Przegląd przekładni do bezstopniowej regulacji
Przekładnia bezstopniowa – przekładnia zmianowa której przełożenie może być zmieniane w pewnych granicach w sposób ciągły. W budowie maszyn powszechnie zastosowanie mają przekładnie bezstopniowe mechaniczne w których zmianę przełożenia uzyskuje się przez zmianę względnego położenia kół ciernych (rys. 1) lub Kół i cięgna (rys. 2) powodującą zmianę promienia czynnego jednego koła ( np. promienia R na rys. 1a) lub dwóch kół (R1 i R2 na rys. 1b).
Rys.1
Najprostsza przekładnia bezstopniowa cierna składa się z tarczy 2 i napędzającego ją krążka 1 (rys. 1a). Przełożenie i = r/R tej przekładni zmienia się, przesuwając krążek w kierunku tarczy. Przekładnie takie są również budowane jako podwójne (z krążkiem pośredniczącym, rys. 1b). Przełożenie i = R1/R2 można zmieniać w szerokich granicach, ponieważ wraz ze wzrostem promienia R1 zmniejsza się promień R2 i na odwrót. W przekładniach przedstawionych na rys. 1c i 1d zmianę przełożenia i = R1/R2 uzyskuje się przesuwając pierścień skórzany (rys.1c) lub krążek (rys. 1d) wzdłuż równoległych tworzących dwóch stożków. W przekładni Hayesa (rys. 1e) krążki pośredniczące obraca się do koła ich osi, zmieniając w ten sposób promienie czynne R1 i R2. Do najnowszych typów przekładni bezstopniowych ciernych należą przekładnia PK (rys.1f), której przełożenie zmienia się przez jednoczesne przesuwanie tarczy 1 wzdłuż osi i obracanie osłony 3 wraz z tarczą 2 względem osi 5, aż do styku tej tarczy z tarczą 1 (przekładnia zębata 4 zwiększa przełożenie) oraz przekładnia Webo (rys.1g) o przełożeniu zmienianym przez większe lub mniejsze przechylenie koła 1 (wraz z silnikiem 3) za pomocą śruby 4 wkręconej w kadłub przekładni. Zakres zmiany przełożenia przekładni prostych wynosi zwykle od 1/8 do 8. W przekładniach złożonych jest odpowiednio większa.
Rys.1
Z przekładni bezstopniowych cięgnowych używane są praktycznie tylko przekładnie pasowe i łańcuchowe; największe zastosowanie z przekładni pasowych mają przekładnie bębnowe (rys. 2a) i dwustożkowe (rys. 2b-g). Zmianę przełożenia przekładni bębnowej uzyskuje się przez przesuwanie pasa płaskiego wzdłuż osi bębnów (rys. 2a); przekładnie te mają obecnie niewielkie zastosowanie. W przekładniach dwustożkowych każde koło składa się z dwóch tarcz stożkowych, a do przenoszenia mocy stosowany jest pas klinowy; koła te dzieli się na nastawne (regulowane), w których odstęp między tarczami można zmieniać, i nienastawne. Zmianę przełożenia tych przekładni uzyskuje się przez osiowe przesuwanie tarcz tego samego koła (rys. 2b, c) albo dwóch różnych kół (rys. 2d, e); jeżeli przesuwane są tylko tarcze jednego koła, to łożyska jednego z kół przekładni muszą być przestawne w kierunku prostopadłym do osi. Przesuwanie tarcz może być bezpośrednie (rys. 2b) za pomocą sprężyn (rys. 2c, d), za pośrednictwem specjalnego mechanizmu (rys. 2e, f) lub pod działaniem samego pasa, pod wpływem jego przemieszczenia na drugim kole (rys. 2d, f). Budowane są także przekładnie podwójne tego typu (rys. 2f). Przekładnie łańcuchowe bezstopniowe mają podobny układ. Najbardziej rozpowszechniona jest przekładnia PIV (Positively Infinitely Variation), tj. przekładnia przymusowa bezstopniowa (rys. 2g), w której tarcze 1 i 2 mają na powierzchni stożkowej promieniowe występy i rowki rozmieszczone tak, że naprzeciw rowków jednej tarczy znajdują się występy drugiej, a łańcuch jest utworzony z połączonych przegubowo ogniw, w które są wsunięte cienkie klinowe płytki, przesuwne w kierunku poprzecznym i wchodzące w rowki tarcz. Zakres zmian przełożenia prostych przekładni bezstopniowych cięgnowych wynosi od ¼ do 8. Przekładnie bezstopniowe mechaniczne są szeroko stosowane w budowie maszyn, np. obrabiarek do skrawania, pras i maszyn włókienniczych. Do przekładni bezstopniowych należą również przekładnie hydrauliczne i pneumatyczne. Bezstopniową zmianę przełożenia zapewniają również różne napędowe układy elektryczne, często nazywane przekładniami elektrycznymi.
Rys.2
ZASADA DZIAŁANIA
Zasada działania oparta jest na współpracy z dwoma zespołami kół stożkowych. Już w 1959 roku pojawił się pierwszy samochód DAF Variomatic napędzany właśnie z wykorzystaniem pasowej przekładni bezstopniowej. Oczywiście od tamtych czasów konstrukcja przeszła istotną rewolucję. Zastosowano najnowocześniejsze materiały gwarantujące pewność działania i dużą żywotność zespołu oraz dodano sterowanie elektroniczne. Zastosowana w Audi A6 skrzynia biegów Multitronic, pomimo dużego podobieństwa do innych tego typu rozwiązań ma jedną kapitalną zaletę, stawiającą ją ponad wszystkimi innymi automatami: poprawia osiągi w stosunku do aut z manualną skrzynią biegów.
Audi 2.8 lepiej przyspiesza i spala mniej paliwa. Zasadnicza budowa przekładni bezstopniowej przypomina swój pierwowzór sprzed 41 lat. Na dwóch równoległych wałkach umieszczone są zespoły kół stożkowych, pomiędzy, którymi nawinięty jest specjalny pas łańcuchowy. Jednoczesne rozsuwanie się kół na jednym wałku i zsuwanie na drugim powoduje zmianę średnic współpracy pasa z kołami, a tym samym zmianę przełożenia.
Działanie tego systemu jest analogiczne do regulacji naciągu paska klinowego w Maluchu: zbliżając do siebie stożkowo ukształtowane połówki koło pasowego " przeciska" się pasek na większą średnicę. Urządzenie ma nieskończenie wiele położeń pracy, więc przekładnia została nazwana bezstopniową.
Elektroniczna jednostka sterująca pracą całego zespołu zapewnia zmianę przełożenia przy odpowiednich obrotach silnika. Utrzymywanie między prędkościami obrotowymi maksymalnego momentu obrotowego i mocy maksymalnej pozwala na uzyskanie najlepszych osiągów, natomiast niższe obroty pozwalają na zwiększenie ekonomik samochodu. System umożliwia tym dwa tryby pracy: ekonomiczny lub sportowy.
Oprócz Audi, przekładnie bezstopniową wprowadziło także kilka japońskich producentów: Nissan, Mazda, Mitsubisihi. Poniżej opiszemy jeden z nich, a mianowicie Nissana.
Nissan jako pierwszy wprowadził przekładnie bezstopniową do pojazdu segmentu D. W zmodernizowanej w lecie 1999 roku, produkowanej w Wielkiej Brytanii Primierze, przekładnia współpracuje z dwulitrowym silnikiem o mocy 140 KM i momencie obrotowym 181 Nm.
Aby sprostać tym parametrom, zastosowano szerszy pasek i wysokociśnieniowy hydrauliczny układ zmiany hydrauliczny układ zmiany czynnej średnicy kół pasowych. Ruszanie z miejsca umożliwia sprzęgło hydrokinetyczne powodujące zjawisko "pełzania" przydatnego podczas manewrowania i jazdy pod górę.
Straty mocy związane z poślizgiem sprzęgła hydraulicznego i zwiększone z tego powodu zużycie paliwa ogranicza dodatkowe cierne sprzęgło mostkujące. Jest ono sterowane elektroniczne, podobnie jak pompa oleju, urządzenie załączające bieg wsteczny, przetwornica momentu obrotowego i cały proces wyboru przełożenia. Istotną nowością jaką wprowadził Nissan jest możliwość ręcznej zmiany biegów
BUDOWA I SPOSÓB DZIAŁANIA
Przekładnie bezstopniowe (Wariatory) firmy STBER razem z silnikiem są jednostką kompaktową (zwartą). Bezstopniowa zmiana obrotów przekładni jest realizowana poprzez system koła ciernego składający się z stożka napędzającego i pierścienia obrotowego. Przy przesuwaniu silnika poprzez pokrętło ręczne (lub serwosilnik) na listwie prowadzącej ułożonej w środku przekładni jest możliwość bezstopniowej zmiany obrotów wyjściowych przekładni. Regulacja obrotów może zostać wykonana w czasie postoju napędu!
Stosunek obrotów wynosi 1:10
Poprzez dodatkowo dobudowane stopnie przekładni walcowej lub dodatkowych przekładni MGS zwiększa się całkowite przełożenie przekładni. Zabudowa przekładni (położenie wału wyjściowego) może być współosiowa, równoległa lub kątowa pod kątem 90 stopni do wału napędzającego maszynę. Możliwości mocowania przekładni: na łapach, kołnierzowo lub nasadzanie na wał napędzający maszynę.
Przenoszenie momentu w systemie koła ciernego jest realizowane poprzez suche zamknięcie siłowe pomiędzy stożkiem napędzającym i pierścieniem obrotowym. Potrzebna siła docisku (zależna od potrzebnego momentu wyjściowego) jest realizowana w sprzęgle ze skośną krzywką. W pracy biegu napędu bez obciążenia, sprężyna przejmuje funkcję utrzymania najmniejszej siły docisku systemu koła ciernego.