Ремень вариатора
Как говорится лучше один раз увидеть чем сто раз услышать. Про вариатор есть отличные статьи на одном известном сайте Рекомендую к прочтению всем желающим лучше понять работу вариаторной трансмиссии. Там же я прочитал про ремень и про свойства масла для вариатороа. О том что оно не только смазывает, но ещё при большом давлении обладает фрикционными свойствами. Ещё ремень в вариаторе не тянет а толкает. Да да именно толкает шкив за счёт сжатия сегментов в ремне. И он не растягивается в процессе эксплуатации. Вообщем ремень не так уж прост как кажется на первый взгляд.
Ремень состоит из двух групп или наборов металлических лент и металлических сегментов ремня, которые держут эти группы лент. Сегменты по бокам, там где они соприкасаются со шкивами, имеют еле видимые насечки.
Насечки играют ту же роль что и протектор на шинах при эфекте аквапланирования. Когда они стираются то ремень начинает буксовать и задирает шкивы.
Ремень вариатора
Ремень вариатора существенно отличается от ремней ГРМ и прочего навесного оборудования. Отличие заключается в составе ремня и в его свойствах. Дело в том, что ремень вариатора должен быть чрезвычайно прочным для того, чтобы выдерживать значительные нагрузки. Ремень вариатора отличается сложным многокомпонентным составом, в его основе находится стальная лента, покрытая специальными железными составляющими. Поперек на ремне закреплено множество тонких трапециевидных металлических пластинок.
Ремень вариатора входит в состав сложного устройства под названием «вариатор», которое служит для передачи крутящего момента.
Вариатор по своей сути напоминает автоматическую коробку переключения передач, но по принципу работы кардинально отличается от нее. Он не имеет фиксированных значений передач, переключение происходит незаметно, плавно и без толчков.
Передаточное число изменяется абсолютно равномерно, по мере ускорения или замедления автомобиля. Процесс изменения передачи во многом зависит от работы ремня вариатора.
Ремень вариатора представляет собой стальную ленту с покрытием, цепь или набор тросов из стали, каждый из которых имеет сложное сечение. На ремне имеются трапециевидные пластинки, они контактируют со шкивами. Ремень вариатора можно отремонтировать самостоятельно, так как для проведения работ никакого специального оборудования не нужно.
Типы:
- Конусные
- Лобовые
- Шаровые
- Тороидальные
- Многодисковые
- Дискошариковые
- Волновые
- Клиноременные
Ремень вариатора в устройстве клиноременного типа
Клиноременные вариаторы можно назвать самым распространенным типом вариаторов. У разных производителей имеется собственная конструкция такого вариатора – у некоторых установлен в вариаторе ремень (сплошной или состоящий из отдельных пластин), у других вместо ремня используется цепь. Ремень вариатора в сечении имеет трапециевидную форму и боковыми пластинами вклинивается в шкив.
Идея такого устройства не нова – подобный механизм был создан еще в XV веке знаменитым ученым Леонардо да Винчи. Аналог современного вариатора был разработан в XIX веке, но он не сразу начал использоваться на автомобиле, в основном из-за своей дороговизны и короткого срока эксплуатации. С совершенствованием технологий использование клиноременного вариатора стало оправданным, ремни вариатора стали изготавливаться по особым технологиям, позволяющим создать прочное и долговечное устройство.
Как устроен вариатор
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.
Клиноремённый вариатор MINI.
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.
Изменяя радиус огибания ремнём ведущего и ведомого шкива, можно плавно менять передаточное отношение.
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.
Ремень в вариаторах, как видно, никакой вовсе не ремень, а наборная металлическая лента.
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.
Вот такая цепь используется в вариаторах фирмы 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».
Вариатор Audi может передавать на колёса мощность свыше двухсот лошадиных сил.
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.
Ремень вариатора (CVT)
Вариаторная коробка передач (CVT) является сложным и достаточно надежным узлом автомобиля. В отличие от АКПП в ней отсутствует ступенчатая конструкция для изменения скоростей. Основой бесступенчатой системы переключения скоростей является изменяемая разность диаметров ведущего и ведомого вала. Передача крутящего момента происходит при помощи ремня вариатора.
Ремень вариатора обычно представляет собой металлическую ленту с трапециевидными пластинами, которые обеспечивают надежный зацеп. Реже ремень состоит из пакета тросов определенного сечения. Конструкция ремня разработана таким образом, что зацеп происходит не одной поверхностью, а несколькими.
Этот узел должен быть достаточно прочным, для того чтобы выдерживать значительную нагрузку. При правильной эксплуатации проблем с ремнем не должно возникать как минимум до 130 тысяч километров пробега.
Признаком износа ремня вариатора является ситуация, когда при нажатии на педаль газа обороты двигателя увеличиваются, а автомобиль не едет или едет с рывками. При износе ремня снижается динамика автомобиля за счет проскальзывания ремня на шкивах.
Причин, влияющих на износ ремня несколько. Несвоевременная замена масла, движение на непрогретом автомобиле, частые пробуксовки — все это негативно сказывается на состоянии этого узла. Вариаторная коробка передач не предназначена для динамичной езды, резкие рывки при движении негативно сказываются на износе ремня и элементов коробки. Не рекомендуется на вариаторной коробке осуществлять буксировку других транспортных средств. При парковке или маневрах необходимо дожидаться полной остановки автомобиля, прежде чем изменить направление движения. Не стоит “раскачивать” автомобиль при попытках выехать из грязи или на скользкой дороге.
Замена ремня достаточно трудоемкий процесс и должен проводиться в специализированных мастерских. Самостоятельная замена человеком без опыта может привести к некорректной работе всей вариаторной коробки, и, даже, к обрыву ремня в самый неподходящий момент.