Определение вариатора

Вариа́тор (лат. variātor «изменитель») — механическая трансмиссия, способная плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения производится вручную или автоматически.

Вариатор применяется  в устройствах (агрегатах), требующих  бесступенчато изменять передаточное отношение, таких как автомобили, мотороллеры, снегоходы, квадроциклы, конвейеры, металлорежущие станки, мешалки и др. В стационарных устройствах вместо вариаторов обычно применяется регулируемый электропривод.

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

Принадлежит это  изобретение не японцам и не американцам. 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 1950-х 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 по-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.

По сути, вариатор (наиболее распространенное 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 выдает себя - педалей всего две и рычаг переключения режимов трансмиссии – P, R, N, D – такой же, как и у машины с традиционной АКПП. Все привычно. Но работает вариатор совершенно по-другому. В нем нет фиксированных первой, второй, десятой передач. И "переключение" между ними происходит плавно и незаметно.

Поэтому-то здесь  нет толчков при трогании и "переключении". Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число по мере разгона или замедления автомобиля.

Вариаторы бывают нескольких типов: клиноременные со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные…

Первый тип  – самый распространенный. Посмотрим, как он устроен.

Рассмотрим пример: возьмем 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, обращенных острыми концами друг к другу. А между шкивами зажат клиновый ремень.

Например, при  попытке заехать на холм и при  замедлении авто, несмотря на нажатие  педали газа, умный вариатор не оставит "включенной" высокую передачу. Шкивы для уверенного штурма высоты быстро передвинутся обратно – чтобы  увеличить крутящий момент на выходе из коробки.

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.

Короче, 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.

Но прогресс идет. 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.

Можно возразить, что класс D – это еще не все. 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 3.5-литровым V6 мощностью 234 лошадиные силы ставят клиноремённый вариатор X-Tronic. 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 100-150 тысяч километров пробега требовать замены ремня. Масло при этом стоит несколько  дороже, чем для автомата, но зато менять его можно чуть реже –  ориентировочно через 40-50 тысяч километров для разных моделей автомобилей.

И все же вариаторы  получают все 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.

Испытания.

Установка содержит опорную плиту, на которую болтами  крепятся трехфазный электродвигатель, шариковый вариатор. Муфта соединяет  валы электродвигателя и вариатора. Тормозные рычаги закреплены свободно на оси, неподвижно установленной на корпусе вариатора. Один рычаг опирается  рабочей поверхностью на тормозной  цилиндр, надетый с натягом на наружное кольцо шарикоподшипника вариатора. Второй рычаг опирается рабочей  поверхностью на тормозной диск, установленный  посредством шпоночного соединения на выходной вал вариатора. На тормозные  рычаги подвешиваются грузы. В торцах валов электродвигателя и выходного  вала вариатора имеются отверстия  цилиндрической формы, в которые  неподвижно установлены штифты.

Установка работает следующим образом. Электродвигатель передает вращающий момент через  муфту ведущему валу вариатора. Рычаг  с грузом создает тормозной момент на наружном кольце шарикоподшипнка, что уменьшает скорость вращения кольца, и соответственно начинает вращаться сепаратор подшипника и связанный с ним выходной вал. Рычаги позволяют создать тормозной момент на вариаторе (на наружном кольце подшипника) и на выходном валу. Грузы и известные плечи действия их силы тяжести относительно оси поворота рычага и места контакта дают возможность определить моменты трения на тормозных дисках. Штифты позволяют гибкой связью соединить выходной вал вариатора с выходным валом микроэлектродвигателя постоянного тока и через значение наведенного напряжения в обмотках получить частоту вращения вала вариатора.

При испытаниях используется вариантное исполнение шарикового вариатора.

Минусы вариатора - не ремонтопригодность. Плюсы - плавность  хода и большой ресурс.

Главный недостаток вариаторов состоит в том, что  они фрикционные (работают за счет трения, а не зубчатого зацепления), и  поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это  означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями.

Вариатор не любит долгой работы в режиме максимальных нагрузок. "Спортивный" стиль вождения, резкие рывки и торможения приводят к его быстрому износу. Стихия вариатора - спокойное, плавное движение.