Технологии 

Автомобильное чудо: диск да ролик

Кто ничего не знает об устройстве автомобиля, думает, что колеса вращаются с той же скоростью, что и вал у мотора. Это далеко не так.

Представьте себе, что автомобиль вначале преодолевает крутой подъем, а затем выезжает на шоссе. Очевидно, на подъеме колеса его прокручиваются с большим усилием и медленнее, а на шоссе — легко и быстро.

Существующие двигатели не могут изменять свой крутящий момент и скорость вращения в таких пределах, чтобы прямо на вал можно было бы посадить колесо. Но заметим, что двигатели, допускающие такую возможность, в принципе существуют .

Это, например, паровые машины. Они применялись в первых автомобилях еще 200 лет назад. В самом начале века существовали бензиновые моторы, соединяющиеся с колесом всего лишь через пару шестерен. Однако ныне такне решения отвергнуты из-за слишком большого расхода топлива. Правда, законы природы не запрещают сделать подобные двигатели экономичными. Только как? Этого мы пока не знаем. Поэтому сейчас силовая установка автомобиля состоит из двигателя и коробки передач.

Главная «задача» двигателя — работать экономично. Дог стигается это тем, что допускается изменять скорость его вращения только в небольших пределах. Необходимая же скорость вращения колеса достигается переключением коробки передач. Как правило, получается, что одна передача «мала», другая «велика». Водителю ничего не остается, как прибегать к помощи педали. Казалось бы. все в порядке. К сожалению, в этот момент двигатель уходит из наиболее экономичного режима работы, и расход топлива сильно возрастает.

Ситуация примерно такая, как при покупке дешевого товара на крупные купюры. Приходится либо переплачивать, л ибо искать возможность их разменять. Обычно в коробках передач 3-5 скоростей, но бывает 12 и даже 24. Создаются громоздкие устройства, для управления которыми необходима автоматика, что делает их еще более сложными и дорогими.

Специальные исследования показывают, что, если бы число передач в автоматической коробке было равно… бесконечности, двигатель бы всегда работал в наивыгоднейшем режиме, а расход топлива снизился примерно в 2 раза. Но такая коробка (размером со Вселенную!) может су meet вовать только в воображении ученых. И все-таки есть выход. Устройства, равноценные ей, известны давно, к тому же их превеликое множество. Называются они вариаторами.

Вот схема одного из них. Два вала с дисками на концах. На дисках канавки кругового профиля. Между ними промежуточный ролик с закругленными краями. Радиус кривизны всех канавок и кромки ролика — один и тот же. Присмотритесь к рисунку. Если диски с некоторой силой прижать друг к другу, то сдавленный между ними ролик за счет трения будет передавать вращение.

Поскольку верхний диск ведущий, нижний будет вращаться почти вдвое медленнее. Если ось ролика наклонять против часовой стрелки, то замедление будет уменьшаться. При горизонтальном положении оси верхний и нижний диски станут вращаться с одинаковой скоростью. Дальнейший ее наклон приведет к тому, что нижний диск станет вращаться быстрее верхнего.

Наша схема показала лишь принцип действия вариатора. Представим себе, что мы его захотели изготовить. Во-первых, надо позаботиться о мощных опорных подшипниках, которые позволили бы сжимать диски с достаточной силой при малых потерях на трение. Во-вторых, действие этих сил на промежуточный ролик вызовет опасный изгиб вала… Нет, ни один грамотный инженер не станет прин ципиальную схему копировать в точности.

Взгляните опять-таки на схему конструктивного исполнения автомобильного варианта. Здесь мощность подводится к двум дискам, сидящим на валу, как одно целое с ним. Между ними третий диск, имеющий канавки с обеих сторон. С него мощность отводится. Ролики укреплены на неподвижной станине. Все они могут при помоши специального устройства по команде микропроцессора поворачиваться на строго одинаковый угол. Такая схема, конечно, много сложнее первоначальной, но… все силы, действующие на диски, здесь симметричны и перекосов не вызывают, кроме того, силы (и не малые!) замкнуты на ведущие диски и соединяющий их вал. А кроме того, здесь нет подшипников, которые должны были бы воспринимать значительные усилия.

Конечно, между схемой конструктивного решения и ее чертежом — дистанция огромного размера. Добавим: мощность, снимаемая с вариатора, идет не сразу к колесам, а проходит еще и через очень компактную автоматическую коробку передач…

Но вы, наверное, устали? Отвлечемся от техники, поговорим о спорте. Есть рекорды, например пробежать 100 м за 10 секунд, которые тысячи спортсменов и их тренеры, передавая друг другу опыт неудач, штурмовали десятки лет. Нечто подобное происходит и в технике. Впервые описанный нами вариатор фирмы «Хейс» в сочетании с планетарной коробкой передач и автоматическим управлением был применен англичанами в начале 30-х годов на «Олдсмобиле» — шикарном лимузине высшего класса, но… толку из этого не вышло. Конструкция оказалась очень недолговечной.

На протяжении последующих десятилетий к подобным идеям возвращались фирмы различных стран, и почти всегда безрезультатно. Успеха добились только в Японии.

Трудности заключались прежде всего в том, что вариатор требует очень высокой точности изготовления и сборки. Важно отметить, что ролик и диск при сжатии образчют так называемое «пятно касания». Площадь его очень мала, и поэтому силы давления крайне велики.

Их может выдержать только металл очень высокого качества. В нашей стране такой вариатор предполагается установить на автомобиле «Истра». Об этой машине мы писали в «ЮТ» №9 за 1991 год. Конструкторы так усовершенствовали этот узел, что производство его станет значительно проще, а работа долговечнее.

В разработке вариатора при нимает участие одна из крупнейших аэрокосмических фирм нашей страны. Ее большой опыт, высочайшая технология и отличные материалы — все это найдет применение в различных узлах нового автомобиля. Но мы много говорили о будущем, а как дела в настоящем?

Прошлым летом весь узел вариатора с системой автоматического управления был создан и установлен на «Москвичей 10». Начались испытания. Один и тот же отрезок пути в 1050 км, можно сказать, бок о бок, прошла группа машин, оснащенных передачами старого и нового типа. И, как следовало ожидать, вариатор позволил снизить расход топлива почти в 2 раза. При разборке признаков износа деталей обнаружить не удалось…

М. АЛЕКСАНДРОВ, Юный техник, №6, 1992

avtomobilnoe-chudo-disk-da1 avtomobilnoe-chudo-disk-da2 avtomobilnoe-chudo-disk-da3 avtomobilnoe-chudo-disk-da4

Метки: Вариатор Истра

Похожие

Яндекс.Метрика