Вариатор, вариаторная коробка передач – устройство, принцип работы

Вариатор (обиходное название – вариаторная коробка передач) является бесступенчатой коробкой передач, т.е. обеспечивает в заданном диапазоне плавное изменение передаточного числа. Вариаторная коробка передач имеет общепризнанное название (аббревиатуру) CVT – Continuously Variable Transmission (в переводе – постоянно изменяющаяся трансмиссия).

Основное преимущество вариатора по сравнению с другими коробками передач заключается в эффективном использовании мощности двигателя за счет оптимального согласования нагрузки на автомобиль с оборотами коленчатого вала, тем самым достигается высокая топливная экономичность. непрерывное изменение крутящего момента, отсутствие рывков обеспечивают высокий уровень комфорта при передвижении на автомобиле с вариатором.

Ввиду ограничений по мощности вариаторы на сегодняшний день применяются только на легковых автомобилях, правда диапазон их использования вследствие технического прогресса постоянно расширяется. Другой минус вариаторной коробки передач заключается в достаточно высокой технической и технологической сложности конструкции.

Из всего многообразия различных видов вариаторов на автомобилях нашли применение только два - клиноременный и тороидный вариаторы. Наибольшее распространение получил клиноременный вариатор. Первый клиноременный вариатор Variomatic был установлен на легковой автомобиль DAF в 1959 году. Его приемник вариатор Transmatic с 1984 года устанавливался на автомобили Fiat и Ford. В настоящее время клиноременный вариатор используется многими автопроизводителями. Ряд конструкций вариаторов имеют собственные названия:

• Autotronic от Mercedes-Benz;
• Ecotronic, Durashift CVT от Ford;
• Lineartronic от Subaru;
• Multidrive от Toyota;
• Multimatic от Honda;
• Multitronic от Audi;
• Xtronic, Hyper от Nissan.

Вариаторы CVT также устанавливаются на некоторые модели автомобилей Chrysler (Dodge, Jeep), Fiat, Mini, Mitsubishi, Opel, Peugeot и др. Самым известным тороидным вариатором является вариатор Extroid, устанавливаемый на автомобили фирмы Nissan.

Устройство и работа вариатора

Вариаторная коробка передач имеет следующее общее устройство:

• механизм, обеспечивающий передачу крутящего момента и разъединение коробки передач от двигателя (нейтральное положение коробки передач);
• собственно вариатор (вариаторная передача);
• механизм, обеспечивающий движение задним ходом;
• система управления.

Для передачи крутящего момента и разъединения вариатора от двигателя использоваться следующие механизмы:

• центробежное автоматическое сцепление (вариатор Transmatic);
• электромагнитное сцепление с электронным управлением (вариатор Hyper );
• многодисковое мокрое сцепление с электронным управлением (вариаторы Multitronic, Multimatic);
• гидротрансформатор (вариаторы Autotronic, Ecotronic, Extroid, Lineartronic, Multidrive, Xtronic).

Самое популярное соединение двигателя и вариатора с помощью гидротрансформатора, который обеспечивает высокую плавность передачи крутящего момента и, соответственно, долговечность коробки передач.

Клиноременный вариатор состоит из одной, реже двух ременных передач. Передача включает два шкива, соединенные клиновидным ремнем. Шкив образуют два конических диска, которые могут сдвигаться или раздвигаться, обеспечивая тем самым изменение диаметра шкива. Для сближения конусов используется гидравлическое давление, центробежная сила, усилие пружин. Конические диски имеют угол наклона 20°, при котором обеспечивается перемещение ремня по поверхности шкива с наименьшим сопротивлением.

Первые клиноременные вариаторы имели резиновый ремень, который отличала низкая долговечность (50000км), недостаточная гибкость (минимальный радиус изгиба 90мм) и связанный с ней узкий диапазон регулирования. Большинство современных вариаторных коробок передач используют гибкий металлический ремень, который изготавливают из нескольких (10-12) полос стали и связанных с ней фасонных частей в виде бабочки. Передача вращения осуществляется за счет сил трения между шкивами и боковой поверхностью ремня. Ремни данной конструкции имеют высокую прочность, долговечность, гибкость (минимальный радиус изгиба 30мм), низкий уровень шума. Именно металлический клиновидный ремень открыл дорогу для широкого применения вариаторов на автомобилях. Ремень изготавливается из металлических пластин конической формы.

На вариаторах Multitronic, Lineartronic вместо ремня применена металлическая цепь. Такие коробки передач имеют название клиноцепной вариатор. Металлическая цепь состоит из пластин соединенных осями. Такая конструкция цепи обеспечивает лучшую гибкость (радиус изгиба 25мм). В отличие от клиноременного вариатора крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи при ее точечном контакте с коническими дисками. В местах контакта возникают высокие напряжения, которые компенсируются за счет изготовления конических дисков из высокопрочной (подшипниковой) стали. Клиноцепной вариатор имеет наименьшие потери при передаче крутящего момента и наивысший коэффициент полезного действия.

В силу особенностей конструкции вариаторная передача не может обеспечить реверсивного движения. Для осуществления движения задним ходом в коробке передач применяются дополнительные механизмы. В качестве такого механизма обычно используется планетарный редуктор, устройство и принцип работы которого подобен автоматической коробке передач.

В вариаторной коробке передач применяется, как правило, электронная система управления, которая осуществляет синхронное изменение диаметра шкивов вариатора в соответствии с режимами работы двигателя, управление сцеплением и обеспечивает работу планетарного редуктора.

Непосредственное управление вариатором производится с помощью рычага селектора. Режимы управления аналогичны режимам автоматической коробки передач. В вариаторной коробке передач может быть реализована функция выбора фиксированных передаточных отношений (аналогичная функции Tiptronic). Данная функция решает в основном психологическую проблему, связанную с использованием вариатора на автомобиле, а именно - негативное восприятие водителем постоянной частоты вращения двигателя при разгоне. В ряде конструкций вариаторов функция имеет свое название: Sportronic у Mitsubishi, Autostick у Chrysler.

Принцип работы клиноременного вариатора заключается в согласованном изменении диаметров шкивов в зависимости от режимов работы двигателя. Диаметр шкива изменяется с помощью специального привода. В начале движения автомобиля ведущий шкив вариатора имеет наименьший диаметр (конические диски максимально разжаты). Ведомый диск при этом имеет максимальный диаметр (конические диски максимально сжаты). При увеличении числа оборотов двигателя диаметр ведущего шкива увеличивается, а ведомого – уменьшается, соответственно и уменьшается передаточное число. При дальнейшем разгоне вариатор поддерживает оптимальные обороты двигателя, при которых реализуется максимальная мощность и обеспечивается наилучшая динамика автомобиля.

Особенности конструкции тороидного вариатора

Тороидный вариатор включает два соосных вала со сферической (тороидной) поверхностью, между которыми зажаты ролики. Изменение передаточного числа в тороидном вариаторе производится за счет изменения положения роликов, а передача крутящего момента за счет сил трения между рабочими поверхностями колес и роликов.

Материалы: http://systemsauto.ru/box/variator.html

Что такое коробка CVT, и чем она отличается от традиционной трансмиссии?Такой вопрос может заинтересовать как уже существующих автовладельцев с данным видом передачи крутящего момента так и будущих. Данный тип коробки передач подразумевает отсутствие фиксированных передаточных чисел. Это дает плавность хода, а также позволяет использовать двигатель в оптимальных режимах. Другое название такой коробки — вариатор. Далее рассмотрим плюсы и минусы коробки передач CVT, нюансы ее использования, а также отзывы автомобилистов, уже являющихся владельцами машин с бесступенчатой трансмиссией.

Аббревиатура CVT (Continuously Variable Transmission — англ.) переводится как «постоянно изменяемая передача». То есть, ее конструкция подразумевает возможность плавного изменения коэффициента передачи между ведущим и ведомым шкивами. Фактически это означает, что коробка CVT обладает множеством передаточных чисел в определенном диапазоне (границы диапазонов задают минимальный и максимальный диаметры шкивов). Эксплуатация вариатора во многом схожа с использованием автоматической коробки передач. Об их отличиях вы можете почитать отдельно.

На сегодняшний день существуют следующие типы вариаторов:

• лобовые;
• конусные;
• шаровые;
• многодисковые;
• торцовые;
• волновые;
• дискошариковые;
• клиноременные.

Самым распространенным типом коробки CVT является фрикционный клиноременной вариатор. Это обусловлено относительной простотой и надежностью его конструкции, а также удобством и возможностью использования в автомобильной трансмиссии. На сегодняшний день преобладающее большинство автопроизводителей, выпускающих машины с коробкой CVT, используют именно клиноременные вариаторы (исключение составляют некоторые модели “Ниссан” с коробкой CVT тороидального типа). Далее рассмотрим конструкцию и принцип действия клиноременного вариатора.

Клиноременной вариатор состоит из двух основных частей:

• Трапециевидный зубчатый ремень. Некоторые автопроизводители вместо него применяют металлическую цепь или ремень из металлических пластин.
• Два шкива, образованных конусами, направленными друг к другу остриями.

По мере того, насколько близко находятся друг к другу соосные конусы, диаметр окружности, которую описывает ремень, уменьшается или увеличивается. Перечисленные части являются исполнительными механизмами CVT. А управляет всем электроника на основе информации, поступающей от многочисленных датчиков.

Принцип работы вариатора

Устройство бесступенчатой CVT трансмиссии

Так, если диаметр ведущего шкива будет максимальным (его конусы будут расположены максимально близко друг к другу), а ведомого минимальным (его конусы максимально разойдутся), то это означает, что включена самая «высокая передача» (соответствующая 4-ой или 5-ой передаче в традиционной трансмиссии). И наоборот, если диаметр ведомого шкива будет минимальным (его конусы разойдутся), а ведомого максимальным (его конусы сомкнутся), то это соответствует «самой низкой передаче» (первой в традиционной трансмиссии).

В связи с проектными особенностями конструкции вариатор можно использовать лишь на сравнительно небольших машинах (с мощностью двигателя до 220 л.с.). Это связано с большими усилиями, которые испытывает ремень во время работы. Процесс эксплуатации автомобиля с трансмиссией CVT накладывает некоторые ограничения на водителя. Так, нельзя резко стартовать с места, долго ехать на максимальной или минимальной скорости, буксировать прицеп, ездить по бездорожью.

Как и всякое техническое устройство, вариаторы имеют свои преимущества и недостатки. Но справедливости ради необходимо учесть, что в настоящее время автопроизводители постоянно совершенствуют эту трансмиссию, поэтому со временем картина наверняка изменится, и недостатков у вариаторов будет меньше. Однако на сегодняшний день коробка передач CVT имеет следующие плюсы и минусы:

На практике владельцы автомобилей, оборудованных трансмиссией CVT сталкиваются с тремя основными проблемами.

1. Износ подшипников конусов. Причина этого явления банальна — попадание на рабочие поверхности продуктов износа (металлической стружки) или мусора. О проблеме автовладельцу расскажет появившийся гул, доносящийся из вариатора. Это может случиться на разных пробегах — от 40 до 150 тысяч километров. По статистике, этим очень грешит Nissan Qashqai. Чтобы избежать такой проблемы необходимо регулярно проводить замену трансмиссионного масла (в соответствии с рекомендациями большинства автопроизводителей это нужно делать через каждые 30. 50 тысяч километров пробега).

Редукционные насос и клапан

Многие специалисты считают, что коробка передач CVT (вариатор) — это наиболее совершенный вид трансмиссии на сегодняшний день. Поэтому есть все предпосылки к тому, что вариатор постепенно вытеснит АКПП, как последняя уверенно вытесняет МКПП со временем. Однако, если вы решите купить машину, оборудованную вариатором, то вам необходимо помнить следующие важные факты:

• вариатор не предназначен для агрессивного стиля езды (резкого набора и сброса скорости);
• на машине, оборудованной вариатором, категорически не рекомендуется продолжительное время ехать на предельно малых и предельно высоких скоростях (это приводит к значительному износу узла);
• ремень вариатора боится значительных ударных нагрузок, поэтому рекомендуется ездить лишь по ровной поверхности, избегая проселочных дорог и бездорожья;
• в вариаторе обязательно необходимо своевременно менять трансмиссионное масло (а использовать лишь качественное оригинальное масло).

Перед покупкой машины с коробкой CVT вам необходимо быть готовым к условиям ее эксплуатации. Она обойдется вам дороже, однако это стоит того удовольствия и комфорта, который предоставляет вариатор. Тысячи автомобилистов на сегодняшний день пользуются вариаторной трансмиссией, и их количество только растет.

Напоследок мы собрали для вас реальные отзывы владельцев автолюбителей, чьи машины оборудованы вариатором. Представляем их вашему вниманию с тем, чтобы у вас сложилась максимальная четкая картина о целесообразности выбора.

Как видите, большинство людей, хотя бы один раз попробовавших ездить на вариаторе, по возможности не отказываются далее от этого удовольствия. Однако выводы делать лишь вам.

Итоги

Вариатор хотя и более сложный и дорогой в обслуживании, но все же на сегодняшний день является самой лучшей трансмиссией для машин с двигателем внутреннего сгорания. А со временем цена на автомобили, оборудованные им, будут лишь снижаться, а надежность такой системы расти. Поэтому описанные ограничения будут убраны. Но на сегодняшний день не забывайте о них, и используйте автомобиль в соответствии с рекомендациями производителя, и тогда коробка СВТ будет также долго служить верой и правдой как и сам автомобиль.

Материалы: http://etlib.ru/blog/587-korobka-peredach-cvt---chto-eto-takoe

Многие производители автомобилей стали выпускать как минимум несколько моделей, укомплектованных коробкой CVT. В простонародии она известная как вариаторная коробка передач или вариатор.

Главным преимуществом вариатора относительно других кпп является максимально эффективное использование мощности агрегата автомобиля, с минимальными потерями крутящего момента. Это достигается за счет оптимального равновесия нагрузки на коленчатый вал и сам автомобиль. В результате такого соотношения достигается высокая экономия топлива. Так же благодаря CVT коробки передач отсутствуют рывки во время переключения передач, отсутствие шума при передвижении и увеличение комфорта.

Что касается минусов вариатора, то можно отметить в технологической сложности конструкции. Специалисты выделяют всего три вида вариаторной коробки передач. Первый и самый распространенный это клиноременный вид, второй вид – тороидный и третий вариант это клиноцепной вариатор.

• Компания Mercedes-Benz назвала Autotronic;

Кроме вышеупомянутых компаний, CVT коробка передач устанавливают на машины компании Chrysler, Mini, Fiat, Mitsubishi, Opel и другие. Если же брать тороидный вариант, то самой известной считается Extroid, от производителя Nissan.

Если сравнивать уже известные коробки передач, чтоб понять, что оно такое вариатор, то система ближе по своему принципу работы и устройству к автоматическим коробкам передач. Чтоб передать крутящий момент или разъединить вариатор от агрегата машины используются разнообразные виды сцеплений.

Не одним сцепление данная коробка отличается от другие уже известных кпп. Кроме вышеперечисленных устройств, для передачи от двигателя крутящего момента используются и другие механизмы. Как пример это:

• механизм для разъединения кпп от двигателя (более известное как нейтральное положение кпп);

На первый взгляд, казалось бы, сложного нечего нет, переключил рычаг коробки передач и езжай. Но если посмотреть подробно, то CVT коробка весьма сложный механизм. Рассмотрим более детально принцип работы трех видов вариаторных кпп.

Как правило, в основе клиноременной CVT коробки передач лежит одна, очень редко две передачи на основе ремня. Главным элементом является клиновидный ремень, который соединяет два шкива. Шкив из себя представляет конический диск, в паре шкивы раздвигаются или сдвигаются, в результате меняется диаметр. Чтоб сблизить конусы используется центробежная сила, давление гидравлическое и пружины.

По технологии угол наклона конических дисков должен быть 20°. Благодаря такому наклону ремень с минимальным сопротивлением перемещается по поверхности шкива. Минусом первых вариаторных кпп было их недолговечность. Первые варианты в среднем были рассчитаны на 50000 км., а это очень мало. Получается, что двигатель отходи в два раза больше (как минимум), а коробку передач дважды понадобится ремонтировать.

Современные вариаторы куда сильней и долговечней. Вместо резинового ремня как раньше используется гибкий ремень, в основе которого лежат металлические полоски. Его изготавливают из нескольких полосок стали, которые связаны между собой с помощью вставок с фаской в виде бабочки.

В предыдущем варианте CVT коробки использовался ремень, в клиноцепной коробке передач используется металлическая цепь. Примером такой кпп можно считать Lineartronic и Multitronic. Сама металлическая цепь состоит из пластин соединенных специальными осями. Плюсом такой цепи является большая гибкость. В отличии от ремня, крутящий момент передается торцевой частью цепи в местах контакта с коническими дисками.

Сравнивая тороидную CVT коробку с предыдущими двумя типами, можно сказать, что этот вариант существенно отличается по конструкции. Вместо шкивов, в основе лежат сферических два соосных вала, между ними расположены (зажаты) ролики.

Так уже устроена вариторная коробка передач, что крутящий момент может передавать только вперед, то есть реверсное движение CVT коробка самостоятельно обеспечить не может. Для этого стали применять дополнительные механизмы в коробке передач, как правило, используется планетарный редуктор. Его устройство и принцип работы аналогичен, как и в автоматической коробке передач.

Материалы: http://fastmb.ru/auto_shem/1259-cvt-ona-zhe-variatornaya-korobka-peredach.html