Вариатор

Клиноремённый вариатор с клиновой цепью

Вариа́тор (лат. variātor «изменитель») — устройство, передающее крутящий момент и способное плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения может производиться автоматически, по заданной программе или вручную. В автомобилестроении имеет обозначение CVT (англ. Continuously Variable Transmission).

Вариатор применяется в механизмах, машинах (агрегатах), где требуется бесступенчато изменять передаточное отношение: автомобилях, мотороллерах, снегоходах, квадроциклах, конвейерах, металлорежущих станках, мешалках и др. В стационарных устройствах вместо вариаторов обычно применяется регулируемый электропривод. В некоторых вариаторах также применяются гидротрансформаторы.

Диапазон регулирования (отношение наибольшего передаточного числа к наименьшему) обычно 3—6, реже 10—12.

Бесступенчатые передачи нашли широкое применение в приводах скутеров. Трансмиссия состоит из вариатора, расположенного на коленчатом валу, приводного ремня и узла центробежной муфты, соединенной с парой скользящих дисков, и пружины натяжения ремня, расположенной на валу главной передачи. При обеспечении достаточного охлаждения, использовании прочных материалов и предотвращении попадания грязи (например, песка) внутрь коробка передач может передавать очень высокую мощность и работать много десятков тысяч километров, после чего необходимо заменить изношенный приводной ремень и вариатор.

Также было создано несколько мотоциклов, в которых использовалась бесступенчатая трансмиссия, одной из наиболее характерных моделей является Aprilia Mana 850.

В последних автомобильных решениях для автоматических коробок передач CVT для передачи крутящего момента используются специальные цепи с пластинами очень высокой прочности, расположенными поперек оси цепи. Они заменили клиновые ремни. Это решение используют, в частности, Audi, Honda, Mitsubishi, Nissan (Altima, Cube, Juke, Maxima, Micra, Murano, Note, Qashqai, Rogue, Sentra, Sunny, Tiida и др.), Сузуки и Тойота.

Виды механических вариаторов

• Фрикционные вариаторы:
  • лобовые;
  • конусные;
  • шаровые;
  • многодисковые;
  • торовые;
  • волновые;
  • дискошариковые;
  • клиноремённые.
• Вариаторы зацепления:
  • цепной вариатор.
  • высокомоментный вариатор
  • сегментный вариатор

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ФРИКЦИОННЫХ ВАРИАТОРОВ

Фрикционный клиноремённый вариатор		Фрикционный конусный вариатор с ремнём		Фрикционный многодисковый вариатор с роликом		Фрикционный торовый вариатор
1		2		3		4

Принцип работы фрикционного торового вариатора

Вариатор изображён на иллюстрации 4 выше.

Если оси дисков и роликов перпендикулярны, то ролик катится по ручьям обоих дисков по равноудалённым от оси путям на обоих дисках, то есть проходит одинаковые пути на обоих дисках — вариатор работает как прямая передача. Если наклонить оси вращения роликов так, что точка пересечения осей уйдёт в сторону ведомого диска, то по ручью ведущего ролики будут бежать по меньшему радиусу, а по ручью ведомого — по большему, а так как пути они проходят одинаковые по обоим дискам, то на один оборот ведущего придётся меньше одного оборота ведомого — передача будет понижающей. Если наклонить оси в обратную сторону — передача станет повышающей.

Paботa вариатора

Тороидная вариаторная трансмиссия системы Хейса, устанавливалась на автомобили марки Austin. Середина 1930-х.

В основе большинства современных автомобильных вариаторов — клиноременная передача. Левая боковина на ведущем шкиве и правая на ведомом подвижные. Зазор между боковинами в простейшем случае определяется центробежным регулятором, также могут применяться нагрузочные муфты. При повышении частоты вращения двигателя и ведущего вала боковины ведущего вала сдвигаются, тем самым посадочный диаметр шкива увеличивается, а коэффициент передачи — уменьшается.

Ременная передача целесообразна для мопедов и автомобилей особо малого класса; для более тяжёлых машин применяется цепная передача на том же конструктивном принципе.

Такая трансмиссия сама по себе не может ни стоять на месте, ни двигаться задним ходом — потому в большинстве автомобилей с вариаторами имеются гидротрансформатор и один планетарный ряд. Существует гибрид вариатора и робота — вариатор со сцеплением. В мопедах — автоматическое (центробежное) сцепление.

Вариатор не может работать с огромными крутящими моментами — на «низких передачах», используемых для резкого старта и форсирования препятствий, ведущий шкив имеет минимальный размер, и весь крутящий момент передаётся через минимальную площадь ремня. Возможна прокрутка ремня, что очень вредно — царапается шкив, что ускоряет износ всего вариатора. На плохих дорогах бывает и такое: машина буксует на льду, добуксовывает до дороги и цепляется за неё, что тоже может привести к прокрутке. Этому есть несколько решений:

• Электроника ограничивает мощность мотора в рискованных режимах.
• Планетарный ряд, расположенный после вариатора, преобразует скорость в силу и этим частично разгружает вариатор (линейка трансмиссий Subaru Lineartronic).
• Всю нагрузку берёт на себя стартовая передача, действующая в обход вариатора (Toyota Direct-Shift CVT, появившаяся в 2018 — некоторые модели Toyota Corolla, Lexus UX200).

См. также

• Гидротрансформатор
• Бесступенчатая трансмиссия

Литература

• Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — С. 416. — ISBN 5-7695-1384-5.
• Новый политехнический словарь / Под ред. Ишлинского А. Ю.. — М.: Большая Российская энциклопедия., 2003. — С. 671. — ISBN 5-7107-7316-6.
• Гузенков П. Г. Детали машин: Учеб. для вузов. — 4-е, испр. — М.: Высш. шк., 1986. — С. 359.
• Матасов Е. Б. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. — Машиностроение, 1977. — С. 143.
• Пылаев Б. В. Основы динамики высокомоментных вариаторов. — № 7. — Вестник машиностроения, 2004. — С. 16-22.
• Пылаев Б. В. Высокомоментные вариаторы нефрикционного типа: Научное издание. — МГАУ им. В. П. Горячкина, 2000. — С. 60.
• Труханович Г. В. Универсальная бесступенчатая передача: Международный научно-технический журнал «Изобретатель». — № 5-6. — Минск, 2010. — С. 22-27.

Ссылки

• Как устроен вариатор
• Теоретические основы зубчатой бесступенчато регулируемой передачи
• Устройство и особенности автомобильных вариаторов
• Вариатор. Бесступенчатая трансмиссия
• Вариатор (вариаторная коробка передач). Подробно - что это такое и как вы его можете убить.