Что такое вариатор (CVT) и история его возникновения
Даже автоинструктор-женщина знает, или, в крайнем случае, имеет общее понятие о том, что же собой представляет коробка передач, именуемая вариаторной. Это бесступенчатая трансмиссия, плавно сменяющая передаточное число. Наиболее совершенная модификация этого типа трансмиссии – тороидный вариатор, представляющий собой роликовую систему изменения передаточного числа, выгодно отличающуюся от его предшественников, где процесс осуществлялся за счет клиноцепных или клиноременных сопряжений. Но мало кто знает его историю.
Конструкция первой КПП с таким инженерным решением запатентована в 1877 неким Чарльзом Хантом. Производить такие устройства начала компания «Пербери-Хейс» в 30-е годы прошлого столетия, но все же они были еще несовершенными. Передаваемый крутящий момент оказался недостаточно высоким, а сама компоновка оказалась крайне недолговечной, так как в те времена не было возможностей для использования материалов с достаточным уровнем прочности.
Следовательно, чем выше сила трения, тем больше теряется энергия. Кроме того, площадь контакта была весьма малой. Чтобы увеличить крутящий момент, требовалась еще большая сила трения, что нередко приводило к повреждениям агрегата из-за недостаточной выносливости материалов. Решение нашла компания Ниссан – в 1999 году она начала устанавливать на отдельных своих продуктах, имеющих целевой аудиторией японский рынок, уникальные коробки передач Экстроид. Принцип их действия заключался за счет сдвоенного тороидного вариатора, который разделял поток мощности. Это делалось с целью уменьшить размер передаточного узла. Конструкция затачивалась под мощные заднеприводные модели автомобилей и до сих пор представляет собой рекордный уровень передачи крутящего момента в вариаторных КПП.
Автоинструктор-женщина должна это знать
Неважно, автоинструктор женщина или мужчина – наверняка каждому будет интересно знать, что в том же 1999 году компания Мазда обнародовала очень интересную конструкцию вариаторной трансмиссии.
Вариатор — это коробка передач или что такое вариатор
В рамках рассмотрения разнообразных коробок передач сегодня речь пойдет о вариаторе. В данной статье мы подробно расскажем что такое вариатор или правильнее, вариаторная коробка передач. Особенно важдной эта информация будет для автолюбителей, которые только приобрели или планирують купить себе железного коня. Чтобы определиться с покупкой автомобиля с вариатором, просто внимательно изучите информацию и сделайте для себя правильные выводы.
Немного пройдемся по истории этой коробки передач для машины. Первый работоспособный автомобиль с этим типом трансмиссии появился не в эпоху Возрождения. А попозже — лет через пятьсот, в 1950-х годах.
Вариатор ставился серийно на автомобили DAF (в то время под этой маркой выпускались не только грузовики, но и легковушки). Потом нечто похожее начали делать и на Volvo. Но по-настоящему широкое распространение агреготоры получили в настоящее время.
Все что нужно знать про типтроник в обзоре от TopGears
Вы удивитесь, но принадлежит это изобретение не Хонде и даже не Мерседесу. Патент был выдан в конце XIX века! Более того, первый вариатор придуман и вовсе в 1490 году. Его автором оказался добродушный бородач Леонардо да Винчи.
«Второе рождение» вариаторы переживают с начала 1990-х годов. Причем наиболее преуспели в их применении на автомобилях японские компании. Особенно распространенными стали клиноременные вариаторы. Крутящий момент в которых передается между двумя шкивами изменяемого диаметра посредством специального металлического ремня.
Как проверить мембрану газового редуктора узнаете из нашего обзора
К совершенствованию этого типа трансмиссии инженеры приложили значительные усилия.
Постепенно росли показатели крутящего момента, с которым агрегат мог справиться. А соответственно, и рабочий объем двигателя, в паре с которым он мог работать. В результате к началу 2000-х годов вариаторы стали настолько совершенными и выносливыми, что их начали применять не только на малолитражных легковых машинах, но и на кроссоверах и внедорожниках, в том числе достаточно крупных.
Совершенствовался в процессе выпуска не только алгоритм управления, но и сам агрегат
В ходе рестайлинга 2014 года вариатор получил радиатор охлаждения, чтобы исключить вероятность его перегрева. А с выпуском автомобиля актуального ныне поколения на смену прежнему агрегату пришел новейший, с индексом CVT8. При разработке этой трансмиссии специалистам Jatco удалось расширить рабочий диапазон передаточных чисел с 7,0 до 8,0. Это позволило обеспечить более интенсивный разгон при старте. А применение масла с более низкой вязкостью позволяет эффективно бороться с потерями на трение.
Что же такое вариатор
Автомобиль, оборудованный вариатором, на первый взгляд, ничем не выдаёт себя — педалей всего две и рычаг переключения режимов трансмиссии — P, R, N, D — такой же, как и у машины с традиционной АКПП. Всё привычно. Но работает вариатор совершенно по-другому. В нём нет фиксированных первой, второй, десятой передач. Попробуйте представить себе, сколько звёзд в нашей Вселенной или сколько песчинок на всех пляжах Земли вместе взятых — у вариатора передач всё равно намного больше. И «переключение» между ними происходит плавно и незаметно.
Не вдаваясь глубоко в технические недра, то вариатор являет собой систему, в которой тяга от двигателя к колесам передает клиновой ремень или цепь. Он в свою очередь натянут между двумя шкивами, которые состоят из пары конусов направленных вершинами друг к другу. За счет того, что конусы в каждом шкиве могут сближаться либо расходиться – выходит шкив с переменным диаметром. Конусы разошлись в стороны – ремень между ними побежал за коротким диаметром.
Конусы сблизились – ремень начал «бегать» по большому кругу. Если на одном валу конусы сходятся, то на другом – расходятся, и в соответствии с этим – изменяется передаточное число, которое нужно для быстрого разгона автомобиля, либо для его движения с максимальной скоростью.
При этом фиксированных передаточных чисел, как в какой либо другой коробке передач – в вариаторе нет. Ведь диаметры у шкивов изменяются бесступенчато, максимально незаметно. Отсюда и показательная плавность работы, которая при разгоне лишена каких бы то ни было задержек или рывков, которые присущи даже самым совершенным автоматическим коробкам.
Представить такую трансмиссию можно. Если взять в качестве примера велосипед, у которого вместо набора звездочек стоят два конуса, а вместо цепи — ремень. Если с помощью той же электроники оперативно регулировать надежное перемещение ремня от конуса большого диаметра к конусу малого диаметра на одном конце передачи, то так же будет изменяться и передаточное усилие на другом конце, приводящем в движение колесо.
Это и делает велосипедист, передвигая цепь с малой звездочки на большую.
Вариатор вначале отлично зарекомендовал себя на маломощных транспортных средствах (например, на скутерах). А вот мощные двигатели быстро изнашивали ремень. Со временем, ему на смену пришла стальная наборная лента, да и конусы уже давно не используются. Хотя сам принцип передачи крутящего момента остался прежним. А вот для старта с места в большинстве случаев используется гидротрансформатор. Так что потери энергии, хоть и в меньшем количестве, чем у классических трансмиссий, у вариатора есть.
Современные вариаторы достаточно надежны и рассчитаны на весь срок службы автомобиля
Правда, бывают случаи, когда выходит из строя блок управления. А эта «деталька» может стоить несколько десятков тысяч гривен. Ее поломка – удел машин с вариаторами старой конструкции.
Принцип работы вариаторной коробки передач
Как уже указывалось выше, коробка представляет собой эволюционную разновидность классической механической коробки передач.
Но если для «механики» присущи переключения со ступени на ступень при помощи шестерен (при этом, важную роль играет сцепление), то здесь передачи переключаются без участия каких-либо зацепных узлов и уж тем более, без сцепления. Именно поэтому по плавности переключения со ступени на ступень этому виду трансмиссии сегодня нет равных. По типу принято различать следующие виды бесступенчатых вариаторов: клиноременные, цепные, торроидные.
Клиноременный вариатор
Клиноременные трансмиссии стали первым типом бесступенчатой коробки передач, которая устанавливалась на легковые автомобили. Как правило, эти машины имели небольшой по объему и мощности двигатель, так как использовавшийся в механизме ремень не выдерживал больших нагрузок и часто выходил из строя.
В основе конструкции такого вариатора лежит ременная передача. Она состоит из двух шкивов конусообразной формы и клиновидного ремня, натянутого между ними. Передача крутящего момента от ведущего шкива к ведомому происходит при помощи специального ремня.
То есть за счет сил трения, возникающих в пятне контакта ремня и шкивов. Пятно контакта представляет собой окружность, имеющую свой эффективный диаметр.
Таким образом, если мы будем изменять эффективный диаметр на входном и выходном шкивах, то будет меняться и передаточное отношение, а следовательно, и скорость движения автомобиля. Если диаметр ведомого шкива больше ведущего, то передача будет понижающая, если меньше — то повышающая. Если диаметры входа и выхода равны, то передача прямая. Изменение эффективного диаметра контакта происходит за счет изменения расстояния между конусами шкивов: одна часть шкива закреплена неподвижно, а вторая имеет возможность осевого перемещения.
Цепной вариатор
А ещё в качестве клинового ремня может выступать широкая пластинчатая стальная цепь, соприкасающаяся с конусами своими краями. Именно такой «ремень» работает в вариаторах машин Audi.
Интересно, что для смазки цепи применяется особая жидкость, которая меняет своё фазовое состояние под сильным давлением, возникающим в месте контакта со шкивом.
Благодаря этому цепь может передавать значительное усилие, практически не проскальзывая, несмотря на очень маленькую площадь контакта.
Как именно вариатор будет менять передаточное число при разгоне, зависит от выбранной программы управления. Если при разгоне на обычном автомобиле мы на каждой передаче раскручиваем двигатель, затем переходим на следующую передачу и так далее, то при наборе скорости автомобиля с вариатором мотор остаётся на одних и тех же оборотах (скажем, на оборотах, соответствующих максимальному крутящему моменту), зато плавно меняется передаточное отношение.
Как ездить на механике читайте в нашем обзоре
Это создаёт несколько странные ощущения. Жмём газ в пол, мотор выходит на большие обороты, да так и остаётся на них в течение всего разгона, воя как пылесос. Зато темп разгона — высокий, да и на переключения между ступенями время не тратится.
Впрочем, в некоторых случаях механизм настраивают так, чтобы разгон с ним больше напоминал увеличение скорости с обычной коробкой передач, с постепенным ростом оборотов мотора.
Разумеется, при попытке заехать на холм и при замедлении авто, несмотря на нажатие педали газа, умный вариатор не оставит «включённой» высокую передачу. Шкивы для уверенного штурма высоты быстро передвинутся обратно — чтобы увеличить крутящий момент на выходе из коробки.
Конструкция цепного вариатора
Цепной вариант имеет желобчатые конусы (звездочки) 8 и цепь с выдвижными пластинами 9. Вариатор передает момент зацеплением пластин цепи с зубьями звездочек и лишь частично является фрикционным. Пластины клинового сечения смонтированы в специальной обойме 10 и легко перемещаются в поперечном направлении. При работе часть пластин пакета входит во впадины звездочки, а остальные выталкиваются зубом и входят во впадины противолежащей звездочки. Звездочки посажены на вал так, что против выступа одной находится впадина другой. Максимальное изменение частоты вращения в 6 раз, передаваемая мощность до 5о кВт.
Предварительное натяжение цепи создается специальным устройством, состоящим из пластин 1, рычагов 2 и пружины 3.
Пружина способствует уменьшению динамических нагрузок.
Звездочки перемещаются вдоль оси рычагами, шарнирно закрепленными на гайках винта. Поворот рычагов осуществляется от электродвигателя 4 через червячную 5 и цепную 6 передачи и винт. На винте расположен червяк червячной передачи, соединенной со стрелкой-указателем 7 частоты вращения. Под стрелкой размещена кнопочная станция, включающая электродвигатель. В привод включена предохранительная фрикционная муфта для предотвращения перегрузок.
Тороидный вариатор
Первый патент на конструкцию трансмиссии с тороидным вариатором был получен Чарльзом Хаитом в 1877 г. Такие трансмиссии производства Perbury-Hayes предлагались для установки на автомобили в 30-х годах прошлого столетия. Однако они могли передавать небольшой крутящий момент и из-за отсутствия соответствующих материалов и технологий имели низкую долговечность. Основная проблема при создании заключается в том, что величина передаваемого крутящего момента прямо зависит от величины сил трения в контакте ролика с колесами, и чем выше передаваемый момент, тем больше должна быть сила трения, причем при очень малой площади контакта.
Высокие контактные напряжения поверхностей деталей вариатора могут привести к их разрушению
На Токийском автосалоне 1999 г. компания Mazda продемонстрировала трансмиссию, которая включает в себя два тороидных вариатора, двухступенчатую планетарную передачу и два автоматических сцепления. При троганьи автомобиля с места планетарная передача понижает передаточное число, в целях получения высокого крутящего момента. На большой скорости привод на колеса осуществляется непосредственно от тороидного вариатора. Коробка включает в себя и главную передачу с дифференциалом и предназначена для поперечной установки на переднеприводные автомобили.
Главные элементы здесь – ролики и соосные диски, между которыми передается крутящий момент. Для изменения отношения должно поменяться положение роликов.
В тороидном вариаторе между двумя колесами со сферической (тороидной) рабочей поверхностью зажимаются ролики. Одно колесо является ведущим, а другое — ведомым. Передача крутящего момента обеспечивается силами трения между рабочими поверхностями колес и роликами. Изменение положения оси роликов в поперечной плоскости приводит к изменению передаточного числа, равного отношению радиусов окружностей, проходящих через точки контакта колес с роликом.
В зависимости от угла поворота ролика ведомое колесо может вращаться с той же скоростью, что и ведущее. С большей или меньшей, если ролик поворачивается. При использовании тороидного вариатора необходимо обеспечить возможность получения заднего хода и отключения вариатора от двигателя с помощью сцепления.
Все типы вариаторов управляются электронными блоками управления. В них аккумулируется информация о крутящем моменте двигателя, скорости автомобиля и прочих характеристиках. На основании этих данных электроника дает команду КПП повышать или понижать передачу.
Коробка передач вариатор — плюсы и минусы
Устройство агрегата основано на принципе ременного или цепного привода передачи крутящего момента на привод.
По сути, на вариаторе используется тот же принцип передачи крутящего момента, что и на велосипедах с несколькими скоростями.
Если на обычных коробках применяется планетарный механизм переключения передач, то вариатор не имеет физических передач вообще. Вместо этого используется ремень (или цепь) и конусные шкивы, между которыми и вращается ременный привод (цепной).
Вариатор обеспечивает автомобилю бесконечное количество коэффициентов передачи крутящего момента от двигателя на колеса
Плюсы вариатора
Самое главное достоинство вариаторной коробки передач это то что она позволяет экономить топливо. Автомобили с вариатором кушают на два литра бензина меньше на сотню км пробега, чем конкуренты с АКПП.
- Увеличенный ресурс мотора за счет плавного разгона (нет повышенной нагрузки при переключении на пониженную передачу)
- Если сравнивать с классическим автоматом, то вариаторной коробке требуется меньше времени для разгона транспортного средства.
- Один из лучших показателей расхода топлива за счет бесконечного количества передач
- Отсутствует переключение передач – соответственно меньше потерь в разгонной динамике. Отсутствие рывков, провалов, задержек при переключении, так как передач бесчисленное количество
- При динамичном разгоне вариатор поддерживает всегда максимальные обороты двигателя. Соответственно на колесах всегда максимальная мощность мотора
- Отсутствие пробуксовки на льду или влажном покрытии
- Лучшее сцепление с дорожным покрытием при разгоне
- Даже разгоняясь, не производит много шума;
- Удобное управление автомобилем и комфорт при движении
- Самая экологичная трансмиссия. Она не задымляет настолько сильно атмосферу, как его оппоненты МКПП и АКПП.
Минусы вариатора
- Увеличенный расход на обслуживание ТО по сравнению с остальными коробками передач.
- Устанавливают на автомобили с максимальной мощностью до 220 сил. Вариаторная коробка передач не любит большие нагрузки на трансмиссию.
- Грубая и небрежная эксплуатация ведёт к его быстрой поломке
- Эксплуатация авто с CVT не допускается в условиях бездорожья. По отзывам такие агрегаты более чувствительны к агрессивной езде.
- Ремонт этой коробки обойдется вам дороже ремонта традиционного автомата.
- Вариаторные коробки передач сильно зависимы от работоспособности контроллеров и датчиков.
- Если один из датчиков покажит неисправность, это может сказаться на работе вариатора в целом
- Необходимость регулярной смены трансмиссионной жидкости. Чтобы масло могло выполнять функции, его уровень должен быть в норме.
- Ремонт достаточно дорогостоящий и сложный;
- Небольшой ресурс ремня у активного водителя;
Признаки неисправности вариатора
Рассмотрим же основные причины поломки и пути их исправления. Почему, несмотря на прогрессивность конструкции и явно высокий интерес к вариаторам со стороны производителей, многие потребители отказываются от приобретения машин с подобными деталями?В большинстве случаев неисправность вариатора сложно не заметить.
На приборке может загореться лампочка «Service required» или «Slow down». Электроника может начать «давить» мотор и не давать ему развивать обороты выше 2 тыс. об./мин. Также возможно появление различных рывков или толчков во время переключения, посторонних звуков и т. д. Точно установить то, что вариатор неисправен, позволяет комплексная диагностика.Появление шума объясняется неисправностью подшипников или проблемами с ремнем
Понять, что именно не так, позволяет только комплексная диагностика. Специалисты отмечают, что поиск неисправностей в вариаторе довольно сложный по сравнению с АКПП. Здесь нельзя проверить давление масла, оценить его состояние и дать заключение.
Наиболее частые поломки в вариаторах
- износ подшипников конусов с характерным гулом автомобиля;
- рассогласование в работе ведущего и ведомого шкивов и, как следствие, рывки автомобиля при работе;
- загрязнения радиатора и перегрев автомобиля при работе двигателя;
Износ шкивов большинство сервисов решают путем их шлифовки, однако такая «косметика» не дает значительного эффекта.
Более того бытует мнение, что после таких процедур срок службы шкивов значительно сокращается. Сегодня данную методику практически никто не использует. Времена меняются и сегодня нет необходимости что-либо восстанавливать. Любые запчасти, даже для самых «неходовых» коробок можно без проблем достать.
Что делать, если сел аккумулятор — читайте в обзоре от TopGears
Подшипники и шкивы вариаторов в большинстве случаев меняются. Хотя есть среди вариаторов и такие, в которых это сделать невозможно или крайне сложно. По этой причине выполняется полная замена узла в сборе. Проблемы с подшипниками дают о себе знать характерным гулом, который слышен при определенных условиях. Такой ремонт уже не является чем-то немыслимым и выполняется на большинстве СТО. Подшипники дифференциала выходят из строя по причине перегрева. Однако большой проблемы в этом нет, любые подшипники меняются и их можно купить на портале Термополис, равно как и ремень. Процедура стандартная и сегодня найти специалиста, который правильно ее выполнит не составит труда.
Также к распространенным поломкам можно отнести износ посадочного места редукционного клапана, расположенного в корпусе маслонасоса. В данном случае причина неисправности вариатора заключается в том, что металлическая пыль, попадая на рабочие поверхности, приводит к нарушениям в работе узла. Клапан начинает клинить, в результате давление масла выходит из-под контроля, шкивы начинают не совпадать, а ремень начинает проскальзывать.
Сбои в работе электроники узла также могут вызвать различного рода проблемы вариатора
Неполадками электроники могут служить нарушения контактов в клеммах. Сюда же можно отнести и повреждение жгута электропроводки. Если в работе автомобиля наблюдается своего рода раскачивание в нейтральном положении, то в самую пору обратить внимание на состояние электроники.
Неисправности блока управления вариатора, гидротрансформатора или муфты переднего хода могут привести к проблемам при трогании автомобиля с места или сложностям при переключении передач до конца.
Удары при переключении селектора говорят об отклонении давления в магистрали. Причиной неисправности при переключении передач может послужить и лопаточный переключатель. Последствием данной поломки станет проблема при переключении передач вручную.
Свидетельством неисправности вариатора служит запах горелого масла в салоне автомобиля. При проявлении указанного признака стоит проверить уровень и состояние масла. Если в наличии имеется дым, а масло потемнело, то это явные показатели того, что в работе вариатора имеются определенные проблемы.
Автор статьи: TopGears
Устройства коробки вариатор (CVT), принцип работы
Что такое вариатор? Чтобы дать ответ на этот вопрос, давайте вспомним, сколько скоростей имеют механическая и автоматическая коробки передач.
Первая – пять, вторая — до девяти – ответят грамотные водители. Так вот, вариатор имеет ступеней переключения скоростей намного больше, по сути – бесконечное количество.
Итак, вариатор – это бесступенчатая трансмиссия, которая даёт водителю возможность изменять передаточное число не рывками, а плавно, в соответствии с оборотами двигателя и внешней нагрузкой, что позволяет использовать мощность мотора максимально эффективно и обеспечить комфорт во время движения.
На современные автомобили устанавливают вариаторы двух типов: клиноременной и тороидный, хотя в технике подобных конструкций существует великое множество.
Вариаторы клиноременного типа известны достаточно давно. Главными деталями этого вариатора являются раздвижные шкивы и трапецеидальный в сечении ремень, который их соединяет. Если в ведущем шкиве сдвинуть его половинки, они вытолкнут ремень наружу подобно попавшему между ними клину (именно потому данный вариатор имеет такое название).
При этом радиус шкива, с которым работает ремень, увеличится, что, в свою очередь, приведёт к увеличению передаточного отношения. Если же половинки ведомого шкива раздвинуть, ремень уйдёт внутрь, а радиус его работы уменьшится, что повлечёт за собой уменьшение передаточного отношения. При работе обоих шкивов в промежуточном положении передача будет прямой.
Устройство клиноременного вариатора
Схема клиноременного вариатора
1 — маховик с демпфером крутильных колебаний, 2 — фрикцион заднего хода, 3 — промежуточная передача, 4 — вариатор, 5 — электронный блок управления, 6 — гидравлический блок управления, 7 — фрикцион переднего хода, 8 — планетарный механизм
Составляющими клиноременного вариатора являются одна или две ременные передачи, в которых шкивы образуются из конических дисков, которые за счёт своего сдвигания или раздвигания способны изменять диаметр и, соответственно, передаточное число. Различные автопроизводители выпускают вариаторы, отличающиеся друг от друга конструктивными особенностями.
Чтобы автомобиль сдвинулся с места, используют обыкновенное сцепление или же компактный гидротрансформатор, который блокируется вскоре после начала движения. Управление дисками, из которых состоят шкивы, происходит при помощи электронной системы из сервоприводов, а также датчиков и блока управления.
Начнём с того, что попроще. Почему ремень имеет клиновидную форму? Трапециевидный в разрезе ремень входит в шкивы только боковыми своими поверхностями, оставаясь при этом в хорошей сцепке с ними.
Каким образом изменяется передаточное число? Ведущий шкив, который вращается при помощи коленвала, устроен таким образом, что под воздействием центробежных сил его щёки плавно сжимаются и выталкивают трапециевидный ремень всё дальше от центра шкива. При этом ведомый шкив, напротив, разжимается, и ремень погружается всё глубже, приближаясь к центру шкива.
Тороидный вариатор
Схема тороидного вариатора
1 — гидротрансформатор, 2 — шестерни заднего хода, 3 — ведущие диски, 4 — ролики, 5 — ведомые диски, 6 — насос
Тороидный вариатор имеет другое устройство. Он состоит из дисков и роликов, которые передают крутящий момент от диска к диску. Чтобы изменить передаточное число, необходимо поменять положение роликов и радиусы, по которым ролики обкатываются вокруг дисков. И поскольку основное усилие сосредотачивается в пятне контакта, поворот роликов требует применения особых устройств, способных преодолеть силу, с которой ролик прижимается к диску.
К примеру, в вариаторе Extroid от Ниссан применяется специальная система, в которой управляемый при помощи электроники гидравлический прецизионный механизм передвигает обоймы с роликами вниз или вверх на микроскопические величины, а ролик, из-за возникшего относительно дисков сдвига, поворачивается далее самостоятельно.
Клиноременной и тороидный вариаторы: особенности и слабые места
Принцип устройств, называемых ныне вариаторами, не является новоизобретённым. Идеи о бесступенчатых трансмиссиях приходили в головы конструкторов ещё тогда, когда на транспорте начали применяться поршневые ДВС. А развитие современных технологий производства материалов и достижения электроники позволили усовершенствовать конструкции вариаторов, которые сегодня получают всё большее распространение на автомобильном транспорте. При этом принцип их работы, несмотря на новые конструкторские находки, остаётся неизменным.
Несмотря на множество исследований и испытаний, современные вариаторы пока не удалось избавить от некоторых проблем, которые весьма существенно влияют на их работу.
Так, «слабым звеном» в работе клиноременного вариатора является ремень, а в тороидном – пятно контакта ролика с диском, в котором сила давления может достигать десяти тонн. С этими проблемами пытаются бороться путем использования специальных высокотехнологичных материалов, что в значительной степени повышает надёжность вариаторов, приближая её к показателям надёжности гидромеханических автоматов.
Современным рекордом для вариатора клиноременного типа является двигатель мощностью в 220 л.с. и 300 Нм, на которые способен шестицилиндровый двигатель Audi A6, оснащённой трансмиссией Multitronic. Тороидный вариатор-рекордсмен установлен на Nissan Gloria и Cedric, оснащённых 3-литровыми двигателями Extroid с показателями 240 л.с. и 310 Нм.
Несмотря на невозможность применения бесступенчатых передач на грузовиках, их применение на легковых автомобилях, по мнению экспертов, имеет большое будущее, которое обеспечат совершенствующиеся технологии производства материалов.
Сравнение динамических характеристик автомобилей, оснащённых вариаторами, может вызвать недоумение: на одной и той же модели легкового автомобиля разгон без вариатора происходит быстрее, чем с вариатором. Казалось бы, повышенная эффективность использования мощностей двигателя должна привести к противоположному результату! Оказывается, в случае адекватной настройки блока, разгон автомобиля с вариатором происходит, всё же, быстрее, чем без него.
В завершение хотим отметить, что, в сравнении с традиционными коробками-автоматами, вариаторы являются значительно более совершенным типом трансмиссии. Их преимущество проявляется в значительно более высоких показателях динамики разгона, экономии топлива, плавному процессу езды. Весте с тем, конструкция вариаторов проще, чем у автоматических коробок, что сказывается на их стоимости и надёжности. Думается, что оснащённые вариаторами автомобили достаточно скоро вытеснят машины с «автоматами» и заметно потеснят «механику».
Бесступенчатые коробки передач. Вариатор
Общепринятые сегодня ступенчатые коробки передач имеют врожденный, заложенный в них конструктивно недостаток: набор фиксированных передаточных чисел лишь усредненно может отражать весь спектр постоянно меняющихся внешних условий.
Даже при простом прямолинейном разгоне по ровной дороге на каждой из ступеней двигателю сначала приходится преодолевать внешнюю нагрузку (в данном примере – силу инерции), передача может оказаться более высокой, чем нужно, затем передача оказывается уже более низкой, чем требуется. «Точность» передач можно повышать, увеличивая количество ступеней в коробке, что ограничено прежде всего физически. К тому же при этом от «усредненности» избавиться все равно не удастся. Поэтому для постоянного «попадания в нужный момент» передаточное число должно не «скакать», а «плавать», для чего ступени из трансмиссии необходимо исключить.
Бесступенчатое изменение передаточного числа обеспечивает гидротрансформатор. Но диапазон его работы довольно узок, и для применения на автомобиле к нему приходится добавлять ступенчатую коробку передач.
Недостатков вышеперечисленных устройств лишен вариатор – в основе своей механическая, а поэтому работающая с небольшими потерями бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, которое позволяет автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая наиболее оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, тем самым, давая возможность максимально эффективно использовать его мощность. В технике существует множество различных конструкций такого типа, но на автомобиле получили распространение два вида вариаторов – клиноременной и тороидный.
Бесступенчатые передачи могут быть:
- механическими (ременными или фрикционными)
- гидравлическими
- электрическими
Клиноременной вариатор состоит из нескольких (как правило, одной — двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число.
Рис. Принцип работы вариаторной передачи:
1 – ведущий привод; 2 – набор первичных аксиально перемещаемых дисков; 3 – набор вторичных аксиально перемещаемых дисков; 4 – ведомый привод; 5 – передающая цепь
Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.
Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.
Одной из первых вариаторных передач, нашедших практическое применение, была клиноременная передача, устанавливаемая на шведских автомобилях «Вольво».
Клиноременная передача
Вариатор на автомобиле «Вольво» установлен в трансмиссии между главной передачей и ведущими колесами. Изменение передаточного числа в вариаторе происходит автоматически за счет изменения диаметров шкивов. Ведущая шестерня 1 главной передачи находится в зацеплении с двумя шестернями 2 и 5, свободно сидящими на валу 3. Шестерни могут соединяться с валом через кулачковую муфту 4, при включении левой шестерни происходит движение автомобиля вперед, правой – задний ход.
На обоих концах поперечного вала 3 закреплены ведущие шкивы вариатора 6.
Левая часть шкива закреплена на валу жестко, правая может перемещаться вдоль оси вала. Подвижный правый шкив соединен с грузиками центробежного регулятора 11 и с поршнем цилиндра, связанного с впускным трубопроводом двигателя. Ведомый шкив 8 также состоит из двух частей, при этом правая неподвижна на ведомом валу, а левая подвижна в осевом направлении и нагружена пружиной 9. Ведомый вал вариатора через редуктор связан с ведущими колесами автомобиля.
Работает вариатор следующим образом. При малой частоте вращения коленчатого вала (начало трогания автомобиля) пружина 9 выжимает ремень на ведомом шкиве на больший радиус. Вследствие малой частоты вращения и сдвинутых грузиков регулятора 11 половины 6 ведущего шкива раздвинуты за счет действия пружины 14, и ремень располагается на малом радиусе. Передаточное число наибольшее. По мере разгона автомобиля и увеличения частоты вращения вала 3 увеличивается сила действия центробежного регулятора, которая смещает подвижную часть шкива и увеличивает его рабочий диаметр.
Разрежение, создаваемое во впускных трубопроводе двигателя, передается в цилиндр 13, связанный с подвижной частью шкива. При уменьшении нагрузки, когда разрежение во впускном трубопроводе возрастает, рабочий диаметр шкива ведущего увеличивается, уменьшая передаточное число. Таким образом, осуществляется автоматическое изменение передаточного числа вариатора в зависимости от скорости движения и нагрузки двигателя.
Рис. Клиноременная передача:
1– ведущая шестерня; 2, 5 – шестерни; 3 – вал; 4 – кулачковая муфта; 6 – ведущий шкив вариатора; 7 – ремень; 8 – ведомый шкив; 9, 12, 14 – пружины; 10 – цилиндрическая передача; 11 – центробежный регулятор; 13 – цилиндр
Бесступенчатые коробки передач с электронным управлением
В результате развития электроники появились бесступенчатые коробки передач с электронным управлением, представителем которых является коробка передач «Ауди» для модели А6 2.8, оснащенной двигателем мощностью 193 л.
с. с крутящим моментом 280 Нм.
Основными элементами бесступенчатой коробки передач автомобиля А6 2.8 являются:
- механизм включения для начала движения (фрикционы с дисками в масле), ведущий и ведомый шкивы с аксиально перемещаемыми дисками и стальной ремень, предназначенный для передачи мощности
- система электронно-гидравлического управления коробкой передач
- узел движения задним ходом
- главная передача с дифференциалом
Рис. Схема бесступенчатой коробки передач автомобиля Ауди:
1 – маховик с встроенным демпфером; 2 – фрикционы для движения задним ходом; 3 – промежуточная передача; 4 – вариатор с цепью; 5 – электронный блок управления коробкой; 6 – гидравлическое управляющее устройство; 7 – гидравлическая система передвижения вариаторов; 8 – фрикционы для движения передним ходом; 9 – планетарный передаточный механизм
Вариатор состоит из ведущего и ведомого конических шкивов с аксиально перемещаемыми дисками, и передающей вращения специальной цепи.
На ведущий привод передается вращения от двигателя через промежуточный передаточный механизм, ведомый привод передает крутящий момент на дифференциал. При передачи движения цепь всегда натянута.
Для плавного трогания с места при включения передачи переднего и заднего хода служит многодисковое сцепления включаемое с помощью гидравлики. Изменение направления вращения производится с помощью шестерен планетарного механизма.
Для привода ведомого шкива применяется многорядная стальная цепь, при этом со шкивами контактируют не сегменты ремня, как было в прежних конструкциях, а скошенные торцы соединительных осей звеньев. Чтобы исключить проскальзывание, прижим скошенных торцов осуществляется сложной следящей гидравлической системой, которая создает в каждый момент необходимое давление от 20 до 60 кгс/см2. В результате износ штифтов составляет лишь 0,2 мм за весь срок службы.
Рис. Вариаторная цепь:
1 – соединительные оси; 2 – звенья; а – вид сверху; б – вид сбоку
Цепь обеспечивает не только передачу значительной нагрузки, но еще и изменение передаточного отношения в диапазоне от 1:2,1 до 1:12,7.
Это позволило отказаться от гидротрансформатора, а значит, и от дополнительных потерь мощности.
Управление коробкой передач осуществляется с помощью электронного блока управления. Для принятия определенного решения в блок управления поступает информация от различных датчиков: частоты вращения коленчатого вала двигателя, частоты вращения входного передаточного механизма, положения педали подачи топлива, крутящего момента двигателя, температуры масла в коробке передач.
Электронный блок управления способен распознать по характеру движения педали подачи топлива, какой режим предпочитает водитель – экономичный или спортивный. В последнем случае уже со скорости 60 км/ч вариатор включает режим «овердрайв», то есть занижает передаточное отношение. При энергичном нажатии педали подачи топлива включается спортивный режим. Блок управления реагирует включением пониженной передачи и на наличие прицепа или крутого подъема, необходимость торможения двигателем. Программа блока управления позволяет работать коробке передач в ручном режиме, когда из памяти извлекаются заранее запрограммированные значения передаточного отношения. В этом случае бесступенчатая коробка действует как шестиступенчатая коробка передач с последовательным переключением.
Ауди с бесступенчатой коробкой передач расходует на 0,9 л/100 км меньше топлива, чем с традиционной автоматической коробкой, и на 0,2 л меньше, чем с механической пятиступенчатой коробкой передач. При этом разгон до 100 км/час занимает соответственно на 1,3 с и на 0,1 с меньше времени.
Тороидный вариатор
К бесступенчатым передачам относится и тороидный вариатор, применяемый в автомобилях японского производства «Глория» и «Скайлайн».
Рис. Схема тороидного вариатора:
а – высшая передача; б – низшая передача; 1 – ведущий диск; 2 – ведомый диск; 3 – промежуточные ролики
Вариатор состоит из соосных дисков ведущего 1, ведомого 2 и промежуточных роликов, передающих момент от одного диска к другому. Один диск является ведущим, а другой – ведомым. Передача крутящего момента обеспечивается силами трения между рабочими поверхностями дисков и роликов.
Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски.
В зависимости от угла поворота ролика ведомый диск может вращаться с той же скоростью, что и ведущее (если ролик горизонтален), с большей или меньшей (если ролик поворачивается).
Поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску (до 3000 Нм). Возможность передачи таких усилий обеспечивается применением высококачественных сталей, особых масел и специальной системой, в которой управляемый электронным блоком управления прецизионный гидравлический механизм перемещает обоймы с роликами вверх или вниз на микроскопическую величину, а далее, из-за возникшего сдвига относительно оси дисков, ролик поворачивается сам. Кроме того, чтобы разгрузить детали и уменьшить размеры тороидной коробки передач, в ней работают два вариатора. При использовании тороидного вариатора в трансмиссии автомобиля так же, как и в случае клиноременного, необходимо обеспечить возможность получения заднего хода и отключения вариатора от двигателя с помощью сцепления.
Задний ход обеспечивает планетарная передача, а для нейтральной передачи используется гидротрансформатор.
Для смазки бесступенчатых коробок передач специальное масло с маркировкой CVT, которое не совместимо с маслом ATF, применяемом для традиционных автоматических коробок передач.
Бесступенчатые коробки передач до сих пор не нашли широкого применения из-за некоторых имеющихся в них существенных недостатков по сравнению с механическими ступенчатыми коробками (размер, масса, диапазон преобразования, производственные расходы, к.п.д. коробки передач, компоновочные ограничения).
Что такое вариатор ? Детальное описание работы коробки
Настоящим я предоставляю согласие на обработку Foxauto ИП Адоньева Полина Викторовна, ИНН 773469446662, ОГРН 317774600175500, юр. адрес: 123060, г. Москва, 1-й Волоколамский проезд, 4 моих персональных данных и подтверждаю, что давая такое согласие, я действую своей волей и в своем интересе. В соответствии с ФЗ от 27.07.2006 г.
№ 152-ФЗ «О персональных данных» я согласен предоставить информацию, относящуюся к моей личности: мои фамилия, имя, отчество, адрес проживания, должность, контактный телефон, электронный адрес. Либо, если я являюсь законным представителем юридического лица, я согласен предоставить информацию, относящуюся к реквизитам юридического лица: наименование, юридический адрес, виды деятельности, наименование и ФИО исполнительного органа. В случае предоставления персональных данных третьих лиц, я подтверждаю, что мною получено согласие третьих лиц, в интересах которых я действую, на обработку их персональных данных, в том числе: сбор, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление или изменение), использование, распространение (в том числе, передача), обезличивание, блокирование, уничтожение, а также осуществление любых иных действий с персональными данными в соответствии с действующим законодательством.
Согласие на обработку персональных данных дается мною в целях получения услуг, оказываемых Foxauto ИП Адоньева П.
В.
Я выражаю свое согласие на осуществление со всеми указанными персональными данными следующих действий: сбор, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление или изменение), использование, распространение (в том числе, передача), обезличивание, блокирование, уничтожение, а также осуществление любых иных действий с персональными данными в соответствии с действующим законодательством. Обработка данных может осуществляться с использованием средств автоматизации, так и без их использования (при неавтоматической обработке).
При обработке персональных данных Foxauto ИП Адоньева П.В. не ограничена в применении способов их обработки.
Настоящим я признаю и подтверждаю, что в случае необходимости компания Foxauto ИП Адоньева П.В. вправе предоставлять мои персональные данные для достижения указанных выше целей третьему лицу, в том числе и при привлечении третьих лиц к оказанию услуг в указанных целях. Такие третьи лица имеют право на обработку персональных данных на основании настоящего согласия и на оповещение меня о тарифах услуг, специальных акциях и предложениях сайта.
Информирование осуществляется по средствам телефонной связи и/или по электронной почте. Я осознаю, что проставление знака «V» или «X» в поле слева и нажатие кнопки «Продолжить», либо кнопки «Согласен» ниже текста настоящего соглашения, означает мое письменное согласие с условиями, описанными ранее.
Как устроен вариатор?
Часто в технических характеристиках на авто или на страницах автомобильных каталогов встречается такая фраза, как бесступенчатый вариатор. Про механическую и автоматическую коробку передач слышали все, а вот вариатор — вещь неизвестная, хотя это далеко не новинка. Что такое вариатор и зачем он автомобилю, мы спросили инструкторов по вождению.
Кто придумал вариатор?
Итак, вариатор — это особый тип АКПП, который был изобретен еще в конце XIX века! Историки утверждают, что самый первый вариатор придумал в 1490 году ни кто иной, как Леонардо да Винчи. В 1950-х годах выпустили первый автомобиль с таким типом трансмиссии.
По словам автоинструкторов, вариатор ставили на легковые и грузовые авто DAF, затем это переняла компания Volvo.
Вариатор (CVT) по своей сути — это вариант (извините за тавтологию) автоматической коробки. Внешне автомобиль с вариатором ничем не отличается от машины со стандартной АКПП.
Здесь так же две педали и такая же коробка передач. Однако машина, оборудованная таким устройством, работает по-другому. Здесь нет фиксированных передач (1-ой или 2-ой), а переключение между ними осуществляется незаметно и очень плавно. Именно поэтому при переключении и трогании с места вы не заметите толчков. Благодаря вариатору происходит плавное и непрерывное изменение передаточного числа во время разгона или замедления ТС.
Клиноременной вариатор
В технике есть множество самых разных конструкций подобного типа, однако в автомобильной сфере применяются лишь два вида устройств:
- клиноременной вариатор,
-
тороидный.
Первый вариант известен довольно давно. Его основные детали — это 2 раздвижных шкива и особый ремень с трапецеидальной формой в сечении. Последний как раз и соединяет два шкива. Если сдвинуть две части ведущего шкива, то они станут выталкивать ремень, как клин (заметим, что поэтому он и называется «клиноременный»). Радиус шкива увеличится, и передаточное отношение также станет больше. Если части ведомого шкива развести, то ремень уйдет внутрь и будет функционировать по меньшему радиусу. Таким образом, передаточное отношение снизится. Когда оба шкива стоят в промежуточном положении, то в этом случае передача прямая.
В клиноременной вариатор входит несколько (один или два) ременных передач, в которых шкивы формируются коническими дисками. Благодаря раздвиганию и сдвиганию этих шкивов передаточное число меняется.
Надо сказать, что у каждой компании есть своя конструкция клиноременного вариатора. Например, на Audi вместо ремня используют цепь, а на машине Honda стоит ремень из металлических пластин.
Несмотря на различия в дизайне, принцип работы вариатора не меняется.
Ремень вариатора
Интересный вопрос: какого типа ремень используется в вариаторах? Естественно, ремень из ткани и резины не подойдет, а вот металлическая наборная лента — самое то. Зачастую это стальная лента с каким-то покрытием или же целый набор стальных тросов со сложным сечением, куда нанизано большое количество тонких поперечных пластинок из стали трапецевидной формы. Их края как раз и контактируют со шкивами. Именно таким образом получилось создать толкающий ремень, дающий мощность двум половинам: идущей от ведомого шкива к ведущему, и соответственно противоположной стороне. Во время передачи сжимающего усилия обычный ремень сложился бы, а вот стальной, напротив, обретает жесткость.
В случае с цепью, для ее смазки используется особая жидкость, которая под сильным давлением (оно возникает в месте соприкосновения со шкивом) меняет фазовое состояние. Это дает возможность цепи передавать значительное усилие, почти не проскальзывая, несмотря на крайне небольшую площадь контакта.
Тороидный вариатор и его конструкция
Тороидный вариатор устроен по-другому. Он состоит из своеобразных соосных дисков и специальных роликов, благодаря которым передается момент между дисками. Для изменения передаточного числа, следует изменить положение роликов и, конечно же, их радиусы. Все усилие находится в месте контакта, поэтому для поворота роликов есть устройства, которые могут преодолевать силу прижатия, имеющуюся между роликом и диском.
Например, в вариаторе Extroid на Ниссане применяется специальная система, где гидравлический механизм перемещает вверх или вниз обоймы с роликами, причем на микроскопическую величину. Затем ролик поворачивается сам из-за возникшего сдвига касательно оси дисков.
Как вариатор меняет передаточное число?
Смена передаточного числа при разгоне с помощью вариатора зависит в первую очередь от выбранной программы управления. На обычном авто при разгоне мы раскручиваем двигатель, а далее переходим на другую передачу и т.
д. В случае с вариатором при наборе скорости двигатель находится на тех же оборотах (к примеру, на оборотах, которые соответствуют максимальному крутящему моменту). Однако передаточное отношение все же меняется, но очень плавно.
Говорят, что это создает странные ощущения. Когда жмешь на педаль газа, двигатель находится на больших оборотах и остается на них во время разгона, причем воя как пылесос. А вот темп разгона можно назвать достаточно высоким.
Иногда вариатор настраивают таким образом, чтобы обороты мотора постепенно наращивались, и разгон был почти такой же, как и при обычной коробке передач.
Минусы вариатора
Конечно, у вариатора много плюсов, но есть и недостатки. В частности сравнительно небольшая «перевариваемая» мощность мотора. Второй минус вариаторов — это дорогой ремонт и обслуживание, а также недешевая трансмиссионная жидкость. Например, на ременных вариаторах требуется каждые 100 тысяч километров менять ремень.
Видеоматериал о том, как работает вариатор:
youtube.com/embed/fUb6VH0Kwmg»/>
Счастливого пути и удачи на дорогах!
В статье использовано изображение с сайта sanekua.ru
Как работает вариатор?
На сегодняшний день вариатор заслужил множество симпатий пользователей, хотя и без разочарований тоже не обходится. Несмотря на то, что вариатор появился достаточно давно, многие до сих пор не обладают достаточной информацией на эту тему. Эта статья призвана восполнить этот пробел и рассказать, что такое вариатор, каков принцип его работы и чем он отличается от привычной нам механической и автоматической коробки передач.
Что собой представляет вариатор
Вариатором называют бесступенчатую трансмиссию с внешним управлением, которая дает возможность автоматически плавно изменять передаточное число, выбирая оптимальное согласно внешней нагрузке и оборотам двигателя, этим позволяя наиболее эффективно использовать мощность.
Вариатор изобрели еще в 19 веке. Историки утверждают, что механизм, очень похожий на вариатор, был придуман Леонардо да Винчи еще в 15 веке.
А вот первая машина с вариатором появилась только в середине двадцатого века. Одной из первых компаний, которая стала применять вариаторы, считается DAF – они устанавливали их в грузовых и легковых автомобилях. После них на применение вариаторов перешла компания Volvo. В общем, вариатор можно назвать той же АКПП. По внешнему виду невооруженным взглядом их практически не отличишь. В автомобиле с вариатором также имеются две педали и коробка передач. Однако принцип работы вариатора отличается от принципа работы АКПП.
К примеру, автомобиль с вариатором не имеет фиксированной передачи 1-й либо 2-й скорости, а переключение их происходит весьма плавно и незаметно. На автомобилях, где присутствует вариатор, практически не чувствуются толчки при трогании с места. Помимо этого, из-за вариатора происходит непрерывное и незаметное изменение передаточного числа при разгоне либо торможении машины.
Виды вариаторов
Самыми распространенными вариаторами считаются клиноременный со шкивами переменного диаметра, тороидальный и цепной. О каждом из них более подробно прочтете ниже.
Клиноремённый вариатор
Итак, первый вариатор, который мы рассмотрим, – это клиноременный. Он является самым распространенным вариатором из всех существующих. В клиноременном вариаторе имеются два шкива и клиновидный либо ведомый ремень – через него происходит передача крутящего момента от двигателя, который связан с ведущим шкивом, к колесам, которые связаны с ведомым шкивом. Как ведущий шкив, так и ведомый состоят из двух половин, которые могут расходиться и сходиться между собой.
Чем ближе сошлись половины шкива, тем будет больше радиус окружности, которую огибает передаточный ремень, и наоборот, радиус поверхности прилегания ремня становится меньше за счет расхождения половин шкива. Итак, заставив один из шкивов сходиться и увеличивать радиус, по которому бежит ремень, а второй синхронно с первым – расходиться, можно плавно изменять передаточный коэффициент.
Как работает клиноременной вариатор, показано на рисунке.
Что собой представляет клиновидный ремень?
Использование новейших материалов делает вариаторы наиболее надежными. Одним из основных достижений является разработка и создание клиновидного ремня для подключения шкивов, в качестве замены резиновых ремней и цепей. Клиновидный ремень состоит обычно из 9-15 тонких стальных полос, которые вместе составляют очень прочный состав. Преимуществом этого ремня является его прочность и нескользкость, что дает возможность вариатору работать с большим значением крутящего момента мотора. Еще такие ремни работают тише, чем резиновые.
Тороидный вариатор
Система тороидного вариатора отличается от клиноременного, однако все элементы аналогичны системе клиноременного вариатора и приводят к тем же итогам – бесступенчатой работе коробки передач. Работа тороидного вариатора заключается в следующем:
• Один диск подключается к мотору.
Это равнозначно ведущему шкиву.
• Второй диск присоединяется к приводному валу. Это равнозначно ведомому шкиву.
• Колеса, находящиеся между дисками, работают как ремень, изменяя передаточное число, передаваемое с одного на другой диск.
Гидростатический вариатор
Два вида ранее перечисленных вариаторов работают за счет радиуса контактирующих точек между двумя вращающимися объектами. Однако гидростатический вариатор характеризуется другим принципом работы, заключающимся в применении насосов переменного объема. Вращение тут происходит при помощи гидростатического насоса.
Ремонт вариаторов
Вариаторы, независимо от их вида, не очень распространены из-за сложности их ремонта. Система управления вариатора – это электронно-гидравлическая система. Основные особенности системы вариаторов находятся в их «сердце» – зубчатых шкивах в форме конусов и ремня. Чаще всего именно с этой частью вариатора происходят неисправности.
Эту деталь сложно настроить и продиагностировать, а разрыв ремня приводит к разрушению конусных шкивов и, как следствие, – поломке всего вариатора. Однако, невзирая на это, в последнее время разрабатывается множество технологий ремонта вариаторов, которые успешно внедряются.
Существуют запасные ремни и шкивы, также возможно успешно диагностировать и тестировать электронную систему вариатора. Кстати в последнее время вариаторы отказывают в работе реже, чем обычные АКПП. Если придерживаться правильных условий эксплуатации и вовремя обслуживать вариатор, то бояться нечего. Наиболее известной неисправностью вариатора считается неправильно подобранное трансмиссионное масло.
Обычное масло, которое подходит для автоматической коробки передач, для вариатора не подойдет. Небольшой задир на поверхности ремня вариатора приводит к его разрыву и абсолютному разрушению всех внутренностей вариатора. Поэтому стоит иметь представление о работе вариатора и относиться к его обслуживанию серьезно.
Хотя бы раз в год владельцу машины с вариатором стоит проходить плановую диагностику. В случае возникновения лишнего шума либо толчков стоит незамедлительно обратиться к специалистам на СТО для проведения срочной диагностики. Там смогут выяснить, откуда взялись шумы и перебои в работе либо другие признаки неисправности. Своевременное обращение поможет избежать дорогого ремонта.
Недостатки и достоинства вариаторов
Сначала рассмотрим вариаторы с положительной стороны:
1) Способствует более быстрому разгону автомобиля.
2) Плавность переключения передач.
3) Уменьшает нагрузки на двигатель и детали привода.
4) Из-за электроники устанавливается щадящий режим, тем самым срок службы элементов увеличивается, а растраты на ремонт и обслуживание уменьшаются.
5) Экономия в эксплуатации – за счет отсутствия стандартного переключения передач.
6) Уменьшает количество вредных выхлопов в атмосферу и уровень шума в салоне машины.
7) Предотвращает пробуксовку колес
Итак, теперь перечислим минусы вариаторов:
1) Небольшой срок эксплуатации.
2) Вариатор не пригоден для сильных нагрузок, из-за этого их не устанавливают на машины, предназначенные для езды в трудных дорожных условиях.
3) Вариатор необходимо постоянно обслуживать, так как ремень CVT очень быстро изнашивается, примерно через 50-60 тыс. км.
4) Из-за первой и третьей причины некоторые сервисные центры отказываются ремонтировать вариатор, и если он поломается, то произвести его полную замену намного проще. Однако водителю автомобиля придется оплатить часть замены.
5) Есть ограничение на буксировку машины.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как,
Facebook,
Вконтакте,
Instagram,
Pinterest,
Yandex Zen,
Twitter и
Telegram:
все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
Пример продуманной трибологической конструкции для улучшения характеристик наземного транспортного средства
Мы анализируем с точки зрения эффективности и тяговых возможностей недавно запатентованный тяговый привод, называемый двухроликовым полнотороидальным вариатором (DFTV). Мы сравниваем его характеристики с однолатковым полнотороидальным вариатором (SFTV) и одинарным полутороидальным вариатором (SHTV). Моделирование этих вариаторов связано со сложными трибологическими проблемами; характеристики тяги и эффективности зависят от трибологических явлений, происходящих на границе раздела между роликами и дисками, где смазка подвергается очень жестким эластогидродинамическим режимам смазки.Интересно, что DFTV показывает улучшение механического КПД в широком диапазоне передаточных чисел и, в частности, при передаточном числе единиц, как в таких условиях, в которых DFTV допускает нулевое вращение, тем самым значительно улучшая его тяговые возможности. Очень высокий механический КПД и тяговые характеристики DFTV используются для исследования характеристик системы рекуперации кинетической энергии (KERS) на основе маховика, где КПД вариатора играет важную роль в определении общей эффективности рекуперации энергии.
Возможности повышения энергии и КПД в оба конца рассчитываются для трех различных вариаторов, рассмотренных в этом исследовании. Результаты показывают, что потенциал рекуперации энергии механического KERS может быть улучшен при правильном выборе вариатора.
1. Введение
Последние разработки в области автомобилестроения связаны с конструкцией трансмиссий с целью улучшения эксплуатации теплового двигателя в соответствии с требованиями снижения расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ [1–3 ].
Для достижения этих целей изучаются и разрабатываются гибридные силовые агрегаты. Среди всех возможностей некоторые исследования утверждают, что механические гибриды более эффективны и дают наибольшие преимущества с точки зрения снижения расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ. Было проведено несколько исследований, чтобы оценить эффективные преимущества, которые такие системы могут дать в обычных легковых и грузовых автомобилях при современном уровне развития техники.
Результаты расчетов показывают, что улучшение экономии топлива до 25% может быть достигнуто в обычных легковых и грузовых автомобилях, что также может быть улучшено за счет уменьшения размеров двигателя [4–7].Бесступенчатые приводы — это ядро механических гибридов. Цепно-ременные бесступенчатые трансмиссии (CVT) широко изучались либо теоретически, либо экспериментально [8–10]; однако ограничения максимального передаваемого крутящего момента и возможностей управления сделали вариаторы с тороидальным тяговым усилием приемлемой альтернативой для разработки трансмиссий CVT [11]. Тороидальный тяговый привод состоит из входных и выходных дисков, которые соединены соответственно с ведущим и ведомым валами и имеют такую форму, чтобы образовалась тороидальная полость.Приводной ролик, вращающийся внутри тороидальной полости, используется для передачи крутящего момента от ведущего диска к ведомому за счет срезающего действия эластогидродинамической масляной пленки; кроме того, наклон приводного катка позволяет выполнять маневры переключения передач.
Что касается тороидальных вариаторов, которые фактически представлены на рынке для автомобильной промышленности, основное геометрическое различие заключается в положении центра наклона ролика (точка O на рисунке 1), который может совпадать или не совпадать с центром тороидальной полости. .В первом случае получается так называемый полнотороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (б)), во втором случае получается полутороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (а)). На Рисунке 1 (c) показана новая запатентованная тороидальная геометрия [12], так называемый двухроликовый полный тороидальный вариатор (или DFTV); два ролика, вращающихся в противоположных направлениях, расположены внутри тороидальной полости с целью уменьшения потерь вращения при контакте ролика с диском; Кроме того, ролик коническая форма позволяет сбалансировать нормальные силы, в результате чего занятости упорного подшипникового ненужного.Таким образом, можно объединить основные преимущества двух тороидальных геометрий с одним роликом (т.
е. SHTV и SFTV), что приведет к значительному повышению общей эффективности передачи [13, 14]. Диапазон передаточного числа и эффективность регулируемых приводов являются ключевыми характеристиками для применения в механических гибридных системах. Для оптимизации условий работы KERS необходимо найти компромисс между большим разбросом передаточных чисел и хорошей эффективностью как в прямом, так и в обратном направлении. Было показано (см. [15]), что архитектуры с шунтированными вариаторами ([16, 17]), которые увеличивают разброс передаточных чисел переменного привода, не могут улучшить характеристики KERS из-за потери эффективности, в частности, в обратная операция (см. также [18]).По этим причинам в этой статье мы сосредоточены на характеристиках стандартных тороидальных тяговых приводов с передаточным числом, охватывающим диапазон от 0,5. до 2. В частности, представлена полностью заполненная модель эластогидродинамической смазки (EHL) для анализа с точки зрения тяги и эффективности недавно запатентованного вариатора с тороидальным тяговым приводом (DFTV) и сравнения его с более стандартными решениями в качестве единственного роликовый полнотороидальный вариатор (SFTV) и одинарный роликовый полутороидальный вариатор (SHTV).
Результаты используются для исследования производительности системы рекуперации кинетической энергии (KERS) на основе маховика, где эффективность вариатора играет важную роль в определении общей эффективности рекуперации энергии.
2. Тяга и КПД тороидальных приводов
В этом разделе мы определяем основные геометрические и кинематические характеристики тороидальных вариаторов. На рис. 2 — это первый главный радиус входного и выходного дисков, а — вторые главные радиусы входного и выходного дисков соответственно.В случае DFTV каждый приводной ролик имеет коническую часть и тороидальную часть; ролики контактируют по конической части, в то время как тороидальная часть имеет форму типичного полутороидального ролика и контактирует с входным или выходным диском. Мы называем радиус кривизны сечения, перпендикулярного оси ролика, и это второй главный радиус. Для практических аспектов полезно определить коэффициент соответствия и соотношение сторон, где — эксцентриситет.
Важным параметром управления является угол наклона.Мы можем выразить формулировку безразмерных радиусов кривизны дисков как функцию угла конуса и угла наклона (см. Рисунок 2) как и, где и. Из геометрических соотношений также получаем. Мы также определяем геометрическое соотношение скоростей как отношение радиальных координат и; а именно,. С учетом входной угловой скорости и скорости вращения выходного диска мы определяем передаточное отношение как. Разница в процентах скоростей пар скользящих контактов учитывается путем определения входных и выходных коэффициентов ползучести, соответственно, то есть, и.Коэффициент скольжения роликов определяется как, где и — угловые скорости двух роликов, вращающихся в противоположных направлениях. Передаточное отношение можно выразить как с . Для каждого ролика из пары роликов мы можем определить точку, которая представляет собой точку пересечения касательных к тороидальной полости в точках контакта ролик-диск, и определяется как точка пересечения абсолютных осей вращения ролика и диска.
. Угловые скорости ролика относительно входного и выходного дисков и имеют компоненты скорости вращения, и, которые могут быть направлены внутрь или наружу.Выбирая правильное значение угла падения конуса, можно получить нулевые скорости вращения при. Коэффициенты спина можно определить как Следуя тому же подходу, предложенному в [13, 14], определим коэффициент тяги как отношение тангенциальной силы на границе ролик-диск и нормальной нагрузки к коэффициенту спинового момента, где — спиновый момент и радиальный радиус диска координата точки контакта. Из уравнения количества движения, примененного к роликам, вращающимся в противоположных направлениях вокруг каждой оси ролика, параметры и были рассчитаны согласно [13, 14].Учитывать учитывая, что угол (см. рисунок 2) и радиальные координаты в безразмерном виде, а именно, и. Термин представляет собой безразмерные потери крутящего момента из-за роликовых подшипников на осях ролика вариатора, которые были оценены в соответствии с технической документацией SKF [19]. Из уравнений равновесия дисков можно оценить эффективные коэффициенты крутящего момента на входной и выходной стороне вариатора как с и можно интерпретировать как эффективные коэффициенты крутящего момента на входной и выходной стороне вариатора.В предыдущих соотношениях мы рассмотрели возможность размещения набора роликов внутри тороидальных полостей. Более того, мы можем выразить силу тяги, действующую в осевом направлении диска, как функцию нормальной нагрузки и угла наклона: Общий механический КПД можно записать как Модель полностью затопленного изотермического контакта [13, 14, 20] была использована для расчета касательных напряжений на границе соприкасающихся элементов и, следовательно, коэффициентов тяги и вращения.
3. Модель контакта
Мы различаем условия контакта на границе раздела ролик-диск, где контактная область имеет эллиптическую форму, и на границе раздела ролик-ролик, где вместо этого контактная область имеет прямоугольную форму. Для изучения контакта между двумя изогнутыми профилями и мы определяем эквивалентный модуль Юнга, выраженный как функцию модуля упругости и коэффициента Пуассона каждого элемента в контакте [20] и эквивалентный радиус кривизны, с где нижний индекс относится к ролику и диску, и,, и (в случае полутороидального и полнотороидального).
Эквивалентный радиус кривизны тогда определяется как В случае конического контакта роликов с роликами мы определяем, как средний радиус качения конической части роликов, тогда как. Тогда мы можем определить эквивалентный радиус кривизны как Результаты эластогидродинамической теории использованы для описания режима смазки на площади контакта. В частности, мы рассмотрели эффект вязкости-давления с помощью формулы Роланда: Из-за очень высоких скоростей сдвига смазка демонстрирует нелинейную зависимость между напряжениями сдвига и скоростями деформации сдвига в соответствии с общим правилом, используемым в теории пластичности для разделения деформации сдвига по разным направлениям.Мы пишем где функция представляет нелинейное поведение тягового масла и эквивалентное напряжение. Следуя реологической модели, предложенной Бэром и Винером, функция принимает вид где — предельное напряжение сдвига. Оценка деформации сдвига выполняется в предположении, что для условий жесткого ЭДЖ распределение давления близко к распределению Герца (за исключением пика, близкого к задней кромке контакта), и с учетом того, что большая часть контакта характеризуется практически постоянной толщиной смазочной пленки, которая, в свою очередь, рассчитывается на основе формул EHL.
Следовательно, мы можем написать Вспоминая, что локальное вращательное скольжение полностью определяется как функция ползучести, скольжения и коэффициента вращения, можно вычислить величины,,, и коэффициент тяги ролик-ролик, просто интегрировав касательное напряжение по контактная площадка. Как только эти величины получены, быстро определяются КПД и общая тяговая характеристика вариатора (см. Также [13, 14]).
4. Моделирование поведения KERS
В этом разделе мы используем механическую модель трех тороидальных тяговых приводов для исследования общих характеристик механической гибридной трансмиссии.Среди всех возможных конфигураций механических гибридных силовых агрегатов [7] рассматривается маховик KERS, соединенный с карданным валом автомобиля через фрикционную муфту (см. Рисунок 3). Эта конфигурация дает больше улучшений экономии топлива, чем другие, когда она работает совместно с системой остановки и перезапуска [7]. Моделирование было выполнено с помощью имитатора обратной динамики трансмиссии автомобиля.
Цикл движения задается в виде скоростной модели, а параметры трансмиссии рассчитываются в обратном порядке с помощью кинетической, кинематической моделей и моделей эффективности.В этой статье основное внимание уделяется потенциалу рекуперации энергии KERS, а коробка передач и двигатель не включены в модель. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить потенциал KERS по экономии топлива и сокращению выбросов. Трансмиссия с KERS, рассматриваемая в данном исследовании, состоит из колес, дифференциала и главной передачи (FR), ведущей муфты KERS, тороидального вариатора, главной повышающей передачи и высокоскоростного вращающегося маховика. Мы определяем два показателя производительности KERS: повышение KERS и эффективность в оба конца.В разделе 2 трансмиссии (см. Рисунок 3) называется крутящий момент, необходимый для движения транспортного средства в соответствии с графиком движения, который может быть положительным или отрицательным. Величина определяется, которая равна только при, нулю в противном случае.
Крутящий момент, который фактически задается KERS в разделе 2, равен, и он может быть положительным (режим повторного использования) или отрицательным (режим восстановления). Кроме того, мы определяем: который равен если, нулю в противном случае; который равен если, и нулю в противном случае. Повышение KERS определяется как где — продолжительность одного рабочего цикла, а — угловая скорость вала 2.Повышение KERS — это энергия, передаваемая KERS на карданный вал автомобиля за цикл, деленная на энергию, необходимую для выполнения графика движения за цикл, и рассчитанная в разделе 2 трансмиссии.
Эффективность передачи туда и обратно рассчитывается как: Эффективность в оба конца — это энергия, фактически переданная KERS в карданный вал транспортного средства за цикл, деленная на энергию, фактически переданную карданным валом KERS за цикл.
5. Результаты
В этом разделе мы сначала представляем основные тяговые характеристики и эффективность трех исследованных тороидальных тяговых приводов, а затем сосредоточимся на эффективности рекуперации энергии геометрии KERS на основе таких трансмиссий.
Свойства жидкости приведены в Таблице 1, а геометрические данные трех вариаторов — в Таблице 2.
| ||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5.
1. Характеристики тяги DFTV На рис. 4 показаны характеристики тягового усилия и эффективности двойного тороидального тягового привода (DFTV). Расчеты проводились при постоянных значениях частоты вращения первичного оборота и нормальной контактной нагрузке кН. Интересно отметить, что, поскольку вариатор DFTV представляет незначительные значения потерь вращения при единичном соотношении (синяя кривая на рисунке 4 (а)), в этом случае кривая тяги увеличивается очень быстро, когда ползучесть увеличивается от нуля. Однако при различных соотношениях скоростей (красная кривая на рис. 4 (а)) и (черная кривая на рис. 4 (а)) наличие потерь на вращение определяет сильное уменьшение тяги по сравнению с крутизной ползучести.Линейное поведение наблюдается до тех пор, пока не будет достигнуто значение ползучести, когда кривая тяги представляет собой типичный изгиб, соответствующий максимально достижимому значению выходного безразмерного крутящего момента. На рисунке 4 (b) мы показываем механическую эффективность вариатора как функцию безразмерного входного крутящего момента.
Стоит отметить, что при КПД принимает очень высокие значения, примерно равные большей части диапазона входного крутящего момента. Однако по мере приближения (и, следовательно,) к своему предельному значению КПД быстро падает из-за быстрого увеличения коэффициента ползучести.При крайних соотношениях: (красная кривая), (черная кривая) на рисунке 4 (b), тенденция зависимости напоминает поведение, наблюдаемое для, но значения эффективности значительно меньше во всем диапазоне крутящего момента, при этом максимальное значение близко к .
5.2. Сравнение DFTV, SFTV и SHTV
На рис. 5 показано количественное сравнение различных тороидальных вариаторов с точки зрения тяговых характеристик и эффективности. Расчеты проводились при заданных постоянных значениях частоты вращения первичного вала и нормальной нагрузки кН.Безразмерный выходной крутящий момент отображается в зависимости от общего коэффициента ползучести, тогда как эффективность представлена как функция входного безразмерного крутящего момента.
Во всех случаях, как и ожидалось, мы наблюдаем почти линейное увеличение as от нуля. Однако по мере увеличения ползучести кривая начинает отклоняться от линейного тренда и достигает значения насыщения, соответствующего максимальному передаваемому крутящему моменту. Интересно, что наклон линейной части трех кривых тяги различается для трех разных вариаторов, а также изменяется при изменении геометрического передаточного числа.Во всех случаях SFTV показывает значительно худшее поведение по сравнению с двумя другими типологиями. Интереснее сравнить ШТВ и ДФТВ. При передаточных числах и два вариатора демонстрируют почти тяговые характеристики, однако DFTV работает значительно лучше, чем SHTV, с точки зрения механической эффективности. DFTV сильно превосходит SHTV с точки зрения тяги и механической эффективности при геометрическом соотношении скоростей из-за очень ограниченного количества вращательного движения и вращательного момента.
5.3. KERS Performance
Моделирование характеристик KERS проводилось на данных типичного городского автомобиля (более подробная информация представлена в [15]).
Ниже приведены основные характеристики устройства KERS. Мы считали массу вариатора KERS равной около. Моделирование проводилось с учетом маховика со следующими характеристиками: инерция маховика, минимальная скорость маховика и максимальная скорость маховика (верхняя и нижняя границы были выбраны согласно [17]).Анализируемый механический гибрид может использоваться для вождения в городских условиях. Максимальная энергия, которая может храниться в маховике, составляет около 178 кДж, что соответствует кинетической энергии транспортного средства на скорости 60 км / ч. Моделирование проводилось в соответствии с городским графиком движения FTP-75. График движения рассматривался как периодическая функция, которой должен следовать автомобиль. Заряженность маховика одинакова в начале и в конце цикла [4].Чтобы сравнить характеристики, которые могут быть достигнуты с различными вариаторами, для любого данного исследуемого тороидального тягового привода, передаточное отношение конечного множителя было оптимизировано, и это оптимальное значение использовалось для проведения моделирования.
Механический КПД DFTV, SHTV и SFTV был рассчитан с помощью аналитических моделей, представленных в предыдущих разделах. Мы предполагаем, что система зажима позволяет контролировать силу зажима, чтобы оптимизировать эффективность тороидального тягового привода для любого заданного передаточного числа и входного крутящего момента.Чтобы выполнить моделирование в этих рабочих условиях, был вычислен КПД с оптимальным значением нормализованного входного крутящего момента с различными передаточными числами, и результаты показаны на рисунке 6. Разброс передаточного числа трех вариаторов равен 4, с передаточным числом от до. Показано, что КПД SFTV меньше КПД DFTV и SHTV во всем диапазоне передаточных чисел. DFTV превосходит SHTV только в промежуточном диапазоне значений передаточного числа.Результаты нашего моделирования показаны на рисунке 7. Повышение KERS (см. Рисунок 7 (a)) в графике движения FTP-75 равно 20,4% с DFTV и 20,2% с SHTV (разница почти незначительна), тогда как в случае SFTV он равен 18,4%.
Поскольку SFTV в настоящее время используется в механических гибридных системах, наши результаты показывают, что правильный выбор вариатора может привести к увеличению наддува KERS примерно на 10%. Аналогичные результаты показаны в расписании движения FTP. В этом случае надбавка KERS составляет около 10.2% с SFTV, 11,3% с SHTV и 11,5% с DFTV. Как и ожидалось, лучшие характеристики получаются в городской езде. На рис. 7 (b) показана общая эффективность KERS в обоих направлениях в расписаниях движения FTP-75 и FTP и сравнение результатов, полученных с помощью SFTV, SHTV и DFTV. На эффективность в оба конца не сильно влияет стиль вождения, тогда как КПД SFTV примерно на 7% меньше по сравнению с DFTV и SHTV. В нашем анализе мы рассмотрели разброс передаточных чисел, близкий к 4 для всех тороидальных тяговых приводов.Однако мы замечаем, что регулируемый привод с большим разбросом передаточных чисел может работать даже лучше при условии, что эффективность остается достаточно высокой [15]. Однако двойная цель разработки вариатора, обладающего как большим разбросом передаточных чисел, так и высокой механической эффективностью во всем диапазоне передаточных чисел, является довольно сложной задачей.
Различные вариаторы могут предоставлять разные возможности для дальнейшего улучшения, и, с этой точки зрения, дальнейшие исследования должны касаться оптимизации конструкции DFTV и SHTV для применения в KERS.
6. Выводы
Мы проанализировали эффективность и тяговые характеристики трех тороидальных тяговых приводов: SFTV, SHTV и недавно запатентованного DFTV. Последний был разработан таким образом, чтобы объединить преимущества двух других существующих тороидальных геометрий и продемонстрировать повышенную эффективность и тяговые характеристики. Вариатор DFTV состоит из набора конических роликов, вращающихся в противоположных направлениях, которые помещены в тороидальную полость; геометрические характеристики силовых роликов позволяют уменьшить потери спины в широком диапазоне соотношений скоростей и избавиться от упорного шарикоподшипника, который способствует повышению потерь крутящего момента геометрии типа наполовину тороидальным.Чтобы оценить характеристики тороидальных тяговых приводов, мы разработали полностью затопленную модель изотермического контакта, основанную на результатах теории смазки EHL.
Наши расчеты показали эффективность геометрических характеристик DFTV с точки зрения снижения спиновых потерь и повышения общей эффективности. Затем очень высокий механический КПД и тяговые характеристики DFTV были использованы для исследования характеристик механической системы рекуперации кинетической энергии (KERS).Возможности повышения энергии и общая эффективность приема-передачи были рассчитаны для DFTV, SHTV и SFTV, и было обсуждено их сравнение. Результаты показали, что выбор DFTV и SHTV приводит к очень значительному увеличению мощности наддува KERS при движении по городу, что примерно на 10% больше, чем результат, достигнутый с помощью SFTV.
Torotrak рассказывает о достижениях в области полнопрофильного тороидального вариатора с тяговым приводом с использованием PitchSteer; Приложения для электромобилей, а также
На Международном конгрессе VDI «Трансмиссия для транспортных средств» в Фридрихсхафене, Германия, в 2016 году Джон Фуллер, директор по концепциям и интеллектуальной собственности Torotrak Group, представил и обсудил последние достижения компании в области оптимизации ее технологии полнотороидального вариатора для рынка легковых автомобилей.
в бесступенчатых трансмиссиях (вариаторах).
Вариаторы с главным приводом Torotrak сочетают в себе вариатор с полным тороидальным тяговым приводом и другие традиционные компоненты трансмиссии. Объединив свой обширный опыт в области трансмиссий с главным и вспомогательным приводами, Torotrak разработал концепцию вариатора с передаточным числом до 12, управляемую недорогой исполнительной системой.
Torotrak ожидает, что разработки, которые обеспечат более широкий разброс передаточных чисел и бесперебойную подачу мощности, будут еще больше стимулировать популярность бесступенчатых трансмиссий, которые, по прогнозам, достигнут к 2020 году глобальных продаж 12 миллионов в год.
Вариатор подходит как для переднеприводных, так и для заднеприводных платформ и должен иметь высокую масштабируемость, при этом традиционная гидравлическая версия уже продемонстрировала уровни мощности, превышающие 300 кВт.
Рыночные предпочтения меняются от обычной автоматики к вариаторам. Наше решение может ускорить эту тенденцию, удовлетворяя потребности как переднего привода, так и потенциально заднеприводной компоновки, где высокие уровни крутящего момента и ограничения упаковки могут быть более сложными для традиционной технологии CVT.
—Джон Фуллер
Опыт Torotrak Group в области вспомогательных приводов привел к снижению стоимости системы, в частности, за счет использования экономичного управления передаточным числом вариатора с использованием технологии компании PitchSteer.
Torotrak представил PitchSteer в ноябре 2105 года (предыдущая публикация) как недорогой метод управления, который снижает требования к мощности срабатывания переменного привода Torotrak для таких устройств, как нагнетатели, например, Torotrak V-Charge.
В то время компания заявила, что, по ее мнению, PitchSteer, а также DriveDisconnect, который обеспечивает возможность нулевой выходной скорости в самом вариаторе, чтобы обеспечить функциональность разъединяющей муфты без дополнительных затрат или веса, также могут быть использованы в другие приложения, такие как вариаторы главного привода и бесступенчатые трансмиссии.
В вариаторе использование PitchSteer обеспечивает широкий диапазон передаточного числа, что может улучшить эффективность автомобиля различными способами: во-первых, за счет уменьшения количества рассеиваемой энергии при трогании с места, а во-вторых, за счет того, что двигатель может работать на более низких скоростях во время крейсерского движения.
Кроме того, широкий разброс передаточных чисел вариатора позволяет использовать простые и эффективные конструкции трансмиссии, которые максимально используют разделение мощности, в результате чего только часть движущей силы передается вариатором, а остальная часть передается по прямому механическому пути.
Трансмиссия также может быть сконфигурирована как IVT (бесступенчатая трансмиссия) с нейтральной передачей, которая может дополнительно улучшить экономию топлива за счет устранения необходимости в неэффективном пусковом устройстве транспортного средства, которое теряет мощность при скольжении.
Система может быть приспособлена к предпочтениям водителей на отдельных рынках, например, для создания привычных ощущений от вождения преобразователя крутящего момента.
Фуллер сказал, что электромобили также могут извлечь выгоду из последних разработок вариаторов.
За счет увеличения крутящего момента колеса на низких скоростях транспортного средства тороидальный вариатор может улучшить способность преодолевать подъемы и производительность, или может быть инструментом для уменьшенной электрической трансмиссии, которая имеет более низкую стоимость и вес.С вариатором, настроенным для достижения КПД более 95%, также есть потенциал для увеличения диапазона электромобилей.
—Джон Фуллер
В презентации Torotrak Group также было рассмотрено влияние тороидальных вариаторов и бесступенчатых трансмиссий при использовании в автономных транспортных средствах. Обеспечивая постоянный крутящий момент за счет плавного переключения передач, технология позволяет преодолеть неприятное ощущение прерывания крутящего момента, к которому люди в таких транспортных средствах очень чувствительны.
Схематический чертеж трех тороидальных вариаторов: одиночный ролик …
Контекст 1
… приводной ролик, вращающийся внутри тороидальной полости, используется для передачи крутящего момента от ведущего диска на ведомый, посредством средства срезающего действия эластогидродинамической масляной пленки; кроме того, наклон приводного катка позволяет выполнять маневры переключения передач. Что касается тороидальных вариаторов, которые фактически представлены на рынке для автомобильных применений, основное геометрическое различие заключается в положении центра наклона ролика (точка O на рисунке 1), который может совпадать или не совпадать с центром тороидальной полости.В первом случае получается так называемый полнотороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (б)), во втором случае получается полутороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (а)). …Context 2
… для тороидальных вариаторов, которые фактически представлены на рынке для автомобильной промышленности, основное геометрическое различие заключается в положении центра наклона ролика (точка O на рисунке 1), которое может совпадать или не с центром тороидальной полости.
В первом случае получается так называемый полнотороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (б)), во втором случае получается полутороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (а)).На Рисунке 1 (c) показана новая запатентованная тороидальная геометрия [12], так называемый двухроликовый полный тороидальный вариатор (или DFTV); два ролика, вращающихся в противоположных направлениях, расположены внутри тороидальной полости с целью уменьшения потерь вращения при контакте ролика с диском; Кроме того, ролик коническая форма позволяет сбалансировать нормальные силы, в результате чего занятости упорного подшипникового ненужного. …Контекст 3
… для тороидальных вариаторов, которые фактически представлены на рынке для автомобильной промышленности, основное геометрическое различие заключается в положении центра наклона ролика (точка O на рисунке 1), которое может совпадать или не с центром тороидальной полости.В первом случае получается так называемый полнотороидальный вариатор (см.
Рисунок 1 (б)), во втором случае получается полутороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (а)). На Рисунке 1 (c) показана новая запатентованная тороидальная геометрия [12], так называемый двухроликовый полный тороидальный вариатор (или DFTV); два ролика, вращающихся в противоположных направлениях, расположены внутри тороидальной полости с целью уменьшения потерь вращения при контакте ролика с диском; Кроме того, ролик коническая форма позволяет сбалансировать нормальные силы, в результате чего занятости упорного подшипникового ненужного….Контекст 4
… в первом случае получается так называемый полнотороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (b)), во втором случае получается полутороидальный вариатор (см. Рисунок 1 (а) ). На Рисунке 1 (c) показана новая запатентованная тороидальная геометрия [12], так называемый двухроликовый полный тороидальный вариатор (или DFTV); два ролика, вращающихся в противоположных направлениях, расположены внутри тороидальной полости с целью уменьшения потерь вращения при контакте ролика с диском; Кроме того, ролик коническая форма позволяет сбалансировать нормальные силы, в результате чего занятости упорного подшипникового ненужного.
Таким образом, можно объединить основные преимущества двух тороидальных геометрий с одним роликом (т.е. SHTV и SFTV), что приведет к значительному повышению общей эффективности передачи [13,14]. …Новейшие технологии тороидальных трансмиссий обеспечивают бесперебойную подачу энергии и повышенную топливную экономичность в приложениях CVT
Новые разработки для легковых и электромобилей, представленные на крупной конференции по трансмиссиям
24 июня, 2016 … Torotrak Group, ведущий разработчик и поставщик технологий по сокращению выбросов от транспортных средств и топливной эффективности, недавно представила новые достижения в технологии CVT (Continuously Variable Transmission), которые обещают повышенную энергоэффективность и производительность в легковых автомобилях, включая электромобили.
Ожидается, что разработки Torotrak, обеспечивающие более широкий диапазон передаточных чисел и бесперебойную подачу мощности, будут способствовать дальнейшему стимулированию популярности вариаторов, которые, как уже прогнозируется, достигнут к 2020 году глобальных продаж в 12 миллионов в год.
Выступая на Международном конгрессе VDI 2016 «Трансмиссия для транспортных средств» во Фридрихсхафене, Германия, 22 июня, Джон Фуллер, директор по концепциям и интеллектуальной собственности Torotrak Group, выступил с презентацией под названием «» Высокоэффективный вариатор с полным тороидальным тяговым приводом. — Технологические усовершенствования и применение в переднеприводных автомобилях с обсуждением последних достижений, оптимизирующих технологию вариаторов для рынка легковых автомобилей.
Объединив свой обширный опыт работы с трансмиссиями с главным и вспомогательным приводами, Torotrak разработал концепцию вариатора с передаточным числом до 12, управляемую недорогой исполнительной системой.
Вариатор подходит как для переднеприводных, так и для заднеприводных платформ и должен иметь высокую масштабируемость, при этом традиционная гидравлическая версия уже продемонстрировала уровни мощности, превышающие 300 кВт.
«Рыночные предпочтения меняются от традиционной автоматики к вариаторам», — прокомментировал Фуллер. «Наше решение может ускорить эту тенденцию, удовлетворяя потребности как переднего привода, так и потенциально заднеприводной компоновки, где высокие уровни крутящего момента и ограничения упаковки могут быть более сложными для традиционной технологии CVT.”
Опыт группы Torotrak в области вспомогательных приводов привел к снижению стоимости системы, в частности, за счет использования экономичного управления передаточным числом вариатора с использованием технологии PitchSteerTM. Это обеспечивает широкий диапазон передаточного числа, что может улучшить эффективность автомобиля различными способами: во-первых, за счет уменьшения количества рассеиваемой энергии при трогании с места, а во-вторых, за счет того, что двигатель может работать на более низких скоростях во время крейсерского движения. Кроме того, широкий разброс передаточных чисел вариатора позволяет использовать простые и эффективные конструкции трансмиссии, которые максимально используют «разделение мощности», при котором только часть движущей силы передается вариатором, а остальная часть передается по прямому механическому пути.
Трансмиссия также может быть сконфигурирована как IVT (бесступенчатая трансмиссия) с «нейтральной передачей», которая может дополнительно улучшить экономию топлива за счет устранения необходимости в неэффективном пусковом устройстве транспортного средства, которое теряет мощность при скольжении. Система может быть приспособлена к предпочтениям водителей на отдельных рынках, например, для создания привычных ощущений от вождения преобразователя крутящего момента.
Фуллер также объяснил, как электромобили могут извлечь выгоду из последних разработок вариаторов.«Увеличивая крутящий момент на колесах на низких скоростях автомобиля, тороидальный вариатор может улучшить способность преодолевать подъемы и производительность, или может быть инструментом для уменьшенной электрической трансмиссии, которая имеет более низкую стоимость и вес», — сказал он. «С вариатором, сконфигурированным для достижения КПД, превышающего 95%, также есть потенциал для увеличения диапазона электромобилей».
На презентации Torotrak Group также было рассмотрено влияние тороидальных вариаторов и бесступенчатых трансмиссий при использовании в автономных транспортных средствах. Обеспечивая постоянный крутящий момент за счет плавного переключения передач, технология позволяет преодолеть неприятное ощущение прерывания крутящего момента, к которому люди в таких транспортных средствах очень чувствительны.
О компании Torotrak
Torotrak (LSE: TRK) — новатор и поставщик низкоуглеродных транспортных технологий, специализирующийся на механических решениях, повышающих эффективность и снижающих выбросы CO2 в транспортных средствах. К ним относятся нагнетатель с переменным приводом V-Charge, ряд безредукторных трансмиссий с тяговым приводом Torotrak и система рекуперации энергии Flybrid, в которой используется маховик с механическим приводом для захвата кинетической энергии во время торможения и эффективного возврата ее к колесам.Команда инженеров компании работает с проверенными технологическими партнерами мирового уровня, чтобы обеспечить проверенный маршрут от прототипов до производства. В число клиентов входят крупные производители автомобилей и их поставщики в секторах легкой, тяжелой и внедорожной техники, а также ведущие команды автоспорта. www.torotrak.com
Контактная информация Torotrak для СМИ
Пол Чаддертон, Market Engineering
[email protected]
+44 (0) 1295 277050
Контактное лицо группы Torotrak
Софи Рэгг, сотрудник по маркетингу
Софи[email protected]
+44 (0) 1327 855190
Активы
Изображения можно загрузить в нашем отделе новостей без регистрации.
Или свяжитесь с [email protected].
Чтобы загрузить этот пресс-релиз в формате PDF, нажмите здесь
Теги:
Прогноз эффективности передачи мощности для двухрежимного полутороидального IVT
Бесступенчатая трансмиссия (IVT) — один из методов, используемых для увеличения охвата передаточного числа.В этой статье была разработана технология динамического анализа поведения для бесступенчатой трансмиссии, использующей полутороидальный вариатор в качестве устройства переключения. Коэффициент тяги тягового масла, используемого для полутороидального бесступенчатого трансмиссионного трансмиссии, сильно варьируется в зависимости от скорости скольжения контактной поверхности, контактного давления и температуры жидкости. В этом документе для определения коэффициента использовались значения измерений, полученные на четырехвалковой машине, а затем он был применен к анализу динамического поведения. Использование идентифицированного коэффициента тяги позволило спрогнозировать характеристики передачи мощности полутороидального вариатора.Чтобы воспроизвести упругую деформацию в реальных условиях эксплуатации, в исследовании использовался метод конечных элементов (МКЭ) для моделирования. Эта модель также использовалась для визуализации фрикционного состояния тяговых поверхностей во время работы. Получено изменение состояния вращения на поверхности тяги для разницы в соотношении скоростей. Для управления передаточными числами применялось управление с обратной связью на основе механизма переключения полутороидального вариатора. Были смоделированы и другие компоненты бесступенчатой трансмиссии, такие как сцепление и планетарная передача, и была разработана технология для анализа динамического поведения бесступенчатой трансмиссии, включая режим циркуляции мощности.Используя эту модель, в это время можно рассчитать усиленный крутящий момент вблизи нейтральной точки редуктора и рассчитать крутящий момент внутренней циркуляции. Модель смогла предсказать эффективность передачи мощности IVT. Результаты показали, что эффективность бесступенчатой трансмиссии снижалась по мере приближения передаточного числа к нейтральной точке редуктора в режиме циркуляции мощности, но эффективность вариатора в то время составляла около 90%. Прогнозы эффективности передачи мощности IVT были в пределах 5% от измеренных значений для каждого передаточного числа.
- URL записи:
- Наличие:
- Дополнительные примечания:
- Реферат перепечатан с разрешения SAE International.
- Авторов:
- Танака, Масахиро
- Сайто, Тошихиро
- Миямато, Кодзи
- Конференция:
- Дата публикации: 2018-4-3
Язык
Информация для СМИ
Предмет / указатель
Информация для подачи
- Регистрационный номер: 01728889
- Тип записи: Публикация
- Агентство-источник: SAE International
- Номера отчетов / статей: 2018-01-1060
- Файлы: TRIS, SAE
- Дата создания: 8 октября 2018 12:56
% PDF-1.7 % 300 0 объект > endobj xref 300 158 0000000016 00000 н. 0000004061 00000 н. 0000004275 00000 н. 0000004327 00000 н. 0000004354 00000 п. 0000004401 00000 п. 0000004437 00000 н. 0000005089 00000 н. 0000005279 00000 н. 0000005452 00000 н. 0000005586 00000 н. 0000005723 00000 н. 0000005858 00000 п. 0000005994 00000 н. 0000006130 00000 н. 0000006264 00000 н. 0000006399 00000 н. 0000006533 00000 н. 0000006670 00000 н. 0000006804 00000 н. 0000006941 00000 н. 0000007079 00000 п. 0000007217 00000 н. 0000007387 00000 н. 0000007526 00000 н. 0000007665 00000 н. 0000007804 00000 н. 0000007943 00000 п. 0000008080 00000 н. 0000008219 00000 п. 0000008356 00000 п. 0000008541 00000 н. 0000008695 00000 н. 0000008849 00000 н. 0000008921 00000 н. 0000008993 00000 н. 0000009043 00000 н. 0000009115 00000 п. 0000009165 00000 п. 0000009237 00000 п. 0000009286 00000 н. 0000009358 00000 п. 0000009408 00000 п. 0000009480 00000 н. 0000009529 00000 п. 0000009601 00000 п. 0000009651 00000 п. 0000009723 00000 п. 0000009772 00000 п. 0000009843 00000 н. 0000009893 00000 п. 0000009964 00000 н. 0000010013 00000 п. 0000010084 00000 п. 0000010134 00000 п. 0000010205 00000 п. 0000010254 00000 п. 0000010324 00000 п. 0000010374 00000 п. 0000010444 00000 п. 0000010493 00000 п. 0000010565 00000 п. 0000010615 00000 п. 0000010664 00000 п. 0000011349 00000 п. 0000011977 00000 п. 0000012743 00000 п. 0000013454 00000 п. 0000014206 00000 п. 0000014956 00000 п. 0000015665 00000 п. 0000016314 00000 п. 0000016473 00000 п. 0000016629 00000 п. 0000016795 00000 п. 0000016943 00000 п. 0000017100 00000 п. 0000018288 00000 п. 0000019476 00000 п. 0000019635 00000 п. 0000019713 00000 п. 0000042492 00000 п. 0000042923 00000 п. 0000043349 00000 п. 0000044252 00000 п. 0000063040 00000 п. 0000063541 00000 п. 0000063968 00000 п. 0000064867 00000 п. 0000083401 00000 п. 0000083705 00000 п. 0000084041 00000 п. 0000084934 00000 п. 0000087463 00000 п. 0000087734 00000 п. 0000088101 00000 п. 0000089141 00000 п. 0000091413 00000 п. 0000091626 00000 п. 0000091669 00000 п. 0000092147 00000 п. 0000092414 00000 п. 0000107973 00000 н. 0000125899 00000 н. 0000126269 00000 н. 0000126534 00000 н. 0000141691 00000 н. 0000155734 00000 н. 0000156083 00000 н. 0000156311 00000 н. 0000156388 00000 п. 0000257680 00000 н. 0000259679 00000 н. 0000259884 00000 н. 0000278301 00000 н. 0000278781 00000 н. 0000279208 00000 н. 0000280107 00000 н. 0000280166 00000 н. 0000280249 00000 н. 0000280332 00000 н. 0000280404 00000 н. 0000280501 00000 н. 0000280575 00000 н. 0000280615 00000 н. 0000280689 00000 н. 0000280931 00000 н. 0000280973 00000 п. 0000281060 00000 н. 0000281102 00000 н. 0000281144 00000 н. 0000281266 00000 н. 0000281308 00000 н. 0000281382 00000 н. 0000281424 00000 н. 0000281498 00000 н. 0000281532 00000 н. 0000281579 00000 п. 0000281666 00000 н. 0000281820 00000 н. 0000281867 00000 н. 0000281954 00000 н. 0000282094 00000 н. 0000282141 00000 п. 0000282228 00000 н. 0000282334 00000 п. 0000282381 00000 н. 0000282468 00000 н. 0000282526 00000 н. 0000282573 00000 н. 0000282660 00000 н. 0000282714 00000 н. 0000282761 00000 н. 0000282885 00000 н. 0000282932 00000 н. 0000283028 00000 н. 0000283070 00000 н. 0000003456 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 457 0 объект > поток xb«b`b`g«9 ̀
2019 Руководство по ресурсам SAE Corporate Learning GV — P18294612
МОЩНОСТЬ И ДВИЖЕНИЕ
• Гипоидное кольцо и ведущая шестерня — Основные сведения о зубчатом колесе — Обзор конической спирали — Гипоид
В этом двухчасовом курсе будут обсуждаться упаковка, функциональность и экономика архитектуры IVT, а также выявлены положительные и отрицательные аспекты IVT.В обсуждаемых бесступенчатых трансмиссиях используется особый тип бесступенчатой трансмиссии, называемый двухроликовым полным тороидальным вариатором (DFTV), который является наиболее компактной и эффективной технологией вариатора, доступной в настоящее время. Цели обучения Участвуя в этом курсе, вы сможете: • Описывать в основном физический механизм, задействованный в тяговых приводах, и функциональные компоненты DFTV-CVT • Описывать и проиллюстрировать механический принцип IVT с использованием CVT, включая гибридные варианты • Определить где функциональные атрибуты IVT могут быть лучше всего использованы в реальных транспортных средствах • Сравните рентабельность, преимущества упаковки и гибкость конструкции IVT • Определите философию системы управления, необходимую для IVT • Разработайте репрезентативные имитационные модели реальных транспортных средств с использованием IVT трансмиссия, если вы знакомы с программным обеспечением для моделирования, таким как Simulink® Кто должен посещать Этот курс направлен на потребности инженеров, участвующих в выборе или проектировании наиболее подходящих решений трансмиссии, которые должны посещать.От этого выиграет широкий круг профессионалов из числа OEM-производителей и производителей трансмиссий Tier1, включая технических продавцов и инженеров по управлению. Тематический план • Введение Что такое IVT? −− Преимущества упаковки, веса и стоимости −− Функциональность с IVT; внедорожники и гибриды • Тяговые приводы и тороидальные вариаторы — Тяговые приводы — Тороидальные вариаторы; полный, половинный и двойной ролик; вращение и эффективность −− рулевое управление, зажимные и паразитные потери • «Single Regime IVT» −− выбор соотношения для оптимальной производительности; важность разброса передаточного числа CVT −− Рециркуляционная мощность, нейтральная передача; как они управляются в IVT — «Карта» эффективности IVT, использующего DFTV-CVT • Direct Over Drive (DOD) как метод максимальной эффективности в круизе • Конструкция трансмиссии для компактного внедорожника с внедорожником Возможности — Функциональная спецификация OEM; максимальный крутящий момент и рабочий цикл колеса — Концепция и предварительный проект — Проверка конструкции • Составные части IVT, соответствующей спецификации и трансмиссии, стоимость
−− Обзор торцевого фрезерования vs.торцевое фрезерование −− Проверьте, как правильно установить зубчатую передачу −− Проверить правильное пятно контакта −− Важность предварительного натяга подшипника и как его настроить −− Процедура обкатки −− Размер шин, точность спидометра • Осевые валы −− Основная функция — — Материалы — Детали шлицевого соединения • Приводные валы — Примечания относительно приводного вала — Карданный шарнир: Замена; Размеры; Методы фиксации • Угол шестерни
Инструктор: Стоимость: 1415 долларов США
Джозеф Палаццоло
1,3 CEU
URL:
sae.org / learn / content / c1113 /
Бесступенчатая трансмиссия с использованием тороидального вариатора тяги Веб-семинар Воспроизведение 2 часа | Идентификатор курса по требованию № PD331709ON Бесступенчатая трансмиссия (IVT) — это подмножество бесступенчатой трансмиссии (бесступенчатой трансмиссии), определяемое как устройство, которое имеет диапазон соотношений скорости входного вала и скорости выходного вала, который включает бесконечное передаточное число выходная скорость равна нулю. Обычно эти устройства включают в себя как положительные, так и отрицательные передаточные числа по обе стороны от нуля, что дает возможность двигаться вперед и назад в состоянии покоя без сцепления: IVT могут улучшить характеристики транспортного средства, сохраняя или превосходя контрольные функциональные возможности и производительность.IVT — хороший кандидат для будущих экономичных автомобилей, особенно гибридов и AWD. IVT может поддерживать превосходную функциональность и производительность при одновременном снижении уровня CO 2 в парке автомобилей. В настоящее время трансмиссией IVT не пользуются никакие транспортные средства, кроме тяжелых тракторов. Ряд компаний рассматривали возможность внедрения IVT, но им не удалось найти экономичное решение с достаточным потенциалом роста, чтобы оправдать его внедрение, несмотря на привлекательные функциональные преимущества. Использование недавно разработанного двухроликового полноповоротного тороидального вариатора — бесступенчатая трансмиссия (DFTV-CVT) позволило получить гораздо более простое решение с бесступенчатой трансмиссией, которое может быть изготовлено с потенциально более низкой стоимостью, чем другие конструкции вариаторов ременного или цепного типа и / или многоскоростные трансмиссии. Технология, представленная в этом веб-семинаре, основана на сочетании двухроликового тороидального тягового привода (DFTV-CVT) с планетарной зубчатой передачей (PGT).
181
3 способа получить ценовое предложение без обязательств по доставке курса вашей компании: Позвоните в SAE Corporate Learning по телефону +1.724.772.8529 | Заполните онлайн-запрос цен на sae.org/corplearning | Напишите нам по адресу [email protected]
www.sae.org
Сделано с информационным бюллетенем FlippingBook Online
.