Коробки передач – варіатор

Варіатор (повсякденна назва «вариаторная коробка передач») є безступінчатою коробкою передач, тобтозабезпечує в заданому діапазоні плавну змінупередатного числа. Вариаторная коробка передач маєзагальновизнану назву (абревіатуру) CVT - ContinuouslyVariable Transmission (у перекладі - трансмісія, щопостійно змінюється).

Основна перевага варіатора в порівнянні з іншимикоробками передач полягає в ефективному використанніпотужності двигуна за рахунок оптимального узгодженнянавантаження на автомобіль з оборотами колінчастоговалу, тим самим досягається висока паливнаекономічність. безперервна зміна моменту, що крутить,відсутність ривків забезпечують високий рівень комфортупри пересуванні на автомобілі з варіатором.

Зважаючи на обмеження по потужності варіатори насьогодні застосовуються тільки на легкових автомобілях,правда діапазон їх використання внаслідок технічногопрогресу постійно розширюється. Інший мінусвариаторной коробки передач полягає в досить високійтехнічній і технологічній складності конструкції.

З усього різноманіття різних видів варіаторів наавтомобілях знайшли застосування тільки два -клиноременный і тороидный варіатори. Найбільшепоширення отримав клиноременный варіатор. Першийклиноременный варіатор Variomatic був встановлений налегковий автомобіль DAF в 1959 році. Його приймач варіатор Transmatic з 1984 року встановлювався наавтомобілі Fiat і Ford. Нині клиноременный варіаторвикористовується багатьма автовиробниками. Рядконструкцій варіаторів має власні назви:
Autotronic від Mercedes - Benz;
Ecotronic, Durashift CVT від Ford;
Lineartronic від Subaru;
Multidrive від Toyota;
Multimatic від Honda;
Multitronic від Audi;
Xtronic, Hyper від Nissan.

Варіатори CVT також встановлюються на деякі моделіавтомобілів Chrysler (Dodge, Jeep), Fiat, Mini, Mitsubishi,Opel, Peugeot та ін. Клиноременный варіатор вдаловиписується в трансмісію гібридного автомобіля.Наприклад, варіатор є елементом системи Hybrid SynergyDrive, використовуваної в Toyota Prius. Найвідомішимтороидным варіатором є варіатор Extroid, щовстановлюється на автомобілі фірми Nissan.

Пристрій і робота варіатора

Вариаторная коробка передач має наступний загальнийпристрій: механізм, що забезпечує передачу моменту, що крутить, і роз'єднання коробки передач від двигуна (нейтральнеположення коробки передач);власне варіатор (вариаторная передача); механізм, що забезпечує рух заднім ходом; система управління. Для передачі моменту, що крутить, і роз'єднанняваріатора від двигуна використовуватися наступні механізми:
-відцентрове автоматичне зчеплення (варіаторTransmatic);
-електромагнітне зчеплення з електронним управлінням(варіатор Hyper );
-багатодискове мокре зчеплення з електроннимуправлінням (варіатори Multitronic, Multimatic);
-гидротрансформатор (варіатори Autotronic, Ecotronic,Extroid, Lineartronic, Multidrive, Xtronic).

Найпопулярніше з'єднання двигуна і варіатора задопомогою гидротрансформатора, який забезпечуєвисоку плавність передачі моменту, що крутить, і,відповідно, довговічність коробки передач.

Схема коробки передач Мультитроник (Multitronic)
Клиноременный варіатор складається з однієї, рідше задві ремінні передачі. Передача включає два шківи,сполучені клиновидним ременем. Шків утворюють дваконічні диски, які можуть зрушуватися або розсуватися,забезпечуючи тим самим зміну діаметру шківа. Длязближення конусів використовується гідравлічний тиск,відцентрова сила, зусилля пружин. Конічні диски маютькут нахилу 20°, при якому забезпечується переміщенняременя по поверхні шківа з найменшим опором.

1 - маховик з демпфером крутильних коливань;2 - фрикціон заднього ходу;3 - проміжна передача;4 – варіатор;5 -електронний блок управління;6 - гідравлічний блок управління;7 - фрикціон переднього ходу;8 - планетарний механізм.

Перші клиноременные варіатори мали гумовий ремінь,який відрізняла низька довговічність (50000км),недостатня гнучкість (мінімальний радіус вигину 90мм) іпов'язаний з нею вузький діапазон регулювання.Більшість сучасних вариаторных коробок передачвикористовують гнучкий металевий ремінь, якийвиготовляють з декількох (10-12) смуг стали і пов'язаних знею фасонних частин у вигляді метелика. Передачаобертання здійснюється за рахунок сил тертя між шківамиі бічною поверхнею ременя. Ремені цієї конструкції маютьвисоку міцність, довговічність, гнучкість (мінімальнийрадіус вигину 30мм), низький рівень шуму. Самеметалевий клиновидний ремінь відкрив дорогу для широкого застосування варіаторів на автомобілях. Реміньвиготовляється з металевих пластинів конічної форми.

На варіаторах Multitronic, Lineartronic замість ременязастосований металевий ланцюг. Такі коробки передачмають назву клиноцепной варіатор. Металевий ланцюгскладається з пластинів сполучених осями. Такаконструкція ланцюга забезпечує кращу гнучкість (радіусвигину 25мм). На відміну від клиноременного варіаторамомент, що крутить, передається торцевою поверхнеюланцюга при її точковому контакті з конічними дисками. Умісцях контакту виникає висока напруга, яка компенсуєтьсяза рахунок виготовлення конічних дисків з високоміцної(підшипниковою) сталі. Клиноцепной варіатор маєнайменші втрати при передачі моменту, що крутить, інайвищий коефіцієнт корисної дії.

В силу особливостей конструкції вариаторная передачане може забезпечити реверсивного руху. Для здійсненняруху заднім ходом в коробці передач застосовуютьсядодаткові механізми. Як такий механізм зазвичайвикористовується планетарний редуктор, пристрій іпринцип роботи якого подібний до автоматичної коробкипередач.
У вариаторной коробці передач застосовується, якправило, електронна система управління, яка здійснюєсинхронну зміну діаметру шківів варіатора відповідно дорежимів роботи двигуна, управління зчепленням ізабезпечує роботу планетарного редуктора.

Безпосереднє управління варіатором робиться задопомогою важеля селектора. Режими управлінняаналогічні режимам автоматичної коробки передач. Увариаторной коробці передач може бути реалізованафункція вибору фіксованих передатних відношень(аналогічна функції Tiptronic). Ця функція вирішує восновному психологічну проблему, пов'язану звикористанням варіатора на автомобілі, а саме -негативне сприйняття водієм постійної частоти обертаннядвигуна при розгоні. У ряді конструкцій варіаторів функціямає свою назву: Sportronic у Mitsubishi, Autostick у Chrysler.

Принцип роботи клиноременного варіатора полягає впогодженій зміні діаметрів шківів залежно від режимівроботи двигуна. Діаметр шківа змінюється за допомогоюспеціального приводу. На початку руху автомобіляпровідний шків варіатора має найменший діаметр (конічнідиски максимально розтискали). Ведений диск при цьомумає максимальний діаметр (конічні диски максимальностислі). При збільшенні числа оборотів двигуна діаметрпровідного шківа збільшується, а веденого - зменшується,відповідно і зменшується передатне число. При подальшому розгоні варіатор підтримує оптимальні обороти двигуна, при яких реалізується максимальна потужність і забезпечується найкраща динаміка автомобіля.

А - понижена передача;б – підвищена передача; 1 - ведений шків;2 - провідний шків

Особливості конструкції тороидного варіатора

Схема тороидного варіатора
Тороидный варіатор включає два співісні вали зсферичною (тороидной) поверхнею, між якими затиснутіролики. Зміна передатного числа в тороидном варіаторіробиться за рахунок зміни положення роликів, а передачамоменту, що крутить, за рахунок сил тертя між робочимиповерхнями коліс і роликів.

1 – гідротрансформатор;2 - шестерні заднього ходу;3 - провідні диски;4 – ролики;5 - ведені диски;6 – насос