19.2. Коробки передач з варіаторами

Коробки передач з варіатором є безступеневими і дають можливість отримати будь-яке передавальне число в заданому обмеженому діапазоні. Їх позначають буквами CVT (Continuosly Variable Transmission) – трансмісія, яка постійно змінюється. Сьогодні в автоматичних коробках передач найбільш розповсюджені клинопасові та тороїдні варіатори.

Клинопасові варіатори. Вперше на серійному автомобілів трансмісія з варіатором була застосована в 1950 році. В ній використовувався гумовий пас, затиснений між конічними поверхнями розсувних шківів. Один шків сполучений з двигуном (ведучий), а інший – з ведучими колесами (ведений).

Якщо половинки шківа зближуються, пас виштовхується назовні, а якщо розсуваються – провалюється всередину. Зміна радіусів, по яких обертається пас, відбувається синхронно – коли один шків збільшує радіус, інший – зменшує. В результаті цього плавно змінюється передавальне відношення.

Рис 19.5. Принцип роботи клинопасового варіатора

Така конструкція мала суттєвий недолік – гумовий пас не міг передавати великі зусилля та був недовговічним. В сучасних клинопасових варіаторах використовують металевий пас, який складається з набору окремих пластин спеціальної форми. Принциповою відмінністю такої конструкції є те, що металевий пас може передавати не тільки тягове, а й штовхальне зусилля.

Рис. 19.6. Металевий пас варіатора

За схожим принципом працюють і конусні варіатори. Вони бувають пасові та вальцеві. В обох випадках ведучий та ведений диски виконані у вигляді зрізаних конусів. В пасовому конусному варіаторі перпендикулярно до осей конусів натягнутий пас, який переміщаючись від основи конуса до його вершини змінює передавальне відношення передачі. У вальцевому варіаторі на осі між конусними дисками, паралельній до їх бічних поверхонь, встановлений валець. Пересуваючи його вздовж осі ми змінюємо передавальне відношення між ведучим та веденим дисками.

Рис. 19.7. Принцип роботи конусних варіаторів: а) клинопасовий; б) вальцевий

В зв’язку з тим, що трансмісія з варіатором не має нейтральної передачі, при зупинці автомобіля необхідно від’єднувати її від двигуна. В багатьох конструкціях для цього використовують відцентрове зчеплення, яке вмикається та вимикається автоматично. Проте при застосуванні такого механізму зупинка автомобіля та рушання з місця супроводжуються ривками. Позбутись цього недоліку дозволяє електромагнітне порошкове або багатодискове мокре зчеплення з комп’ютерним керуванням.

Сьогодні виготовляють автоматичні коробки передач з клинопасовими варіаторами, в яких використовують гідротрансформатор. Таке технічне рішення ускладнює конструкцію, проте забезпечує плавне рушання з місця та інтенсивний розгін автомобіля. Наявність гідротрансформатора дає можливість зменшити діапазон передавальних чисел варіатора, що знижує його розміри та габарити коробки передач вцілому. Вмикання передачі заднього ходу в таких конструкціях забезпечує планетарний механізм.

Автоматичні коробки передач з варіаторами мають кращі показники паливної економічності та плавності роботи в порівнянні з гідромеханічними коробками-автоматами. Проте їх широке застосування стримується внаслідок не тільки технічних, а й психологічних причин. Водії звикли, що при розгоні автомобіля зі звичайною механічною або автоматичною коробкою передач вони відчувають зростання частоти обертання колінчастого вала двигуна. Автомобіль з варіатором може інтенсивно розганятись і при постійній частоті обертання. Така робота забезпечує найбільш оптимальний розгін, але у водія складається враження, що оберти двигуна недостатні.

Рис. 19.8. Конструкція коробки передач з варіатором та гідротрансформатором: 1 – ланцюг привода насосного колеса гідротрансформатора; 2 – гідротрансформатор; 3 – диференціал; 4 – пас варіатора; 5 – ведений шків; 6 – вторинний вал; 7 – механізм заднього ходу; 8 – ведучий шків; 9 – первинний вал

Для вирішення цієї проблеми ряд виробників адаптували системи керування варіаторів з метою штучного створення ряду фіксованих передавальних чисел. У водіїв з’явилась можливість вибору між ручним послідовним перемиканням передач з фіксованими передавальними числами чи безступеневим автоматичним керуванням.

В тороїдних варіаторах замість розсувних шківів використовують конусоподібні диски, а пас замінюють вальці. Ведучий диск сполучений з колінчастим валом двигуна, а ведений – з трансмісією. До дисків притискаються вальці, які можуть обертатись на горизонтальній осі, передаючи обертовий момент. Змінюючи положення вальців відносно осі конусів ми змінюємо і передавальне відношення. Якщо валець дотикається до ведучого диска по малому радіусу, то з веденим він контактує по великому і навпаки. При обертанні по однакових радіусах передача буде прямою. В результаті такої конструкції тороїдні варіатори здатні передавати більший обертовий момент, ніж клинопасові.

Рис. 19.9. Принцип роботи та конструкція тороїдного варіатора: а) робота на нижчій передачі; б) робота на вищій передачі 1 – ведучий диск; 2 – ведений диск; 3 – валець