Unelte trepte

O transmisie variabilă continuă este o transmisie care transmite rotația în care translația este reglabilă continuu. Este utilizat pe scară largă în mașini-unelte și ca transmisie a vehiculului .

Abrevierile din limba engleză sunt adesea folosite pentru a desemna astfel de angrenaje:

  • CVT înseamnă Transmisie variabilă continuă , adică o transmisie variabilă continuă, care are un interval de control limitat. Un vehicul cu motor cu ardere internă și CVT necesită un ambreiaj de pornire.
  • IVT înseamnă Transmisie infinit variabilă , adică o transmisie variabilă continuă care poate coborî între un raport de transmisie fix într-o direcție de transmisie pentru a încetini („infinit”, ∞) sau în direcția opusă (negativ), astfel încât arborele antrenat să se rotească în timp ce arborele antrenat este oprit. Aceasta înseamnă că ambreiajul de pornire poate fi omis în vehicul. Astfel de transmisii sunt realizate cu seturi de angrenaje planetare suplimentare.

Termenul interval de control corespunde răspândirii în transmisii în mai multe etape, adică raportul dintre raportul de transmisie cel mai mare și cel mai mic. În CVT-uri cu lanțul factorului de legătură este de obicei între 5..6 (în industria automobilelor până la 8), cu centura de tracțiune puțin mai adâncă și cu curea de plastic (de exemplu, în scuterele cu motor ) la aproximativ 3 transmisii cu curea trapezoidală cu lanțuri supuse efectului poligonului , adică traducerea nu este constantă, se suprapun asupra acestuia vibrații, a căror frecvență depinde de pasul lanțului. Acest lucru se remarcă printr-un șuierat zgomot de funcționare. Cu Audi Multitronic, pasul lanțului de articulație basculantă este variabil, lungimile diferite ale legăturilor sunt distribuite aleatoriu în lanț pentru a suprima fluieratul.

Transmisiile variabile continuu sunt de obicei construite ca transmisii mecanice la vehiculele rutiere . La mașinile de construcție cu mișcare lentă cu acționări auxiliare hidraulice , există și transmisii hidrostatice pentru acționarea de deplasare, în care un mediu de curgere transmite puterea . O altă formă de transmisie variabilă continuă este transmisia electrică (motor / generator), de exemplu în acționările diesel-electrice din locomotive.

Noțiuni de bază

Versiuni cu rapoarte variabile
Nissan Extroid CVT

Cu transmisii variabile continuu, raportul vitezelor arborilor de antrenare și a arborilor conduși , translația , poate fi modificat continuu într-un anumit domeniu. Aceasta poate însemna, de asemenea, blocarea (IVT) sau inversarea direcției de rotație a unui arbore.

Transmisia cuplului într-o transmisie mecanică cu variație continuă este de obicei angajată prin frecare. Excepție este transmisia lanțului de lucru care se potrivește conform Abott, cunoscută sub numele de transmisie PIV , forța transmite un lanț cu laminări transversale, care se deplasează lateral, care se află în angajament constant cu două discuri conice cu fante radiale. Șanțurile devin constant mai înguste spre centrul discurilor conice. Pasul dinților format din lamele subțiri se adaptează la flancurile înclinate ale dinților de pe discurile conice.

Există diferite tipuri de roți dințate cu angrenare prin frecare: angrenaje cu curea trapezoidală și angrenaje cu elemente rulante, acestea sunt angrenaje de fricțiune cu roți mobile, în care, în cel mai simplu caz, suprafața de contact poate fi deplasată pe raza unei roți. La uneltele toroidale, suprafețele de frecare fac parte din suprafața unui tor . Angrenajele de intrare și ieșire sunt orientate între ele și sunt conectate între ele prin intermediul unor role planetare. Pentru a schimba raportul de transmisie, rolele sunt pivotate astfel încât să ruleze mai departe pe partea rapidă și mai departe pe partea lentă.

Transmisiile variabile continuu dezvoltate pentru vehicule sunt realizate în principal prin cuplaje de frecare, care se caracterizează prin așa-numita alunecare . În esență, există două cauze ale acestui derapaj:

  • Datorită principiului, există o suprafață de presiune în toate proiectele prin care se transmite puterea mecanică, de exemplu suprafața de contact a curelei trapezoidale pe DAF Variomatic . Geometric, suprafețele de contact se deplasează una împotriva celeilalte deoarece au viteze ușor diferite în direcția de mișcare. Cu Variomatic există o singură poziție (traducere) în care transmisia funcționează fără alunecare. Aici extensiile tuturor suprafețelor conice se intersectează la un moment dat. În toate celelalte poziții ale scripetelor conice, se produc alunecări de foraj sau frecare de găurire , care pot fi reduse prin menținerea suprafeței de contact a benzii cât mai îngustă posibil.
  • Expansiunea elastică determină alunecarea de expansiune (vezi și transmisii cu curea ) pe suprafața de contact, care depinde de elasticitatea / rigiditatea partenerilor de frecare și de forțele transferate.

Utilizarea transmisiilor cu frecare continuă variabilă este limitată de mai mulți factori:

  • Presiunea hertziană maximă posibilă între suprafețele de contact ale cuplajului pentru a evita săparea sau scobirea
  • Încălzire permisă din cauza pierderilor de frecare
  • Consumul propriu de energie, de exemplu pentru apăsarea fuliilor conice împreună

În plus față de transmisiile mecanice variabile continuu, există și alte soluții:

  • Transmisie hidrostatică : Puterea este transmisă prin deplasarea unui fluid sub presiune între o pompă hidraulică și un motor hidraulic . Cuplajul mecanic este astfel înlocuit de un cuplaj hidraulic.
  • Convertoare de cuplu hidrodinamice : Puterea este transmisă printr-o mișcare de curgere a unui fluid la presiune scăzută. Convertizoarele de cuplu hidrodinamice sunt de regulă complet autoreglabile; raportul poate fi influențat doar într-o măsură limitată din exterior. În acest scop se folosesc palete de ghidare reglabile sau tuburi scoop cu care convertorul poate fi golit parțial sau complet.
  • Angrenaje electrice : Puterea este transmisă ca energie electrică controlabilă între un generator și un motor electric .

Descriere

Sunt cunoscute mai multe tipuri pentru transmisiile mecanice variabile continuu:

  • Angrenaje cu curea, care transmit puterea fie prin mijloace de tracțiune (curele trapezoidale largi, lanțuri lamelare); acestea sunt de obicei construite ca CVT.
  • Curele cu legătură prin împingere care transmit forțe de compresie.
  • Transmisiile elementelor rulante ( transmisii inelare conice, transmisii toroidale, cum ar fi Extroid CVT ) pot fi, de asemenea, construite ca IVT.

Elementul central pentru transmiterea puterii într-un mecanism de tracțiune este variatorul. Se compune din două perechi de fulii conice deplasabile axial și un dispozitiv de tracțiune care rulează între ele.

Execuții

Variatorul centurii trapezoidale al unei combine de recoltat. Viteza de rulare poate fi reglată continuu prin comprimarea hidraulică sau împingerea discurilor conice
Transmisie infinit variabilă cu lanț lamelar aproape montat și discuri conice cu caneluri radiale
Principiul

Centura perechilor de scripete conice constă opțional din:

Principala diferență între versiuni este:

  • În majoritatea stărilor de funcționare, centura de legătură împinge transmite cuplul prin intermediul forțelor de presiune, adică puterea este transmisă de legăturile de împingere, pe care centura flexibilă le ține împreună.
  • Cureaua trapezoidală funcționează pozitiv și are alunecare . Cu cât centura trapezoidală este mai largă, cu atât raportul de transmisie este mai mare . Zgomotul de funcționare al curelei trapezoidale este mai mic și poate funcționa fără lubrifiere . Cuplul maxim care poate fi transmis este relativ scăzut.
  • Lanțul de legătură funcționează cu o potrivire forță. Cuplul maxim care poate fi transmis este de până la 400 Nm . Raportul de transmisie poate fi modificat în transmisiile CVT în automobile într-un raport de 1: 7 la 1: 8.
  • Lanțul lamelar funcționează pozitiv și, prin urmare, fără alunecare.

funcţie

O pereche de discuri conice este conectată la unitate, cealaltă la ieșire. O jumătate diagonală opusă a perechilor de scripete conice este fixată pe arbori, în timp ce cealaltă scripete de pe arbore poate fi ghidată axial și deplasată în mod controlat.

Dacă discurile conice sunt la distanță, mecanismul de tracțiune descrie o rază mică pe suprafața conică. Dacă, pe de altă parte, discurile conice sunt apropiate, mecanismul de tracțiune urmează o rază mare pe suprafața conică.

Perechile de scripete conice se deplasează în direcții opuse, astfel încât mecanismul de tracțiune să rămână pretensionat, în timp ce lungimea mecanismului de tracțiune și distanța centrală rămân aceleași.

O rază mică a mecanismului de tracțiune în perechea de scripeți a conului de antrenare corespunde unei transmisii mici într-o transmisie convențională, o rază mare corespunde unei transmisii mari.

Dacă scripetele conice sunt îndepărtate și scripetele conice sunt presate împreună, raza mecanismului de tracțiune și, astfel, raportul de transmisie cresc de la mic la mare. Deoarece acest proces este continuu, și raportul de transmisie se modifică continuu.

Transmisie infinit variabilă (IVT)

Schiță de principiu pentru treaptă de viteză infinit variabilă

Anumite transmisii variabile continuu, cum ar fi transmisia toroidală, transmisiile hidraulice sau combinația unuia sau mai multor angrenaje planetare cu o transmisie variabilă continuu pot acoperi un interval de transmisie „infinit”. Cu un raport de transmisie „infinit”, vehiculul trece fără un ambreiaj de deconectare suplimentar atunci când motorul este în funcțiune.

Un exemplu îl reprezintă transmisiile moderne variabile continuu la tractoare, cum ar fi transmisia Vario de la producătorul de tractoare Fendt . Un angrenaj planetar servește ca întrerupător și împarte puterea motorului de acționare în acționarea roților și cea a unei pompe hidraulice infinit variabile . În partea hidrostatică a transmisiei se află energia fluidului hidraulic, două motoare hidraulice variabile în mod continuu furnizate și sunt disponibile din nou pentru roțile motoare disponibile. Raportul de transmisie este reglat prin ramura hidrostatică. Împărțirea puterii are ca rezultat un alt avantaj: Ponderea puterii ramurii de putere continuă (hidrostatică) poate fi menținută scăzută în majoritatea punctelor de operare, ceea ce înseamnă că eficiența mai slabă nu este atât de importantă.

Transmisia (dispozitivul de împărțire a puterii) al vehiculului hibrid Toyota Prius are o structură similară, partea cu trepte constând dintr-o transmisie electrică (generator și motor electric). Sistemul este comercializat de Toyota sub denumirea Hybrid Synergy Drive .

Forme speciale

Transmisie NuVinci

Mecanism cu bile al unui angrenaj butuc NuVinci

Principiul său de bază a fost deja descris de Leonardo da Vinci . Numele NuVinci (nou) este derivat din acesta. Este un angrenaj planetar continuu variabil, cu angrenare prin frecare între bile și suprafețe conice. Prin înclinarea axelor care conduc prin bile și sunt montate în cadrul angrenajului , acestea se rostogolesc cu raze diferit de mari pe marginile discurilor aranjate lateral, ceea ce duce la un raport de transmisie diferit de mare.

Transmisie X-CONI

Execuție ca echipament QuattroCONI cu patru conuri

Așa-numitele cutii de viteze X-CONI se bazează pe funcția cutiilor de viteze cu inel conic , dar pot transmite mai mult cuplu. De regulă, acestea sunt proiectate pentru a fi divizate coaxial și funcțional și sunt potrivite pentru vehiculele cu tracțiune spate. Principiul de bază este o dispunere concentrică a aproape tuturor componentelor din cutia de viteze. După elementul de pornire (ambreiaj, convertor de cuplu etc.), forța curge către suportul planetei. O parte se îndreaptă spre arborele de ieșire cu unelte solare, cealaltă parte se îndreaptă spre un angrenaj cu inel cu dinți interni și externi. Angrenajul inelar acționează conurile, care sunt orientate ca planete exterioare. Acestea sunt înclinate la jumătate din unghiul conului și formează astfel un cilindru în care „tracțiunea centrală” - roata de transmisie - poate fi deplasată în translație pe arborele de ieșire printr-o unitate de deplasare. Presiunea de contact necesară pentru transmisia toroidală este generată de conurile în sine. Pentru a putea transmite un cuplu ridicat, se poate realiza o separare între zona de tracțiune și zona de lubrifiere.

Vedere din spate a unei cutii de viteze HexaCONI
Proiectați ca un angrenaj dublu QuattroCONI cu un total de opt conuri

Versiunile QuattroCONI (4 conuri) sau HexaCONI (6 conuri) au sens, dar se poate concepe și un număr diferit de conuri de la două în sus, de exemplu ca un design modular pentru capacități diferite.

Dacă este necesară cea mai mare transmisie de cuplu, de exemplu pentru vehiculele comerciale, este ideală versiunea Duo-X-CONI, în care un al doilea set de conuri este conectat în aval.

Aplicații

Transmisie mecanică continuă variabilă

În ingineria mecanică , în special în mașinile-unelte , transmisia variabilă continuă cu lanț lamelar (un nume de marcă: „ PIV ” ) era larg răspândită înainte de introducerea pe scară largă a motoarelor controlabile electronic .

transmisie variabilă continuă a scuterului

Transmisiile variabile continuu au fost de asemenea utilizate în construcția vehiculelor . Au fost cunoscuți publicului larg pentru prima dată ca Variomatic în vehiculele de la DAF , care puteau conduce înainte și înapoi cu aceeași viteză. Producătorul francez de motorete Motobécane a început să dezvolte o transmisie continuă a puterii încă de la sfârșitul anilor 1940 și a fabricat tipul Mobymatic rezultat în anii 1950 . Ambreiajul centrifugal a fost acționat de roata din spate aici. O tracțiune a avut loc doar de la o viteză de aproximativ 7 km / h, la care vehiculul a trebuit să fie accelerat în prealabil cu puterea musculară. Din 1954 până în 1957, DKW a construit scuterul DKW Hobby cu o transmisie cu curea variabilă continuă ( sistem Uher ) într-o ediție de 45.303 de unități. Spre deosebire de tipul Mobymatic, cu sistemul Uher, viteza de rulare a fost determinată exclusiv de turația motorului, care a cauzat probleme la ridicarea înclinărilor. Motocicletele mici ( motorete / motorete ) au fost produse în masă de Honda (de exemplu în Mofa Camino ) și de producătorul italian Piaggio (de exemplu în Hexagon) cu o transmisie cu curea trapezoidală variabilă continuu și un ambreiaj centrifug din anii 1980 . În 1987, producătorul de automobile Subaru a lansat mașina mică Justy cu o transmisie variabilă continuă controlată electronic numită ECVT. În același an, Ford a introdus transmisia automată CTX variabilă continuă pentru a doua serie de Fiesta . Grupul Fiat a folosit aceste transmisii în versiunile automate ale Fiat Panda I (141A), Uno , Punto I , Tipo și Lancia Y10 și Lancia Y sub numele Selecta și Selectronic.

Între timp, transmisiile variabile continuu pot fi găsite, de exemplu, în acționările scuterelor și, de asemenea, în autoturismele de până la 191 kW (260 CP) (de exemplu, Audi - Multitronic ) cu lanțuri și până la 350 Nm cu legături de împingere. Electronica reglează transmisia variabilă continuă, astfel încât motorul să fie în cea mai bună gamă de funcționare posibilă:

  • Deosebit de economic în zona cu cel mai scăzut consum specific de combustibil (a se vedea diagrama carcasei ), denumită de obicei „economie”
  • Când accelerați, raportul de transmisie se schimbă în așa fel încât motorul să rămână în intervalul de turație al puterii maxime (nu cuplul, deoarece transmisia este un convertor de identificare!) (De exemplu pentru a depăși, numit de obicei „putere”).
În timpul accelerației, motorul își poate furniza puterea maximă la viteză constantă, în timp ce creșterea vitezei este compensată de transmisia variabilă continuă. Acest lucru are efectul inițial iritant că, dacă zgomotul motorului rămâne același, turația crește constant („efectul benzii de cauciuc”).
  • Funcțiile suplimentare ale controlului raportului servesc, de exemplu, pentru a îmbunătăți tratarea gazelor de eșapament, de exemplu, creșterea vitezei pentru regenerarea filtrului sau pentru acționarea altor unități auxiliare dependente de viteză (compresor de aer condiționat, generator și altele).

O variantă a transmisiei cu variație continuă ca angrenaj de frecare cu role cu unghi variabil este transmisia Nissan Extroid CVT introdusă în 1999 . Inițial, era prea greu și prea scump la autovehiculele mici din cauza hidraulicii supradimensionate și a eficienței slabe. Cu toate acestea, potențialul tehnic al transmisiei de putere continuă și astfel extrem de silențioasă și confortabilă a devenit evident. O altă variantă cu transmisie de frecare la rulare este angrenajul inelar conic.

La Mercedes-Benz A- și B-Class precum și Dodge Caliber au fost echipate cu o transmisie automată variabilă continuu cu unelte virtuale , care pot fi , de asemenea , deplasate manual. Honda Jazz (de la 1,4 l până la 09/2008), Mini și Ford Focus (doar 1,6 l motorină și 1,8 l benzină și numai până în februarie 2007) erau disponibile opțional cu transmisie variabilă continuă. O transmisie variabilă continuă („Multidrive-S”) este, de asemenea, disponibilă opțional la modelele Toyota iQ , Verso , Verso-S , Avensis (din 2009) și RAV4 (din 2009). La Subaru , o transmisie variabilă continuă numită „Lineatronic” este disponibilă pentru unele modele (motoare pe benzină 2.0i și 2.5i, în Outback începând din 2014, împreună cu un motor diesel 2.0D). Alți producători care utilizează sau utilizează transmisii variabile continuu pentru anumite versiuni ale diferitelor modele sunt Jeep ( Compass și Patriot ), Mitsubishi ( Lancer ), Nissan ( Altima , Cube , Juke , Maxima , Micra , Murano , Note , Qashqai , Rogue , Sentra , Sunny , Tiida și X-Trail ), Proton ( Inspira , Iriz , Prevé și Saga ), Renault ( Koleos ), Rover ( 216i ) și Suzuki ( SX4 S-Cross ).

Mașina de spălat de uz casnic compactă Eudora de 3 kg din Gunskirchen , Austria Superioară. a fost fabricat în jurul anului 1960 cu un mecanism de centrifugare automată în loc de comandă cu manetă. Motorul este montat pe un basculant, astfel încât greutatea sa să tensioneze cureaua trapezoidală pe fulia mare de pe axa tamburului de spălare, care se rotește cu aproximativ 100 de rotații pe minut când mașina de spălat este în funcțiune. Perechea de scripete tronconice de pe axa motorului este presată axial de tracțiunea curelei, astfel încât la spălarea pe cel mai mic diametru efectiv posibil al acestei acționări, numai o viteză redusă a curelei acționează pe scripeta mare acționată. Pentru centrifugare, motorul asincron este acționat acum cu mai puțini poli și astfel crește viteza sa până la o dublă bună. Ca rezultat, 6 greutăți de fier în formă de pană sunt supuse unei forțe centrifuge crescute , alunecă puțin spre exterior în ghidaje de plastic netede în unitate și apasă partea din spate a scripetelor conice spre față, prin care centura trapezoidală crește treptat la mai mult de este atins diametrul și viteza de centrifugare de 550 rpm (tip: Super38 EU442) a tamburului. Transmisia variabilă parcurge întreaga sa gamă de transmisie în aproximativ 5 secunde, în timp ce tamburul revine de la viteza de spălare. Motorul este ridicat în funcție de lungimea suplimentară necesară a curelei trapezoidale. Dacă un dispozitiv de blocare este fixat împotriva acestui motor de ridicare cu o simplă manetă rotativă, aproape nimic nu se schimbă în diametrul transmisiei cu centură și mașina se rotește ușor la aproximativ jumătate din viteză.

Transmisie variabilă hidrostatică continuă

Transmisiile hidrostatice variabile continuu sunt frecvente în utilajele de construcții . Cu toate acestea, la tractoare, transmisiile pur hidrostatice ar putea cu greu predomina din cauza eficienței lor moderate. Datorită împărțirii puterii, de obicei, doar o mică parte a puterii este transferată hidrostatic, iar restul mecanic, ceea ce îmbunătățește eficiența generală a transmisiei în comparație cu o soluție pur hidrostatică. Există diferite tipuri (cuplaj de intrare, cuplaj de ieșire, cuplaj compus) pentru ramificarea forței într-o componentă mecanică și hidraulică. În 1995, Fendt a prezentat transmisia Vario cu cuplaj de ieșire. Alți producători au adus ulterior soluții similare pe piață. Toți producătorii de frunte oferă acum transmisii variabile ale tractorului și există o tendință clară către transmisii hidromecanice variabile continuu pentru tractoarele standard.

Mai multe convertoare de viteză / cuplu continuă

Motor diesel-electric

În locomotive și nave , o combinație de motor cu ardere internă, generator electric și motor electric este adesea utilizată pentru conversia cu turație continuă și cuplu. Propulsia diesel-electrică este tipică pentru navele de lucru și de cercetare , dar sunt echipate și nave de croazieră mari. În trecut, acționările diesel-electrice puteau fi implementate numai cu performanțe ridicate și eficiență ridicată. Au întotdeauna o masă totală ridicată și sunt limitate la vehicule mai mari.

Transfer de cuplu la comutare

Similar cu o transmisie hidrostatică variabilă continuă , comportamentul unei transmisii manuale (transmisie hidraulică sau transmisie cu transmisie) poate fi îmbunătățit semnificativ dacă are loc o împărțire a puterii. În timpul comutării, un șir suplimentar (cu pierderi) preia cuplul și previne întreruperea cuplului. Acest lucru nu este de dorit doar din motive de confort, ci și necesar, de exemplu, pentru acționările în care cuplul trebuie aplicat fără întrerupere (de exemplu, tractorul la arat). Deoarece procesul de comutare durează doar puțin timp, eficiența generală este ridicată. De asemenea, au fost realizate diverse modele cu ajutorul motoarelor electrice: în vagoanele cehe ČSD M 290 (1936), statorul generatorului era rotativ și conectat la roți printr-un angrenaj, iar în Hybrid Synergy Drive de la Toyota pentru motor vehicule, un angrenaj planetar conectează motoarele și generatoarele de acționare.

Link-uri web

Commons : transmisie variabilă continuă  - colecție de imagini, videoclipuri și fișiere audio

Dovezi individuale

  1. ↑ Potrivit lui Harald Naunheimer, Bernd Bertsche, Gisbert Lechner "Transmisii vehicul - elemente de bază, selecție, proiectare și construcție", capitolul 4.4 "Traduceri și schimbările lor în transmisii variabile continuu", ediția a II-a Springer Berlin Heidelberg New York 2007, ISBN 978-3 -540 -30625-2
  2. ↑ http://www.ultimatetransmissions.com/downloads/03.TractionDrive_Toroidal.pdf
  3. ↑ Fendt: transmisie Vario - inima fiecărui tractor Fendt. Adus pe 24 august 2014 .
  4. ↑ Butuc pentru biciclete NuVinci de la Fallbrook, diagramă butuc
  5. ↑ Transmisie continuă a puterii pe vehicule cu două roți . În Automobiltechnik 10/1957, pp. 376-380
  6. ↑ Instrucțiuni de utilizare pentru mașina de spălat complet automată EU 442 "38 SUPER" , accesată la 10 ianuarie 2015