Вариатор устройство: Страница не найдена

Вариатор устройство | Что такое бесступенчатая коробка передач

Бесступенчатая коробка передач теоретически является наиболее производительной коробкой передач. На автомобильном рынке автоматические трансмиссии приобретают все большее преимущество перед механическими коробками передач. Все благодаря борьбе за каждый грамм выбросов CO2, которые должны быть как можно меньше. Идеальное согласование передаточного числа с мгновенной нагрузкой и работа в оптимальном диапазоне оборотов – залог длительной эксплуатации автомобиля без единой поломки.

Содержание

1. Бесступенчая коробка передач – что это?
2. Почему вариатор – лучший выбор?
3. Как работает бесступенчатая коробка передач?
4. Применение вариаторов
5. Преимущества и недостатки бесступенчатых трансмиссий

Бесступенчая коробка передач – что это?

Каждая коробка передач, будь то механическая или автоматическая, имеет определенное количество передач, которые можно использовать. Пять лет назад это были 3- или 4-ступенчатые коробки передач. Прогресс рос и сегодня механические коробки передач с 6-ю передачами являются почти стандартными, а автоматические – имеют от 7 до 10 передач.

Между тем, у бесступенчатой трансмиссии есть ограничения только по минимальным и максимальным передаточным числам, а не по их количеству. Термин CVT (Continuous Variable Transmission), то есть бесступенчатая трансмиссия, не отражает суть конструкции. Чисто теоретически это бесконечное количество передач, имеющее только ограниченный диапазон.

Почему вариатор – лучший выбор?

Теоретически этот тип трансмиссии, дающий возможность выбора любого передаточного числа из определенного диапазона. Он может идеально согласовать его с мгновенной нагрузкой двигателя или потребностью в ускорении. Если предположить, что оптимальная скорость для средней нагрузки составляет, например, 2000 об/мин, то теоретически вы можете использовать только эту скорость, ускоряя или замедляя. Почему? Потому что за это время изменится только передаточное число.

Если мы ускоряемся динамически, наиболее эффективно использовать обороты, близкие к тем, при которых двигатель развивает максимальную мощность. Аналогично и в автомобиле, оборудованном коробкой передач CVT. Нажатие на педаль акселератора переключает передачу на ту, при которой двигатель развивает высокие обороты, а затем, когда скорость увеличивается, передача переключается на более высокую, сохраняя при этом постоянные обороты.

Таким образом, такая коробка передач позволяет всегда оптимально выбирать передаточное число в соответствии с текущими условиями движения и требуемым вращающим моментом.

Как работает бесступенчатая коробка передач?

Основным элементом трансмиссии является вариатор, то есть колеса конической формы (колесная пара). Их соединяет стальная цепь или ремень с несколькими сотнями звеньев с заданными шириной, толщиной и углом схождения. Один из них расположен на входном валу, другой – на выходном (сцепление и выходной вал соответственно).

Сердцем системы является контроллер коробки передач, входными параметрами которого являются положение педали акселератора, скорость движения и частота вращения двигателя. Контроллер управляет движением конических шестерен, которые скреплены цепью/ремнем, и, удаляясь и приближаясь друг к другу, изменяя их рабочий диаметр и, таким образом, изменяется передаточное число.

Все это напоминает работу шестерен в велосипеде с несколькими главными передачами. Но здесь количество передач не ограничено.

Применение вариаторов

Бесступенчатые трансмиссии лучше всего подходят для небольших и легких автомобилей с двигателями небольшой мощности и, прежде всего, малым крутящим моментом.

Огромную роль играет максимально допустимая нагрузка на приводную цепь/ремень, которая в современенных машинах невелика. Поэтому, если в городских автомобилях вариаторы прослужат довольно долго (крутящий момент ниже 200 Нм), агрегаты с наддувом, особенно дизели (более 300 Нм), являются проблемой.

В настоящее время вариаторы используют в основном японские производители, в том числе и в довольно больших автомобилях, часто с полным приводом.

Преимуществом вариатора должна быть экономия топлива, но на самом еле это случается редко, поскольку трансмиссия требует довольно специфического, мягкого стиля вождения и чувствительности. Динамика тоже должна быть преимуществом, но на практике конструкция коробки передач вызывает большие потери мощности. Однако он отлично работает с дизелями, которые создают высокий крутящий момент при низкой скорости вращения, что приводит как к низкому расходу топлива, так и к отличной динамике.

На деле вариатор имеет два основных преимущества. Первый – плавная работа, второй – быстрое переключение между прямым и обратным ходом – почти мгновенное. В свою очередь, практический, хотя и субъективный, недостаток – это принцип работы системы привода. Водители нелестно отзываются о равномерном звуке двигателя, который не меняет обороты на всем разгоне. Впечатление похоже на вождение трамвая: машина разгоняется, а оборот не увеличивается.

Вариатор: устройство, виды, принцип работы вариаторной коробки передач — Autodromo

Вариатор или вариаторная КПП представляет собой бесступенчатую трансмиссию, позволяющую автоматически регулировать передаточное число для преобразования крутящего момента, передаваемого от двигателя на колеса автомобиля.

Как правило, вариаторные КПП устанавливаются на легковых авто, квадроциклах, мотороллерах и снегоходах. Если мы говорим об автомобилях, то в большинстве случаев они  могут оснащаться клиноременным или тороидным (были попытки, но на сегодняшний день все они, похоже, прекращены) вариатором.

Наиболее популярным стал клиноременный вариатор, который впервые был установлен в автомобилях марки DAF в начале 60-х годов 20 столетия.

Да, вариаторы были изобретены очень давно, еще в 19 веке, но их не использовали из-за того, что наиболее простую конструкцию имеет клиноременный вариатор, но у него проблема всегда были, и остается до сих пор, но об этом чуть позже.

Содержание

1. Устройство вариатора
2. Клиноременный вариатор
3. Тороидный вариатор
4. Принцип работы вариатора
5. Покупать автомобиль с вариатором или не покупать?

Устройство вариатора

Конструкция вариаторной коробки передач достаточно проста и состоит из следующих деталей и механизмов:

• раздвижные шкивы – щеки, клиновидной формы, которые расположены на валу;
• механизм для обеспечения вращения колес и установки рычага акселератора в нейтральном положении;
• механизм для переключения заднего хода;
• система управления

Вообще, видов вариаторов придумано достаточно много, порядка десяти, но реальную путевку в жизнь, по всей видимости, получит только клиноременный вариатор и его модификации такая, как, например, клиноцепной вариатор.

Схема: Audi AG

Клиноременный вариатор

Для начала рассмотрим устройство клиноременного вариатора, как одной из самых перспективных КПП в будущем. Такой тип вариатора представляет собой соединенные ремнем шкивы и, собственно, все.

Простота конструкции, ее дешевизна и весьма неплохая надежность — все это плюсы клиноременного вариатора, добавьте сюда максимальную эффективность работы двигателя, да еще и обеспечивает экономию топлива по сравнению с механической КПП и АКПП при одинаковой динамике езды.

Полагаю, теперь понятно, почему вариаторам прочат отличное будущее. Но не все так безоблачно. Есть в вариаторе проблемы, которые решаются до сих пор…

Надежность ремня

Ремень испытывает большие нагрузки, поэтому он должен быть очень прочным. До недавнего времени ремень для вариаторов изготавливался так же, как и все остальные ремни, используемые в двигателе для привода различных систем, он был матерчато-резиновым.

Естественно, что он не мог долго воспринимать серьезные нагрузки. Ремень растягивался, рвался довольно быстро, поэтому вариаторы ставили только на маломощные двигатели.

Но потом придумали стальной клиновидный ремень и ремень в виде цепи, что позволило использовать вариаторы на довольно мощных автомобилях, например, Nissan выпускает с вариаторами автомобили с мощностью двигателя 262 л.с., что для большинства автолюбителей, учитывая наши налоги на автомобиль, запредельная мечта.

Устройство стального ремня для вариатора

Вариаторная цепь

Высокий температурный режим работы

Зацепление ремня и шкивов в вариативной коробке происходит за счет сил трения, а это, как все мы знаем, приводит к повышению температуры.

До сравнительно недавнего времени не было технологий, чтобы сделать шкивы и стальной ремень достаточно прочными, чтобы они не разрушались в местах контакта.

В добавок к этому было изобретено специальное масло, которое не снижает трение, а наоборот, увеличивает его. Это необходимо для того, чтобы ремень не проскальзывал, а цеплялся за шкивы.

Помимо этого высокая температура оказывает негативное воздействие на электронный блок управления и частенько, к сожалению, выводит его из строя.

Очень много грязи

Ввиду того, что в вариаторе постоянно трутся с большим усилием ремень и шкивы, то очень быстро накапливаются частички металла, которые сильно загрязняют масло.

Грязное масло, как вы понимаете, начинает разрушать, по сути, всю коробку. Эта проблема решается установкой фильтров, очищающих масло.

Пока вариаторы все же уступают в надежности механике и автоматам, но, тем не менее, компании не прекращают попыток усовершенствовать их, поскольку уж очень заманчивы их плюсы.

Вариаторы, которые сейчас устанавливаются на Nissan при умеренной езде и своевременном техническом обслуживании способны проходить 200.000 км, что не так уж и мало, если разобраться.

Итак, вернемся к работе вариатора клиноременного типа…

Шкивы образуется дисками конической формы, способными совершать движения на сближение/расхождение, с целью изменения диаметра шкива. Диски приводятся в движение вдоль вала гидроцилиндром.

Для соединения шкивов применяется клиновидный ремень, состоящий из тонких полос, изготовленных из металла и связанных между собой специальными пластинками. Вращающий момент достигается благодаря трению, которое возникает между поверхностями шкива и ремня.

На колеса в современных вариаторах вращение передается с помощью гидротрансформатора и  дифференциала.

Включение задней передачи на вариаторе выполняется при помощи планетарки заднего хода. Блок управления предназначен для реализации основных функций вариаторной КПП – управления сцеплением, осуществления контроля над работой редуктора, изменения положения шкивов с учетом рабочих режимов двигателя.

Как уже ранее упоминалось, различают два вида приводных вариаторов – клиноременный и клиноцепной.

Клиноцепной вариатор оснащается цепью, состоящей из металлических звеньев (или пластин), соединенных осями клиновидной формы. Подобная конструкция цепи является более гибкой и эффективной для преобразования и передачи вращательного момента на колеса.

Если в клиноременном вариаторе, вращение колес обеспечивается за счет толкательного усилия, то в клиноцепном вариаторе – благодаря тянущему усилию.

Клиноцепные вариаторы использует на своих автомобилях Audi и Subaru.

Тороидный вариатор

Такой тип вариатора состоит из двух валов (дисков, похожих на бублик) клиновидного типа, один из них является главным, другой – ведомым. Между валами расположены ролики, совершающие передвижения в вертикальном направлении, а также вращения в горизонтальном направлении вокруг собственной оси.

Передаточное число в вариаторе данного вида изменяется за счет выбранного положения роликов, а также их радиусов. Иными словами, когда ролик соединяется с маленьким радиусом главного вала и большим радиусом второстепенного вала – происходит переключение на низкую передачу.

Выбор высокой передачи осуществляется в обратном порядке. Переход на прямую передачу происходит в том случае, когда ролик соприкасается с валами в одном радиусе.

Сложная конструкция и отсутствие технологий и материалов, способных выдержать нагрузки в таком устройстве пока заставили производителей отказаться от этого вида вариаторов, но такие автомобили существовали в реальности и выпускались массово, например Nissan Cedric.

Принцип работы вариатора

Принцип работы вариатора понять очень просто, если вы хотя бы раз катались на горном или спортивном велосипеде, имеющем по несколько звездочек у педалей и на заднем (приводном) колесе.

Вы наверняка знаете, что если у педалей перекинуть цепь на самую маленькую звездочку, а на колесе выбрать самую большую, то педали крутятся очень легко, можно взобраться в почти любую гору, но при этом невозможно сильно разогнаться.

Для разгона необходимо сделать все наоборот:  у педалей цепь перекинуть на самую большую звездочку, а на колесе – на самую маленькую.

Это будут два крайних режима работы передачи, а все остальные комбинации промежуточные.

Теперь представьте, что звездочки слились в конус, а цепь превратилась в ремень, перекинутый через эти конусы. Вот и получился вариатор, а принцип работы остался неизменным.

Изменение диаметров конусов (шкивов) на ведущем и ведомом валах позволяют изменять скорость автомобиля.

В процессе езды вариатор только поддерживает наиболее подходящие обороты автомобильного двигателя для обеспечения выбранной скорости движения и динамических показателей автомобиля, что и позволяет экономить топливо.

Для наглядности пара видео с Youtube:

Покупать автомобиль с вариатором или не покупать?

Для начала запишитесь на тест-драйв и прокатитесь на каком-нибудь автомобиле с вариатором. Если вам понравится то, как этот автомобиль набирает скорость, как он управляется, то задуматься о машине с вариатором стоит.

Зная, что у вариаторов до сих пор есть проблемы с долговечностью, то приходит в голову мысль о том, что если машина новая или прошла совсем немного, то брать ее стоит. Если же пробег у автомобиля более 50000 км, то уже стоит задуматься.

Стоит так же учесть и условия эксплуатации автомобиля. Если вы ездите по хорошим дорогам, не перегружаете автомобиль, не используете его в качестве такси, то взять вариатор и насладиться его преимуществами можно.

Если же вашему автомобилю суждено испытывать различного рода перегрузки, то лучше присмотреться к автоматической или механической коробке передач.

Что такое вариатор и как он работает

« Вернуться к Глоссарию Указатель

Вариатор (CVT) — это бесступенчатая трансмиссия, которая в определенном диапазоне позволяет добиться наиболее плавного изменения передаточного числа. Главное отличие вариаторной коробки передач от аналогов – достаточно эффективное использование мощности двигателя внутреннего сгорания.

Вариаторная коробка (постоянно меняющаяся трансмиссия) позволяет наилучшим образом изменять крутящий момент от ДВС, передаваемый на колеса, с учетом нагрузки двигателя, скорости автомобиля и т.д. В результате вариатор позволяет добиться высокой топливной экономичности.

Отличительные особенности, устройство и принцип работы вариатора

Начнем с того, что существует несколько типов коробок передач CVT. Однако в автомобилях используется клиноременный и тороидальный вариатор, тогда как клиноременный вариатор встречается гораздо чаще.

Устройство современной вариаторной коробки включает в себя следующие элементы:

• Специальный механизм, отвечающий за передачу крутящего момента от двигателя к вариатору, а также отключающий коробку и ДВС при переводе в нейтраль ;
• Сама вариаторная коробка (другое название «трансмиссионный вариатор»), а также отдельный механизм, позволяющий автомобилю двигаться назад;
• Электронная система управления коробом с входными и выходными датчиками;

Для передачи крутящего момента от двигателя можно использовать гидротрансформатор, центробежную автоматическую муфту, электромагнитную муфту с электронным управлением и многодисковую муфту. Часто для этих целей используется гидротрансформатор (ГДТ), позволяющий добиться плавности хода и тем самым увеличить ресурс вариаторной коробки передач.

Что касается самой коробки передач, то клиноременный вариатор включает одну или две ременные передачи. Эта трансмиссия на самом деле представляет собой два шкива, которые соединяет клиновой ремень. Шкив образует пару конических дисков, и диски могут двигаться и расширяться. Таким образом, можно изменить диаметр самого шкива.

Для перемещения конусов используются гидравлическое давление, сила пружины и центробежная сила. Конические диски расположены под углом 20°. Это позволяет ремню скользить по поверхности шкива с минимальным сопротивлением.

На начальном этапе такие вариации комплектовались резиновым ремнем, но ресурс самого ремня оказался мал. Сегодня вместо резины установлен металлический ремень вариатора. Такой ремень прочный и гибкий, при работе коробки передач создается меньше шума, а также решение служит гораздо дольше, чем резиновый аналог.

Сила трения передает вращение между шкивами вариатора и боковой поверхностью ремня. Кроме того, в некоторых вариаторах может использоваться стальная цепь. В данном случае речь идет о клино-цепном вариаторе.
Этот тип отличается от клиноременного вариатора тем, что торцевая поверхность цепи передает крутящий момент при ее точечном контакте с коническими дисками. При этом конические диски изготовлены из прочной стали, а клино-цепной вариатор имеет наилучший КПД.

Также отметим, что вариатор не способен обеспечить возможность движения назад. В коробку интегрированы различные механизмы, чтобы у автомобиля с такой коробкой передач была задняя передача. Чаще всего это планетарная коробка передач, которая активно используется в АКПП.

Что касается управления вариатором, то система электронная; производит асинхронные изменения диаметра шкивов с учетом режимов работы двигателя автомобиля. Сцепление и планетарная коробка передач также управляются.

Водитель управляет коробкой передач с помощью селектора, а сами режимы напоминают режимы работы гидромеханической АКПП. Более того, в вариаторной коробке можно выбрать фиксированные передаточные числа, что позволяет реализовать функцию ручного переключения передач, как Типтроник, на АКПП.

Добавим также, что тороидальный вариатор отличается от описанных выше ременно-цепных аналогов тем, что имеет два соосных вала. Такие валы имеют сферическую или тороидальную поверхность. Ролики зажаты между валами.

Для изменения передаточного числа в таком вариаторе необходимо изменить положение роликов. В этом случае крутящий момент передается с помощью сил трения между рабочими поверхностями.

Как работает вариатор в автомобиле

Если говорить о принципе работы коробки вариатора, то диаметр шкива вариатора постоянно меняется. Изменение реализует сервопривод. Когда автомобиль только заводится, ведущий шкив вариатора имеет наименьший диаметр; то есть конические диски полностью разведены.

Ведомый диск в этот момент имеет наибольший диаметр, когда конические диски максимально сжаты. Когда частота вращения двигателя начинает расти, диаметр ведущего шкива увеличивается, а диаметр ведомого шкива уменьшается, что позволяет уменьшить передаточное число.
Как видите, вариатор за счет уменьшения и увеличения диаметров шкивов позволяет работать двигателю на оптимальном режиме для получения максимальной мощности и достижения лучшей динамики.

Плюсы и минусы вариатора

Во-первых, такая трансмиссия бесступенчатая. Это означает, что во время движения нет необходимости переключаться на так называемые «ступени», при этом происходит постоянное преобразование крутящего момента, отсутствуют задержки между переключениями со ступени (передачи) на ступень.

В результате достигается максимальный комфорт при управлении автомобилем с вариатором. Однако это решение не лишено недостатков. Во-первых, установка такой трансмиссии предполагает определенные ограничения по мощности и крутящему моменту; то есть на автомобили с мощным двигателем вариатор не устанавливается. Еще одним недостатком является сложность устройства самой трансмиссии вариатора, низкая ремонтопригодность и дороговизна самого ремонта вариатора.

« Вернуться к Глоссарию Указатель

ЧАСТОТНЫЙ ВАРИАТОР (ЧРП)

ЧАСТОТНО-ПРИВОДНЫЕ ПРИВОДЫ (ЧРП) ЭФФЕКТИВНО ЭКОНОМЯТ ЭНЕРГИЮ В НАСОСНЫХ ПРИМЕНЕНИЯХ; ОНИ УЛУЧШАЮТ ОПЕРАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ, В ОСОБЕННОСТИ ТАМ, ГДЕ ИМЕЕТСЯ УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКОМ

Частотно-регулируемый привод (VFD), также известный как привод с регулируемой скоростью, относится к системам между источником электропитания и электродвигателями . Они служат для регулирования скорости вращения двигателей переменного тока (AC). Кроме того, эти устройства служат промышленными регуляторами, которые находятся между источником питания и двигателем. Энергия из сети проходит через привод, который отвечает за регулирование этой энергии до того, как она достигнет двигателя, а затем регулирует частоту и напряжение в зависимости от требований процедуры или производственного процесса, в котором она применяется.

ТИПЫ ПРИВОДОВ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ

На рынке представлены различные типы приводов с регулируемой частотой, хотя все они очень похожи с точки зрения их работы. Однако, в общих чертах, три основных типа следующие:

Механический

Это самые старые модели, которые классифицируются следующим образом:

1. Вариатор с регулируемым шагом: и ремни, в которых можно изменить диаметр одного или нескольких шкивов.

2. Вариатор тяги: Передает мощность через металлические ролики и регулируется перемещением роликов для изменения площади контакта между ними.

Гидравлика

Они классифицируются следующим образом:

1. Гидростатический вариатор: Состоит из насоса и гидравлического двигателя, один оборот каждого из которых соответствует четко определенному объему перекачиваемой жидкости. Следовательно, скорость можно регулировать, регулируя регулирующий клапан или изменяя рабочий объем насоса или двигателя.

2. Гидродинамический привод: Использует гидравлическое масло для передачи механической мощности между входным рабочим колесом (на валу с постоянной скоростью) и выходным ротором (на валу с регулируемой скоростью).

3. Гидровязкостной привод: Имеет один или несколько дисков, соединенных с входным валом, которые будут находиться в физическом контакте (но не связаны механически) с одним или несколькими дисками, соединенными с выходным валом.

Электрическая электроника

К ним относятся как контроллер, так и электродвигатель, и с течением времени они значительно уменьшили объем и стоимость, повысив при этом эффективность и надежность устройств. В рамках этой типологии выделяют четыре подкатегории:

• Электроприводы постоянного тока (использовались в 1980-х и 1990-х годах для лучшего контроля крутящего момента и скорости).
• Вихретоковые преобразователи частоты (заменены преобразователями частоты).
• Приводы скольжения (используются в очень немногих приложениях из-за них
• Электроприводы переменного тока (также известные как преобразователи частоты и наиболее широко используемые на рынке сегодня).

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИВОДОВ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ 

Основное преимущество частотно-регулируемого привода (ЧРП) заключается в том, что он снижает потребление энергии в процессах, которыми он управляет, что приводит к значительному снижению эксплуатационных расходов.