Что такое вариатор? Принцип работы

Вариатор — это бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, которая позволяет автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым давая возможность максимально эффективно использовать мощность.

В трансмиссии для авто получили распространение два вида вариаторов: клиноременной и тороидный.

Устройство и принцип работы вариатора

Клиноременной вариатор состоит из нескольких (одной или двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали свою конструкцию клиноременного вариатора, в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип не меняется.

Почему клиновидный ремень? Ремень в разрезе имеет трапециевидную форму и ‘вклинивается’ в шкив своими боковыми поверхностями. При износе этих поверхностей, благодаря своей форме, он врезается глубже в шкив и все равно остается в хорошей сцепке с ним.

Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Как изменяется передаточное число? Устройство ведущего шкива таково, что его щеки при воздействии центробежных сил плавно сжимаются и выталкивают клиновидный ремень все дальше от центра шкива. Ведомый шкив при этом наоборот, разжимается, и ремень на нем плавно утопает все ближе к центру шкива. Чем больше обороты двигателя — тем больше сжимается ведущий шкив и разжимается ведомый, тем самым меняя передаточное число от коленвала к заднему колесу. Этот процесс хорошо виден на рисунках:

Двигатель не запущен

Малые обороты двигателя

Средние обороты двигателя

Максимальные обороты двигателя

Положения клиновидного ремня в разрезе на ведущем шкиве (слева) и ведомом (справа) при разных режимах работы двигателя.

Иначе устроен тороидный вариатор — он состоит из соосных дисков и роликов, передающих момент от одного диска к другому. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски. И поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску.

Конструктивно слабыми местами автомобильных вариаторов являются: для клиноременного эти ремни, а для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн. Поэтому применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов высокой, близкой к надежности коробок ‘автомат’. Но из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы пока не могут работать с двигателями большой мощности и на автомобилях для перевозки грузов.

Если для грузовиков вариаторы непригодны, то для легковых автомобилей весьма приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий большое будущее, тем более технологии не стоят на месте.

Если сравнить динамические характеристики автомобилей, оснащаемых вариатором, может возникнуть недоумение — почему на одном и том же автомобиле разгон с вариатором происходит медленнее, чем с механической коробкой, ибо должно быть наоборот, раз вариатор лучше использует мощность двигателя?

Все дело в привычке — многие автолюбители очень недовольны, что машина с вариатором ‘все время ноет на одной ноте’. Большинство водителей привыкли к знакомому нарастающему шуму мотора, и многие фирмы идут клиентам навстречу, специально настраивая электронный блок управления трансмиссией. На самом деле при нормальной настройке блока разгон происходит быстрее.

Отметим, что вариаторы является более продвинутым типом трансмиссии по сравнению с автоматическими коробками передач. Это проявляется в лучшей динамике разгона, меньшем расходе топлива, более плавной езде. В тоже время, вариаторы проще по конструкции, чем ‘автоматы’.

Вариатор — принцип работы и как им пользоваться.

У этого поста — 1 комментарий.

Вариатор представляет собой узел в машине или агрегат с внешним управлением, изменяющий передаточное число в автоматическом режиме, выбирающий оптимальное значение в соответствии с нагрузкой и оборотами двигателя. Вследствие этого мощность двигателя используется максимально эффективно. В технике разновидности подобных конструкций встречаются часто, в автомобилях используются два вида: клиноременные и тороидные.

Клиноременные вариаторы известны давно. Главными деталями вариаторной коробки передач этого типа являются раздвижные шкивы, соединенные между собой ремнем, сечение которого имеет трапецеидальную форму. Когда половинки шкива сдвигаются, ремень выталкивается наружу, при этом радиус шкива увеличивается, вследствие чего происходит увеличение и передаточного отношения. Если половины ведомого шкива раздвигаются, ремень проваливается вовнутрь и работает по меньшему радиусу, что приводит к уменьшению передаточного отношения. Передача будет прямой, если оба шкива находятся в промежуточном положении.

Разные компании разработали свои разновидности клиноременных вариаторов. К примеру, на Audi в трансмиссии Multitronic используются цепи, а не ремни, а в Honda ремень изготавливается из металлических пластин. Принцип работы вариатора в любом случае не меняется. Диски шкивов управляются электронными системами из блока управления, сервоприводов и датчиков.

Клиновидным вариатор называется по форме ремня, разрез которого имеет трапециевидную форму, боковыми поверхностями, вклинивающуюся в шкив . Ведущий шкив устроен так, что под влиянием центробежных сил его щеки сжимаются, выталкивая ремень от центра шкива. Тем временем ведомый шкив разжимается, а ремень перемещается все ближе к его центру. При увеличении оборотов двигателя увеличивается сжатие ведущего шкива и тем сильнее разжимается ведомый, меняя передаточное число.

В конструкцию тороидного вариатора входят соосные диски и ролики для передачи момента от диска к диску. Передаточное число изменяется благодаря изменению положения роликов и их радиусов, по которым обкатываются диски. Усилие приходится на пятно контакта, поэтому, чтобы повернуть ролики применяются особые устройства для преодоления силы прижатия ролика к диску.

К примеру, в вариаторе Extroid компании Ниссан используется система с прецизионным гидравлическим механизмом с электронным управлением, перемещающая на микроскопическую величину обоймы с роликами, после чего ролик поворачивается сам по причине сдвига относительно оси дисков.

Благодаря развитию электроники, вариаторы совершенствуются и получают широкое распространение на автотранспорте. Слабым местом все еще остаются ремни и пятно контакта диска с роликом, которые пока еще не могут выдерживать больших нагрузок и работать с мощными двигателями.

На данный момент для клиноременного вариатора рекордом является 220 л.с. и 300 Нм. Audi A6 с трансмиссией Multitronic, и трехлитровый двигатель Nissan Gloria и Cedric с Extroid на 240 л.с. и 310 Нм. – для тороидного.

Если сравнивать вариаторную коробку передач с автоматической коробкой передач, он является более совершенным, у него улучшенная динамика разгона, более низкий расход топлива и плавная езда. По мнению специалистов, в перспективе они потеснят и заменят обычные «автоматы» и «механику».

Как пользоваться вариатором

От автоматической коробки передач вариатор отличается тем, что в нем отсутствуют фиксированные передачи. Изменение передаточного числа будет происходить в зависимости от того, какая программа управления будет выбрана.

Нажимая педаль газа до упора, вы выводите мотор на высокие обороты, оставаясь на них на протяжении всего разгона. Звуки двигателя при этом напоминают вой. Автомобиль быстро разгоняется, а вы не тратите время на переключение ступеней вариатора. Можно применить такие настройки вариатора, при которых разгон при увеличении скорости будет таким же как и при использовании коробки передач, то есть увеличение оборотов мотора будет постепенным.

На некоторых автомобилях подбирается режим с несколькими «виртуальными передачами», которые задаются электроникой. При этом происходит резкое перескакивание устройства как у автоматической коробки переключения скоростей. В этом случае передачи переключаются по желанию водителя как в АКП с последовательным ручным режимом.

Режимы работы вариатора включают В-драйв, S-спорт, Е-эконом, а также позицию L, предполагающую тяжелые условия эксплуатации. Торможение в положении L очень эффективно, двигатель работает на предельной мощности. Данный режим применяют при движении с прицепом, на крутых подъемах и в условиях бездорожья.

Другие похожие статьи:

Схема конструкции многодисковых вариаторов Beier Traction | Дж. Мех. Дес.

Пропустить пункт назначения навигации

Научно-исследовательские работы

Ю.

К. Юнес

Информация об авторе и статье

Дж. Мех. Дез . Mar 1992, 114(1): 17-22 (6 страниц)

https://doi.org/10.1115/1.2916913

Опубликовано в Интернете: 1 марта 1992 г.

История статьи

Получено:

1 марта 1991 г.

Онлайн:

2 июня 2008 г.

• Взгляды
  • Содержание артикула
  • Рисунки и таблицы
  • Видео
  • Аудио
  • Дополнительные данные
  • Экспертная оценка
• Делиться
  • Facebook
  • Твиттер
  • LinkedIn
  • MailTo

• Иконка Цитировать Цитировать

• Разрешения

• Поиск по сайту

Ссылка

Юнес, Ю. К. (1 марта 1992 г.). «Схема проектирования многодисковых вариаторов Beier Traction». КАК Я. Дж. Мех. Дез . март 1992 г.; 114(1): 17–22. https://doi.org/10.1115/1.2916913

Скачать файл цитаты:

• Рис (Зотеро)
• Менеджер ссылок
• EasyBib
• Подставки для книг
• Менделей
• Бумаги
• КонецПримечание
• РефВоркс
• Бибтекс
• Процит
• Медларс

панель инструментов поиска

Расширенный поиск

Уникальной конструктивной особенностью тягового вариатора Beier является то, что он может обеспечить более высокую мощность на единицу объема за счет использования нескольких пар тонких дисков в планетарной системе. Работа с одним эффективным тяговым контактом и отсутствием натяжных роликов и фиктивных элементов также обнадеживает обещания высокой эффективности. В данной работе разработана расчетная схема таких механических приводов. Представлены кинематика и кинетика вращающихся скользящих дисков, дающие фактические оценки производительности. Геометрическое проскальзывание в контактных площадках Герца учитывается для оценки потерь мощности при различных уровнях нагрузки и передаточных числах. В анализ включено чувствительное к крутящему моменту устройство давления, которое автоматически создает контактные силы. Постоянный коэффициент сцепления, относящийся к режиму граничной смазки, близкому к трению в тонкой пленке жидкости, принимается для фактических оценок производительности. Было обнаружено, что среди различных геометрических параметров радиус борта фланца входного диска играет главную роль в ограничении контактных напряжений и допустимых крутящих моментов. КПД передачи, за исключением потерь в опорных подшипниках вала, превышает девяносто процентов при мощности в один киловатт на контакт.

Раздел выпуска:

Исследовательские статьи

Темы:

Дизайн, Тяга, Диски, стресс, Крутящий момент, подшипники, граничная смазка, Фланцы, жидкие пленки, Трение, Кинематика, механические приводы, Давление

Этот контент доступен только в формате PDF.