Вариатор скутера: устройство, принцип работы и способы повышения ресурса
Вариатор скутера представляет собой вид трансмиссии, позволяющий изменять скорость перемещения транспортного средства без переключения «передач».
Вариатор состоит из двух шкивов, каждый из которых включает пару конических дисков, расположенных на оси. Один шкив (ведущий) соединяется с двигателем, второй передает вращение колесам.
Между щеками вариатора натягивается замкнутый клиновидный ремень, который может перемещаться от внешнего диаметра шкива к внутреннему, причем такое движение осуществляется синхронно – если диски одного шкива сжимаются, то щеки второго раздвигаются.
Каждый шкив имеет один зафиксированный диск и один подвижный.
Перемещение незафиксированного диска на каждом шкиве осуществляется по разному принципу. Диски ведущего шкива раздвигаются за счет роликов, ведомого – посредством работы пружины.
Ролики вариатора
Наружная сторона подвижного диска ведущего шкива имеет дорожки, в которых установлены ролики.
Рис. 1. Ролики вариатора на дорожках
Они изменяют свое положение под действием центробежной силы, выполняя функцию груза. При увеличении центробежной силы ролики перемещаются по дорожкам на внешний диаметр диска, тем самым отодвигая его от центра оси и двигая ремень на больший радиус.
К вопросу подбора веса грузов и их замены в случае истирания необходимо подходить очень серьезно, так как от этого зависит скорость скутера.
Слишком тяжелые ролики будут выталкивать ремень на внешний радиус диска даже на небольших оборотах, а ролики маленько веса не смогут этого сделать даже на повышенных оборотах.
Износ вариатора и способы увеличения ресурса
Вопреки распространенному мнению, вариатор является достаточно надежной трансмиссией. Однако для увеличения его ресурса и обеспечения стабильной работы необходимо соблюдать правила его обслуживания и эксплуатации.
Вариатор не предназначен для работы в экстремальных режимах с быстрой сменой скорости, ездой по бездорожью.
Наиболее распространенной причиной выхода вариатора из строя является износ его сопряженных компонентов, таких как ролики и контактирующие с осью поверхности подвижных дисков шкивов.
Высокое трение деталей в процессе работы вариаторов стимулирует истирание компонентов.
Повреждение роликов приводит к изменению их веса, круглые детали приобретают выраженные грани.
Рис. 2. Изношенные ролики вариатора
Вследствие этого скутер не может набрать максимальную скорость, так как слишком легкие ролики не способны переместиться по дорожкам на максимальное расстояние.
Износ оси и сопряженной с ним поверхности подвижного диска приводит к образованию зазора, потере плавности регулировки скорости, появлению скачкообразного движения и выходу шкива из строя.
Если замена роликов не становится серьезным финансовым вложением, то покупка или ремонт дисков оказывается дорогостоящей операцией.
Поэтому для обеспечения снижения износа контактирующих деталей все чаще применяют твердые смазки, которые не нуждаются в обновлении и защищают элементы от истирания.
Эффективным решением для повышения ресурса вариатора является использование антифрикционного твердосмазочного покрытия MODENGY 1002 на основе дисульфида молибдена.
Рис. 3. Детали вариатора с покрытием MODENGY 1002
Оно наносится на ролики, ось и контактирующую с ней поверхность диска для снижения износа и повышения плавности перемещения деталей, а также может применяться на внешней поверхности щек для обеспечения защиты от коррозии.
Важный нюанс – при использовании этого и других смазочных составов необходимо изолировать внутренние поверхности дисков от попадания материала, в противном случае ремень может начать проскальзывать.
В узлах вариатора применяются и пластичные смазки, однако они требуют частого обновления, так как испаряются, вымываются и загрязняются.
Для предотвращения выхода вариатора из строя также необходимо периодически проверять состояние и положение клиновидного ремня.
Из-за постоянных перемещений он истирается, а использовать смазочные составы на нем нельзя для предотвращения проскальзывания.
Если ресурс ремня вариатора подошел к концу, то динамика разгона скутера существенно ухудшится.
Для оценки состояния ремня достаточно визуального осмотра. На нем не должно быть трещин и отслаиваний. Также по возможности рекомендуется замерить ширину изделия, она должна соответствовать значениям, указанным на самом ремне.
Рис. 4. Износ ремня вариатора
Диагностическая замена ремня до возникновения проблем с разгоном позволит исключить его разрыв в дороге и другие неприятные последствия.
Срок службы качественного ремня составляет примерно 6 тысяч километров пробега.
Ресурс вариатора скутера во многом зависит от обслуживания. Если не допускать функционирования механизма в экстремальных режимах, не забывать о смазывании подвижных деталей и следить за состоянием ремня, то транспортное средство будет надежно работать долгие годы.
Вариатор скутера — устройство, настройка, тюнинг
Более корректной формулировкой для технической характеристики трансмиссии скутера была бы следующая: «автоматическая бесступенчатая». На самом деле, речь идет о таком типе трансмиссии как клиноременный вариатор, который появился довольно давно, но в силу своих особенностей наибольшее развитие получил именно на скутерной технике, а также на снегоходах.
Устройство такой трансмиссии куда проще классической ручной коробки переключения передач, и уж тем более пресловутых «автоматов», которыми оснащают автомобили (кстати, некоторые представители четырехколесного мира также имеют вариатор, но иной, нежели на скутерах). Понять, как работает вариатор, очень просто, если вспомнить систему изменения передаточных отношений на велосипедах: несколько звездочек спереди, несколько сзади, а соединены они цепью.
Правда, никаких звездочек у клиноременного вариатора нет, зато есть два шкива V-об-разного сечения, состоящие из двух конусовидных половин. Эти половинки, именуемые щеками, могут приближаться или отдаляться друг от друга. Соединяет шкивы гибкий ремень вариатора, имеющий в сечении форму равнобедренной трапеции. В зависимости от положения щек шкивов относительно друг друга ремень в шкиве вариатора может находиться либо ближе к оси шкива (внутри), либо же ближе к внешней кромке шкива (снаружи). Чем ближе к оси шкива находится ремень, тем меньше радиус, по которому ходит ремень, или, как принято говорить, рабочий радиус шкива вариатора. Теперь представим в действии систему из двух шкивов и ремня. Если «рабочие радиусы» у каждого из шкивов одинаковы, то при вращении одного другой будет вращаться точно с такой же скоростью. Если же мы будем вращать шкив, рабочий радиус которого больше, то другой (радиус которого меньше) будет вращаться быстрее. Здесь в пору снова вспомнить «велосипедные звездочки»,просто в вариаторе большей звездочке соответствует больший рабочий радиус шкива, а меньшей звездочке — меньший радиус.
Вариации на ручку
Итак, с общими принципами изменения передаточного отношения все должно быть ясно, теперь самое время приступить к механизму этого изменения, то есть как заставить шкивы вариатора скутера сдвигаться и раздвигаться именно тогда, когда это требуется. Для этого сразу оговоримся, что в скутерном вариаторе принято выделять ведущий шкив (находится на коленвалу) и ведомый (находится на валу сцепления). В недрах ведущего шкива находятся специальные грузики цилиндрической формы (иногда также называемые роликами). Эти облитые пластиком металлические втулки помещены в специальные канавки, в которых они могут двигаться в радиальном направлении. Если перемещать грузики в ведущем шкиве от центра наружу, то они неизбежно будут сдвигать щеки шкива вместе. На самом деле, разумеется, движется лишь одна щека шкива вариатора, но это не принципиально. При вращении шкива грузики под действием центробежной силы стремятся наружу и, сдвигая щеки шкива, выталкивают наружу ремень. Чем быстрее вращается шкив, тем сильнее центробежная сила, действующая на грузики, и тем дальше наружу сжимающиеся щеки шкива вытолкнут ремень. Ведомый шкив не имеет грузиков, зато имеет большую пружину, которая постоянно стремится сжать его щеки вместе и вытолкнуть ремень наружу. Как и ведущий шкив, ведомый имеет лишь одну подвижную часть — внешнюю (именуемую в иностранной литературе torque driver). Именно торкдрайвер движется либо наружу, преодолевая сопротивление пружины и давая возможность ремню «провалиться» внутрь шкива, либо, наоборот, внутрь, ближе к зафиксированной части шкива. Таким образом,изменение рабочих радиусов шкивов вариатора скутера происходит всегда синхронно. Когда в ведущем шкиве ремень выходит наружу, то в ведомом, преодолевая сопротивление пружины, ремень, наоборот, продвигается внутрь, ближе к оси шкива вариатора.
Для более полного понимания процесса посмотрим, как ведет себя вариатор скутера при разных режимах работы двигателя. На холостом ходу частота вращения ведущего шкива вариатора минимальна. На грузики хоть и действует определенная центробежная сила, ее недостаточно, чтобы вывести ремень наружу. Ведь для этого требуется преодолеть сопротивление большой пружины ведомого шкива! Но вот газ открыт, обороты коленвала подскакивают, и теперь центробежной силы, действующей на грузики, уже достаточно, чтобы вытолкнуть ремень вариатора в ведущем шкиве чуть наружу.
Муфта ведущего шкива:
Передаточное отношение меняется. Скорость вращения ведомого шкива вариатора значительно увеличивается, что заставляет сработать центробежное сцепление. Скутер трогается с места. Обороты двигателя выходят на свой рабочий уровень, тем временем ремень продолжает продвигаться все дальше и дальше наружу в ведущем шкиве вариатора, а в ведомом — глубже. То есть обороты остаются неизменными, а передаточное отношение постепенно меняется, заставляя скутер ехать все быстрее и быстрее. В этом, кстати, скрывается одно из больших достоинств вариатора — разгон происходит при постоянных оборотах, поэтому можно настроить всю систему так, что на протяжении разгона двигатель будет работать со своей максимальной мощностью (например, на механической коробке передач достичь такого нереально). Наконец, ремень достигает своего максимального конструктивного радиуса в ведущем шкиве вариатора, и минимального — в ведомом. Однако, как правило, удается разогнаться еще немного быстрее, но уже за счет увеличения оборотов двигателя скутера, а не за счет трансмиссии.
Когда газ закрывается во время движения, какое-то время происходит торможение скутера двигателем, пока не выключится центробежное сцепление. Как только оно выключается, под действием большой пружины ведомого шкива ремень принимает свое исходное положение, как при работе на холостом ходу скутера. Но как правило, сцепление скутера выключается только при почти полной остановке (10 — 25 км/ч).
Кстати, о сцеплении скутера. Устройство это, хоть и выполняет самостоятельные функции, очень тесно связано с самим вариатором скутера: при неправильной работе сцепления не будет правильно работать и вариатор, и наоборот. Скутерное центробежное сцепление — это почти всегда три колодки типа тормозных на барабанном тормозе, которые под действием центробежной силы выходят наружу и зацепляются с барабаном сцепления. Сам узел сцепления закреплен на ведомом шкиве вариатора и вращается, а вот барабан сцепления — на валу, который посредством несложного редуктора передает момент на заднее колесо. Таким образом, чтобы заставить скутер ехать,надо заставить крутиться барабан сцепления. Происходит это, как только ведомый шкив вариатора скутера наберет достаточную скорость вращения, чтобы центробежная сила стала достаточно велика, и колодки могли преодолеть силу упругости пружин сцепления, препятствующих их свободному движению наружу. Эти же пружинки и «выключат» сцепление, сжав колодки вместе, когда скорость вращения ведомого шкива упадет ниже критического для срабатывания сцепления уровня. Как видим, система проста. И действует практически безупречно, сводя управление силовым агрегатом к выкручиванию ручки «газа» (отсюда, кстати, пошло название одного популярного скутерного журнала: Twist’n’go — «Крути и езжай!»). Что не в последнюю очередь определило нынешнюю волну популярности скутеров.
На этом видео вариатор в действии. Показано как нельзя лучше.
Не буксуй!
Существует несколько параметров, которые определяют правильную работу вариатора и свидетельствуют о его хорошей настройке. Во-первых, ремень не должен проскальзывать в шкивах. Минимальное проскальзывание там, разумеется, неизбежно, но оно должно быть таким, чтобы владелец скутера его не замечал. Проскальзывание ремня вариатора вдвойне вредно для скутерной трансмиссии. Это и снижение КПД, и повышенный износ деталей (проскальзывание ремня в ведущем шкиве чревато также расплавленной из-за перегрева пластиковой оболочкой грузиков вариатора). Характерный симптом проскальзывания — выбег оборотов двигателя при старте с места, который не сопровождается ожидаемым ускорением («ревет, но не едет»). От чего зависит проскальзывание ремня вариатора? Прежде всего, от жесткости большой пружины ведомого шкива. Чем жестче пружина, тем сильнее натянется ремень, прежде чем он продвинется наружу в ведущем шкиве вариатора, а следовательно, тем меньше он и проскальзывает. Однако жесткость пружины не должна быть избыточной, иначе упадет максимальная скорость. Есть и другие факторы, также сказывающиеся на проскальзывании ремня. Это, например, его износ. Тут метод борьбы, разумеется, один — своевременная замена.
Во-вторых, рабочие обороты двигателя скутера должны быть примерно постоянными при разгоне, и при максимальном открытии газа точно соответствовать оборотам максимальной мощности двигателя. Именно так можно добиться максимально быстрого разгона скутера. Понятно, что вариатор любого скутера изначально (на заводе) настроен оптимальным образом и работает именно так, как мы описали выше. Вернее, почти так. Дело в том,что в заводских настройках вариатора зачастую используют грузики, которые чуть тяжелее оптимальных. Это немного ухудшает динамические качества при разгоне «в пол», но зато добавляет удобства, придавая трансмиссии более эластичную характеристику. По этой причине самые рьяные борцы за доли секунды при разгоне заменяют стандартные грузики вариатора более легкими (как правило, на полграммаграмм легче в зависимости от кубатуры аппарата). Но тут надо не переусердствовать, иначе есть риск потерять и в разгоне, и в максимальной скорости.
Как работает вариатор скутера. Его ремонт и тюнинг.
Дмитрий 13 мая 2021
Вариатор скутера устройство предельно простое, но в то же время, весьма важное. По сути, это автоматическая бесступенчатая трансмиссия. Чтобы понять, как работает вариатор скутера достаточно вспомнить велосипед со «скоростями», где спереди и сзади установлены наборы шестеренок, соединенные цепью. Только вместо шестеренок вариатор скутера имеет два шкива, которые состоят из двух конусовидных половинок, называемых «щеками». Щеки сдвигаются и раздвигаются в зависимости от оборотов коленчатого вала, соответствующим образом «перемещая» ремень скутера и изменяя рабочий радиус ведущего и ведомого шкивов. Аналогично с велосипедными передачами, вариатор скутера будет работать на максимальной скорости, когда рабочий радиус ведущего (расположен на коленвале ) шкива будет наибольшим, а радиус ведомого (расположен на вале сцепления) шкива наименьшим.
Вариатор скутера сконструирован так , что рабочие радиусы на обоих шкивах всегда меняются только одновременно. Для того чтобы заставить щеки переднего шкива двигаться правильным образом используются специальные грузики цилиндрической формы, иногда их также называют роликами. Всего грузиков, обычно, шесть. При увеличении оборотов двигателя центробежная сила заставляет ролики перемещаться наружу. При этом, щеки сдвигаются вместе и выталкивая ремень вариатора наверх и придавая ему больший рабочий радиус. Важно понимать что, перемежается только одна из щек шкива – внешняя, но принципиального значения это не имеет. Сзади же, на ведомом шкиве вместо грузиков установлена специальная пружина, которая все время стремиться прижать одну щеку шкива к другой, при этом выталкивая ремень наружу. Поскольку ремень вариатора скутера не растягивается, при смещении ремня на ведущем шкиве, ремень на ведомом «давит» на внешнею щеку шкива. При этом, щеки раздвигаются, а пружина сжимается и ремень движется во внутрь. Таким образом, рабочий радиус ведомого шкива становиться меньшим. Внешнюю (подвижную) щеку ведомого шкива обычно называют торкдрайвером..
Возможные проблемы с вариатором скутера и способы их устранения
Для хорошей работы вариатор скутера должен быть правильно настроен. Как правило, заводские настройки близки к оптимальным. Но, тем не менее, при активной эксплуатации вариатор скутера должен быть под постоянным наблюдением, так как могут возникнуть некоторые проблемы. Больше всего следует опасаться проскальзывания ремня на шкивах. Такое проскальзывание неизбежно ведет к потери мощности скутера и повышенному износу трансмиссии. Так, что при просальзывании страдает весь вариатор скутера, а не только ремень. Определить наличие проскальзывания можно по тому, что увеличение оборотов двигателя не ведет к ожидаемому увеличению скорости движения скутера. Особенно это заметно на старте. Если у вас возникли подозрения на проскальзывание, следует, прежде всего, проверить сам ремень, для этого достаточно снять крышку вариатора. На ремне не должно быть видимых механических повреждений ( трещин, расслоения и т.д.). Кроме того следует проверить ширину ремня, она не должна быть меньше минимальной рабочей ширины, которую производитель обычно указывает на внешней стороне ремня. При каких либо подозрениях на износ ремень следует заменить. Не проведенная вовремя замена может привести к разрыву ремня во время движения, что само по себе опасно.
Еще одной причиной проскальзывания может быть состарившаяся пружина на ведомом шкиве вариатора скутера. Важно понимать, что при длительной эксплуатации пружина теряет свою жесткость, что ведет к всё большему проскальзыванию. В таком случае пружину также следует заменить. Настоятельно рекомендую устанавливать только оригинальную пружину, которая идеально подходит на ваш вариатор скутера. Слишком жесткая пружина ведет к потери максимальной скорости, так как ремень просто не сможет раздвинуть щеки ведомого шкива, а слишком мягкая не ликвидирует проскальзывание.
Как «оттюнинговать» вариатор скутера
Как уже говорилось выше, вариатор скутера вещи довольно деликатная, и требует идеальной настройки для своей работы, иначе жди проблем. По этому, единственно приемлемым вариантом тюнинга вариатора, на мой взгляд, является замена цилиндрических грузиков переднего шкива на более легкие. Дело в том что, производители специально устанавливают ролики, которые не много тяжелее оптимального веса. Это делает разгон скутера более плавным. И следовательно скутеры становятся более безопасными и удобными для начинающих скутеристов. Но если вы уже вполне освоились со своим скутером и хотите предать ему большей резкости, но при этом не планируете проводить серьезный тюниг, тогда просто поставьте более легкие грузики. Конечно, перед этим, следует узнать вес «родных» роликов. Рекомендую перебрести сразу три набора грузиков: на пол грамма, на грамм и на полтора грамма легче заводских. И затем уже экспериментальным путем подобрать наилучший вариант на ваш вариатор скутера. Не следует ставить устанавливать слишком легкие ролики, так как существует опасность, того что они просто не смогут вывести щеки шкивов на максимальный рабочий радиус, и следовательно упадет максимальная скорость скутера. При этом, важно помнить, что в некоем случае нельзя устанавливать на вариатор скутера грузики из разных наборов и разного веса. Если же вы планируете провести более глубокий тюнинг вашего аппарата, например, увеличить мощность двигателя, то вполне вероятно, что после такого усовершенствования потребуется поставить более жесткую пружину на вариатор скутера, дабы уберечь его от проскальзывания.
Устройство и принцип работы вариатора скутера
Что такое вариатор? Вариатор – это механическая бесступенчатая передача. Он используется для плавного изменения частоты вращения ведомого вала. В основном на всех типах мотороллеров установлен клиноременный вариатор. Он состоит из ведущего шкива, ведомого и клиновидного ремня и работает только в зависимости от количества оборотов двигателя, не реагируя на нагрузки (например при подъеме в гору, нагрузка на заднее колесо увеличивается, а передаточное число остается неизменным), что является одним из его недостатков.
Начнем с самого простого. Почему клиновидный ремень? Из рисунка слева видно, что ремень в разрезе имеет трапециевидную форму и «вклинивается» в шкив только своими боковыми поверхностями. При износе этих поверхностей, благодаря своей форме, он врезается глубже в шкив и все равно остается в хорошей сцепке с ним.
Как изменяется передаточное число? Устройство ведущего шкива (ведущий шкив вращается коленвалом) таково, что его щеки при воздействии центробежных сил плавно сжимаются и выталкивают клиновидный ремень все дальше и дальше от центра шкива. Ведомый же шкив при этом наоборот, разжимается, и ремень на нем плавно утопает все ближе и ближе к центру шкива. Чем больше обороты двигателя — тем больше сжимается ведущий шкив и разжимается ведомый, тем самым меняя передаточное число от коленвала к заднему колесу. Этот процесс хорошо виден на этих рисунках:
Двигатель не запущен.
Малые обороты двигателя.
Средние обороты двигателя.
Максимальные обороты двигателя.
На рисунках показаны также положения клиновидного ремня в разрезе на ведущем шкиве (слева) и ведомом (справа) при разных режимах работы двигателя.
Как устроен ведущий центробежный шкив вариатора? Довольно просто!
Разберемся в его конструкции, показанной на рисунке:
Ведущий центробежный шкив вариатора.
1 — неподвижная щека шкива, жестко прикрученная к цапфе (хвостику) коленчатого вала 5 болтом 8 с шайбой 6. Клиновидный ремень 2 размещен между щеками 1 и 3. Щека 3 устроена так, что свободно перемещается на валу 5. Перемещают ее ролики 4 которые упираются в упорную и неподвижную щеку 9. Под воздействием центробежной силы, ролики 4 расходятся от центра вала 5, тем самым сдвигая щеку 3 ближе к щеке 1 и выталкивая ремень 2 дальше от вала 5. Положения роликов 4 и щеки 3 на разных оборотах двигателя Вы уже видели на четырех рисунках выше.
Теперь немного о ведомом шкиве (рисунок ниже).
От ведущего шкива он отличается тем, что у него нет роликов, вместо них пружина (смотрите рисунок справа). В тот момент когда на ведущем шкиве щеки сближаются, выталкивая при этом ремень, на ведомом шкиве щеки (а именно двигается щека 5 по валу 7, щека 6 установлена жестко и неподвижна) наоборот, расходятся, сжимая пружину 3, и ремень опускается глубже, что опять таки видно на режимах работы двигателя выше на четырех рисунках. Благодаря пружине 3 клиновидный ремень всегда натянут, и натяжение его пропорционально увеличивается с увеличением оборотов. Это в свою очередь позволяет не проскальзывать ремню на более высоких оборотах, на которых нагрузка больше чем на более низких.
Существуют также более простые модели мотороллеров у которых отсутствует вариатор на ведущем валу. Вместо него установлен простой шкив и передаточное число от него к ведомому фиксированное на всех оборотах двигателя. Такие модели больше 50 км/ч. не развивают и «тупо» набирают обороты с места. Ведомый же шкив у них такой же как и у вариаторных — под пружиной и служит только для натяжения ремня. Единственный плюс такого устройства — ремень служит дольше.
Дальше вступает в работу автоматическое сцепление, которое находится в сборе с ведомым шкивом.