Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов



Дата28.11.2012
Размер82.8 Kb.
ТипДокументы
Гончаров М.Н., Мавлеев И.Р.

Камский государственный политехнический институт

г. Набережные Челны
АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СУЩЕСТВУЮЩИХ ВАРИАТОРОВ
Последние годы в области проектирования и производства автомобильных трансмиссий происходят качественные перемены. Сразу несколько авторитетных автостроительных компаний довели до производства разработки механических бесступенчатых трансмиссий, а достигнутые ими успехи не только впечатляют, но и позволяют рассматривать происходящее как многообещающую тенденцию. Эксперты утверждают, что время безраздельного господства зубчатых коробок передач и гидромеханических "автоматов" подходит к концу.

Центральным звеном в бесступенчатых трансмиссиях является вариаторы: лобовые, роликовые, фрикционные, импульсные и т.д. Главное преимущество вариаторов заключается в том, что передаточное отношение между его ведущим и ведомым валами изменяется плавно. В результате также плавно, а не скачкообразно трансформируется и величина передаваемого крутящего момента, что позволяет идеально согласовывать динамику движения автомобиля с режимами работы двигателя. Фактически можно говорить о бесконечном множестве передач, в то время как механические КПП на обычных автомобилях редко могли предложить водителю более 5-ти ступеней переключения. При дальнейшем увеличении числа передач масса и размеры механических коробок возрастают, а управление ими усложняется.

Преимущества вариаторов над традиционными ступенчатыми конструкциями рисовались в виде улучшения топливной экономичности и снижения износов деталей двигателя, но есть и общий недостаток — почти все вариаторы, которые теоретически можно приспособить в качестве автомобильной трансмиссии, фрикционные и поэтому способны передать только ограниченный крутящий мо­мент, при превышении которого рабочие по­верхности начинают проскальзывать и интенсив­но изнашиваться.

Первую серьезную попытку внедрить вариатор на легковой автомобиль предпринял голландский инженер и фабрикант Ван Дорн, владевший в то время DAF. Трансмиссия, известная под названием Variomatic, которую в 1958 году получил небольшой автомобиль (660 см3) DAF Daffodil, включала два клиноременных вариатора, каждый из которых приводил в движение свое ведущее колесо. Изменение положения половин шкивов в Variomatic производил вакуумный привод [3].

Через десятилетие интерес автопроизводителей к бесступенчатым трансмиссиям вернулся. Это объяснялось появлением новой разработки Ван Дорна и его фирмы VDT - толкающего ремня из стальных элементов. Кроме того, в исполнительных механизмах привода половин шкивов вариатора вместо пневматики стали широко использовать более надежную гидравлику. Новые бесступенчатые трансмиссии получили название CVT - Continuously Variable Transmission.
Однако, ограничение по величине передаваемого крутящего момента преодолеть не удалось, поэтому CVT использовали только на автомобилях особо малого и малого классов и лишь в модификациях с самыми маломощными двигателями. В середине-конце 80-х в выпускались малолитражки Fiat, Lancia, Ford, Subaru c CVT.

Следующие шаги сделали японские фирмы. Subaru выпустила для нужд внутреннего рынка субкомпакт Rex с вариатором.

Сначала Honda доказала, что вариатор Multi Matic вполне дееспособен для работы с 1,6-литровым шестнадцатиклапанным двигателем Civic мощностью 115 л.с. и крутящим моментом 145 Нм и бесступенчатые трансмиссии стали доступны машинам среднего класса.

В октябре 1999 года в Ингольштадте был представлен Audi A6 с 2,8-литровой V-образной "шестеркой" в паре с бесступенчатым вариатором multitronic, в котором применен стальной ремень-цепь компании LuK: трансмиссии CVT передавала мощность в 193 л.с. и крутящий момент в 280 Нм. Благодаря большей гибкости “клиноцепь” позволила уменьшить минимальный диаметр шкивов, что расширило диапазон передаточных чисел вариатора (он простирается от понижающей 12,7 до "овердрайва" 2,1) и сделала конструкцию более компактной. Контакт со шкивами приходится на скошенные торцы осей звеньев, сделанных из подшипниковой стали. Хотя при минимальном радиусе всю нагрузку несут только девять осей, цепь все равно не проскальзывает [1].

Во время испытаний выяснилось, что “multitronic” Audi лучше, чем механическая 5-ступенчатая КПП или автоматический tiptronic фирмы ZF, как по динамическим характеристикам (время разгона с места до 100 км/ч уменьшилось на 0,1 и 1,3 секунды), так и по расходу топлива на 100 км пробега - на 0,2 и 0,9 л. Чтобы реализовать преимущества в экономичности, для рассоединения двигателя и вариатора при остановке автомобиля и для плавного старта с места вместо обычного гидротрансформатора, в котором потери энергии выше, применили пакет "мокрых" фрикционов. Для снижения внутренних потерь мощности применена система раздельного масляного охлаждения и двухконтурная конструкция гидравлического управления шкивами с гидронасосами меньшего давления.

Multitronic собственного производства на тысячу марок дороже "автомата", а вдобавок требует применения специального масла и его замены вместе с двумя фильтрами — пока через 60000 км пробега.

В ноябре 1999 года на Токийском автосалоне Nissan продемонстрировала разработанный компанией Jatco фрикционный тороидный вариатор Extroid, который в Японии устанавливают на большие Nissan Gloria и Cedric (3,0 V6, 240 л.с., 310 Нм).

Принцип действия этой бесступенчатой трансмиссии несложен и был запатентован Чарльзом Хантом еще в 1877 году. Если между двумя соосными дисками расположить промежу­точный поворотный ролик, то в зави­симости от положения ролика он будет менять передаточное отношение от ведущего диска к ведомому. Повернули ролик в одно крайнее по­ложение — он обкатывает ведущий диск по ма­ксимальному радиусу, а ведомый — по мини­мальному, и получается понижающая передача. Повернули в другое — ситуация меняется на противоположную, и передача становится повы­шающей. А выбирая любое из промежуточных положений ролика, можно изменять передаточ­ное отношение вариатора в пределах между крайними значениями.

Но основная проблема, свойственная всем фрикционным вариаторам, оставалась прежней — все усилие сконцентрировано в одном пятне контакта диска и ролика. Та­ких нагрузок не выдерживала самая прочная сталь. Отработкой надежного сопряжения пары диск—ролик с 1978 года занимались инженеры японского отделения крупнейшей подшипнико­вой корпорации NSK, для этих деталей вариа­тора они используют подшипниковую сталь сверхвысокой степени очистки от примесей, уп­рочняя рабочие поверхности цементацией — глубоким насыщением стали углеродом. Но даже эта сталь не смогла бы надежно работать в ва­риаторе без специального масла. При огромном давлении в пятне контакта диска с роликом, ко­торое может достигать десяти тонн, молекулы масла спрессовываются в пленку толщиной не более одного микрона и сцепляются друг с дру­гом, помогая передавать сдвигающее усилие. При этом то же самое масло выполняет и обыч­ные функции — работает в гидротрансформато­ре, которым снабдили трансмиссию Extroid. сма­зывает шестерни заднего хода, используется в гидравлическом механизме поворота роликов...

Ноу-хау конструкции заключалось: во-первых, в се­рийной трансмиссии работают два вариатора "в параллель" — тем самым крутящий момент де­лится надвое. Во-вторых, в каждой из секций — по два ролика, что тоже позволяет увеличить суммарный передаваемый момент. А в-третьих, вместо того, чтобы тратить немалую мощность на наклон роликов прямым механическим путем, инженеры JATCO делают это косвенно. Прецизи­онный гидравлический механизм на доли милли­метра смещает ролики вверх или вниз, и они са­мостоятельно "соскальзывают" в нужное положение [2].

Конечно, трансмиссия получилась довольно массивной и дорогой, но на 10% экономичнее автомобиля с традиционным автоматом.

Сегодня бесступенчатые коробки передач становятся синонимом прогресса в конструировании и производстве трансмиссий, однако он нетороплив - клиноцепной вариатор multitronic для Audi, и ниссановский торовый Extroid разрабатывались более двадцати лет.

В России в настоящее время ввиду высокой конструктивно-технологической сложности и высокой стоимости массовое и серийное производство вариаторы для автомобильной техники отсутствует. Использование разработок зарубежных фирм, упомянутых выше, приводит к повышению стоимости отечественного автомобиля в 1.5-2 раза и ограничивается покупательной способностью населения.

Одновременно в России имеется не мало разработок автоматических трансмиссий для автомобилей, в том числе многодисковый планетарный вариатор (автор Н. Гулиа), инерционные вариаторы (автор Б.Ф. Кочетков), инерционно импульсные вариаторы, зубчатый вариатор (автор Ю.Х. Хамуков) и другие.

Наиболее перспективным с точки зрения изготовления и эксплуатации является зубчатый вариатор Хамукова Ю.Х. (патент RU 2146022 С1).

Вариатор предназначен для плавного преобразования и передачи вращательного движения между валом двигателя и валом рабочего органа машин и механизмов с целью обеспечения оптимального режима работы при меняющейся величине сопротивления на рабочем органе.

Вариатор состоит из двух зубчатых дифференциальных механизмов, один из которых имеет одно входное звено и два выходных, а второй два входных и одно выходное звено, выходные звенья первого дифференциала связаны попарно с входными звеньями второго дифференциала через зубчатые редукторы с разными передаточными числами и образуют две параллельные передачи, а в передачу с меньшим передаточным числом включена обгонная муфта. При этом входное звено первого дифференциала является входным звеном вариатора, а входное звено второго дифференциала является выходным звеном вариатора.

Вращательный момент от внешнего источника энергии подают на входное звено (водило) дифференциала, которое вращается с угловой скоростью соответствующей передаваемой мощности. Полученный водилом момент делится между выходными звеньями дифференциала. Вращательные движения выходных звеньев дифференциала преобразуются на входных звеньях второго дифференциала и создают на его выходном звене (водиле) результирующий вращательный момент. Передаточное число вариатора, т.е. соотношение угловых скоростей входного и выходного звеньев (водил), являющихся входным и выходным звеньями вариатора, может меняться в пределах диапазона регулирования, определяемого соотношениями передаточных чисел редукторов и передаточными отношениями между звеньями дифференциала.

Зубчатый вариатор существенно проще в изготовлении, т.к. в его конструкции предусматриваются только твердотельные круглые зубчатые звенья в парах с постоянным зацеплением. Зубчатые вариаторы обладают достаточно большим диапазоном регулирования, ограниченным разностью между передаточными числами параллельных каналов передачи, что в свою очередь является их недостатком над разрешением которого необходима дальнейшая работа.
Литература

  1. Голованов Л. Цепная реакция // Авторевю. – 1998. - №20. – с. 18 – 19.

  2. Голованов Л. Экстраординарный Extroid // Авторевю. – 2000. - №1. – с. 20 – 21.

  3. Харитонов С.А. Автоматические коробки передач. - М.: ООО “Издательство АСТ”, 2003. - 335, (1) с.: ил.

Похожие:

Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconЦели и задачи дисциплины
Цель дисциплины: овладение студентами знаний о состоянии рынка транспорта, его конъюнктуры, технико-эксплуатационных характеристик...
Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconАнализ возможности применения импульсных вариаторов в приводах траловых лебедок
Анализируется возможность обеспечения широкого диапазона регулирования передаточного отношения ваероукладчиков траловых лебедок за...
Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconРезервы улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик оптических приборов

Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconНациональный
Изделия медицинские для диагностики in vitro. Питательные среды для микробиологии. Критерии эксплуатационных характеристик питательных...
Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconТехнико-экономическое обоснование технологической схемы разработки обводненных месторождений песков
В работе выполнен краткий сравнительный технико-экономический анализ известных и апробированных технологических схем разработки материковых...
Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconВсероссийская школа молодых ученых
«Научные основы разработки методов модификации поверхности с использованием новых электронно-ионно-плазменных технологий для повышения...
Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconПовышение надежности слоев, напыленных композиционными порошками на основе Аl
Целью данной работы является изучение особенностей формирования и эксплуатационных характеристик композиционных напыленных покрытий,...
Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconЛекция 31. Анализ и интерпретация результатов машинного моделирования. Корреляционный анализ результатов моделирования. Регрессионный анализ результатов моделирования. Дисперсионный анализ результатов моделирования
...
Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconРек. Мсэ-r f. 1330-2
Предельные значения эксплуатационных характеристик для ввода в эксплуатацию частей международных трактов и участков плезиохронной...
Анализ технико-эксплуатационных характеристик существующих вариаторов iconДвигатели пятого поколения будут буквально «сотканы» из нанотехнологий
...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org