна
• Регулирование уровня ветра для намотки и намотки оборудования, распространенного в подводной энергетике
• Отрегулируйте синхронизацию двух или более машин, приводимых в движение от общего двигателя или линейного вала

Хорошо, это коробка передач.

Я не очень понимаю выгоду. В чем весь восторг?

Возможность регулировать синхронизацию или положение секции машины или продукта в секции машины, когда машина работает или остановлена, обеспечивает ряд преимуществ, которые благоприятно повлияют на вашу прибыль. Помощь по гармоническим дифференциальным редукторам:
• Сокращение времени простоя при запуске и переналадке оборудования
• Сокращение времени наладки станка
• Повышение качества/точности/точности продукции
• Сокращение отходов материала
• Повышение общей производительности существующих станков или новых конструкций станков

Интересно. Почему бы мне не использовать серводвигатель для этих типов приложений управления вращательным движением?

Сервосистемы

предлагают много преимуществ, мы не возражаем против сервотехнологий. Механические или электромеханические решения также предлагают несколько преимуществ, заслуживающих внимания. Возможно, самым большим из всех является простота, другие преимущества дифференциальной коробки передач могут включать:
• Простота понимания и эксплуатации
• Отвечает предпочтениям пользователей, некоторые конечные пользователи предпочитают машины с механическим приводом
• Меньшие первоначальные затраты, более низкие текущие расходы на техническое обслуживание
• Отлично подходит для модернизации; легко встраивается в существующие машины
• Меньше воздействует на трансмиссию существующей машины; меньше риска модернизации
• Идеальные передаточные числа управляющих валов для приложений с высоким крутящим моментом
• Точная, компактная конструкция с малым люфтом

Несколько хороших моментов! Помогите мне понять, как именно работают гармонические дифференциальные коробки передач?

Самая популярная коробка передач с гармоническим дифференциалом — серия HDD. Когда управляющий вал серии HDD удерживается неподвижно, вход и выход будут вращаться в одном направлении с соотношением 1:1. Если к управляющему валу прикладывается вращение вручную или с помощью двигателя, возникает дифференциальное действие между входом и выходом, что делает серию HDD хорошо подходящей для приложений позиционирования. Это дифференциальное действие или позиционирование выхода относительно входа, также называемое фазовым сдвигом, является двунаправленным в зависимости от направления вращения управляющего вала. Как только инструмент или продукт находятся в правильном положении, а управляющий вал неподвижен, коробка передач Harmonic Differential Gearbox возвращается к коробке передач 1:1. Упаковочные машины, оборудование для производства продуктов питания и напитков и печатное оборудование часто используют гармонические дифференциалы для синхронизации вращательных процессов, происходящих в различных частях этих машин.

Дифференциальный редуктор Harmonic регулируется плавно или бесступенчато (это означает, что на управляющем валу нет механического упора, препятствующего непрерывной регулировке), а также может использоваться для регулировки скорости путем приложения постоянного вращения к управляющему валу. Гармонический дифференциал благодаря своей эффективности идеально подходит для узкого диапазона, точной регулировки скорости и поэтому используется в ряде приложений для управления натяжением и натяжением.

Для приложений подстройки скорости или приложений, которые включают в себя как подстройку скорости, так и позиционирование, серия HDC от Candy Controls может быть жизнеспособным решением. В отличие от серии HDD, серия HDC не имеет соотношения 1:1 с неподвижным валом управления. В зависимости от выбранного передаточного числа управляющего вала, серия HDC имеет встроенный коэффициент усиления или тяги до 2% входной скорости. Этим встроенным усилением можно дополнительно манипулировать (увеличивать или уменьшать) за счет постоянного вращения управляющего вала. Машины для высечки с мягкой наковальней могут включать серию HDC, чтобы соответствовать скорости полотна и внешнему диаметру наковальни. сжимается в результате использования.

Чтобы удовлетворить внутреннего инженера, не мог бы ты подробнее изучить принцип работы?

Дифференциальные редукторы Harmonic

включают один или два редуктора Harmonic, которые представляют собой точные редукторы с высоким передаточным числом. Например, в серии HDD используются два зубчатых колеса Harmonic типа «блин», встроенные по схеме «спина к спине», чтобы компенсировать передаточное число друг друга. Первая зубчатая передача действует как повышающая скорость, а другая зубчатая передача действует как редуктор, при этом две шестерни компенсируют друг друга, обеспечивая передачу 1: 1, когда управляющий вал неподвижен. Каждая зубчатая передача состоит из трех основных элементов: круглого шлица, гибкого шлица и генератора волн. Одна шестерня прикреплена к полому внутреннему валу, а вторая — к внешнему корпусу серии HDD. Когда управляющий вал (валы), соединенные с генератором (генераторами) волн, удерживается неподвижно, серия HDD работает как редуктор 1:1. Поскольку внутренние компоненты дифференциала симметричны относительно осевой линии, его можно легко установить на конце регулируемого вала (или рядом с ним), что делает коробку передач Harmonic Differential Gear идеальной для модернизации машин. Для получения более подробной информации о работе см. «Принцип работы», https://candycontrols.com/products/candy-harmonic-hdd/.

Серия HDC включает один редуктор Harmonic чашечного типа. Компоненты чашеобразного типа функционально аналогичны конструкции блина, описанной выше. Внешний корпус HDC соединен с кольцевым шлицем, а полый внутренний вал соединен с гибким шлицем, а управляющий вал соединен шпонкой с отверстием генератора волн. Поскольку имеется только одна передача Harmonic, серия HDC не имеет соотношения 1:1, как серия HDD. Когда управляющий вал неподвижен, полый внутренний вал HDC будет иметь встроенное усиление или тягу от ½% до 2% входной скорости в зависимости от передаточного числа управляющего вала. Для получения дополнительной информации см. Принцип работы серии HDC, https://candycontrols.com/products/candy-harmonic-hdc-дифференциал/.

Candy Controls имеет 60-летний опыт работы, помогая клиентам OEM и MRO повышать производительность машин за счет внедрения технологии дифференциальной коробки передач. Если вы ищете решения для вашего приложения управления вращательным движением, рассмотрите возможность использования гармонического дифференциального редуктора и свяжитесь с Candy Controls сегодня, чтобы использовать наш опыт для вас.

Свяжитесь с Candy Controls сегодня

Новый механизм бесступенчатой ​​трансмиссии

Новый механизм бесступенчатой ​​трансмиссии

Скачать PDF

Скачать PDF

Associated Content

Часть коллекции:

Инженерия: Машиностроение: проектирование, вычисления, приложения

• Исследовательская статья
• Опубликовано: 14 августа 2019 г.

• Аббас Оляи ORCID: orcid. org/0000-0002-7995-0476 ¹  

SN Прикладные науки том 1 , Номер статьи: 1032 (2019) Процитировать эту статью

• 2483 доступа

• 3 Цитаты

• Сведения о показателях

Abstract

Непрерывное изменение передаточного числа осуществляется бесступенчатой ​​трансмиссией (CVT), которая идеально согласует крутящий момент и частоту вращения двигателя с выходными условиями. Разработка бесступенчатых трансмиссий для повышения производительности и повышения их надежности является постоянной задачей. Здесь мы представляем новый храповой механизм вариатора, который похож на кулачковый вариатор, но вместо кулачка имеет свободный вал. Новый вариатор полностью механический, без трения и саморегулирующийся. Его автоматическая функция делает его экономичным и надежным. Широкое передаточное отношение легко достижимо, а простая конструкция делает его более осуществимым. В отличие от обычных ременных или тороидальных вариаторов, этот новый вариатор не использует силу трения, поэтому его эффективность передачи энергии улучшилась и он стал долговечнее.

Введение

С первых лет изобретения автомобилей было известно, что блок силовой передачи играет решающую роль в общей производительности машины [1,2,3,4,5]. Коробка передач является сердцем узла силовой передачи, который обеспечивает соответствие требуемого крутящего момента и частоты вращения двигателя выходным условиям. Обычные ступенчатые коробки передач просто имеют некоторые предварительно рассчитанные передаточные числа, которые не обеспечивают желаемой производительности. Назначение бесступенчатой ​​трансмиссии достигается за счет вариаторов, которые способны плавно изменять передаточное число от минимального до максимального. Применение вариатора позволяет автомобилю двигаться в правильном режиме скорости и крутящего момента, а двигатель работать в фиксированной точке. Эта функциональность приводит к оптимальной работе двигателя и экономии топлива [6,7,8,9], чтобы сделать вождение более легким и комфортным [10]. Кроме того, предложено применение вариаторов в ветроэнергетических установках и механических прессах [11, 12].

Существует много типов вариаторов: сферический вариатор, гидростатический вариатор, электронный вариатор, тороидальный вариатор, вариатор с разделением мощности, ременный вариатор, цепной вариатор, шаровой тороидальный вариатор, вариатор Милнера и т. д. Основные механические варианты включают: трение, храповик, гидростатический и принудительный привод [13, 14]. В обычных вариаторах с фрикционным ремнем или вариаторах типа сфер и роликов [14] для работы необходимы большие усилия между шкивами и ремнем или между сферой и роликами, поэтому происходит значительная потеря мощности из-за продолжающегося изгиба ремня. [15,16,17].

Максимальный передаваемый крутящий момент ограничен направляющими ремня или роликами [18, 19]. Даже тороидальные вариаторы, являющиеся наиболее перспективными вариаторами с высоким крутящим моментом трансмиссий, как раз и получаются путем их соединения по последовательной схеме [11, 20]. Другие новые конструкции CVT, которые можно найти в публикациях, в основном основаны на трении [21].

Поскольку почти все типы вариаторов нуждаются в отдельных блоках управления, которые должным образом изменяют передаточное число, переходная динамика вариатора является одной из основных проблем при проектировании и моделировании блока управления [22,23,24].

Было предложено множество различных конструкций вариаторов с храповым механизмом. Среди них CVT на основе кулачка является наиболее цитируемым [25,26,27].

Как видно на рис. 1, вариатор на основе кулачка принимает вращательный вход от кулачка (часть 1), преобразует его в колебательное движение переменной амплитуды в толкателях (часть 2), а затем выпрямляет это движение с помощью ряда односторонних муфты (деталь 3 и 4) к вращательному выходу (деталь 5). Вариатор на основе кулачка получил множество усовершенствований, например предложенный в [26] преодоление ранее существовавших проблем в вариаторах с ременным приводом, таких как ограничение максимального крутящего момента трансмиссии. Он также имеет меньшие потери мощности и способен изменять передаточное отношение в более широком диапазоне и действовать как IVT (бесконечный переменный переход). Кстати, эта кулачковая вариаторная сталь требует внешнего контроллера для изменения передаточного отношения и может быть ограничена высокоскоростным входом, который отталкивает толкатели и нарушает переход мощности.

Рис. 1

Основная концепция вариатора на основе кулачка [19]

Увеличенное изображение

Здесь мы предлагаем новый механизм вариатора на основе патента «US 9,816,593 B2», запатентованного в 2017 году.

Как видно на рис. 2 новый вариатор очень похож на кулачковый вариатор, но вместо кулачка имеет свободный вал, который передает вращательный вход в колебательное движение в толкателях. Свободный вал может свободно перемещаться по рельсу в радиальном направлении. Эта функция позволяет вариатору автоматически изменять передаточное число. Есть два основных отличия между новой идеей и вариатором на основе кулачка. Во-первых, новый вариатор не имеет кулачка, вместо кулачка он использует свободный вал в качестве узла передачи мощности. Во-вторых, вариатору на основе кулачка нужны пружины, чтобы удерживать толкатели в плотном контакте с кулачком, но в новом вариаторе толкатели соединены со свободным валом надлежащим образом, что не требует никакой пружины. Также, как описано в следующих разделах, новый вариатор имеет другую функциональность.

Рис. 2

Новая концепция вариатора

Изображение полного размера

Новый вариатор или вариатор со свободным валом

На рисунке 2 показана концепция нового механизма вариатора с двумя толкателями. Новый вариатор принимает вращательное движение от рельсов. Рельсы вращают свободный вал вокруг главной оси эскиза. Затем вращательное движение свободного вала преобразуется в колебательное движение переменной амплитуды в толкателях. Наконец, это колебательное движение выпрямляется через ряд односторонних муфт до вращательного выхода.

Полная конструкция нового вариатора с четырьмя толкателями показана на рис. 3. Как описано выше, колебания толкателей собираются в планетарную передачу с помощью муфт свободного хода. На выходе ставим пружинную муфту, чтобы выход был более плавным.

Рис. 3

Четыре ведомых вариатора

Увеличенное изображение

При движении в определенном передаточном отношении (постоянная скорость) радиальное положение свободного вала на рельсе останется неизменным. Радиальное положение свободного вала определяет передаточное отношение. Другими словами, одно конкретное передаточное отношение точно связано с конкретным радиальным положением свободного вала на рельсе.

Изменение передаточного отношения осуществляется путем изменения радиального положения свободного вала на рельсе. Это изменение выполняется автоматически с помощью центробежной силы, которая стремится вытолкнуть свободный вал.

На направляющей есть пружина, толкающая свободный вал к центру эскиза, так как свободный вал будет вращаться быстрее, он оттолкнет пружину и переместится к периметру.

Подробное описание функционала вариатора

Работа мгновенной передачи основана на колебаниях толкателя, который может совершать колебания с постоянной угловой скоростью, но с различной амплитудой. Разные амплитуды соответствуют разным линейным скоростям руки толкателя. Эта функция позволяет CVT создавать различные передаточные числа на выходе.

Частота вращения свободного вала равна частоте вращения на входе. Свободный вал может свободно перемещаться по рельсам от центра к периметру. Его положение определяет передаточное отношение. Свободный вал при вращении испытывает центробежную силу и пытается уйти в сторону периметра, поджимая пружины, установленные на направляющих.

Следящие элементы установлены вокруг свободного вала. Каждое плечо толкателя имеет канал, позволяющий свободному валу перемещаться по нему. Теперь, вращая свободный вал, толкатели совершают колебания. Каждый толкатель соединен с планетарной передачей посредством муфты свободного хода. Наконец, вращение собирается в солнечной шестерне, а солнечная шестерня соединена с выходным валом через пружинную муфту.

Для правильной работы этой вариаторной трансмиссии требуется как минимум два толкателя. Это связано со структурой пружинного сцепления. Поскольку в каждом цикле вращения каждый толкатель включается только в течение половины цикла, поэтому в случае использования только одного толкателя пружинная муфта может поворачиваться назад в то время, когда толкатель не задействован. Правильный вариатор может работать с четырьмя толкателями. По мере увеличения числа подписчиков результат становится равномерным.

Изменение передаточного отношения в этом вариаторе выполняется автоматически. Это означает, что механизм CVT может изменять себя в интерактивном режиме.

Существует прямая зависимость между выходной скоростью вращения и амплитудами колебаний толкателей. По мере того, как свободный вал проходит дальше по радиусу, амплитуда колебаний толкателей увеличивается, поэтому его планетарная шестерня вращается быстрее и обеспечивает более высокое передаточное отношение. Если выход ограничивается вращением с определенной скоростью, это заставляет толкатели уменьшать амплитуду своих колебаний, в свою очередь толкатель заставляет свободный вал возвращаться на меньший радиус с помощью пружин. Таким образом, передаточное число регулируется автоматически в зависимости от дорожных условий, и нет необходимости в какой-либо другой системе управления. Это означает, что наш вариатор полностью саморегулируемый.

Пружинная муфта является ключевым компонентом для правильной работы вариатора. Во-первых, он покрывает разрыв между последователями, которые находятся на разных этапах работы. Во-вторых, он компенсирует колебания выходной скорости, возникающие из-за колебательного характера механизма CVT, и обеспечивает равномерную выходную мощность. В-третьих, при внезапных изменениях передаточного отношения, таких как внезапные разрывы, пружинная муфта дает CVT достаточно свободы, чтобы немного повернуться и отрегулироваться. Для улучшения работы вариатора можно добавить еще одну пружинную муфту на первичный вал.

Расчет передаточного числа

Мы должны отметить, что каждый толкатель задействован в ограниченном угле, как показано на рис. 4. Итак, мы представляем расчет передаточного отношения в двух частях: в первой части мы просто ведем максимальное передаточное отношение передачи для случая нулевого угла наклона рельса α = 0, то во втором разделе мы приведем полное описание передаточного отношения.

Рис. 4

Поперечный разрез, показывающий угол зацепления толкателя в режиме B

Полноразмерное изображение

Максимальное передаточное число

Этот вариатор может работать в обоих направлениях. Для обоих направлений входного вращения существует только одно направление вывода. Он имеет два разных коэффициента передачи для двух разных направлений ввода. Как показано на рис. 5, передача может происходить в точке A или в точке B. Эти точки относятся к положениям свободного вала на рельсе. Для одного разработанного вариатора, поскольку обгонные муфты устанавливаются в определенном направлении вращения, если вход вращается по часовой стрелке, то свободный вал будет толкать рычаг толкателя в точке A, а если вход вращается против часовой стрелки, то свободный вал будет толкать рычаг толкателя в точку B. Мы называем их режимом A и режимом B.

Рис. 5

Два режима работы вариатора: слева показан режим B, а справа показан режим A

Изображение в натуральную величину

Линия C показывает центр рельса, который является центром входного вращения. Для разных входных направлений толкатель просто задействован в одном из положений A или B.

Режим A: в этом режиме свободный вал задействует толкатель в точке A. Если \(\upomega_{\text{i }}\) — входная угловая скорость, \(\upomega_{\text{o}}\) — угловая скорость вала толкателя и считается выходной. Свободный вал расположен на расстоянии ∆ от центра входного вращения (линия C), а расстояние между центром вращающегося элемента и центральной осью ведомого вала равно R _0. Передаточное отношение:

$$\frac{{\upomega_{\text{o}} }}{{\upomega_{\text{i}} }} = \frac{\Delta}{{{ \text{R}}_{\text{o}} + \Delta }}$$

(1)

Режим B: здесь свободный вал входит в зацепление с толкателем в точке B. Для режима B то же самое были использованы параметры и передаточное отношение:

$$\frac{{\upomega_{\text{o}}}}{{\upomega_{\text{i}} }} = \frac{\Delta}{{{ \text{R}}_{\text{o}} — \Delta }}$$

(2)

Параметр ∆ можно изменить от минимального ∆ _min до максимального значения ∆ _max . В одном прототипе мы имеем R ₀  = 65 мм, ∆ _макс  = 35 мм и ∆ _мин  = 5 мм, поэтому передаточное отношение:

Для режима A из уравнения. (1):

$$\слева. {\frac{{\upomega_{\text{o}}}}{{\upomega_{\text{i}}}}} \right|_{\hbox{min}} = 0,071\quad \left. {\frac{{\upomega_{\text{o}}}}{{\upomega_{\text{i}}}}} \right|_{\hbox{max}} = 0,35$$

Для режима B из уравнения (2):

$$\слева. {\frac{{\upomega_{\text{o}}}}{{\upomega_{\text{i}}}}} \right|_{\hbox{min}} = 0,083\quad \left. {\frac{{\upomega_{\text{o}}}}{{\upomega_{\text{i}} }}} \right|_{\hbox{max}} = 1,17$$

Диапазон передаточного числа для двух граничных значений ∆:

Для режима A:

$${\text{T}} = \frac{{\left. {\ frac {{\ upomega _ {\ text {o}}}} {\upomega _ {\ text {i}} }}} \ right | _ {{\ Delta_ { \ hbox {max}} }}}} { {\оставил. {\ frac {{\upomega_{\text{o}}}}{{\upomega_{\text{i}} }}} \right|_{{\Delta_{\hbox{min} } }} }} = \to {\text{T}}_{\text{A}} = \frac{{\Delta_{\hbox{max} } }}{{\Delta_{\hbox{min} } }} \cdot \frac {{{\text{R}}_{0} + \Delta_{ \hbox{min} } }}{{{\text{R}}_{0} + \Delta_{ \hbox{max} } }} = 4,9$$

Для режима B:

$${\text{T}}_{\text{B}} = \frac{{\Delta_{ \hbox{max} } }}{{\Delta_{ \hbox {min} } }} \cdot \frac{{{\text{R}}_{0} — \Delta_{ \hbox{min} } }}{{{\text{R}}_{0} — \ Delta_{ \hbox{max} } }} = 14,1$$

Это означает: \({\text{T}}_{\text{A}} < {\text{T}}_{\text{B }}\).

Эти результаты показывают, что новый вариатор имеет широкое передаточное число, большее, чем тороидальные [11, 20] и ременные [22, 23] вариаторы, которые в максимальном случае могут обеспечить передаточное число около 2,5.

Точно отрегулировав минимальное значение ∆, мы можем расширить передаточное отношение, чтобы получить функциональность IVT. Например, в случае уменьшения минимального радиального смещения свободного вала до ∆ _min  = 1 мм, диапазон передаточного отношения в режиме В составит T = 74,6. Для R ₀  = 65 (мм) кривые передаточного отношения для режима А и В показаны на рис. 6.

Изображение полного размера

Точное решение передаточного отношения

На рис. 4 параметр «α» может свободно изменяться от нуля до 2π радиан при вращении свободного вала. Угол следящего устройства «β» является функцией α как: {0} — \Delta { \cos}\left( \alpha \right)}}$$

(3)

Если −π/2 < α < π/2, это соотношение описывает режим B. {2} — 2R_{0} \Delta \cos\alpha}}$$

(4)

Это соотношение дает нам угловую скорость толкателей в различных положениях свободного вала. Для −π/2 < α < π/2 это соотношение описывает моду B, а для π/2 < α < 3π/2 это соотношение описывает моду A. На рис. скорости для разных дельта в зависимости от угла наклона рельса и R ₀  = 65 (мм) и ω _i  = 1(об/мин)

Изображение в полный размер между углами -π/4 < α < π/4, выходная скорость вращения будет соответствовать рис. 9. Реализация пружинной муфты делает выход более плавным. Работа вариатора будет более надежной и стабильной за счет использования большего количества толкателей, что уменьшает угол зацепления. Другой способ добиться стабильного соотношения — заставить свободный вал медленно скользить по рельсам. Это предотвращает внезапное смещение свободного вала.

Рис. 9

Выходная скорость вращения вариатора с четырьмя толкателями, которые включаются между −π/4 < α < π/4, толкатели перемещаются между этими двумя диапазонами подобно маятнику

Изображение в натуральную величину

Потери мощности в новом вариаторе

Основная часть потерь мощности в новых вариаторах связана с колебательным движением толкателей. Когда толкатель начинает колебаться, он передает мощность на половине пути колебаний, а затем на половине обратного пути действует как компонент потерь.

9{2}\), здесь м — масса, а х — амплитуда осциллятора. Можно снизить потери мощности, изготовив толкатели из легких материалов.

В этом контексте амплитуда осциллятора показана как ∆. Разные передаточные числа связаны с разным ∆, поэтому потери мощности вариатора не постоянны для всех передаточных чисел. Кстати, есть компромисс между высоким передаточным числом и потерями. Но одна правильная конструкция, которая делает минимальное ∆ как можно меньшим, будет иметь наименьшие потери мощности.

Заключение и предложения

В отличие от вариаторов с кулачковым механизмом, этот новый механизм вариатора обеспечивает равномерную производительность и не имеет высоких ограничений по нагрузке. Потому что в этом новом механизме нет кулачка и все толкатели вольны иметь любые амплитуды колебаний. Кроме того, подписчики не находятся в контакте с высоким уровнем стресса. Таким образом, этот вариатор изменяет передаточное число равномерно в широком диапазоне без каких-либо ограничений по крутящему моменту и скорости. Этот вариатор саморегулирующийся, стабильный и надежный.

Наличие данных и материалов

Результат соответствует простой модели ручной работы.

Ссылки

1. Xia Yu, Sun Dongye (2018) Анализ характеристик новой гидромеханической бесступенчатой ​​трансмиссии. Теория меха-маха 126: 457–467. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.03.006

   Артикул Google Scholar

2. Li Q, Liao M, Wang S (2018)Методология проектирования нулевого вращения для образующих компонентов трансмиссии в бесступенчатых трансмиссиях тягового привода. J Mech Des 140: 033301. https://doi.org/10.1115/1.4038646

   Артикул Google Scholar

3. «>

   Dutta-Roy T, Zhang N (2004) Влияние полутороидального бесступенчатого блока на динамику всей трансмиссии: параметрический анализ свободной вибрации. Proc IMechE, часть D: J Automob Eng 218 (5): 471–484. https://doi.org/10.1243/095440704774061138

   Артикул Google Scholar

4. Иванов К (2014) Коробка автомат (вариатор) без гидравлики. Am J Mech Appl 2 (6–1): 13–20. https://doi.org/10.11648/j.ajma.s.2014020601.13

   Артикул Google Scholar

5. Хофман Т., Стейнбух М., ван Друтен Р., Серраренс А.Ф. (2008) Проектирование гибридных легковых автомобилей на базе вариатора. IEEE Trans Veh Technol 58 (2): 572–587. https://doi.org/10.1109/TVT.2008.926217

   Артикул Google Scholar

6. Делхош М., Фумани С. (2013) Многокритериальная геометрическая оптимизация полностью тороидального вариатора. Int J Automot Technol 14(5):707–715. https://doi.org/10.1007/s12239-013-0077-0

   Артикул Google Scholar

7. Крету О.С., Гловнеа Р.П. (2005) Бесступенчатая трансмиссия постоянной мощности (CP-CVT): принцип работы и анализ. Trans ASME J Mech Des. https://doi.org/10.1115/1.1828457

   Артикул Google Scholar

8. Xinbo C, Peng H, Wei W, Yan L (2017) Проектирование и анализ бесступенчатой ​​трансмиссии нового типа. Теория меха-маха 107: 13–26. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2016.08.012

   Артикул Google Scholar

9. Carbone G, Novellis LD, Commissaris G, Steinbuch M (2010) Усовершенствованная модель CMM для точного прогнозирования установившихся характеристик цепных приводов CVT. J Mech Des 132: 021005. https://doi.org/10.1115/1.4000833

   Артикул Google Scholar

10. «>

    Zhang W, Zhang C, Guo W, Xiaobin X, Zhengxiong L (2017) Исследование по моделированию и распределению напряжения изгиба новой бесступенчатой ​​трансмиссии с металлическим ремнем. Mech Mach Theory 116: 220–233. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.05.022

    Артикул Google Scholar

11. Carbone G, Mangialardi L, Mantriota G (2004) Сравнение характеристик полных и полутороидальных тяговых приводов. Теория меха-маха 39: 921–942. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2004.04.003

    Артикул МАТЕМАТИКА Google Scholar

12. Йилдиз А., Копмаз О. (2015) Динамический анализ механического пресса, оснащенного полутороидальной бесступенчатой ​​трансмиссией. Int J Mater Prod Technol 50 (1): 22–36

    Артикул Google Scholar

13. Патил К.П. , Джагадале К.М., Патил Б.С., Мулик П., ИВТ на базе Кэм. IOSR J Mech Civ Eng (IOSR-JMCE), (ICETET-09), ISSN: 2278-1684, стр. 13–20

14. Jungyun K, Park FC, Park P, Shizuo M (2002) Проектирование и анализ сферическая бесступенчатая трансмиссия. J Mech Des 124:21. https://doi.org/10.1115/1.1436487

    Артикул Google Scholar

15. Zhu C, Liu H, Tian J, Xiao Q, Du X (2010) Экспериментальное исследование эффективности вариатора со шкивом. Int J Automot Technol 11 (2): 257–261. https://doi.org/10.1007/s12239-010-0032-2

    Артикул Google Scholar

16. Ryu W, Kim H (2007) Механическая потеря ременного шкива для бесступенчатой ​​трансмиссии с металлическим ремнем. Proc IMechE Part D: J Automob Eng. https://doi.org/10.1243/09544070JAUTO178

    Артикул Google Scholar

17. «>

    Junlong L, Dongye S, Ming Y, Xiaojun L, Baogang L (2018) Исследование эффективности электромеханической бесступенчатой ​​трансмиссии с регулируемой силой прижима. Теория меха-маха 126: 468–478. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.04.012

    Артикул Google Scholar

18. Chen I-M, Huang YY, Yang TH, Liu T (2017) Эффект ограниченного проскальзывания и вектора крутящего момента двойной бесступенчатой ​​трансмиссии. Proc IMechE Part D: J Automob Eng. https://doi.org/10.1177/0954407016639465

    Артикул Google Scholar

19. Ким С., Мур С., Пешкин М., Колгейт Дж.Е. (2008) Причины микропробуксовки в бесступенчатой ​​трансмиссии. J Mech Des 130:011010. https://doi.org/10.1115/1.2803711

    Артикул Google Scholar

20. Де Новеллис Л., Карбоне Г. , Мангиаларди Л. (2012) Тяговые характеристики и эффективность полностью тороидального вариатора с двойным роликом: сравнение с полутороидальными и полностью тороидальными приводами. Джей Мех Дес 134:071005

    Артикул Google Scholar

21. Chen X, Hanga P, Wanga W, Li Y (2017) Проектирование и анализ бесступенчатой ​​трансмиссии нового типа. Теория меха-маха 107: 13–26. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2016.08.012

    Артикул Google Scholar

22. Йилдиз А., Копмаз О. (2017) Ориентированное на управление моделирование с экспериментальной проверкой и проектированием соответствующих коэффициентов усиления ПИ-регулятора передаточного отношения цепных вариаторов. J Mech Eng 63 (6): 374–382. https://doi.org/10.5545/sv-jme.2016.4184

    Артикул Google Scholar

23. «>

    Сривастава Н., Хак И. (2009 г.) Обзор ременных и цепных бесступенчатых трансмиссий (CVT): динамика и управление. J Mech Mach Theory 44: 19–41. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2008.06.007

    Артикул МАТЕМАТИКА Google Scholar

24. Йилдиз А., Пиччинини А., Боттильоне Ф., Карбоне Г. (2016) Моделирование цепной бесступенчатой ​​трансмиссии для прямого внедрения в управление трансмиссией. Теория меха-маха 105: 428–440. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2016.07.015

    Артикул Google Scholar

25. Klovstad JW, Fortune JA (1997) Механическая трансмиссия с бесступенчатой ​​регулировкой от прямого до заднего хода. Патент 5603240

26. Патил К.П., Gambhire VR (2014) Новая тенденция в бесступенчатой ​​трансмиссии на основе кулачка. ИГИРСЕТ Дж. https://doi.org/10.15680/IJIRSET.2014. 0308029

    Артикул Google Scholar

27. Лар Д.Ф., Хонг Д.В. (2009) Работа и кинематический анализ бесступенчатой ​​трансмиссии на основе CAM. J Mech Des 131: 081009. https://doi.org/10.1115/1.3179004

    Артикул Google Scholar

Ссылки на скачивание

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Факультет механики Тегеранского университета, Тегеран, Иран

   Abbas Olyaei

   4726 Авторы

   1. Abbas Olyaei

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

   Пожертвования

   Это исследование и изобретение сделано Аббасом Оляей.

   Автор, ответственный за переписку

   Аббас Оляи.

   Заявление об этике

   Конфликт интересов

   Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.