По сложившимся у многих автолюбителей представлениям, вариаторная трансмиссия представляется как клиноременная передача с переменными значениями диаметров шкивов. Но недавно выяснилось, что можно создать зубчатый вариатор, работа которого построена на несколько иных принципах.
Разработка зубчатого вариатора
Заявление о создании первого в мире опытного образца принципиально нового вариатора сделали представители итальянской фирмы AlterEgo. Проект возглавил инженер-механик и автоматизатор Эдисон Павилка. Работу вели в кооперации с Миланским техническим университетом, предоставившим собственную материальную базу для проведения кинематических испытаний нового устройства.
Разработчики ставили перед собой цель добиться значения КПД, сопоставимого с показателями механических коробок передач, одновременно обеспечив бесступенчатое изменение передаточного отношения для плавного набора скорости. Предварительные итоги показали, что зубчатый вариатор превосходит по этому критерию привычный ременной на 10%.
Принцип работы
Чтобы оценить принцип действия и отличия зубчатого вариатора от ременного, важно понимать, как построена работа традиционной бесступенчатой трансмиссии. Основной узел этой коробки – пара шкивов, соединенных ремнем. Передаточное отношение этой передачи можно изменять, увеличивая или уменьшая диаметр сдвиганием и раздвиганием конусов. Вследствие указанного подхода, скорость вращения выходного вала регулируется плавно, без выраженных позиций, характерных для механики.
В механической коробке передач параметры вращения выходного вала изменяются перестановкой шестерен. При этом водитель вынужден вручную включать необходимую скорость, передвигая соответствующее колесо по шлицевому валу. При недостаточном удобстве в управлении, у КПП высокий КПД, хорошая ремонтопригодность и продолжительный ресурс.
В зубчатом вариаторе совмещены конструктивные особенности механической трансмиссии и особенности изменения передаточного отношения, свойственные ременным вариаторным механизмам. При этом конструкторы реализовали возможность плавного переключения скоростей от нулевого значения до предельной скорости, без учета условий вращения коленчатого вала и колес автомобиля.
В новой коробке нет ремней. Механизм из зубчатых шестерен и зубцов на отдельных валах в ходе сложного взаимодействия образуют комплекс, функционально подобный реле вращающего момента. Свободно вращающаяся ось внутри собственной коронной шестеренки соединена со всеми тремя зубцами, состоящими в непосредственной кинематической связи с выходным валом.
По мере перемещения осей с изогнутыми лучами к центру коронного зубчатого колеса, угловая скорость ведущих шестерен сохраняется свободной. Одновременно вращаются оси, но лучи остаются в прежней позиции, что соответствует нулевому передаточному отношению.
По мере смещения осей от центральной зоны к краю остальные узлы механизма начинают двигаться. Этим достигается последовательное и плавное увеличение передаточного числа.
Конструкция вариатора
Конструктивно принципиально новый зубчатый вариатор состоит из таких элементов:
- центральная коронная шестерня;
- свободная ось;
- три зубца, вращающие кольцевое зубчатое колесо;
- входной и выходной валы.
Конструктивная особенность этого трансмиссионного механизма – наличие эллиптических шестеренок. Это позволяет варьировать скоростью центрального колеса.
Испытания и планы
Новую модель назвали RatioZero. Изготовлено несколько образцов разных размеров и характеристик. Один прототип установили на электровелосипеде, приводимом в действие электрическим двигателем. Для управления предусмотрен джойстик. Передаточное отношение можно изменять от нулевого значения до 6.
В планах разработчиков – опробовать коробку на мопеде с топливным мотором. Для испытаний избрана модель 530cc Yamaha T-Max. Позже предстоит опробование на мотоцикле. Чтобы реализовать намеченные планы, конструкторам предстоит собрать около полумиллиона долларов США. Кампания по сбору средств уже началась.
Создание зубчатого вариатора – новое слово в истории развития технической мысли. Первые опыты показали, что у этого трансмиссионного механизма сохраняются перспективы. Но потребуется продолжительная доработка для снижения шумности, улучшения характеристик и совершенствования конструкции. Насколько ремонтопригодным выйдет новый механизм, покажет время. Об этом говорить еще преждевременно.
Если получится воплотить в жизнь планы по адаптации зубчатого вариатора на велосипедной и мотоциклетной технике, можно применить эту конструкцию на автомобилях в качестве альтернативы привычным трансмиссиям.
