среда, 7 сентября 2022 г.

Вариатор с зубчатым зацеплением. Бесступенчатая коробка передач.


Изобретатель из таежного городка придумал вариатор с переменным передаточным числом при постоянном зацеплении зубчатых колес.

Изобретатель считает, что это НОУ-ХАУ выявит новые возможности в развитии теории механизмов и машин, придаст импульс в проектировании бесступенчатых коробок передач трансмиссий автотранспортных средств, даст толчок в развитии автомобилестроения, бурильных установках, ветро-электростанциях, роботостроении, в военной отрасли. Невозможность применения зубчатых вариаторов с теоретической точки зрения, станет доступным в практическом воплощении.

Изобретатель сопоставил несколько вариантов построения АКПП. Вот один из них.

Основное новшество, как считает Благодаров Ю.П. кроется в ином подходе в построении зубчатого зацепления, при котором даже на тороидальной поверхности можно исключить проскальзывания и взаимно-пересечения зубьев сателлита, с солнечной и коронной шестернями.




 Коробка передач с зубчатым зацеплением повышает КПД. Она более компактна,  нет необходимости менять часто масло, нет механической и гидро-муфты сцепления. нет масляного насоса высокого давления Меньше расход топлива.
    Вот почему так стараются конструкторы, создающие коробки передач для автомобилей, разработать  АКП с постоянным зацеплением зубчатых колес и с переменным передаточным отношением. 
Построение автоматической коробки передач (АКП) с постоянным зацеплением зубчатых колес и с переменным передаточным отношением, является мечтой каждого автоконцерна, типа: VAG, Toyota, Renault–Nissan–Mitsubishi, General Motors и Hyundai–Kia.                                              Многие водители считают,  автомобили классов А и В, представленные сегодня на мировом  рынке, могут оснащаться как механической коробкой передач, так и автоматической.В некотором роде это действительно так, но автоматическая коробка передач бывает классическая, которую все привыкли называть “автоматом”(АКП) и вариатор (CVT). 
Оба этих варианта коробок передач сейчас прочно вошли в массовый сегмент автомобильного рынка. 
Но при этом ходит много слухов, часть из которых правдива, о надежности, экономичности, скоростных характеристиках каждой из них.   
Рассмотрим, какие действительно имеются плюсы и минусы у вариатора и автомата, и чем они отличаются друг от друга.

КОРОБКА АВТОМАТ,  



Стандартная автоматическая коробка передач используется на массовых автомобилях гораздо дольше, чем вариатор, оттого и имеется миф о ее большей надежности. Конструкция такой коробки передач немного может отличаться, в зависимости от производителя, но, в целом, устроена она следующим образом.

Крутящий момент от ДВС передается через гидротрансформатор.  Работа проходит под давлением, то есть между агрегатами нет жесткого зацепления. Можно подумать, что из-за отсутствия жесткого зацепления и ломаться нечему, но это не так.  В конструкции автоматической коробки передач присутствуют валы с планетарной передачей и стальные диски с фрикционами, при сжатии и разжимании которых происходит переключение передач, то есть подключение необходимых муфт. Еще два важных элемента в конструкции автомата — это гидроблок и насос высокого давления.   

  Причины поломок  коробки автомата. В процессе работы коробки передач масло в ней постепенно теряет свои свойства и в нем появляется много мусора. Это приводит к тому, что забиваются элементы коробки передач — фильтры, гидроблок, радиатор и так далее. В итоге, масляный фильтр не может работать нормально и создавать необходимое давление, что приводит к прокручиванию фрикционов на металлических дисках. Водитель ощущает эту проблему как толчки при переключении коробки передач, либо вовсе коробка перестает включать нужные передачи.                                                Указанные выше проблемы в коробке передач могут привести к еще большим неприятностям, вплоть до физического повреждения планетарных шестерен и износа фрикционной накладки гидротрансформатора.

   Ресурс у автомата.     Водители, которые привыкли ездить на механике, часто говорят, что не переходят на автомат из-за их малого ресурса работы. 
 Такое мнение сложилось об автоматических коробках передач довольно давно, несмотря на то, что многие автопроизводители выпускают крайне надежные АКПП. Например, многие японские автомобили выпуска конца 80-90х годов на АКПП до сих пор передвигаются на родных автоматах, над которыми проводились минимальные работы, тогда как их пробег уже превышает 500 тысяч километров. 
 На самом деле, ресурс автомата напрямую зависит от его обслуживания. Несмотря на то, что в книгах  по технической эксплуатации автомобиля не всегда указывается необходимость смены масла в АКПП, делать это нужно обязательно каждые 50-70 тысяч километров пробега. Вместе с заменой масла в автомате нужно обязательно заменить масляный фильтр и очистить радиатор. В идеале при выполнении таких работ также убрать скопившуюся на дне корпуса автомата стружку и другие продукты отработки.
 Плюсы и минусы автомата.   Выделим явные плюсы автоматической коробки передач: Простое управление. Все, что нужно сделать водителю — выбрать правильный режим движения, после чего автомобиль автоматически выполнит необходимые манипуляции со сцеплением; 
   Надежность. Несмотря на все мифы, автоматические коробки передач крайне надежные при правильном обслуживании; 
   Простой ремонт. АКПП давно применяются на массовых автомобилях. Соответственно, уже не только в специализированных сервисных центрах можно провести грамотный ремонт трансмиссии; 
   Простота обслуживания. Как отмечалось выше, обязательно нужно в автомат заливать свежее масло каждые 50-70 тысяч километров пробега; 
   Механическая работа. В автомате крайне мало электрических составляющих. Коробка сама по себе механическая, а ее работой управляет напрямую ЭБУ; 
   Плавная работа. Шестиступенчатый автомат — давно не редкость для массовых автомобилей. Такие коробки дают высокий порог скорости, а вместе с тем позволяют плавно переключаться передачам при наборе скорости.
  Минусы автоматаНизкая динамика. Разгоняться автомобиль на автомате будет медленнее, чем на механической коробке передач (при умелом использовании) или на вариаторе; 
   Наличие передач. Несмотря на плавность работы, некоторые при переключении передач толчки водитель может ощущать.        У вариаторов такой проблемы нет, поскольку фактически нет переключения передач;                           
  Затраты КПД на работу. Поскольку работа происходит при помощи гидротрансформатора под давлением масла, при этом отсутствует прямое соединение трансмиссии с двигателем, тратится частично КПД. .
Дороговизна коробки- автомата, при приобретении и обслуживании. Стоимость автоматической коробки передач доходит до 30% стоимости всего автомобиля в целом. На сервисное обслуживание и ремонт также затрачивается много денежных средств. В связи с постоянной работой над улучшением качественных характеристик трансмиссионных масел идет тенденция к удорожанию при замене масла.
Больший расход топлива на автомобилях с АКПП и низкий КПД
 Как можно видеть, автоматическая коробка передач надежная, но имеет не идеальные мощностные характеристики.                    
  
    .

ВАРИАТОР


Такие коробки передач начали устанавливаться на автомобиле в середине 20 века, но сразу массовость они не набрали. Но о них вспомнили, когда потребовались коробки, которые имеют меньший расход топлива, больший  КПД, чем обычный автомат, и при этом не требуют от водителя усилий при переключении передач.                                                                                        
Вариатор принято называть бесступенчатым. 

  Как можно понять, в отличие от автомата, такая трансмиссия не имеет привычных скоростей. 
  Конструкция коробки подразумевает наличие ведущего и ведомого шкива, которые располагаются параллельно друг другу. Они соединены друг с другом металлическим ремнем в форме трапеции. Конусы вариатора имеют сдвижные половины. В момент, когда ведущий шкив раздвинут, вращение ремня идет по малому диаметру, можно считать это аналогом высокой передачи на автомате. Когда же шкив сдвинут, ремень вращается по большому диаметру, тем самым получается максимальное передаточное число, то есть первая передача. В зависимости от плавного передвижения шкива, меняется передаточное число.     Это и приводит к повышению/понижению скорости, хотя как таковых скоростей, как в автомате, в вариаторе нет. Поскольку передача момента от двигателя к трансмиссии и колесам жесткая, удается свести к максимуму передачу КПД.
 Поломки вариатораКак и в случае с автоматом, к выходу из строя вариатора ведет его неправильное обслуживание. 
 Такие коробки передач еще более требовательные к маслу, чем автоматы. Замена масла в вариаторе также проводится каждые 50-70 тысяч километров, и здесь это делать обязательно. 
 Если не заменить вовремя масло в вариаторе, тогда: 
 Масляный насос засорится, из-за чего не сможет создавать достаточное давление;
 Ремень начнет пробуксовывать, поскольку валы не смогут его достаточно сжимать и разжимать; 
    Это приведет к повышенному износу ремня и его разрыву, что станет причиной повреждения других компонентов вариатора.
    Также стоит отметить, что в вариаторе гораздо больше электронных компонентов, нежели в обычном автомате. Соответственно, больше вероятность их выхода из строя.
Ресурс вариатора.  
В отличие от обычного автомата, вариатор менее продолжителен по сроку службы. Даже если следить за ним и своевременно менять масло, он сможет проходить около 120-150 тысяч километров пробега, после чего порвется ремень, и это приведет к серьезным повреждениям других компонентов коробки. Чтобы этого не произошло, рекомендуется на 120-150 тыс. км. пробега выполнить замену ремня вариатора или вариатора в целом.
  Как можно понять, водитель автомобиля с вариатором должен знать, что нужно проводить своевременные диагностические и ремонтные работы с коробкой, иначе это приведет к необходимости ее капитального ремонта или замене. 
  Чаще всего водители об этом не задумываются, не отличая вариатор от автомата, и это приводит к серьезным проблемам.
Плюсы и минусы вариатора
Плюсы:  Повышенный КПД. У вариаторов КПД примерно на 5-10% выше, чем у автоматов. Это сказывается и на расходе топлива, который на автомобилях с вариаторами меньше; 
Плавность хода. Отсутствие передач ведет к плавной работе коробки передач; Быстрый разгон. Из-за отсутствия необходимости переключения передач разгон на автомобиле с вариатором более плавный; 
Легкое управление. Как и в случае с автоматом, в вариаторе водителю достаточно выбрать нужный режим работы, чтобы автомобиль поехал.
Минусы:  Сложность обслуживания и ремонта. Как отмечалось выше, в вариаторе не достаточно просто менять масло своевременно, в отличие от автомата. Здесь важно также определить момент, когда потребуется замена шкива. При этом стоимость ремонта вариатора значительно выше, поскольку не все мастера готовы оказать услугу;
  Большое количество электроники. Это чревато большим количеством потенциальных проблем с электроникой, что может вылиться в необходимость дорогостоящей диагностики и ремонта; 
 Интенсивное образование пылеобразных масляных частиц, при трении металлического ремня о диски, приводящее к загрязнению масла;
Дорогое масло. При обслуживании вариатора заливается особое масло, которое определено производителем коробки передач. Это масло значительно дороже, чем то, которое используется на автоматах.
 Как можно понять из сравнения, автомат и вариатор имеют свои плюсы и минусы. Однозначно нельзя сказать, что одна из коробок лучше, а другая хуже. При правильном обслуживании, как одна, так и вторая способны проработать достаточно долго.

Ученые и изобретатели многих стран ищут пути решения над усовершенствованием коробок передач.
У вариаторной коробки передач долгая история. Конструкция возникла в 1902 году.

Это конусно-кольцевая конструкция передачи мощности такая же, как и у вариатора . В нем не используются традиционные шестерни или цепи для передачи мощности, а для передачи мощности используется контактное трение.
Итоговым решением в развитии этого направления стала  коробка передач KRG 

Общая конструкция коробки передач KRG не сложна. Текущая коробка передач KRG в основном предназначена для горизонтального двигателя . После выхода мощности из двигателя она напрямую подключается к сцеплению (KRG может быть оснащен 

гидротрансформаром и сухое сцепление), входной вал и планетарная передача. Шестерни соединяются, а затем конус входного ролика - конусное кольцо - конус выходного ролика, а затем мощность выводится на дифференциал - полуось . 

Что касается сцепления, то сухое сцепление, используемое KRG, управляется электроникой, как коробка передач AMT. Разница в том, что в механизме управления сцеплением не используется электрогидравлическая система управления (система управления, состоящая из электронных масляных насосов, гидравлических приводов и т. д.) Для управления включением и выключением сцепления, как в большинстве коробок передач AMT,  используется управление двигателем. Муфта имеет более простую конструкцию и более высокую скорость срабатывания. Конечно, он также может использовать гидравлический преобразователь крутящего момента.

Другим практическим воплощением в мире вариаторов стала  бесступенчатая трансмиссия Torotrak . Вот ссылка на видео: https://vimeo.com/channels/optical3d/41904036






Каждое из этих технических решений  имеют свои достоинства и недостатки.

Но в одном они проигрывают предложенному НОУ-ХАУ - поскольку они все выполнены как вариаторы, без зубчатого зацепления. то имеют низкий КПД, так, как часть энергии тратится на трение.

Имеются разработки вариатора с зубчатым зацеплением (см. рис. ниже). 





Но далее лабораторных установок они не пошли.







Передача Благонравова Александра, профессора.

 Ключевая особенность бесступенчатой механической трансмиссии в сохранении энергии в момент начала движения при неподвижных колесах автомобиля. Традиционный гидротрансформатор терпит максимальные потери именно в этот момент.

В ходе испытаний было установлено, что такая коробка действительно снижает расход топлива на 20-30%. 

Но с большей долей уверенности могу сказать, что она пойдет в разнос  при больших угловых скоростях, появиться детонация, которая разрушит весь механизм в целом.  А центрировать, как колеса центрируют, вряд ли получится.









Найдено уникальное решение, которое изменит представление о построении трансмиссий автотранспортных средств. Разработан   зубчатый вариатор
бесступенчатая коробка передач, в котором изменение угловой скорости варьируется от нуля (0), до заданной величины, соответствующей максимальной скорости автомобиля, 250 км/час. При этом, обороты ДВС остаются постоянными. Зубчатое зацепление имеет постоянный модуль, а пятно контакта зубьев шестерен  не отличается и соответствует установившейся практике.  Нет проскальзывания зубьев шестерен между собой.
Конструкция получается простой. 
Отсутствует механическая муфта сцепления,  гидромуфта.
Передаточное число транспортного средства варьируется от производной  величины, до 1.  
 При  сложении равных  значений: положительного передаточном числа планетарной передачи и отрицательного передаточного отношения дифференциала  производная величина транспортного средства равна 0. 
Не в каждой автоматической коробке передач можно изменить угловую скорость движущегося транспортного средства до нуля, без гидромуфты или механической муфты сцепления. В этой конструкции зубчатого вариатора возможно. 
Используя этот вариатор, техника может двигаться очень, очень тихо, останавливаться, изучать объект, двигаться дальше.
В зависимости от  условии эксплуатации автотранспортного средства можно автоматизировать скоростной режим через контроллер.

 Изобретатель разработал автоматическую коробку передач - зубчатый вариатор, для скоростных автомашин и  обычных автотранспортных средств. Имеется сборочный компоновочный "чертеж" в программе Sketchup.

 Необходимы инвестиции в размере 100 000 евро, для разработки чертежей, изготовления опытного образца.

 Далее, необходимы будут инвестиции для привязки АКПП с зубчатым зацеплением вариатора, к автотранспортному средству, для испытания автотранспортного средства.

Я готов возглавить работу в этом направлении поскольку имею опыт  руководства на предприятиях СССР, высшее образование инженер-механика. Специализация, машины и механизмы.





Автоконцерн, который первым внедрит на своем авто  силовую установку,  с  зубчатым вариатором, даст импульс дальнейшему развитию производства и увеличению продаж.





Устройство.                                                                                                                                                 Вариатор, с зубчатым зацеплением  имеет две модификации, касательно данной технологии: солнечная шестерня выполнена в форме тора (см.фиг.1); солнечная шестерня выполнена в форме усеченного конуса. (см. Фиг.2)                                                                              Тороидальная поверхность солнечной шестерни предназначена в основном для скоростных машин, т.к. ускорение движению автотранспортного средства  создается мгновенно.

Вариатор с зубчатым зацеплением состоит из:  дифференциала I  и планетарной передачи II .    (См. Фиг.3 и Фиг.4) 

В дифференциале I  осуществляется передача крутящего момента от водила 6 главной паре автотранспортного средства.

В планетарной передаче II осуществляется регулирование скоростного режима движения автотранспортного средства по трассе.

        Крутящий момент от входного вала 4 передается водилу 5, через коронную шестерню 1.

       Имеется функция реверса автотранспортного средства.

Отсутствуют как гидро-механическая, такт и механическая муфты сцепления, ввиду их ненадобности.  Синхронизаторы имеются только в механизме реверса.

При нахождении сателлитов 22 планетарной передачи II  на вершине конуса  солнечной шестерни 32  автотранспортное средство стоит, водило 5 не вращается.


 

Принцип работы:

Устанавливаем один из режимов работы ДВС, при которой угловая скорость постоянная.

Кутящий момент от ДВС передается  входному валу 4. На входном валу 4 установлены жестко: солнечная шестерня 3и солнечная шестерня 32.

В период остановки автотранспортного средства или в период пуска, водило 6 не крутится. Так предусмотрено инженерной мыслю изобретателя.

Для подстраховки реверс находится в нейтрайльном положении. При движении вперед реверс включаемтся в направлении «вперед».

Используя сервопривод перемещаем сателлиты 22 вдоль усеченного конуса  солнечной шестерни 32 . При этом, меняем угловую скорость коронной шестерни 1, увеличивая или уменьшая линейную скорость автотранспортного средства.

Каждый последующий  сателлит 2 фиксирует от проскальзывания зубьея солнечной  32,  Относительное расположение сателлитов дифференциала I , планетарной передачи II  коронной и солнечных шестерен создает технологическую жесткость конструкции.

В существующих АКП с вариатором имеется проблема нагрева вариатора. В этой связи используют специальные масла. Я избавлю зубчатые вариаторы от этой проблемы, используя простой метод.

Перспективы для рынка.

Автоматическую коробку передач (АКП) с постоянным зацеплением зубчатых колес и с переменным передаточным отношением, можно установить на автомобилях, выпускаемых концернами: VAG, Toyota, Renault–Nissan–Mitsubishi, General Motors и Hyundai–Kia. 

Рынок сбыта продукции обширный, охватывает территориально все государства Европы, Азии, Африки, Северной и Южной Америки.

Готов сотрудничать и войти в группу по реализации данного проекта.





19 комментариев:

  1. Для полноты картины не хватает квадроцикла.
    Это для него "изобретен" агрегат?

    |Это значит, что при входном вале, в 6000 об/мин., обороты на выходном вале могут меняться
    | от 0, до 1000 об/ мин. как при прямом ходе, так и при движении назад.

    Где-то есть устройство для управляющего воздействия- рычажок, веревочка, кнопочка, джойстик - с помощью которых регулируется передаточное соотношение вариатора?
    Их не видно, потому что они находятся сзади и не попадают в поле зрения?

    ОтветитьУдалить
  2. "Элласичная муфта" является отличительным признаком "изобретения"?

    ОтветитьУдалить
  3. Первую схему не совсем понял. Во второй схеме ничего не изменится. Конусное водило увеличивается в диаметре пропорционально солнечному конусу.

    ОтветитьУдалить
  4. Дай бог чтобы схема работала

    ОтветитьУдалить
  5. Что касается фрикционных вариаторов- у них нет трения и энергия на это не затрачивается....иначе бы они стёрлись, поэтому они имеют специальные защиты в системах управления чтобы не вызывать трение, потерю КПД и износ.

    ОтветитьУдалить
  6. хМ....

    friction (англ) = трение (рус)

    Цитата:

    Фрикцио́нная му́фта (устар. — фрикцио́н, от англ. friction — трение) — устройство передачи вращательного движения посредством силы трения скольжения.

    https://ru.wikipedia.org/wiki/Фрикционная_муфта


    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Если вы на МКПП выжмите диск сцепления ( фрикционная муфта) но при этом вы будете продолжать движение- то в результате трения диск сцепления изотрется и перестанет выполнять свою функцию. Муфта фрикционная это муфта которая при включении или отключении испытывает трение, а ремень фрикционного вариатора это ремень.

      Удалить
    2. Да!
      Ремень - это ремень!
      И этот ремень имеет коэффициент проскальзывания и он точно так же изнашивается.
      Потому что это "фрикционный ремень" - ремень трения.

      Удалить
    3. Да и что собственно здесь смотреть. Схема неработоспособна. Только если зубчатые колеса между конусами буду совершать некоторый поворот относительно конусов чтобы оставаться в зацеплении- но на валу тогда будет константа.

      Удалить
    4. Если честно, то у меня сомнения по поводу того- нужен ли вообще зубчатый вариатор. Автоконцернам и производителям АКПП не выгодно внедрять что-то более лечше и сворачивать производство.

      Удалить
  7. Название узла ( фрикционный) не говорит вовсе что оно имеет прямое значение.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Еще как имеет!

      =================================

      Недостатки фрикционных передач:
      непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания
      незначительная передаваемая мощность (открытые передачи - до 10-20 кВт; закрытые - до 200-300 кВт)
      для открытых передач сравнительно низкий КПД
      большое и неравномерное изнашивание катков при буксовании
      необходимость применения опор валов специальной конструкции с прижимными устройствами (это делает передачу громоздкой)
      для силовых открытых передач незначительная окружная скорость ( 7 - 10 м/с)
      большие нагрузки на валы и подшипники от прижимной силы , что увеличивает их размеры и делает передачу громоздкой. Этот недостаток ограничивает величину передаваемой мощности
      большие потери на трение

      Источник: http://www.teormach.ru/lect9.htm

      =================================

      Удалить
  8. Я с вами согласен. Я писал в комментарии что для этого используют защиты. Защита- это совокупность систем автоматики. Естественно они не дают проскальзывать ремню и только благодаря этому ремень имеет не низкий КПД, а ограничения по мощности

    ОтветитьУдалить
  9. Даже если зубчатый вариатор будет создан- то он найдет применение в определенной своей категории. Но такого что с автомобиля объемом двигателя 1.5 снимут с производства вариатор и будут использовать зубчатый- то только не в этой схеме.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Зубчатые вариаторы существуют.
      Они давным давно созданы.
      У них есть свои достоинства и недостатки.
      Первый из этих недостатков - ограниченный диапазон вариации.
      А топикстартер, нарисовав чудовищно хреновую схему с тороидальными(!!!) зубчатыми зацеплениями, громогласно хвастается, что создал вариатор с бесконечным вариационным отношением - от "0" до "ого-го"!
      Повнимательнее, пожалуйста!
      топикстартер торгует, точнее пытается торговать, - своей мечтой.

      Удалить
  10. Ремень проскальзывает ввиду того что в любой системе имеется инерция ( в автоматике в первую очередь) инерция автомобиля, точность срабатывания устройств. Ремень при его использовании в транспортном средстве физических свойств не меняет. Если бы он использовался только в мототехнике то к нему не было никаких претензий. Но ввиду того что человечество хочет иметь способности вариатора на всем что ездиет- это очень сильно бьёт по нему.

    ОтветитьУдалить