X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Вариатор — вариаторная коробка передач – CVT (бесступенчатая транс­миссия) – тип автоматической коробки передач, которая плавно передает кру­тящий момент от двигателя колесам (или другим движителям, например судо­вым винтам), не имеет передач, но может автоматически менять передаточное соотношение по заданной программе либо в ручном режиме. Главное отличие вариаторной КПП от классического «автомата» или «механики» в том, что этот механизм позволяет менять передаточное число от вращающегося коленвала двигателя к ведущим колесам плавно, то есть бесступенчато. Эта особенность дает возможность подобрать оптимальное передаточное число и крутящий мо­мент в конкретный момент времени, то есть мощность двигателя используется максимально эффективно. Кроме того, отсутствие ступеней обуславливает от­сутствие необходимости переключения между ними, то есть очень плавный разгон автомобиля.

Принцип работы вариаторной трансмиссии был придуман очень давно. Изобретателем этого механизма считается Леонардо Да Винчи. Еще в 1490-году он нарисовал схему первого вариатора. В автомобильной промышленно­сти эта система стала применяться в 50-х годах двадцатого века, а первопро­ходцем в этой области стала американская компания DAF. Стоит подчеркнуть, что типов вариаторов существует великое множество, но в автомобилестроении применяется лишь два типа – клиноременной (самый распространенный) и то­роидный. На сегодняшний день свою систему вариаторной коробки передач имеет практически каждый крупный автоконцерн. При чем, каждая система имеет некоторые свои особенности и уникальное название - у компании Ford это Ecotronic, Durashift CVT, у Mercedes-Benz – Autotronic, у Toyota – Multidrive, у Honda – Multimatic.

Устройство вариатора

Шкивы. Большинство вариаторных систем состоят из двух шкивов – ве­дущего и ведомого. Ведущий шкив соединен с двигателем, от которого он и получает крутящий момент, ведомый – передает крутящий момент на колеса. Каждый шкив представляет из себя два конуса, направленных острыми сторо­нами друг к другу. Половинки обоих шкивов имеют возможность сдвигаться при помощи специального привода. Шкивы соединяются между собой ремнем.

Ремень или цепь. Предназначены соединить два вала. Ремнем можно на­звать с натяжкой, все потому что он состоит из специальных металлических лент соединенных между собой специальными фасонными частями имеющими вид бабочки и придающих специальную похожую на клин форму. Работает он боковыми частями, которыми благодаря силам трения он контактирует с клиньями шкивов. Тем самым передается момент от одного вала на другой. Стоит отметить, что другие производители, например AUDI используют цеп­ной механизм, она имеет большое количество мелких звеньев и обеспечивает малые радиусы изгиба. Работает она уже не боковой поверхностью, а торцевой. И цепь, и ремень рассчитаны на высокие нагрузки, но они не переносят высо­ких перегревов могут деформироваться.

Масло. Смазка внутри также является важной составляющей и к ней предъявляют высокие требования, обычно здесь идет ATF жидкость, которая заливается в автомат. Нужна она не только для смазки, но и для нагнетания давления в насосе чтобы раздвигать или сдвигать конусы

Масляный насос. Нагнетает давление в системе

Гидроблок. Он руководит подачей масла в нужные каналы, то есть либо в один конус (вал), либо в другой.

Радиатор. На вариаторной коробке передач он ОБЯЗАТЕЛЕН! Эта транс­миссия очень быстро перегревается при пробуксовках и высоких нагрузках, по­этому чтобы охладить масло, нужен внешний радиаторный блок.

Блок управления вариатором. Это электронное устройство, которое рабо­тает в паре с ЭБУ, получая от него нужные команды. Оно дает приказания электроники и валам принять ту или иную конфигурацию, которая отвечает данной скорости и нагрузке.

Рисунок 1. Коробка вариатор

На данный момент существует два основных строения вариатора: клино­мерные (они применяются на 95% машин оснащенных такой трансмиссией) и тороидные (из-за более сложного строения и настроек, сейчас практически не применяются).

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.

Тороидный вариатор. Этот тип коробки применяется автопроизводите­лями крайне редко, скорее в качестве различных экспериментов. Конструктив ее еще более сложен, нежели у системы с клиноременным приводом. Принцип работы тороидного вариатора заключается в том, что в тороидной поверхности (представляющей из себя полусферу и состоящей из двух дисков) зажат ролик. Передаточное число меняется, когда меняется положение ролика – то есть, ко­гда он сдвигается, к примеру, вправо, его правая часть подходит к верху полу­сферы (то есть к меньшему радиусу диска) заставляя правый диск вращаться быстрее. При этом левая часть ролика задевает нижний край левого диска (по­лусферы), которая имеет больший диаметр и, соответственно, начинает вра­щаться медленнее. Чтобы обеспечить передачу крутящего момента дальше, применяется система роликов и шестеренок. Встретить вариатор тороидного типа в обычных легковых авто на сегодняшний день достаточно сложно, так что если в салоне менеджер говорит Вам что в новой модели установлена ва­риаторная коробка передач, можно быть более чем на девяносто процентов уверенным, что речь идет о клиноременном типе системы.

Достоинства:

Вариатор является бесступенчатым механизмом, который наиболее опти­мально использует всю мощность двигателя внутреннего сгорания, равномерно изменяя передаточное число. В вариаторе отсутствуют фиксированные пере­дачи, поэтому можно говорить о бесступенчатом изменении крутящего мо­мента в процессе его передачи от двигателя к колесному приводу транспорт­ного средства.

Работает данный механический узел практически бесшумно. Даже при стремительном наборе скорости двигатель автомобиля издает одинаково ров­ный звук. Достичь такого эффекта позволяет наличие электронных узлов ва­риатора, постоянно осуществляющих оптимизацию мотора и предотвращаю­щих возможность возникновения перегрузок в процессе его работы.

Вариаторная коробка передач существенно экономит объем потребляе­мого автомобилем топлива за счет согласования оборотов вращающегося звена в кривошипном механизме (коленвал) с нагрузкой на транспортное средство.

Поездка на легковом автомобиле с вариатором гарантирует плавную езду без рывков, которые неизменно возникают при переключении передач во время движения автомобилей с АКПП и с МКПП. Все потому, что физических ступе­ней вариатор просто не имеет. Хотя, многие модели с CVT автомобилей осна­щены подрулевыми лепестками, позволяющие переключать «передачи» в руч­ном режиме. Однако эти передачи – не более чем фиксированные автоматикой определенные значения соотношения конусов ведущего и ведомого шкивов.

Срок эксплуатации вариаторной трансмиссии существенно увеличивается благодаря оптимизированной нагрузке и на составные части привода, и на си­ловой агрегат в целом.

Транспортное средство с вариаторной коробкой передач выбрасывает в окру­жающую атмосферу значительно меньше различных химических соединений, опасных для здоровья человека.

Недостатки вариатора:

Главный недостаток вариаторной коробки – сложность механизма ее уст­ройства и относительная недолговечность. Из этого вытекает и высокая цена на обслуживание (включая дорогостоящее трансмиссионное масло для вариатора, которого обычно требуется 5-6 литров) и детали. Несмотря на надежность кон­струкции современных вариаторов, эти коробки по-прежнему не могут уста­навливаться на машинах, оснащаемых моторами с максимальной мощностью более 200 лошадиных сил. Таким образом, большинству современных внедо­рожников и больших седанов данный вид трансмиссии «противопоказан». Это объясняется наличием у вариатора «слабых мест», каковыми являются ремень в клиноременном агрегате и ролик с колесами в тороидальных механизмах;

Трансмиссионная жидкость, заливаемая в коробку-вариатор, гораздо до­роже аналогичного продукта, используемого для автоматических коробок пере­дач. Кроме того, жидкость, предназначенную для определенной модели авто­мобиля, нельзя заменить аналогом;

Применение большого количества датчиков делает автомобиль чувстви­тельным к внезапным перебоям в бортовой электронике. Исчезновение кон­такта или выход из строя какого-либо элемента нередко заканчиваются аварий­ной остановкой машины;

Неразвитость сети сервисного обслуживания коробок-вариаторов обусло­вила высокую стоимость их ремонта. Отсутствие квалифицированных кадров, а также дороговизна и редкость запчастей являются явным сдерживающим фак­тором.

Вывод

Сравнительная простота конструкции, плавность хода автомобиля и луч­шая динамика разгона при невысоком топливном расходе делают коробку пе­редач CVT очень перспективным агрегатом. С каждым годом все больше авто­предприятий ставят на свои модели CVT. При этом постоянно улучшая их ха­рактеристики и внедряя в агрегаты новые технологии. Одним из последних изобретений является общее детище компании Nissan и JATCO — облегченный и уменьшенный вариатор. Он выполнен в виде аппарата клиноременного типа совмещенного с новой коробкой передач. Сейчас представители компании «Porsche» подтверждают, что ведут разработки по совершенствованию вариа­тора. Стремление усовершенствовать вариатор и проводимые новые разработки его видов еще раз доказывают, что за ним будущее. Возможно, скоро он полно­стью заменит привычные механизированные, роботизированные и автоматизи­рованные коробки передач. В особенности делается упор на его гибридные виды, при которых мотор будет работать в оптимальном режиме, а получаемая энергия будет сохраняться в накопителе, а затем расходоваться на движение авто.

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. Коробка робот, или роботизированная коробка передач (известна еще как автоматическая роботизированная коробка передач) – это простая механиче­ская коробка передач, в которой функции переключения передач, а также управление сцеплением автоматизированы. Но автоматизированы, не по сред­ствам гидравлического механизма (как в классическом гидротрансформаторном механизме), а за счет электронных датчиков и устройств, которые работают как робот, отсюда и название этой коробки передач. Это самая поздняя автоматическая коробка передач, появилась не так давно. Лишь только с развитием современной электроники, стало возможно совмеще­ние компактного электронного блока управления и электронного устройства выжима сцепления и переключения передач. Однако стоит отметить, что пер­вые «роботы» появлялись в 90 – х годах прошлого века, они имеют гидропри­воды переключения передач.

Принцип работы:

За основу роботизированного блока переключения скоростей в большин­стве автомобилей взята механическая КПП. При этом манипуляции с переклю­чением между ступенями занимаются специальные конструкционные над­стройки, которые называются сервоприводами. В некоторых источниках эти переключатели имеют название – актуары. Один из них занимается включе­нием/выключением сцепления, а миссией второго является физическое пере­мещение шестеренок в коробке. Это значит, что их работа помогает избавиться в салоне автомобиля от педали сцепления.

Не все конструкции приводов одинаковые. Инженеры создали две их разновид­ности. В первом случае работоспособность поддерживается с помощью элек­тричества, а во втором случае за плавность и быстроту переключений отвечает гидравлика.

Популярным устройством является электропривод. Данная конструк­ция отличается меньше стоимостью и может ставиться даже на ма­шины бюджетного класса. В основе управления заложен электромотор с редук­тором и исполнительный механизм.

В гидравлическойсистеме переключение передач выполняется с по­мощью цилиндров, толкаемых силой электромагнитных клапанов. Принцип работы в этом случае схож с классическим «автоматом». Вторым названием та­ких устройств является «электрогидравлический привод». Конструкция дороже обычного электропривода, но это компенсируется быстротой переключения между передачами. Также водитель не ощущает возникновение каких-либо резких провалов. Блок ставится на более дорогие автомобили.

Управление всеми операциями возложено на встроенный компьютеризи­рованный узел. Он проводит контроль за оборотами двигателя, текущей скоро­стью автомобиля, получает информацию от ABS, антизаносной системы и от­дает команды на исполнительный механизм.

Недостатки:

Есть конструкции с роботизированными коробками, у которых за­держка между переключениями передач достигает двух секунд. Это относится к электрическим переключателям. При такой езде теряется динамика и может возникать дискомфорт для водителя.

Использование гидроприводов для ускорения переключений повы­шает скорость между включением ступени до 0,05 с. Однако, эта конструкция значительно удорожает весь узел. Тормозную жидкость, используемую в каче­стве рабочей жидкости, необходимо постоянно удерживать под высоким давле­нием, что отнимает часть мощности у двигателя. Гидравлика становится эф­фективной больше у мощных автомобилей или машин премиального класса.

Более дешевые модели не обеспечивают адаптивной подстройки ав­томатики под стиль вождения владельца автомобиля.

Преселективные модели пока еще достаточно дорогие в ремонте. Хотя механическая часть весьма надежна как и у простой механики, при недо­работанных прошивках ЭБУ и неидеальной конструкции сцеплений часто слу­чается преждевременный износ последних. А все «навесное» оборудование ро­бота (сцепления, ЭБУ, актуаторы) стоит приличных денег. Поэтому при по­купке авто с пробегом стоит проверять робот с особой тщательностью и узнать сроки последнего его обслуживания, посмотреть чеки на выполненные работы.

Преимущества:

Конструкция узлов скомпонована на основании проверенных време­нем механических коробок передач. За счет этого повышается общая на­дежность агрегата, которая выше, чем у вариаторов.

Занимаемый объем в подкапотном пространстве существенно меньше, чем у классических «автоматов», соответственно расход на масло во время эксплуатации для данной коробки будет ниже, чем у аналогов.

Работоспособность сцепления, особенно мокрого типа, у «роботов» на 25-30% выше.

Также отличие роботизированной коробки передач от автоматиче­ской заключается в стоимости производства и ремонта этого агрегата, говоря­щее в пользу «роботов», а не «автоматов» и вариаторов.

Большинство современных коробок с роботизированным управле­нием имеет возможность переключать ступени в ручном режиме, что схоже с Типтроником на автоматических КПП.

Масса коробки-робота значительно меньше АКПП. Это дает преиму­щества при установках на малогабаритные авто, где масса даже в не­сколько десятков килограмм играет существенную роль.

Расход топлива на автомобилях, агрегатированных «роботами», со­поставим с расходом на механических КПП и меньше, чем у остальных конст­рукций при прочих равных условиях.

Вывод

Выбор автомобиля с любой трансмиссией должен быть обоснованным, поскольку при последующей эксплуатации придётся столкнуться как с положи­тельными моментами в работе агрегата, так и с некоторыми, порой даже значи­тельными, затруднениями. Роботизированная коробка передач плюсы и минусы тоже имеет, однако число первых явно перевешивает, что и сделало РКПП на­столько востребованной в столь короткий срок. Единственный важный момент – имея автомобиль, оснащённый роботизированной коробкой передач, необхо­димо позаботиться о том, чтобы на примете всегда были мастера, способные обслуживать трансмиссию, как планово, так и в случае возникновения неис­правностей.

Список используемой литературы:

http://avto-blogger.ru/trans/variator-chto-eto-takoe-video.html

http://avtonov.com/вариаторная-коробка-передач/

http://znanieavto.ru/kpp/variatornaya-korobka-peredach.html

http://auto-wiki.ru/princip-raboty-variatornoy-korobki-peredach/

http://avtonam.ru/system/variator/

http://ktonaavto.ru/remont-i-obsluzhivanie/transmissiya/plyusy-i-minusy-robotizirovannoj-korobki-peredach.html

http://avtonov.com/коробка-передач-робот/

http://autolirika.ru/teoriya/robotizirovannaya-korobka-peredach.html

http://avto-i-avto.ru/ustrojstvo-avto/robotizirovannaya-korobka-peredach-plyusy-i-minusy.html

http://autoleek.ru/korobka-peredach/rkpp/ustrojstvo-rkpp.html

Код для цитирования: Скопировать