Клиноременной вариатор

Передачи такого типа применяются в основном на снегоходах, мотоциклах, легковых автомобилях, причем доля автомобилей с клиноременным вариатором в мировом выпуске составляла по некоторым данным около 2% в 2003 г. Схема клиноременного вариатора, не имеющего внешней САУ, приведена на рис. б. На ведущем валу 10 установлен ведущий шкив 11, половина которого может перемещаться вдоль вала. Такой же шкив 16 установлен на ведомом валу 17. Крутящий момент между шкивами передается ремнем 15.

Рис. Схемы фрикционных бесступенчатых передач:
а — торового вариатора; б — клиноременного вариатора с внутренней САУ; 1 — вал вариатора: 2, 14, 18 — пружины; 3, 17 — ведомые валы; 4, 6 — ведущие диски; 5 — ведомый диск; 7 — нагружающее устройство; 8, 10 — ведущие валы; 9 — ролики; 11 — ведущий шкив; 12 — грузы центробежного регулятора; 13 — полость с разрежением; 15 — ремень; 16 — ведомый шкив

При разгоне автомобиля на ведущий шкив действуют силы от грузов 12 центробежного регулятора и от разрежения в полости 13, соединенной с впускным коллектором двигателя. Сумма этих сил, преодолевая силу пружин 14 и 18, сдвигает половины ведущего шкива и раздвигает половины ведомого шкива. Так происходит бесступенчатое изменение передаточного числа, причем обычно так же, как и у горового вариатора, симметрично относительно единицы.

Введение центробежного регулятора, создающего значительное усилие, сдвигающее ведущий шкив и тем самым уменьшающее передаточное число с увеличением скорости вращения ведущего шкива, превращает несаморегулируемый клиноременный вариатор в саморегулируемую (например, ГДТ) передачу. Такое решение (без внешней САУ) позволяет создать относительно простую бесступенчатую передачу, подучившую широкое применение на снегоходах (в том числе «Буран» Рыбинского завода) и мотоциклах, а также на легковых автомобилях особо малого класса фирмы «ДАФ», Голландия, а затем и «Вольво» (модель 343), Швеция.

Часто на снегоходах и мотоциклах такой клинорсмснный вариатор используется без сцепления, а функции сцепления при трогании с места выполняет ремень. На режиме холостого хода двигателя ремень свободно лежит на подшипнике ведущего вала. При увеличении угловой скорости вала двигателя ремень, сжимаемый ведущим шкивом, передает тяговую силу на ведомый шкив, а значит и на ведущие колеса или гусеницу. Конечно, пробуксовывание боковых поверхностей ремня относительно вращающихся дисков ведущего шкива приводит к значительным износам и сокращению срока службы ремня.

Кроме этого недостатка, не имеющегося у легковых автомобилей, использующих сцепление или ГДТ, клиноременному вариатору без внешней САУ присуще значительное недоиспользование поля передаточных чисел. В частности, без внешней САУ невозможен быстрый выход на режим максимальной мощности при максимальном передаточном числе, что приводит к более медленному разгону. В снегоходах и мотоциклах этот недостаток частично устраняется использованием специальной конструкции центробежного регулятора, обеспечивающей получение обратной прозрачности. При этом на ведущий шкив некоторое время передается крутящий момент, намного больший, чем максимальный момент двигателя.

У многих современных вариаторов оба шкива имеют гидроцилиндры и сдвигаются-раздвигаются давлением жидкости, изменяемым внешней САУ с электронным блоком.

При этом поле передаточных чисел используется в значительно более широких пределах. Так, при полной подаче топлива разгон вначале происходит при наибольшем передаточном числе клиноременного вариатора, но при приближении к максимальной частоте вращения двигателя САУ обеспечивает плавное уменьшение передаточною числа. На максимальную частоту вращения коленчатого вала двигатель выходит не при 29 км/ч, а при 80 км/ч. Это приводит к существенному снижению шумности двигателя в процессе разгона автомобиля при сохранении высокой тяговой силы, поскольку с уменьшением передаточного числа клиноременного вариатора уменьшается коэффициент учета вращающихся масс. В соответствии с современными представлениями используется также зона повышающих передач, обеспечивающих улучшение топливной экономичности автомобиля.

Рис. Трансмиссия с клиноременным вариатором фирмы «Ниссан» (а) и металлический ремень VDT (б):
1 — гидроцилиндр перемещения ведущего шкива; 2— фрикцион переднего хода; 3 — фрикцион заднего хода; 4 — гидротрансформатор; 5 — насос САУ; 6 — гидроцилиндр перемещения ведомого шкива; 7 — двухступенчатая главная передача; 8 — дифференциал; 9 — металлические звенья; 10 — стальные многослойные ленты; 11 — поверхность контакта с конусной поверхностью шкива

На рисунке а представлена коробка передач с клиноременным вариатором фирмы «Ниссан». В этой конструкции, как и в ГМП типа ГСК, при трогании с места и движении передним ходом сначала включается фрикцион переднего хода 2, а затем при увеличении подачи топлива происходит троганис с места, причем работа буксования происходит в ГДТ. У ведущего и ведомого шкивов установлены гидроцилиндры 1 и 6 для сдвигания-раздвигания шкивов.

Наружные диаметры гидроцилиндров увеличены до наружных диаметров шкивов, что позволяет применять сравнительно невысокие давления для перемещения шкивов. Применение внешней САУ с электронным блоком (не показаны на рис. а) позволяет значительно более полно, чем в конструкциях без внешней САУ, использовать иоле передаточных чисел.

Конструкции вариаторов с раздвигаемыми шкивами продолжают совершенствоваться, в частности, в направлении увеличения диапазона передаточных чисел. Так, например, фирма «Лук» наладила выпуск вариатора «Мультитрон и к» с гибким элементом в виде многорядной цепи фирмы «ПИВ» вместо ремня. Этот вариатор имеет КПД 88…93%, диапазон передаточных чисел — 6,0…6,2.

Ранее применялись резинокордовые ремни. Они имели трапецеидальное сечение и выполнялись зубчатыми для большей гибкости при высокой поперечной жесткости. Они работали на растяжение, передавая и силу предварительного натяжения и силу тяги, но имели низкие износостойкость и прочность. Обычно в современных автомобильных клиноременных вариаторах применяют металлический ремень фирмы «Ван Дорн Трансмишен» (VDT). Ремень состоит (рис. б) из двух многослойных металлических лент 10, на которые вплотную друг к другу установлены металлические звенья 9 особой формы. Ленты работают на растяжение, воспринимая силу предварительного натяжения, а звенья работают на сжатие, передавая силу тяги. КПД такого вариатора составляет 85…90%, диапазон передаточных чисел — 5,0…5,8.