С помощью чего передается вращение между шкивами вариатора

13

АКПП типа вариатор (CVT) — принцип работы, слабые места. Инструкция — как "убить" вариатор.

Автомобилей с вариаторами все больше на наших улицах. Этот тип трансмиссии имеет свои сильные и слабые стороны по сравнению с классическим гидро автоматом. CVT — трансмиссия проще и дешевле в производстве. "Переключение передач" — бесступенчатое. Хотя на самом деле — в вариаторе — нет "ступеней". Происходит плавное изменение передаточного числа.
Кратко рассмотрим устройство современного вариатора.

Упрощенно, большинство современных клиноременных вариаторов включают в себя механическую часть, которая состоит из двух раздвижных конусных шкивов и металлического клинового ремня. Именно поэтому такой вариатор называют клиноременным. Передаточное число трансмиссии изменяется за счет сдвигания/раздвигания шкивов. Также, к механической части относится механизм переключения заднего хода.

Типичный вариаторный ремень показан на фото ниже

Ремень состоит из пакета стальных лент и надетых на них металлических пластин. В результате получается гибкая ременная передача.

Управляет механической частью электрогидравлический блок, в просторечии "гидроблок" . В состав ряда вариаторов также может входить гидротрансформатор для передачи крутящего момента от двигателя. Гидроблок, гидротрансформатор и механизм заднего хода — все эти узлы довольно надежны и редко выходят из строя "просто так, по старости".

Для понимания принципа работы вариатора, для начала — вспомним… велосипедную цепь. Крутим педалями большУю шестерню, вращение передаётся на малую шестерню. И при этом, малая шестерня вращается быстрее, пропорционально разнице в диаметрах шестерен.
В варианторе — два шкива, между которыми натянут ремень. Шкивы могут менять диаметр вращения по которому проходит ремень. Таким образом — можно менять передаточное отношение между ведущим и ведомым валами.
Диаметр вращения ремня на каждом из валов — меняется плавно. Если конусы ведущего вала — СЖИМАЮТСЯ — ремень перемещается к внешней стороне своеобразного шкива. При этом — шкивы ведомого вала — раздвигаются. И наоборот.

Ремень — наборный, состоит из стальных пластин. Передача вращения от шкива к ремню происходит за счет ТРЕНИЯ стальной поверхности шкивов о боковую поверхность стального наборного ремня.

Как показывает практика, самым слабым узлом вариатора является ремень. на втором месте — шкивы.

В процессе работы ремень испытывает большие нагрузки. Именно поэтому некоторое время назад вариаторы устанавливали в основном на микролитражки. Со временем ремни стали надежнее.Но часть конструктивных особенностей — устранить нельзя по определению. Например, ремень вариатора не любит резких динамических нагрузок, особенно знакопеременных.
Другими словами, при сильных рывках в трансмиссии он может порваться, что нередко и происходит. На фото ниже показан порванный ремень. Видим, что от повышенных нагрузок рвутся боковые стальные наборные ленты, и ремень рассыпается.
Ремень вариатора не любит резких динамических нагрузок, особенно знакопеременных, т.е. различных рывков в трансмиссии. Такие рывки возникают при резком старте, при пробуксовках, раскачке вперед-назад и т.д.

порванные стальные ленты.

Так как обрыв ремня происходит во время работы трансмиссии, элементы ремня тут же попадают в движущиеся детали трансмиссии, и владельцу очень повезет, если на шкивах при этом не образуются задиры, а приводные валы не заклинит. Ниже показаны детали порванного ремня внутри вариатора.

А теперь внимание! — анти"инструкция" для тех, кто хочет поскорее убить свой вариатор :))), что нужно делать:

1. У вас должна быть динамичная манера вождения: резкие старты со светофора, выезд с примыкающей дороги с пробуксовкой колес и т.д.
2. Застряв в снегу или грязи, выбирайтесь из дорожного плена с помощью раскачки вперед-назад. Чтобы побыстрее убить вариатор, паузы между переключениями нужно делать как можно меньше. Как вариант — долго и резко буксуйте.
3. Аналогично, паркуясь или маневрируя, не дожидайтесь полной остановки автомобиля, переключайте режимы вперед-назад прямо в движении.
4. Никогда не отказывайтесь, если вас просят помочь выдернуть другой автомобиль из грязи/снега или отбуксировать его на тросе.
5. Смело запрыгивайте на придорожные бордюры. Эти удары распределятся равномерно между подвеской и трансмиссией.
6. Не обращайте внимание на рекомендуемые заводом спецификации рабочей жидкости. Если написано на канистре CVTF (т.е. жидкость для вариатора) — смело заливайте, спецификации придумали трусы. А если после этого в трансмиссии появились рывки, компенсируйте их манерой вождения (см. п.1).
7. Как можно реже меняйте жидкость в вариаторе, а еще лучше никогда. Это позволит накопить деньги на будущий ремонт агрегата.
8. Никогда не прогревайте автомобиль перед поездкой, особенно при минусовых температурах. Время, сэкономленное на прогревах вариатора, можно будет использовать для его ремонта.

Вот такие нехитрые рекомендации позволят довольно успешно прикончить эту простую и в общем-то неприхотливую трансмиссию. .

Компания ZFcenter выражает благодарность нашему подписчику petrovich35 за основную идею и материалы для данной статьи.

Меняйте масло вовремя, не доводите до критического износа, и будет Вашей коробке счастье!

Надеемся, статья была интересной и познавательной.
Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить интересную и полезную информацию!)

Капитальный ремонт АКПП BMW, Audi, Land Rover, Jaguar, Volkswagen, Jeep, Cadillac, Infiniti, VOLVO, Renault, TOYOTA. Бесплатная диагностика АКПП. Онлайн консультации. Бесплатная эвакуация.
Москва

Принцип работы вариатора в автомобиле: преимущества бесступенчатой КПП

В чем суть? Принцип работы вариатора в автомобиле помогает понять преимущества и недостатки такой КПП. В его основе отсутствие передач как таковых (поэтому его еще называют бесступенчатой коробкой), что приводит к более плавному набору скорости.

На что обратить внимание? Так как существуют два основных типа вариатора, то и их функционирование будет обладать своими особенностями. Автолюбителям важно понимать, как работает КПП и что от нее ждать при эксплуатации, чтобы правильно выбрать модель автомобиля.

Вопросы, рассмотренные в материале:

Устройство и принцип работы вариатора в автомобиле

Под вариатором понимается коробка передач с вариативным (то есть плавным) изменением передаточного числа вращения с первичного на вторичный вал. Визуально крайне сложно установить, что на автомобиле установлен именно вариатор, так как внешне он не отличается от стандартной АКПП (ручка переключения режимов имеет те же обозначения: P, R, N, D).

Главным отличием является принцип работы вариатора в автомобиле. Если кратко, то привычных шестерен, соединяющихся с определенными передаточными числами, здесь нет. Крутящий момент передается с неограниченным количеством таких чисел, что позволяет обеспечить наиболее комфортный режим работы для силового агрегата.

Вариатор обеспечивает плавное трогание машины с места, без рывков, а во время движения передаточное число меняется бесшумно и без участия в этом процессе сцепления.

Вариаторы имеют 2 разные конструкции:

• Клиноременная. Это превалирующий тип, который используется в 95 % случаев.
• Тороидная. Имеет весьма сложное устройство и из-за этого практически не выпускается.

В современных автомобилях управлением работой вариаторов занимаются электронные блоки. В компьютерных программах заложены виртуальные ступени, которые соответствуют требуемому режиму – соотношению частоты оборотов и передаваемого усилия (так, например, при движении по грязи или снегу требуется, чтобы колеса не столько быстро крутились, сколько обеспечивали повышенную тягу).

1. Клиноременные вариаторы

Это наиболее распространенные типы вариационной трансмиссии, которые устанавливаются на машинах марок Nissan, Infiniti, Audi и др. Разберем последовательно принцип работы такого вариатора в автомобиле.

Первичный вал здесь называется главным (или ведущим) шкивом, он через коробку сцепления связан с коленвалом двигателя. Вторичный вал называется ведомым шкивом, который уже жестко связан с колесами. Связь между главным и ведомым шкивом осуществляется при помощи ременного сообщения.

Регулировка передаточного числа происходит путем изменения так называемых эффективных диаметров шкивов. Они разделены на 2 одинаковые половинки (разрезаны поперек оси). Обе части посажены на шлицу вала (каждый своего: главный шкив – на первичный вал, ведомый шкив – на вторичный) и имеют возможность двигаться: сходиться и расходиться. Сечение внутренней канавки каждого шкива имеет коническую форму. Ремень, которым данные шкивы объединены, обладает постоянным сечением.

Таким образом, сходясь, половинки увеличивают эффективный диаметр окружности, по которой осуществляется соприкосновение ремня и шкива, а при их расхождении эффективный диаметр уменьшается. Здесь используется закон рычага, только применительно к блокам: что выигрываешь в силе, то проигрываешь в расстоянии.

Больший эффективный диаметр главного шкива передает на вторичный вал большую скорость окружности, но соответственно, меньшее усилие. А если увеличивать эффективный диаметр ведомого шкива, то вторичный вал будет вращаться с меньшей скоростью, зато будет иметь больший момент усилия.

В момент трогания с места на колеса должно поступать большее усилие. Поэтому на главном шкиве образуется минимальный эффективный диаметр (половинки шкива, имеющие конусную форму, разводятся); ведомый шкив при этом выставляется в положение с максимальным эффективным диаметром (половинки, наоборот, сходятся вместе до соприкосновения).

Получается, что главный шкив совершает несколько оборотов для того, чтобы ведомый совершил всего один. Нагрузка на двигатель в данном случае минимальная, впрочем, мотор при этом должен выдавать большие обороты.

После того как машина уже разгонится, необходимость в большом усилии отпадает, зато, как правило, нужно разогнаться еще сильнее. Эффективный диаметр главного шкива плавно возрастает (его клиновидные половинки сходятся), а ведомого, наоборот, уменьшается (половинки расходятся), что опять же обеспечивает мотору комфортный режим работы с точки зрения формируемого усилия.

Когда у главного шкива образуется наибольший эффективный диаметр (его половинки сходятся вместе до упора), а на ведомом шкиве при этом половинки разведены полностью, обеспечивая минимальный эффективный диаметр, то в этом случае вариатор сообщает автомобилю максимальную скорость при наименьшем тяговом усилии.

Таким образом, принцип работы вариатора в автомобиле заключается в плавном изменении эффективных диаметров ведущего и ведомого шкивов. Сам же вращательный момент передается при помощи ремня, движущегося между шкивами.

В данном случае какие-либо ремни, осуществляющие передачу вращения с вала на вал, отсутствуют. Их миссию выполняют ролики, а место шкивов здесь занимают торы – валы, имеющие характерную вогнутую форму поверхностей щек, перпендикулярных оси их вращения, в виде тороидов. По краям оси размещены ведомые торы, а в центре – ведущий (иногда наоборот).

Торы располагаются по отношению друг к другу своими вогнутыми щеками, между которыми имеются ролики (как правило, их по 3 шт. с каждой стороны от ведущего тора). Таким образом, одной своей кромкой ролик прижимается к ведущей торроидальной поверхности, а другой кромкой – к ведомой. Если сделать разрез вдоль оси, то в сечении торроидальные пространства, образованные ведущим и ведомым торами, будут представлять собой правильные круги, в которых ролики играют роль диаметров.

Чтобы в данном случае вариатор поменял передаточное число, ролик должен поменять свое положение, просто повернувшись. Тогда, к примеру, одной своей кромкой он будет прижиматься к ведущему тору на меньшем его диаметре, чем на ведомом – в данном случае будет наблюдаться большая тяга в ущерб скорости вращения колес. Если же повернуть ролик в противоположную сторону, то главного тора он будет касаться уже на большем диаметре, а ведомого – на меньшем: тяга в данном случае станет меньше, зато скорость увеличится.

Отличия вариатора от АКПП

Основные отличия вариаторной трансмиссии ощущаются во время движения машины. Например, при ускорении двигатель не издает характерного шума, соответствующего нарастанию оборотов. Вообще, с учетом того, что все модели автомобилей, на которых устанавливаются вариаторы, оснащаются электронными блоками управления, моторы в них почти что всегда работают в одном нешироком диапазоне оборотов (даже во время приемистого разгона или резкого торможения).

Иногда это сильно сбивает с толку водителей, имеющих недостаточный опыт езды на таких машинах: им кажется, что движок запаздывает, резво не реагируя на нажатие педали акселератора. Но эти ощущения субъективны и обманчивы – оснащенный вариатором автомобиль ничуть не менее приемисто набирает скорость, нежели машины, обладающие классической коробкой передач.

Вариатор обеспечивает максимальную эффективность использования ресурса мощности двигателя: обороты двигателя соответствуют необходимым в настоящий момент с учетом требований водителя (который давит на педаль газа) и особенностей движения. Поэтому у двигателя не возникает нужды перенапрягаться, что приводит к ощущению того, что мотор как бы «завис».

Ступенчатая (дискретная) КПП требует от двигателя периодического увеличения числа оборотов, после чего осуществляется переход на более высокую передачу и новый набор оборотов. Вариатор же предоставляет мотору возможность вообще не менять режима работы (число оборотов вращения) за счет плавного изменения передаточных чисел.

Однако специально для неопытных водителей некоторые автопроизводители регулируют моторы машин с вариаторами таким образом, чтобы все-таки обороты у них изменялись и звучание соответствовало скорости движения.

Нужно отметить, что тормозить двигателем на машине с вариаторами – плохая идея. На ремень трансмиссии в данном случае передаются несвойственные ему функции, в результате чего он очень быстро изнашивается. (Но торможение двигателем – это вообще не самый оптимальный способ сбрасывания скорости).

Плюсы и минусы вариатора

Разберем плюсы и минусы вариаторов.

Начнем с преимуществ:

• Обеспечение исключительно плавного хода. Никаких толчков и рывков, а переключение передач как таковое отсутствует вовсе.
• Динамичность разгона. Мощность в данном случае не проседает (как в случае с классической коробкой, когда вы бросаете акселератор перед тем, как выжать сцепление). CVT (вариаторная коробка), таким образом, позволяет раскрыть весь мощностной потенциал машины.
• Высокий КПД двигателя. Вариатор дает больший коэффициент полезного действия – на 5-10 % больше, чем в состоянии обеспечить автоматическая коробка передач.
• Экономичность. В сущности, она вытекает из факта высокого КПД. К тому же сам вариатор потребляет меньше энергии, чем классические коробки передач, благодаря малому числу трущихся деталей и скромному механическому сопротивлению. Кроме того, вариатор обеспечивает работу мотора в наиболее эффективном режиме, то есть при тех оборотах, когда силовой агрегат выдает наибольшую работу при минимальном потреблении топлива.
• Минимум вибраций и шумов. В вариаторе просто нечему шуметь.
• Простота конструкции. Если посмотреть на схему устройства вариатора, то даже неопытному новичку становится понятно, как его регулировать. Как следствие, это обеспечивает большую надежность трансмиссии.

А теперь о недостатках:

• Полностью электронный контроль управления. Электронный блок управления ориентируется на показания многочисленных датчиков, и если какой-то из них будет поврежден, то возникнет риск аппаратной или даже системной ошибки, устранить которую можно лишь с привлечением высококвалифицированных специалистов.
• Возможность перегрева. Вариатор не переносит длительной поездке в режиме «газ в пол». Также плохо переносится пробуксовка. Передающий ремень в данном случае изнашивается очень быстро.
• Обслуживание вариатора (в плане тонкой настройки) стоит очень дорого: начиная от масла, цена которого намного выше, чем у моторного, и заканчивая самим ремнем, который нужно менять каждые 100 тыс. км.

Читайте также!

Надежность вариатора

Не все вариаторы одинаковы, и различные их конструкции отличаются той или иной степенью надежности (к примеру, есть случаи, когда некоторые модели ломались, не «доехав» до гарантийного срока):

• Принцип работы вариатора JF015E в автомобилях «Рено-Ниссан», Nissan Juke, Nissan Qashqai, Renault Fluence и Kaptur (с 1,6-литровыми двигателями) классический. Только он комплектуется двухступенчатой планетарной передачей, оптимизирующей конструкцию. Однако износ здесь наблюдается очень сильный и быстрый. Одной из причин является низкое качество стали, в результате чего гидросистема оказывается засорена стружкой. Пробег более 100 тыс. км можно считать удачей. При этом ремонтировать JF015E не имеет особого экономического смысла. Лучше приобрести новый.

Но есть и прямо противоположные примеры:

• Модель Jatco (с внутризаводским обозначением JF011E) не имеет выраженных недостатков конструкции. При этом принцип работы вариатора в автомобиле (устанавливается на некоторых моделях «Тойота», на Nissan Qashqai, X-Trail с объемами двигателя в 2,0 и 2,5 литра) тот же самый.
• Вариатор Jatco JF010E, устанавливаемый на Nissan Murano и Teana с 3,5-литровыми 6-цилиндровыми двигателями, способен обеспечивать без единой поломки пробег вплоть до 200 тыс. км. При этом из строя они выходят, в частности, из-за износа подшипников.

Что автолюбители говорят о принципе работы вариатора в автомобиле

1. Управление тягой

«Негативной чертой вариатора является невозможность управления тягой иуправляемостью. Так что для использования в спортивном режиме машины, оснащенные вариаторами, практически не годятся. Приходится использовать режим эмуляции ступеней».

«Если эксплуатировать машину с вариатором правильно, то ремень в шкивах проскальзывать не будет. Фактически двойные звенья цепи опираются на внутренние щеки шкивов точечно. Так что здесь потери на трение минимальные. Основная потеря в мультитронике (на приводе гидравлики)».

«С пользовательской точки зрения вариатор ничем не отличается от АКПП: переключать передачи не надо (нужно только рычагом выставить режим); электронный блок управления двигателем и вариатором все сделает сам и определит оптимальное передаточное число в зависимости от нагрузки и требуемого ускорения. Двигатель только работает плавнее, чем в случае с АКПП».

«Если не заставлять машину на вариаторе делать то, для чего она не предназначена (например, месить глину на бездорожье), а также при соблюдении правил эксплуатации (своевременной замене масла), то вариатор прослужит и 300 тыс. км. Проблема именно в дисциплинированности водителя и соблюдении режима замены масла (ведь на механике толком никто ничего никогда не меняет). Кстати, современные вариаторы отличаются намного меньшей надежностью из-за западающего клапана в масляном насосе. Старые конструкции были качественнее».

«Вариатор у меня уже служит 185 тыс. км. Масло ему меняю каждые 60 тыс. км. Катаюсь между столицами, в Крым (по серпантинам), иногда по зимникам езжу и даже по бездорожью (но без фанатизма). Двигаюсь не «по-пенсионерски» (разгоняюсь), но в меру».

Вполне возможно, что вариатор скоро вытеснит и КПП, и АКПП. Он крайне прост и весьма эффективен. Особый акцент конструкторы делают на комбинированных моделях, когда движок сможет работать в идеальном режиме, а избыток энергии будет рекуперироваться и использоваться при разгонах транспортного средства.

С помощью чего передается вращение между шкивами вариатора

Вариатор — особый подвид автоматических коробок передач. Придуманный много лет назад, распространение он получил только сейчас.

Листая автомобильные каталоги, многие встречали такую фразу: «На автомобиль устанавливается бесступенчатый вариатор». Или могли увидеть это словосочетание в таблице технических характеристик. Что такое механическая коробка передач, знают все (кроме, разве что, американцев), к «автомату» тоже давно все привыкли (особенно американцы). А вот вариатор — зверь малоизвестный. А ведь он далеко не новинка.

Вы удивитесь, но принадлежит это изобретение не Хонде и даже не Мерседесу. Патент на вариатор был выдан в конце XIX века! Более того, первый вариатор придуман и вовсе в 1490 году. Его автором оказался добродушный бородач Леонардо да Винчи.

Первый работоспособный автомобиль с этим типом трансмиссии, правда, появился не в эпоху Возрождения, а попозже — лет через пятьсот, в 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 широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.

По сути, вариатор (наиболее распространённое англоязычное обозначение — CVT — continuously variable transmission) — это, простите за тавтологию, вариация на тему автоматической коробки передач. И автомобиль, оборудованный им, 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 . 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.

здесь нет толчков при трогании и «переключении». И не зря мы написали это слово в кавычках: переключений как таковых тут и нет. Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число по мере разгона или замедления автомобиля.

Вариаторы бывают нескольких типов: клиноремённые со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные… Первый тип — самый распространённый. Посмотрим, как он устроен.

Вот наглядный пример: возьмём два карандаша (цилиндра), лежащих параллельно на некотором расстоянии друг от друга. Стягиваем их резинкой и начинаем крутить один из них. Тут же начинает крутиться и второй — с той же скоростью. Но если карандаши будут разного диаметра, начинается совсем другая история — пока один из них, что побольше, сделает один оборот, второй, скажем, два.

Вариатор устроен похоже, только диаметр «карандашей» у него постоянно меняется. У него два шкива, каждый из которых сделан в виде пары конусов, обращённых острыми концами друг к другу. А между шкивами зажат клиновый ремень.

Теперь, если каждая из пар конусов может двигаться друг к другу и обратно, мы получим шкивы с переменным рабочим диаметром. Ведь при раздвижении конусов ремень, соприкасающийся с ними своими рёбрами, будет как бы проваливаться к центру шкива и обегать его по малому радиусу. А при сближении конусов — по большому радиусу.

Осталось только снабдить оба шкива системой (как правило, это гидравлика, но может быть и иной сервопривод), которая будет строго синхронно сдвигать половинки первого шкива и раздвигать половинки второго. И если один шкив находится на ведущем валу (который идёт от двигателя), а второй — на ведомом (который ведёт к колёсам), то можно организовать изменение передаточного отношения в весьма широких пределах.

Остаётся ещё добавить узел, отвечающий за изменение направления вращения выходного вала (для заднего хода), а это может быть, скажем, обычная планетарная передача. И вот готова коробка-вариатор.

Кстати, интересный вопрос — какой тут используется ремень? Разумеется, простой ремень из резины и ткани, наподобие тех, что вращают генераторы и прочее навесное оборудование, здесь не прожил бы и тысячи километров. Ремни в клиноремённых вариаторах имеют сложное устройство.

Это может быть стальная лента с неким покрытием или набор стальных тросов (лент) сложного сечения, на которые нанизано огромное число тонких поперечных стальных пластинок трапецевидной формы, края которых и контактируют со шкивами. Кстати, именно таким образом удалось создать толкающий ремень, передающий мощность не только той его половиной, которая бежит от ведомого к ведущему шкиву, но и противоположной. Обычный ремень при попытке передать сжимающее усилие просто сложился бы, а наборный стальной — обретает жёсткость.

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.

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 вариатор 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.

А ещё на некоторых машинах можно выбрать режим с несколькими «виртуальными» передачами (с 6 или даже 8), задаваемыми электроникой. Передачами, между которыми вариатор будет резко перескакивать, словно классическая коробка «автомат». Ещё в этом случае можно переключать «передачи» по собственному желанию. Как на «автомате» с ручным секвентальным (последовательным) режимом.

Таким образом, у вариатора масса достоинств. Но есть и недостатки. Например, сравнительно небольшая, по современным меркам, «перевариваемая» мощность двигателя. Не зря такие коробки начали своё шествие по миру на машинах малого класса. Да и сейчас мощные автомобили — все сплошь и рядом укомплектованы либо «механикой», либо классическими «автоматами», либо роботизированными коробками.

Правда, прогресс идёт. И тут нельзя не вспомнить рекордсменов. Скажем, на Audi A4 2.0 TFSI клиноремённый вариатор Multitronic (с цепью) без проблем справляется с потоком в 200 «лошадей».

Можно возразить, что класс D — это ещё не всё. Для автомобилей представительского и бизнес-класса, и тем более для крупного внедорожника — 200 сил уже не назовёшь такой уж большой величиной. Но достижения самых современных вариаторов на этом не исчерпываются. Так, на кроссовер Nissan Murano с 3, V6 мощностью 234 лошадиные силы ставят клиноремённый вариатор . Это одна из самых крупных и тяжёлых моделей, оснащённых вариатором. А что будет завтра?

Второй недостаток вариаторов — сравнительно дорогое обслуживание и ремонт, специальная, а значит, недешёвая, трансмиссионная жидкость. Ремённые вариаторы могут через каждые тысяч километров пробега требовать замены ремня. Масло при этом стоит несколько дороже, чем для «автомата», но зато менять его можно чуть реже — ориентировочно через тысяч километров для разных моделей автомобилей.

И всё же вариаторы получают всё большее и большее распространение на машинах самых разных классов, к тому же и стоят они, обычно, дешевле хороших «автоматов» классического типа.

Поскольку вариаторы располагают бесконечным числом передач, они позволяют двигателю работать на наиболее выгодных режимах — нужна ли нам (на светофорных гонках) максимальная мощность, или, напротив, плавность и наименьший расход топлива (при спокойной езде). Потому модели с вариаторами отличает, при прочих равных, высокая экономичность, сочетающаяся с не менее приличной динамикой.

Кстати, в последнее время наметилась тенденция к росту числа передач у классических «автоматов». В последних моделях встречается уже 8 передач (на легковой, заметим, машине). И делается это именно для сочетания высокой динамики и экономичности. Скоро увидим автоматы с десятью ступенями или даже с двенадцатью? А вот вариаторы уже находятся там, куда обычные автоматы с их переключаемыми планетарными рядами никогда не придут. Ведь число передач у вариатора бесконечно.

Вариатор (CVT) — бесступенчатая вариаторная коробка передач

Вариатор (CVT) — бесступенчатая коробка передач, которая в определенном диапазоне позволяет добиться максимально плавного изменения передаточного числа. Главным отличием вариаторной коробки передач от аналогов является достаточно эффективное использование мощности ДВС.

Коробка CVT (от англ. Continuously Variable Transmission, «все время изменяющаяся трансмиссия») позволяет наилучшим образом изменять крутящий момент от ДВС, передаваемый на колеса, с учетом нагрузок на двигатель, скорости движения ТС 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 вариаторных КПП, однако на автомобилях используется клиноременный и тороидный вариатор, при этом клиноременной вариатор встречается намного чаще.

Устройство современной коробки-вариатора включает в себя такие элементы:

• Специальный механизм, который отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на вариатор, а также разъединяет коробку и ДВС при постановке на нейтральную передачу;
• Сама коробка-вариатор (другое название «вариаторная передача»), а также отдельный механизм, который позволяет автомобилю двигаться назад;
• Электронная система управления коробкой с входными и выходными датчиками;

Что касается самой КПП, клиноременной вариатор включает в себя одну или две ременные передачи. Такая передача фактически является двумя шкивами, которые соединяются при помощи клиновидного ремня. Шкив образует пара конических дисков, причем диски могут сдвигаться и раздвигаться. Так удается менять диаметр самого шкива.

Чтобы сдвинуть конусы, задействовано гидравлическое давление, усилие пружины и центробежная сила. Конические диски расположены под углом наклона 20°. Это позволяет ремню перемещаться по поверхности шкива, при этом сопротивление минимально.

На начальном этапе такие вариаторы оснащались ремнем из резины, однако ресурс самого ремня оказывался небольшим. Сегодня вместо резины устанавливается металлический ремень вариатора. Такой ремень прочный и гибкий, при работе КПП создается меньше шума, а также решение служит заметно дольше, чем резиновый аналог.

Данный тип отличается от клиноременного вариатора тем, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи во время ее точечного контакта с коническими дисками. При этом сами конические диски выполнены из прочной стали, а клиноцепной вариатор имеет наилучший КПД.

Что касается управления вариатором, система электронная, производит синхронное изменение диаметра шкивов с учетом режимов работы двигателя автомобиля. Также осуществляется управление сцеплением и планетарным редуктором.

Еще добавим, что тороидный вариатор отличается от описанных выше ременных и цепных аналогов тем, что имеет два соосных вала. Такие валы имеют сферическую или тороидную поверхность. Между валами зажимаются ролики.

Чтобы изменить передаточное число в таком вариаторе, необходимо менять положение роликов. При этом крутящий момент передается посредством сил трения между рабочими поверхностями.

Как работает вариатор в автомобиле

Если говорить о принципе работы вариаторной коробки, диаметр шкива вариатора постоянно изменяется. Изменение реализует сервопривод. Когда автомобиль только трогается с места, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, то есть конические диски полностью разведены.

Как видно, вариатор путем уменьшения и увеличения диаметров шкивов позволяет двигателю работать в оптимальном режиме, чтобы получить максимум мощности и добиться лучшей динамики.

Плюсы и минусы вариатора

Прежде всего, такая трансмиссия является бесступенчатой. Это значит, что во время езды отсутствует необходимость переключаться на так называемы «ступени», при этом происходит постоянное преобразование крутящего момента, нет задержек между переключениями со ступени (передачи) на ступень.

В результате достигается максимальный комфорт при езде на машине с вариатором. Однако данное решение не лишено недостатков. Прежде всего, установка такой трансмиссии предполагает определенные ограничения по мощности и крутящему моменту, то есть вариатор не ставят на автомобили с мощным двигателем. Еще одним минусом является сложность устройства самой вариаторной коробки передач, низкая ремонтопригодность и дороговизна самого ремонта вариатора.

Автоматическая коробка передач (АКПП, АКП) «классического» типа с гидротрансформатором: устройство и принцип работы. Плюсы и минусы гидромеханической АКПП.

Плюсы и минусы контрактного мотора или коробки. Преимущества контрактных агрегатов, возможные нюансы и недостатки после покупки контрактного мотора и КПП.

Что такое КПП в автомобиле: назначение коробки передач, виды коробок передач, принцип работы, отличительные особенности трансмиссий.

Почему начинает капать или течет моторное масло на стыке двигателя и КПП. Как точно определить причину утечки смазки, способы диагностики и ремонта.

Устройство и принцип работы механической коробки передач. Виды механических коробок (двухвальная, трехвальная), особенности, отличия

Стыковка коробки передач и двигателя автомобиля. Соединение механической и автоматической трансмиссии с ДВС: на что обратить внимание, особенности и нюансы.

Вариатор

Передача вращающего момента в вариаторах происходит за счет сил трения — независимо от типа конструкции, регулирование передаточного отношения, как правило осуществляется путем переноса точек контакта элементов передачи. Рассмотрим несколько основных конструктивных схем вариаторов.

Лобовой вариатор

Принципиальная схема вариатора с перекрещивающимися валами (или лобового) показана на рисунке.

Ось ведомого вала перпендикулярна оси ведущего. На ведущем валу закреплен диск. Каток с фрикционными накладками установлен на шлицах ведомого вала. Получается, что каток может линейно перемещаться вдоль оси ведомого вала. Если каток вариатора прижат диску то вращение будет передаваться от ведущего вала к ведомому. Причем соотношение скоростей в вращающих моментов будет зависеть от расположения точки касания.

Чем ближе эта точка к центру тем медленнее будет вращаться выходной вал, и тем выше будет вращающий момент на нем.

• где n₁ — частота вращения ведущего вала
• n₂ — частота вращения ведомого вала
• X — расстояния от центра ведущего диска до точки касания
• r — радиус ведомого катка

Передаточное отношение вариатора (отношение, угловых скоростей, частот вращения, моментов) можно вычислить по формуле:

Диапазон регулирования лобового вариатора определяется минимальным и максимальным значением Х:

Представленная конструкция вариатора позволяет реализовать изменять и направление вращения ведомого вала. Если точку касания диска переместить в противоположную сторону от центра ведущего диска, то направление вращения ведомого вала изменится.

Вариатор с раздвижными конусами

Вариаторы этого типа получили широкое применяют в трансмиссиях автомобилей, мотоциклов, станков. Устройство вариатора с раздвижными конусами показано на рисунке.

Валы установлены в корпусе на подшипниках. Оси вращения ведущего и ведомого валов расположены параллельно.

На ведомом и ведущем валу расположены конические диски, которые могут перемещаться вдоль осей вращения.

Между дисками зажат стальное или армированное резиновый ремень. При вращении ведущего вала, вращение через ремень передается ведущему валу.

Получается, что диски образуют два шкива, между которыми расположен ремень, благодаря конструкции рабочий диаметр шкивов может изменяться, а значит будет меняться и передаточное отношение.

Отношение частот вращения валов вариатора будет зависеть от расположения точек касания дисков и конуса.

Чем дальше точка касания от оси вращения ведущего вала, и чем ближе к оси вращения ведомого, тем выше будет частота вращения ведомого вала.

Передаточное отношения вариатора с раздвижными конусам можно вычислить по формуле:

Диапазон регулирования можно вычислить, используя зависимость:

Вариатор с постоянными конусами и промежуточным диском

Устройство вариатора показано на рисунке.

На ведомом и ведущем валу вариатора закреплены конические барабаны, между которыми, на оси расположен каток. С помощью винта каток может перемещаться по оси. Пружина позволяет обеспечить надежное прижатие барабанов и катка.

Передаточное отношение вариатора будет зависеть от расположения точки касания катка и барабанов:

Диапазон регулирования будут определяться как:

Торовый вариатор

Конструкция торового вариатора показана на рисунке.

На валах расположены торовые чашки со сферическими поверхностями. Между чашечками установлены ролики, через которые вращающий момент передается от ведомого вала к ведущему.

Регулирование передаточного отношения осуществляется за счет изменения угла наклона роликов. Если ролики перпендикулярны дискам, то передаточное число будет равно 1.

Двухступенчатые вариаторы

Для диапазонов регулирования выше 10 рекомендуется применять двухступенчатые вариаторы, содержащие две фрикционные передачи. Разработаны конструкции с регулированием двух и четырех шкивов. В зависимости от способа перемещения дисков различают:

• вариаторы с принудительным перемещением двух дисков на ведущем и ведомом валах или на промежуточном валу и с двумя плавающими дисками;
• с принудительным перемещением двух дисков и с двумя подгруженными дисками;
• с принудительным перемещением четырех дисков.

КПД двухступенчатых вариаторов с плавающими дисками не составляет 60-85%. Применение схемы с четырьмя принудительно перемещаемыми дисками позволяет повысить КПД вариатора.

Применение вариаторов

Вариаторы используют в качестве бесступенчатой трансмиссии:

• автомобилей;
• сельскохозяйственных машин;
• волочильных станков; ;
• прокатных станов;
• токарно-винторезных станков;
• фрезерных станков;
• текстильных и других станков с намоточными устройствами.

Надежность вариаторов

Основным вектором развития вариаторов является повышение КПД, надежности и ресурса. Одна из главных задач — повышение долговечности ремня, при сохранении должных фрикционных свойств.

Другой важной задачей является поддержание хорошего качества поверхности и геометрии дисков.

Ресурс ремня вариатора

При работе вариатора в ремне возникают циклически изменяющиеся напряжения. Под действием циклического деформирования в элементах ремня необратимые возникают усталостные изменения — появляются микротрещины, надрывы, которые в итоге приводят к разрыву ремня.

Для повышения надежности работы вариатора для производства ремней используются современные износостойкие полимеры, композиционные материалы, применяется армирование, также разрабатываются конструкции с металлическими «цепными» ремнями.

Ресурс вариаторов современных автомобилей, по заверениям производителей, может достигать 150 — 200 тысяч километров, при грамотном обслуживании.

Масло для вариатора

Правильное подобранное масло позволяет значительно повысить ресурс и надежность вариатора.

Масло, залитое в вариатор должно обеспечивать следующие функции:

• смазывание поверхостей подвижных деталей;
• отвод тепла от нагретых элементов;
• удаление мелких частиц износа из зоны контакта трущихся деталей;
• предотвращении коррозии металлических поверхностей;
• сохранять характеристики в широком диапазоне рабочих температур.

Получается, что с одной стороны масло должно смазывать подвижные детали, с другой — не допускается проскальзывания ремня. Добиться этого помогает специальное масло низкой вязкости с присадками, отличающееся, от того, что заливают в в редукторы, коробки передач и т.д.

Важным фактротом надежности вариатора является и своевременная замена масла. На современных автомобилях масло в вариаторе рекомендуется менять не реже, чем каждые 30 тысяч километров пробега.

Вариатор

Передача вращающего момента в вариаторах происходит за счет сил трения — независимо от типа конструкции, регулирование передаточного отношения, как правило осуществляется путем переноса точек контакта элементов передачи. Рассмотрим несколько основных конструктивных схем вариаторов.

Лобовой вариатор

Принципиальная схема вариатора с перекрещивающимися валами (или лобового) показана на рисунке.

Ось ведомого вала перпендикулярна оси ведущего. На ведущем валу закреплен диск. Каток с фрикционными накладками установлен на шлицах ведомого вала. Получается, что каток может линейно перемещаться вдоль оси ведомого вала. Если каток вариатора прижат диску то вращение будет передаваться от ведущего вала к ведомому. Причем соотношение скоростей в вращающих моментов будет зависеть от расположения точки касания.

Чем ближе эта точка к центру тем медленнее будет вращаться выходной вал, и тем выше будет вращающий момент на нем.

• где n₁ — частота вращения ведущего вала
• n₂ — частота вращения ведомого вала
• X — расстояния от центра ведущего диска до точки касания
• r — радиус ведомого катка

Передаточное отношение вариатора (отношение, угловых скоростей, частот вращения, моментов) можно вычислить по формуле:

Диапазон регулирования лобового вариатора определяется минимальным и максимальным значением Х:

Представленная конструкция вариатора позволяет реализовать изменять и направление вращения ведомого вала. Если точку касания диска переместить в противоположную сторону от центра ведущего диска, то направление вращения ведомого вала изменится.

Вариатор с раздвижными конусами

Вариаторы этого типа получили широкое применяют в трансмиссиях автомобилей, мотоциклов, станков. Устройство вариатора с раздвижными конусами показано на рисунке.

Валы установлены в корпусе на подшипниках. Оси вращения ведущего и ведомого валов расположены параллельно.

На ведомом и ведущем валу расположены конические диски, которые могут перемещаться вдоль осей вращения.

Между дисками зажат стальное или армированное резиновый ремень. При вращении ведущего вала, вращение через ремень передается ведущему валу.

Получается, что диски образуют два шкива, между которыми расположен ремень, благодаря конструкции рабочий диаметр шкивов может изменяться, а значит будет меняться и передаточное отношение.

Отношение частот вращения валов вариатора будет зависеть от расположения точек касания дисков и конуса.

Чем дальше точка касания от оси вращения ведущего вала, и чем ближе к оси вращения ведомого, тем выше будет частота вращения ведомого вала.

Передаточное отношения вариатора с раздвижными конусам можно вычислить по формуле:

Диапазон регулирования можно вычислить, используя зависимость:

Вариатор с постоянными конусами и промежуточным диском

Устройство вариатора показано на рисунке.

На ведомом и ведущем валу вариатора закреплены конические барабаны, между которыми, на оси расположен каток. С помощью винта каток может перемещаться по оси. Пружина позволяет обеспечить надежное прижатие барабанов и катка.

Передаточное отношение вариатора будет зависеть от расположения точки касания катка и барабанов:

Диапазон регулирования будут определяться как:

Торовый вариатор

Конструкция торового вариатора показана на рисунке.

На валах расположены торовые чашки со сферическими поверхностями. Между чашечками установлены ролики, через которые вращающий момент передается от ведомого вала к ведущему.

Регулирование передаточного отношения осуществляется за счет изменения угла наклона роликов. Если ролики перпендикулярны дискам, то передаточное число будет равно 1.

Двухступенчатые вариаторы

Для диапазонов регулирования выше 10 рекомендуется применять двухступенчатые вариаторы, содержащие две фрикционные передачи. Разработаны конструкции с регулированием двух и четырех шкивов. В зависимости от способа перемещения дисков различают:

• вариаторы с принудительным перемещением двух дисков на ведущем и ведомом валах или на промежуточном валу и с двумя плавающими дисками;
• с принудительным перемещением двух дисков и с двумя подгруженными дисками;
• с принудительным перемещением четырех дисков.

КПД двухступенчатых вариаторов с плавающими дисками не составляет 60-85%. Применение схемы с четырьмя принудительно перемещаемыми дисками позволяет повысить КПД вариатора.

Применение вариаторов

Вариаторы используют в качестве бесступенчатой трансмиссии:

• автомобилей;
• сельскохозяйственных машин;
• волочильных станков; ;
• прокатных станов;
• токарно-винторезных станков;
• фрезерных станков;
• текстильных и других станков с намоточными устройствами.

Надежность вариаторов

Основным вектором развития вариаторов является повышение КПД, надежности и ресурса. Одна из главных задач — повышение долговечности ремня, при сохранении должных фрикционных свойств.

Другой важной задачей является поддержание хорошего качества поверхности и геометрии дисков.

Ресурс ремня вариатора

При работе вариатора в ремне возникают циклически изменяющиеся напряжения. Под действием циклического деформирования в элементах ремня необратимые возникают усталостные изменения — появляются микротрещины, надрывы, которые в итоге приводят к разрыву ремня.

Для повышения надежности работы вариатора для производства ремней используются современные износостойкие полимеры, композиционные материалы, применяется армирование, также разрабатываются конструкции с металлическими «цепными» ремнями.

Ресурс вариаторов современных автомобилей, по заверениям производителей, может достигать 150 — 200 тысяч километров, при грамотном обслуживании.

Масло для вариатора

Правильное подобранное масло позволяет значительно повысить ресурс и надежность вариатора.

Масло, залитое в вариатор должно обеспечивать следующие функции:

• смазывание поверхостей подвижных деталей;
• отвод тепла от нагретых элементов;
• удаление мелких частиц износа из зоны контакта трущихся деталей;
• предотвращении коррозии металлических поверхностей;
• сохранять характеристики в широком диапазоне рабочих температур.

Получается, что с одной стороны масло должно смазывать подвижные детали, с другой — не допускается проскальзывания ремня. Добиться этого помогает специальное масло низкой вязкости с присадками, отличающееся, от того, что заливают в в редукторы, коробки передач и т.д.

Важным фактротом надежности вариатора является и своевременная замена масла. На современных автомобилях масло в вариаторе рекомендуется менять не реже, чем каждые 30 тысяч километров пробега.