Цепные вариаторы

Вам может быть интересны также другие типы вариаторов:

Вариаторные коробки передач позволяют производить бесступенчатое изменение скорости вращения колёс автомобиля и управлять крутящим моментом. Наряду с гибкими ременными передачами усилия активно используются цепи. Они существенно отличаются от классического понимания цепной передачи мотоцикла или велосипеда.

Это устройство с огромным количеством звеньев, расположенных в шахматном порядке для максимально эффективного распределения усилия на разрыв. Запас прочности в этих изделиях может доходить до коэффициента 10:1.

Основные особенности цепного вариатора

Его принципиальное устройство ничем не отличается от клиноременного вариатора. Поэтому опишем только базовые отличия и основные положительные моменты:

• Цепь намного прочнее ремня. Она демонстрирует гораздо большее усилие на разрыв. В ремне может лопнуть одна из направляющих, после чего он сбрасывается со шкивов и прекращает функционировать. На поврежденных звеньях можно будет доехать до ближайшего автосервиса.
• Цепи имеют свойство растягиваться. Это происходит при слишком резком старте. Если не нужно ставить рекорд по достижению 100 км/ч с нуля – то берегите свой автомобиль и растяжки не произойдёт. Если это произошло, то ремонт практически невозможен.
• Устройство может сильно шуметь, хотя понятие уровня шума здесь относительное. Можно сказать, что это более шумный вариант, чем ременной вариатор.
• Из-за мощного антифрикционного взаимодействия цепь практически не теряет крутящий момент и более качественно передаёт его от двигателя. Он демонстрирует самый высокий КПД среди всех гибких передач.

Где применяются цепные вариаторы

Они используются на самых мощных автомобилях для осуществления бесступенчатой передачи. Для примера, ими комплектуются вариаторы топовых моделей от Audi. Несмотря на повышенный уровень шума, они дают гораздо большую надежность, по сравнению с ремнями, а разрыв одного или нескольких звеньев даст о себе знать характерным треском или звоном. Изготовление цепи стоит значительно дороже ремня, поэтому этот элемент не устанавливают на бюджетные автомобили.

Вариатор — Википедия

Клиноремённый вариатор с клиновой цепью

Вариа́тор (лат. variātor «изменитель») — устройство, передающее крутящий момент и способное плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения может производиться автоматически, по заданной программе или вручную. В автомобилестроении имеет обозначение CVT (англ. Continuously Variable Transmission).

Вариатор применяется в механизмах, машинах (агрегатах), где требуется бесступенчато изменять передаточное отношение: автомобилях, мотороллерах, снегоходах, квадроциклах, конвейерах, металлорежущих станках, мешалках и др. В стационарных устройствах вместо вариаторов обычно применяется регулируемый электропривод. В некоторых вариаторах также применяются гидротрансформаторы.

Диапазон регулирования (отношение наибольшего передаточного числа к наименьшему) обычно 3—6, реже 10—12.

Бесступенчатые передачи нашли широкое применение в приводах скутеров. Трансмиссия состоит из вариатора, расположенного на коленчатом валу, приводного ремня и узла центробежной муфты, соединенной с парой скользящих дисков, и пружины натяжения ремня, расположенной на валу главной передачи. Обеспечивая достаточное охлаждение, использование прочных материалов и предотвращая попадание грязи внутрь коробки передач (например, песка), коробка передач может передавать очень высокую мощность и работать много десятков тысяч километров, после чего необходимо заменить изношенный приводной ремень и вариатор.

Также было создано несколько мотоциклов, в которых использовалась бесступенчатая трансмиссия, одной из наиболее характерных моделей является Aprilia Mana 850.

В последних автомобильных решениях для автоматических коробок передач CVT для передачи крутящего момента используются специальные цепи с пластинами очень высокой прочности, расположенными поперек оси цепи. Они заменили клиновые ремни. Это решение используют, в частности, Audi, Honda, Mitsubishi, Nissan (Altima, Cube, Juke, Maxima, Micra, Murano, Note, Qashqai, Rogue, Sentra, Sunny, Tiida и др.), Сузуки и Тойота.

• Фрикционные вариаторы:
  • лобовые;
  • конусные;
  • шаровые;
  • многодисковые;
  • торовые;
  • волновые;
  • дискошариковые;
  • клиноремённые.
• Вариаторы зацепления:
  • цепной вариатор.
  • высокомоментный вариатор
  • сегментный вариатор

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ФРИКЦИОННЫХ ВАРИАТОРОВ

Фрикционный клиноремённый вариатор		Фрикционный конусный вариатор с ремнём		Фрикционный многодисковый вариатор с роликом		Фрикционный торовый вариатор
1		2		3		4

Принцип работы фрикционного торового вариатора[править | править код]

Вариатор изображён на иллюстрации 4 выше.

Если оси дисков и роликов перпендикулярны, то ролик катится по ручьям обоих дисков по равноудалённым от оси путям на обоих дисках, то есть проходит одинаковые пути на обоих дисках — вариатор работает как прямая передача. Если наклонить оси вращения роликов так, что точка пересечения осей уйдёт в сторону ведомого диска, то по ручью ведущего ролики будут бежать по меньшему радиусу, а по ручью ведомого — по большему, а так как пути они проходят одинаковые по обоим дискам, то на один оборот ведущего придётся меньше одного оборота ведомого — передача будет понижающей. Если наклонить оси в обратную сторону — передача станет повышающей.

Paботa вариатора Тороидная вариаторная трансмиссия системы Хейса, устанавливалась на автомобили марки Austin. Середина 1930-х.

В основе большинства современных автомобильных вариаторов — клиноременная передача. Левая боковина на ведущем шкиве и правая на ведомом подвижные. Зазор между боковинами в простейшем случае определяется центробежным регулятором, также могут применяться нагрузочные муфты. При повышении частоты вращения двигателя и ведущего вала боковины ведущего вала сдвигаются, тем самым посадочный диаметр шкива увеличивается, а коэффициент передачи — уменьшается.

Ременная передача целесообразна для мопедов и автомобилей особо малого класса; для более тяжёлых машин применяется цепная передача на том же конструктивном принципе.

Такая трансмиссия сама по себе не может ни стоять на месте, ни двигаться задним ходом — потому в большинстве автомобилей с вариаторами имеются гидротрансформатор и один планетарный ряд. Существует гибрид вариатора и робота — вариатор со сцеплением. В мопедах — автоматическое (центробежное) сцепление.

Вариатор не может работать с огромными крутящими моментами — на «низких передачах», используемых для резкого старта и форсирования препятствий^[1], ведущий шкив имеет минимальный размер, и весь крутящий момент передаётся через минимальную площадь ремня. Возможна прокрутка ремня, что очень вредно — царапается шкив, что ускоряет износ всего вариатора. На плохих дорогах бывает и такое: машина буксует на льду, добуксовывает до дороги и цепляется за неё, что тоже может привести к прокрутке. Этому есть несколько решений

[1]:

• Электроника ограничивает мощность мотора в рискованных режимах.
• Планетарный ряд, расположенный после вариатора, преобразует скорость в силу и этим частично разгружает вариатор (линейка трансмиссий Subaru Lineartronic^[2]).
• Всю нагрузку берёт на себя стартовая передача, действующая в обход вариатора (Toyota Direct-Shift CVT, появившаяся в 2018 — некоторые модели Toyota Corolla, Lexus UX200^[3]).

• Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — С. 416. — ISBN 5-7695-1384-5.
• Новый политехнический словарь / Под ред. Ишлинского А. Ю.. — М.: Большая Российская энциклопедия., 2003. — С. 671. — ISBN 5-7107-7316-6.
• Гузенков П. Г. Детали машин: Учеб. для вузов. — 4-е, испр. — М.: Высш. шк., 1986. — С. 359.
• Матасов Е. Б. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. — Машиностроение, 1977. — С. 143.
• Пылаев Б. В. Основы динамики высокомоментных вариаторов. — № 7. — Вестник машиностроения, 2004. — С. 16-22.
• Пылаев Б. В. Высокомоментные вариаторы нефрикционного типа: Научное издание. — МГАУ им. В. П. Горячкина, 2000. — С. 60.
• Труханович Г. В. Универсальная бесступенчатая передача: Международный научно-технический журнал «Изобретатель». — № 5-6. — Минск, 2010. — С. 22-27.

Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках

 «Слушай, а не страшно брать, с вариатором-то?» – все время спрашивают те, кто собрались покупать подержанный Nissan Qashqai или, скажем, Audi A5. Бесступенчатых трансмиссий боятся… Справедливо ли? Все зависит от конкретного типа коробки – «вариантов вариатора» очень много.
 

История часто несправедлива в отношении вариатора. То это перспективная трансмиссия, то символ дешевой и неудачной автоматической КПП… После выпуска первых легковушек DAF 600 с вариатором и попыток применения аналогичных конструкций с ремнями на машинах Вольво прошло уже более тридцати лет, и изящная идея все еще пытается обрести столь же изящное техническое воплощение.

За прошедшие годы вариаторы из экзотики превратились во вполне себе обычный тип «автомата», особенно на японских машинах, успев пережить несколько кризисов, набирая и теряя баллы репутации и претерпев несколько крайне значительных изменений конструкции. Причем сейчас в серийном производстве присутствуют все они вместе взятые. Обычно вопрос «что выбрать» не стоит выбора типов трансмиссий на одной модели машины нет, максимум можно выбирать между механической КПП и вариатором (редкие исключения только подтверждают правило), но этот материал будет полезен для понимания того, с чем придется столкнуться в процессе эксплуатации.

Принципиальная конструкция

---

Напомню, что суть вариаторной трансмиссии довольно проста. Передаточное отношение меняется в определенном диапазоне плавно, без ступеней, при этом обороты мотора могут находиться в оптимальной зоне для данного режима движения, что повышает экономичность и улучшает тяговые возможности машины. Это в теории.

На практике же различные конструктивные исполнения могут иметь множество недостатков, порой перечеркивающих их достоинства. Есть несколько способов передавать крутящий момент, плавно меняя передаточное отношение. Самый простой и очевидный способ – это передача момента ремнем через шкивы, диаметры которых постоянно изменяются. Конструкции такого рода были известны с древности – обычный кожаный ремень мог двигаться по коническому шкиву, удерживаемый от сползания роликом натяжения.

---

---

Диаметр второго шкива при этом оставался неизменным или же, как и в современных конструкциях, шкивы были сложными и составными, а ремень просто зажимался с боков – с одной стороны пружиной внутри шкива, обеспечивающей натяжение, а на другой шкив мог регулироваться. Последняя конструкция ближе всего к существующим поныне автоматическим трансмиссиям.

Старинный вариант

Предприятие братьев Ван Дорн, входившее в промышленную империю DAF, использовало простую схему с тянущим мягким ремнем – но уже не кожаным, а металлокордным – для своих легковушек. После покупки DAF компанией Volvo схему попытались применить на более крупной машине – Volvo 340, но не очень удачно. Трансмиссия получилась очень большой, заняв много места в багажнике, – у машины была схема трансэксл, когда двигатель расположен спереди, а КПП – на заднем мосту. Открыто расположенные шкивы загрязнялись, а ремни пробуксовывали, растягивались и горели. Опыт был признан неудачным.

---

---

Впрочем, сама конструкция не исчезла. Не пригодившись на автомобилях, она завоевала себе место под капотом мотороллеров и снегоходов, вполне соответствуя применению этих транспортных средств. С меньшим крутящим моментом она прекрасно справлялась, недорогой тянущий ремень можно было менять раз в сезон, а то и чаще, эта простая операция не требовала серьезных затрат, а малая масса и простота обеспечила самое широкое распространение. В общем, обычная схема с тянущим ремнем жива и поныне. Причем чувствует она себя очень уверенно, ни о какой замене на сложные наборные ремни или цепи речи даже не идет.

Варьируем материал ремня

Вариаторы, столь успешно прижившиеся в мототехнике, на машинах долгие годы не применялись, но простота и удобство схемы не давали конструкторам покоя. Основные проблемы были уже давно выявлены – при хорошем динамическом диапазоне такой АКПП ей все же очень мешали снижение КПД при крайних передаточных отношениях (когда разница между диаметрами ведущего и ведомого шкивов становилась слишком большой) и большая нагрузка на ремень при этом.

Сильно улучшило позиции вариатора изобретение компанией братьев Ван Дорн наборного стального ремня. Конструкция его состояла из нескольких несущих стальных лент-ремней и перпендикулярно нанизанных на них стальных пластин сложной формы, позволяющей передавать вращение со шкивов.

---

---

Для трогания с места предусматривалось обычное фрикционное сцепление (как на «механике»), а для расширения динамического диапазона и заднего хода еще и планетарная передача, знакомая по классическим АКПП. Поначалу вариаторы оснащались еще и повышающими редукторами для снижения передаваемого момента, но серийные конструкции были устроены уже немного проще.

Ресурс таких конструкций возрос до вполне приемлемых 80-120 тысяч километров пробега, но недостатков хватало. И в первую очередь не хватало надежности в работе. Особого распространения схема не получила, так как дальнейшее небольшое усовершенствование схемы работы ремня значительно улучшило характеристики трансмиссии.

Основные недостатки касались вибраций и (все еще) крайних передаточных отношений. При минимальном диаметре одного из шкивов ремень на нем сильно изгибался и к тому же пробуксовывал из-за недостаточной площади соприкосновения. Любые рывки тяги провоцировали пробуксовку еще сильнее. Пробуксовка быстро изнашивала ремень и шкивы. Возникающие при пробуксовке вибрации попутно вредили трансмиссии и снижали комфорт. В результате даже такая усовершенствованная конструкция применялась только на малолитражных машинах. Наиболее популярная из них – это Nissan Micra K11, дебютировавшая в 1992 году.

---

На фото: Nissan Micra K11

---

Тянущий вариант и гидротрансформатор

Исправить ситуацию помог гидротрансформатор вместо фрикционного сцепления и изменение схемы работы ремня. «Бублик», который был задействован при трогании машины, позволял избежать рывков тяги, а заодно и облегчить старт. А значит, можно было ограничиться меньшим передаточным отношением при трогании и заодно снизить вероятность пробуксовки из-за смягчения рывков ГТД.

---

---

Второе важное новшество – применение так называемого «толкающего ремня». В этом случае крутящий момент передавался не на той ветви ремня, что тянул ведущий шкив, а на той, что он толкал. Стальные бандажи, основа ремня, не испытывали больше нагрузки на растяжение, а все усилие передавалось через пакет пластин.

Это нововведение уменьшило износ ремня и улучшило условия его работы. А все вместе позволило применять вариатор на весьма мощных моторах. Изначально моторы 1,6 литра были пределом, но сейчас аналогичные конструкции применяют уже и на моторах 2,5, а то и 3,5 литра. Например, так устроены самые распространенные конструкции вариаторов Jatco, применяемые на многих японских машинах, например, бестселлерах Nissan Qashqai и X-Trail, а за ними – Renault Megane и Fluence, Mitsubishi Outlander и ASX…

---

На фото: вариатор Jatco jf011e

---

Путь от первых конструкций, на первый взгляд, не так уж велик… Но на деле в эти годы шла долгая кропотливая работа по улучшению вариатора такой схемы, позволившая сделать его весьма надежным, простым в эксплуатации и ремонте, сохранив при этом относительно недорогую конструкцию.

Вариации на тему

Схема с толкающим ремнем на слабых моторах может применяться и без ГТД, что демонстрируют вполне неплохие конструкции на некоторых китайских машинах. Простого сцепления хватает для обеспечения нужных характеристик, пусть и машины с упрощенными трансмиссиями едут уже не столь хорошо. Зато цена совсем невелика, а конструкция даже проще, чем у иной «механики». Собственно, один из первых удачных вариаторов с толкающих ремнем на Subaru Justy был устроен именно так.

---

На фото: Subaru Justy

---

Вариант с цепью

Использовать вместо ремня цепь кажется очень разумной затеей. Благо вариант это проверенный, роликовая цепь давно заменила ременную передачу там, где возможностей ремня уже не хватало, в тех же мотоциклах или промышленных передачах. Вот и в вариаторах цепь пришла на смену ремню, когда показалось, что тянущий ремень уже не справляется.

Разумеется, у вариаторов нет зубцов для зацепления, так что мощная пластинчатая цепь просто зажимается с боков шкивами. Серьезными преимуществами являются меньший возможный радиус закругления и большая прочность на сжатие. Да и растяжение цепи зависит в основном от износа в ее подшипниках, а значит, теоретически есть возможность сделать ее очень ресурсной, ограниченной только по износу контактных площадок.

---

---

В результате вариатор с цепью может быть заметно прочнее, меньше боится пиковых нагрузок и позволяет расширить динамический диапазон трансмиссии. Есть и экспериментальные конструкции, где один из шкивов зубчатый, а натяжение обеспечивается дополнительным роликом, но в серийном производстве пока господствует более компактная схема с двумя подвижными шкивами и передачей момента простым фрикционным зацеплением.

Конструкция с тянущей цепью была успешно реализована компанией Volkswagen в сотрудничестве с LuK для машин с продольным расположением двигателя в конце девяностых годов и применяется вплоть до сегодняшнего дня. Речь идет о вариаторах Multitronic – они выдерживают крутящий момент до 310 Нм. Применение цепи позволило заметно поднять передаваемый момент, а все недостатки трансмиссии оказались конструктивными и мало связанными с самой схемой.

---

---

Разве что ресурс цепи получился сравнительно невелик, около 100 тысяч километров пробега, но с учетом относительно небольшой ее цены и простоты замены это можно считать вполне успешным результатом. Помощь в разработке цепи и шкивов оказывала компания LuK, она же предложила свои услуги компании Subaru, когда та решила создать свой клиноцепной вариатор Lineatronic.

---

---

Результат впечатляет, новая трансмиссия «переваривает» момент двухлитрового турбомотора и при этом умеет быть экономичной и спортивной одновременно. Без ГТД и тут не обошлось. Для Субару это не первый опыт работы с вариаторами, они были одними из пионеров внедрения вариаторов с толкающим ремнем, выпустив в 1984 году свой вариант ECVT для модели Justy, но от дальнейших разработок отказались, хотя первый опыт и был весьма успешным.

Вариации в форме тора

Европейские производители пошли по пути роботизации вальных КПП (Volkswagen DSG, Ford PowerShift и т.п.), а японские компании, объединив усилия, продолжают работу над вариаторами. Следующим шагом в развитии стал отказ от ремня и цепи при передаче крутящего момента в пользу трения шкивов.

Подобные конструкции применялись и ранее, но фрикционная передача с коническими валами и промежуточным роликом слишком громоздка для применения в автомобиле. Но на помощь пришла схема с тороидальными поверхностями, так называемый «тороидальный вариатор». В этом случае вращение передается с ведущего тороидального конуса на ведомый с помощью промежуточного ролика.

Хитрость конструкции в том, что расстояние между точками на прямой, пересекающей оси вращения промежуточного ролика и тороидальных поверхностей, всегда одинаковое. А значит, не нужна цепь – один ролик вращается, одним краем касаясь малого радиуса конуса, а другой – большого, обеспечивая изменение передаточного отношения. Нет ни цепи, ни ремня, при этом размер точки контакта невелик, но постоянен, контактные поверхности можно изготовить из твердых материалов, а роликов использовать несколько – для увеличения площади контакта.

---

---

На практике такую технологию применял только Nissan на своих вариаторах Extroid, ставившихся на ряд мощных моделей вроде не особо распространенных у нас на рынке Cedric и Skyline. На этом пока что все закончилось.

Тороидальные вариаторы выглядят сложнее традиционных – приходится использовать две последовательных передачи для обеспечения нужного динамического диапазона. Проблема в том, что из-за необходимости применять очень дорогой и износостойкий материал для роликов, трансмиссия оказалась дорогой, сопоставимой по цене с традиционными АКПП с «бубликом» и планетарными редукторами.

Впрочем, прогресс не стоит на месте, и очень возможно, что у перспективного Extroid появятся более доступные наследники.

---

На фото: вариатор Nissan Extroid

---

Варианты без трения

Сейчас все серийные конструкции вариаторов передают крутящий момент за счет трения в зоне контакта цепи, ремня или роликов, но уже существуют наработки, позволяющие отказаться от передачи трением и воспользоваться возможностями зубчатого зацепления, а значит, повысить КПД и уменьшить износ рабочих элементов конструкции. Причем они есть как для конструкций с цепью, так и для тороидальных вариаторов.

Особый профиль зубьев позволит уменьшить давление в точке зацепления и при этом иметь возможность так же плавно менять передаточное отношение. Вариаторы с цепью и дополнительным натяжным роликом уже сейчас могут обеспечить отсутствие проблем с КПД у передачи в одном из крайних положений валов, но этого недостаточно, чтобы получить преимущество перед более компактными схемами с двумя раздвижными шкивами. До практического применения этой схемы, впрочем, дело пока что не дошло – только до опытных моделей и теоретических изысканий.

В частности, в прошлом году патент на зубчатый вариатор с постоянным зацеплением оформил профессор К.С. Иванов из Казахского института механики и машиностроения. Возможно, именно этот вариант и есть будущее бесступенчатых трансмиссий.

---

На фото: зубчатый вариатор К.С. Иванова, фото: sovmash.com

Что дальше?

В общем и целом у вариатора есть куда развиваться помимо банального улучшения износостойкости ремня, цепи и конусов у классических конструкций и усовершенствования поверхностей торов и роликов у тороидальных. Теоретически это один из самых перспективных видов трансмиссий для ДВС, и исчезнет он, наверное, вместе с самим ДВС, в результате постепенного отказа от ДВС как основного двигателя и перехода на электрическую тягу.

---

Читайте также:

---

Вариатор — Энциклопедия журнала «За рулем»

Вариатор — вид бесступенчатой автоматической трансмиссии, в которой изменение частоты оборотов и крутящего момента двигателя, передаваемых на ведущие колеса автомобиля, изменяется плавно. Отличается простотой принципиальной схемы и технологичностью производства. Наибольшее распространение В получил на маломощных транспортных средствах с двигателем мощностью менее 200 л.с.

Разновидности

По типу способа передачи крутящего момента вариаторы подразделяются на фрикционные и вариаторы зацепления. К фрикционным вариаторам относят конусные ременные и роликовые, шаровые, многодисковые, торовые, лобовые, волновые и клиноременные механизмы. К вариаторам зацепления — цепные. Наибольшее распространение в маломощной транспортной технике (легковых автомобилях, мотоциклах, скутерах, снегоходах и так далее) получили клиноременные вариаторы, в трансмиссиях легковых автомобилей с мощными двигателями (ДВС и в гибридных системах) цепные вариаторы. Другие разновидности механического вариатора используются в специальной технике и в металлообрабатывающих станках.

Фото: конусный вариатор

Устройство клиноременного вариатора

Самым распространенным типом бесступенчатой трансмиссии является клиноременный вариатор. Он состоит из ведущего и ведомого шкива с конусными раздвижными боковинами. Крутящий момент с ведущего на ведомый шкив передается армированным зубчатым клиновидным ремнем, который может выполняться из резины или в виде собранной из металлических звеньев металлической ленты. В цепных вариаторах функцию ремня выполняет цепь.

Для автоматической регулировки диаметра ведущего шкива применяется встроенный в ступицу центробежный регулятор. При раскручивании шкива ведущим валом двигателя грузики, увлекаемые центробежной силой, стремятся к периферии шкива, оказывая давления на подвижную боковину. Боковины шкива сближаются, диаметр внутренней поверхности увеличивается. В этот момент ремень оказывает давление на боковины ведомого шкива (поскольку длина ремня остается неизменной), преодолевает сопротивление стягивающей боковины пружины — боковины ведомого шкива раздвигаются, диаметр внутренней поверхности уменьшается. В результате бесступенчато, плавно изменяется передаточное отношение вариатора. При уменьшении частоты вращения ведущего вала двигателя преобразование крутящего момента происходит в обратном порядке — боковины ведущего шкива вариатора расходятся, ведомого, наоборот, сближаются.
В режиме остановки при работающем двигателе ремень лежит на поверхности ступицы ведущего шкива, которая не связана с валом двигателя механически. В этот момент ведущий шкив медленно вращается, ремень относительно боковин шкива проскальзывает, крутящий момент не передается. При увеличении скорости вращения шкива боковины сближаются и ремень за счет сил трения приходит в движение, приводя во вращение ведомый шкив.

Особенности вариаторной трансмиссии

Вариаторы обладают относительно небольшим диапазоном изменения крутящего момента. Передаточное отношение наиболее распространенных клиноременных вариаторов колеблется в диапазоне от 1:3, до 1:6, у автомобильных вариаторов передаточное отношение может достигать 1:10.
Наиболее долговечными являются цепные вариаторы — цепь работает в маслянной ванне, поэтому не подвержена интенсивному износу. Клиноременные вариаторы относятся к устройствам сухого типа. Армированный стальной проволокой (для предотвращения растягивания) зубчатый ремень изнашивается достаточно интенсивно, срок его службы обычно не превышает 50 тыс.км.
На скутерах и автомобилях с простым вариатором невозможно торможение двигателем. Для реализации заднего хода необходимо применение дополнительного редуктора, поэтому в современных автомобилях с бесступенчатой трансмиссией чаще используют сблокированную с вариатором планетарную коробку передач.
К достоинствам вариаторной трансмиссии относят простоту конструкции и системы управления. На скутерах, оборудованных вариатором, отсутствует рукоятка сцепления и рычаг переключения передач. Управление осуществляется при помощи одной вращающейся рукоятки «газа» и двумя рукоятками тормозов — переднего и заднего. При легком нажатии на любую из тормозных рукояток вариатор переводится в состояние холостого хода, передача крутящего момента прекращается. При отпускании тормозных рукояток и проворачивании рукоятки «газа» в сторону увеличения оборотов двигателя, вариатор переводится в рабочее состояние, скутер трогается с места.
На легковом автомобиле клиноременный вариатор появился в 60-е годы — на голландской машине DAF 600. Это был первый в мире автомобиль с бесступенчатой автоматической трансмиссией, который к тому же был очень недорогим. Эти автомобили имели репутацию ненадежной машины — в вариаторе DAF 600 работал ремень из резины, который деформировался и часто рвался.

Статья в журнале «За рулем» №9, 1967

Статья в журнале «За рулем» №6, 1985

Статья в журнале «За рулем» №1, 1988

Статья в журнале «За рулем» №7, 1995

Вариаторы

Вариаторы, укомплектованные общепромышленными асинхронными электродвигателями, получили название мотор-вариаторов. Они могут оснащаться и другими двигателями, например, с независимой вентиляцией, с переменным числом полюсов или со встроенным тормозом. По желанию заказчиков мотор-вариаторы могут доукомплектоваться цилиндрическими, червячными или другими редукторами со стандартным входным фланцем и полым валом. Применяемые схемы сборки «мотор – вариатор – редуктор» обеспечивают высокие крутящие моменты вала при одновременном регулировании скорости вращения.

В отличие от других вариаторов, передаточное отношение мотор-вариаторов можно изменять и на остановленном двигателе, а длительный режим работы при постоянном передаточном отношении не вызывает износа рабочих поверхностей на фрикционной паре, из-за отсутствия скольжения в зоне контакта.

Вариаторы соединяются с электродвигателями при помощи фланцев, а с редукторами или иными механизмами с помощью муфт.

Вариаторы хорошо себя проявили в машиностроении, строительстве и металлургии в ленточных, цепных, роликовых конвейерах, в пищевой промышленности, в подъемных устройствах, в экструдерах, приводах транспортировочных тележек, приводах летучих пил и ножниц, приводах поворотных механизмов и ходовых винтов.

Выгода от применения современных вариаторов заключается в их минимальном износе и отсутствии необходимости в дорогостоящих механизмах и элементах приводов, благодаря плавному изменению передаточного отношения. Реально существующая необходимость перехода экономики России на технологическую базу с достаточной эффективностью подтверждает готовность внедрения новых инновационных проектов, стимулирующих развитие новых ресурсосберегающих технологий. Их реализация приведёт к значительному снижению затрат на металл (за счет компактности конструкций разрабатываемых вариаторов) и на энергию, затрачиваемую на производство единицы продукции, и обеспечит производство конкурентоспособных вариаторных устройств нового поколения.

передача с плавным изменением частоты вращения ведомого вала.

Вариаторы



Область применения вариаторов

Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения на ходу частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего вала.
Бесступенчатое регулирование скорости способствует повышению производительности работы машины вследствие возможности выбора оптимального режима, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

В качестве механизма главного движения в вариаторах применяют передачи разного типа – фрикционные, ременные, цепные. Их выполняют в виде отдельных механизмов с непосредственным контактом ведущего и ведомого катков, с промежуточным элементом (например, ремнем) и планетарные.

Одной из основных характеристик вариатора является диапазон регулирования, равный отношению максимальной частоты вращения ведомого катка n_2max к его минимальной частоте вращения n_2min:

Д = n_2max/n_2min = u_2max/u_2min.

Обычно для одноступенчатых вариаторов диапазон регулирования выбирают в пределах Д = 3…8.

***

Разновидности вариаторов

В зависимости от формы тел качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и другие.
Разработано большое число конструкций вариаторов с различными принципиальными схемами, в зависимости от назначения и применения в различных механизмах и машинах.
Многообразие конструкций вариаторов не позволяет систематизировать методы их расчетов.

Вариаторы подбирают по каталогам и справочникам, в зависимости от передаваемого крутящего момента, диапазона регулирования, частоты вращения ведущего вала и конструктивных особенностей.

***

Лобовые вариаторы

Лобовые вариаторы применяют в винтовых прессах и различных приборах. Бесступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала достигается передвижением малого катка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R₂.
Лобовые радиаторы допускают реверсирование вращения (передвижением малого катка из положения А в положение Б, см. рис. 2).

Рабочие поверхности катков лобовых вариаторов подвержены интенсивному износу вследствие существенной разницы скоростей на площадке контакта (геометрическое скольжение).
По этой же причине лобовые вариаторы имеют невысокий КПД.

Поскольку R₁ = const, диапазон регулирования лобовых вариаторов определяется по формуле:

Д = R_2max/R_2min.

***



Вариаторы с раздвижными конусами

Этот тип вариаторов имеет наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным элементом вариаторов с раздвижными конусами является широкий клиновый ремень (см. рис. 3) или специальная цепь.
Плавное изменение частоты вращения ведомого вала достигается раздвижением ведущего и синхронным сближением ведомого конусных катков, т. е. изменением расчетных радиусов катков R₁ и R₂.

Максимальное и минимальное значение передаточного числа вариатора с раздвижными конусами определяется по формулам:

u_max = n₁/n_2min = R_2max/R_1min;
u_min = n₁/n_2max = R_2min/R_1max.

Клиноременные вариаторы просты и надежны в эксплуатации, стандартизированы.
Диапазон регулирования таких вариаторов Д ≤ 8.
При использовании широких ремней передаваемая мощность достигает 50 кВт при КПД η = 0,8…0,9.

Наглядно принцип работы клиноременного вариатора можно увидеть здесь.

Цепные вариаторы сложнее и дороже клиноременных, но компактнее, надежнее и долговечнее. Они обеспечивают постоянство передаточного числа из-за отсутствия проскальзывания.
Цепные вариаторы могут передавать мощности до 100 кВт и имеют диапазон регулирования Д ≤ 7.
КПД таких вариаторов η = 0,8…0,9.

Клиноременные и цепные вариаторы не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Торовые вариаторы

Торовый вариатор состоит из двух соосных катков с тороидальной рабочей поверхностью и двух или трех промежуточных роликов (рис. 4).
Частоту вращения ведомого вала регулируют поворотом промежуточных роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы поверхностей контакта R₁ и R₂.

Торовые вариаторы имеют наиболее совершенную и компактную конструкцию в сравнении с вариаторами других типов. Скольжение у них сведено к минимуму.
КПД достигает 0,95, диапазон регулирования Д ≤ 6,3.

Основные недостатки торовых вариаторов – сложность конструкции, высокие требования к точности изготовления и монтажа.
Особенностью торовых вариаторов является противоположное вращение ведущего и ведомого валов.
Реверсивное движение ведомого вала не осуществляют.

Текущее значение передаточного числа торовых вариаторов рассчитывают по формулам:

u = n₁/n₂ = R₂/R₁.

***

Многодисковые вариаторы

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических дисков, прижимаемых пружинами (рис. 5).
Изменение частоты вращения ведомого вала в таких вариаторах осуществляется за счет перемещения ведущего вала относительно ведомого в направлениях, указанных на рис. 5 красными стрелками. При этом изменяется межосевое расстояние и расчетный радиус R₁ ведущих дисков.

При работе дисков в масляной ванне долговечность и надежность многодисковых вариаторов существенно повышается.

Передаточное число многодисковых вариаторов определяется по формулам:

u = n₁/n₂ = R₂/R₁.

Диапазон регулирования многодисковых вариаторов Д ≤ 4,5, КПД η = 0,8…0,9.

Применение многодисковых вариаторов позволяет уменьшить габариты конструкции при больших значениях передаваемой мощности.
Как и рассмотренные выше типы вариаторов (клиноременные, цепные, торовые), многодисковые не способны осуществлять реверсивное движение ведомого вала.

***

Кроме рассмотренных здесь типов вариаторов применяются и другие конструкции — конусные, двухконусные, дисковые, роликовые и т. д. Конструкции некоторых из них представлены на рисунке ниже.

***

Передача винт — гайка



Вариаторы цепные

Скачать каталог

НТЦ «Редуктор» в отличие от множества других поставщиков приводной техники, кроме поставки вариаторов, выполняет еще большой комплекс работ по вариаторной технике, например:
Диски вариаторные – изготовление и поставка в требуемых количествах для любых типоразмеров.
Ремонт вариаторов — любых, в том числе импортных, с гарантией их качества.
Мотор-вариаторы – подбор соответствующего электродвигателя, его входной контроль, сборка с вариатором и испытаниями.
Мотор-вариатор-редукторы — проектирование мотор-вариатор-редукторов по исходным данным клиента, их изготовление, сборка и испытания.
Специальные вариаторы — по исходным данным клиента проектирование, изготовление и испытание специальных вариаторов.
Модернизация – проверка правильности подбора ненадежно работающих вариаторов, модернизация редукторов. Итог: повышается в 2–5 раз эксплуатационный ресурс вариаторных приводов.

Вариатор цепной представляет собой два зубчатых шкива между которыми проходит цепь. Регулируя положение цепи на шкивах,сдвигая губки шкивов, добиваемся изменения передаточного отношения вариатора. В вариаторах так же имеется система натяжения цепи. Регулирование скорости может осуществляться как в ручном так и в автоматическом (дистанционное управление) режимах. Могут быть выполнены в литом и сварном корпусах.

 

ВАРИАТОРЫ ЦЕПНЫЕ ПЛАСТИНЧАТЫЕ типа ВЦ

Технические характеристики вариаторов

Типоразмер вариатора	Межосевое расстояние, а, мм	Диапазон регулирования	Частота вращения выходного вала, n2, об/мин		Мощность, P1 кВт
			max	min	max	min
ВЦ1	160	3, 4,5, 6	2014	300	13,2	5,6
ВЦ2	190		2014	300	1,2	1,7
ВЦ3	250		2014	300	1,9	5,0
ВЦ4	300		2010	300	3,0	7,5
ВЦ5	360		2010	300	5,6	13,2
ВЦ6	425	3, 4, 6	1300	312	7,5	19
ВЦ1Н	160		2000	295	0,6	2,8
ВЦ3Н	250		2000	295	2,0	4,2

ВАРИАТОРЫ ЦЕПНЫЕ (производства Германии)

Технические характеристики вариаторов

Тип вариатора	Межосевое расстояние, мм	Диапазон регулирования	Передаточное число редукторной приставки		Частота вращения, мин-1			Мощность, кВт
					входного вала	выходного вала
			на входе	на выходе		min	max	min	max
Без редукторной приставки
P(R)	160	3; 4,5; 6	—	—	710-950	290-550	1230-2328	0,58…1,1	1,1. ..1,7
	190							1,2…2,14	22…2,96
	248							1,78…3,38	3,бб…4,91
	304							2,83…5,36	5,68…7,62
	360							5,36…10,2	10,0…13,2
Редукторная приставка на входе
АР (BR)	160	3; 4,5; 6	1,5 — 2,0	—	1440	290 — 550	1230-2328	0,58…1,1	1,1 …1,7
	190							1,2…2,14	22…2,96
	248							1,78…3,38	3,бб…4,91
	304							2,83…5,36	5,68…7,62
	360							5,36…10,2	10,0…13,2
Редукторная приставка на выходе
PA (RB)	160	3; 4,5; 6	—	2-30	710-950	10-275	42 — 660	0,37…1,05	1,1. ..1,65
	190							0,7…2,0б	2,1 …2,88
	248							1,39…3,24	3,33…4,75
	304							2,1б…4,94	5,23…7,4
	360							3,29…9,78	9,52…12,7
Редукторная приставка на входе и выходе
АРА (BRB)	160	3; 4,5; 6	1,5-2,0	2-30	1440	10-275	42 — 660	0,37…1,05	1,1…1,65
	190							0,7…2,06	2,1. ..2,88
	248							1,39…3,24	3,33…4,75
	304							2,16…4,94	5,23…7,4
	360							3,29…9,78	9,52…12,7
Трехступенчатая редукторная приставка на выходе
PAX	160	3; 4,5; 6	—	50	710-950	5,8 — 1 1	33-46	0,21. ..0,4	1,1. „1,5
	190							0,4…0,77	2,0…2,7
	248							0,8…1,53	3,24…4,23
	304							1,25…2,38	5,06…6,5
	360							1,9…3,62	8,85…10,8
Редукторная приставка на входе и трехступенчатая на выходе
АРАХ	160	3; 4,5; 6	1,5-2,0	50	1440	5,8 — 1 1	33-46	0,21. ..0,4	1,1. ..1,5
	190							0,4…0,77	2,0…2,7
	248							0,8…1,53	3,24…4,23
	304							1,25…2,38	5,06…6,5
	360							1,9…3,62	8,85…10,8

Заявка на подбор оборудования