Что такое вариатор? Принцип его работы


Содержание

  1. Что такое вариатор?
  2. Общее устройство
  3. Типы сцеплений, используемых в современных автомобилях
  4. Типы вариаторов
  5. Как работают клиноременные вариаторы?
  6. Резиновая ременная передача
  7. Тороидный вариатор


Многие автолюбители даже не подозревают о том, что в их транспортном средстве присутствует такое устройство, как вариатор. Перед так как приступить к знакомству с принципом его работы, необходимо понять, что же все-таки из себя представляет вариатор и зачем, собственно, он нужен.

Что такое вариатор?

vidy-akpp-avtomaticheskaja-korobka-peredach-11Вариатор — это устройство, отвечающее за плавное переключение передачи в различных узлах и агрегатах. В зависимости от уровня количества оборотов силового агрегата и создаваемой нагрузки, происходит автоматическое изменение числа передач.
В наше время вариатор нашел применение в различных отраслях, однако, в качестве наиболее простого примера можно привести эскалатор, в котором вариатор отвечает за согласование скорости вращения лестницы и подвижных поручней.
Вариаторы активно используются в изготовлении станков для различных видов промышленности, в том числе химической, текстильной и машиностроении.

С момента изобретения вариатора, эти устройства не были предназначены для синхронизации крутящего момента между двигателем и трансмиссией. Однако с развитием технологического прогресса они стали широко применяться в производстве маломощных средств передвижения, таких как скутера, мотоциклы, снегоходы и другие.

Первые модели вариаторов были низкого качества и имели низкие эксплуатационные характеристики, в результате чего очень быстро выходили из строя. Впервые они начали использоваться голландскими инженерами в 1958 году в производстве коробок передач для автомобилей DAF 600, обладающим низким весом кузова и двигателем, мощностью в 22 лошадиные силы.

variator_fitting_09По мере развития автомобилестроения, которое охватывает 60-летний период, вариаторы претерпели значительных доработок и модернизаций, благодаря чему на основании этих устройств производятся большинство автоматических коробок передач.

Все современные производители автомобилей стремятся к созданию автомобилей, обладающих большим количеством преимуществ, нежели у их конкурентов. Вариаторные коробки передач, используемые в современных моделях автомобилей, обладают целым рядом преимуществ над своими аналогами:

  1. Более рациональное использование мощности двигателя;
  2. Снижение нагрузки на автомобиль, за счет рационального использования оборотов двигателя;
  3. Экономичное потребление топлива;
  4. Более плавный ход транспортного средства;
  5. Автоматическая регулировка крутящего момента.

Среди недостатков таких коробок передач можно выделить:

  1. Вариатор создает большую нагрузку на детали автомобиля из-за чего область их применения ограничена легковыми автомобилями;
  2. Дороговизна производства;
  3. Сложная технология производства;
  4. Вариаторы не подходят для работы с двигателями слишком большой мощности;
  5. Для привыкания к вариаторной коробке необходимо время.

Общее устройство

Вариаторные коробки передач состоят из следующих узлов:1343416572_4

  1. Электронная система управления;
  2. Вариатор;
  3. Механических узлов, отвечающих за распределение крутящего момента и перехода на нейтральную передачу.
  4. Планетарный механизм, отвечающий за передачу заднего хода.

Некоторые производители в производстве вариаторов могут использовать различные технические решения, улучшающие сцепление автомобиля.

Типы сцеплений, используемых в современных автомобилях:

  1. Трансматик — центробежное сцепление с автоматическим управлением;
  2. Мультиматик, мультитроник — многодисковое сцепление с электронным управлением;
  3. Гипер — электромагнитное сцепление с электронным управлением;
  4. Автотроник, Мультидрайв — система сцепления, основанная на использовании гидротрансформаторов, обеспечивающих мягкий старт автомобиля и равномерное распределение крутящего момента между двигателем и трансмиссией.

Типы вариаторов

В наши дни существует множество разновидностей вариаторов, однако, широкое применение в машиностроении нашли только два из них:

  1. Клиноременной;
  2. Тороидный.

Эти два типа устройств обеспечивают плавное изменение передаточного числа от двигателя к колесам автомобиля.

Как работают клиноременные вариаторы?

Клиноременной вариатор состоит из двух шкивов, имеющих форму конуса, и одного или двух клиновидных ремней, изготовленных из резины, цепи или металлических пластин. В зависимости от материала ремня зависит их долговечность. При этом принцип работы всех ременных передач идентичен. Инженеры предусмотрели возможность изменения диаметра шкивов путем их раздвижения или сдвижения.

Резиновая ременная передача

Резиновые ремни обладают высокой надежностью и долговечностью благодаря своей клиновидной форме. Контакт ремня и шкивов происходит за счет боковых сторон, благодаря чему увеличивается срок службы ременной передачи. Автомобиль на резиновых ремнях может пройти более 50 тысяч километров без их замены.

40f7ec46-6a5a-4dcf-9a6f-487bbb8822e4Переключение передач происходит благодаря изменению диаметра ведущего и ведомого шкивов. На малых оборотах двигателя ведущий шкив разжимается, а ведомый сжимается. По мере изменения числа оборотов изменяется и диаметр шкивов под воздействием центробежных сил и ряда приводов, в результате чего придаточное число также изменяется. Чем больше обороты, тем оно меньше.
За синхронность работы ведущего и ведомого шкивов при увеличении нагрузки на двигатель, в вариаторных коробках передач отвечает электронная система управления, отвечающая также за сцепление и работу планетарного редуктора, обеспечивающего автомобиль задним ходом.

Электронная система управления обеспечивает стабильную работу вариатора и позволяет ему поддерживать оптимальное число оборотов двигателя при движении автомобиля на максимальную передачу.

Как показали многочисленные эксперименты, для стабильной и продолжительной работы угол наклона шкивов должен находиться в 20-градусном положении. Изменение угла наклона происходит благодаря гидравлической системе, центробежным силам или пружинам.
Тем не менее резиновые ремни показали весьма низкие характеристики во время эксплуатации, поэтому в большинстве автомобилей применяются цепные передачи или ремни из металлических пластин. Подобное решение инженеров позволило продлить срок службы ременных передач и в значительной степени снизить уровень шума автомобиля при движении.

Помимо этого, еще существуют гибридные вариаторы, переключение крутящего момента в которых происходит за счет металлической цепи, изготовленной из отдельных пластин, соединенных между собой осями. Это позволило в несколько раз увеличить производительность шкивов, по сравнению с резиновыми ремнями, а также минимизировать потери крутящего момента при переключении передач. В этом случае управление вариатором осуществляется рычагом селектора. Этот тип вариатора активно используется в автомобилях иностранного производства. Помимо этого каждый производитель может модернизировать конструкцию вариатора исходя из конкретных требований к автомобилю.

Тороидный вариатор

Конструкция тороидного вариатора немного отличается от клиноременного. В основе этого устройства лежат два соосных сферических вала, вращающихся друг против друга. Валы зажимают между собой ролики, изменяющие передаточное число между ведущим и ведомым валами, в зависимости от своего положения. Передача крутящего момента между всеми узлами вариатора происходит под воздействием сил трения.

Основным недостатком тороидных вариаторов является пятно контактов роликов, снижающее производительность всей системы и срок Untitled2службы устройства. В пятне контакта создается огромная нагрузка, поэтому при изготовлении этого типа вариаторов необходимо использовать прочные материалы и надежную систему управления.

Например, американский автомобильный концерн Nissan, использующий в своих автомобилях вариаторы типа Extroid, решили проблему надежности и долговечности внедрением в вариатор особого гидравлического механизма, управление которым осуществляется электронной системой в автоматическом режиме. При этом рабочий диапазон между роликами составляет всего несколько микрон.
Несмотря на сложность производства и существующие недостатки, вариаторам еще предстоит претерпеть не одну модернизацию. Однако несмотря ни на что, этим устройствам уготовано светлое будущее, поскольку они более экономичны в эксплуатации и производстве.

Поделиться статьей

Читайте далее...

Оставить комментарий ВКонтакте



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *