Устройство клиноременного вариатора скутера

Разбег по радиусу

Более корректной формулировкой для технической характеристики трансмиссии скутера была бы следующая: «автоматическая бесступенчатая». На самом деле, речь идет о таком типе трансмиссии как клиноременный вариатор, который появился довольно давно, но в силу своих особенностей наибольшее развитие получил именно на скутерной технике, а также на снегоходах.

Устройство такой трансмиссии куда проще классической ручной коробки переключения передач, и уж тем более пресловутых «автоматов», которыми оснащают автомобили (кстати, некоторые представители четырехколесного мира также имеют вариатор, но иной, нежели на скутерах). Понять, как работает вариатор, очень просто, если вспомнить систему изменения передаточных отношений на велосипедах: несколько звездочек спереди, несколько сзади, а соединены они цепью.

Правда, никаких звездочек у клиноременного вариатора нет, зато есть два шкива V-об-разного сечения, состоящие из двух конусовидных половин. Эти половинки, именуемые щеками, могут приближаться или отдаляться друг от друга. Соединяет шкивы гибкий ремень вариатора, имеющий в сечении форму равнобедренной трапеции. В зависимости от положения щек шкивов относительно друг друга ремень в шкиве вариатора может находиться либо ближе к оси шкива (внутри), либо же ближе к внешней кромке шкива (снаружи). Чем ближе к оси шкива находится ремень, тем меньше радиус, по которому ходит ремень, или, как принято говорить, рабочий радиус шкива вариатора. Теперь представим в действии систему из двух шкивов и ремня. Если «рабочие радиусы» у каждого из шкивов одинаковы, то при вращении одного другой будет вращаться точно с такой же скоростью. Если же мы будем вращать шкив, рабочий радиус которого больше, то другой (радиус которого меньше) будет вращаться быстрее. Здесь в пору снова вспомнить «велосипедные звездочки»,просто в вариаторе большей звездочке соответствует больший рабочий радиус шкива, а меньшей звездочке - меньший радиус.

Вариации на ручку

Итак, с общими принципами изменения передаточного отношения все должно быть ясно, теперь самое время приступить к механизму этого изменения, то есть как заставить шкивы вариатора скутера сдвигаться и раздвигаться именно тогда, когда это требуется. Для этого сразу оговоримся, что в скутерном вариаторе принято выделять ведущий шкив (находится на коленвалу) и ведомый (находится на валу сцепления). В недрах ведущего шкива находятся специальные грузики цилиндрической формы (иногда также называемые роликами). Эти облитые пластиком металлические втулки помещены в специальные канавки, в которых они могут двигаться в радиальном направлении. Если перемещать грузики в ведущем шкиве от центра наружу, то они неизбежно будут сдвигать щеки шкива вместе. На самом деле, разумеется, движется лишь одна щека шкива вариатора, но это не принципиально. При вращении шкива грузики под действием центробежной силы стремятся наружу и, сдвигая щеки шкива, выталкивают наружу ремень. Чем быстрее вращается шкив, тем сильнее центробежная сила, действующая на грузики, и тем дальше наружу сжимающиеся щеки шкива вытолкнут ремень. Ведомый шкив не имеет грузиков, зато имеет большую пружину, которая постоянно стремится сжать его щеки вместе и вытолкнуть ремень наружу. Как и ведущий шкив, ведомый имеет лишь одну подвижную часть - внешнюю (именуемую в иностранной литературе torque driver). Именно торкдрайвер движется либо наружу, преодолевая сопротивление пружины и давая возможность ремню «провалиться» внутрь шкива, либо, наоборот, внутрь, ближе к зафиксированной части шкива. Таким образом,изменение рабочих радиусов шкивов вариатора скутера происходит всегда синхронно. Когда в ведущем шкиве ремень выходит наружу, то в ведомом, преодолевая сопротивление пружины, ремень, наоборот, продвигается внутрь, ближе к оси шкива вариатора.

Для более полного понимания процесса посмотрим,как ведет себя вариатор скутера при разных режимах работы двигателя. На холостом ходу частота вращения ведущего шкива вариатора минимальна. На грузики хоть и действует определенная центробежная сила, ее недостаточно, чтобы вывести ремень наружу. Ведь для этого требуется преодолеть сопротивление большой пружины ведомого шкива! Но вот газ открыт, обороты коленвала подскакивают, и теперь центробежной силы, действующей на грузики, уже достаточно, чтобы вытолкнуть ремень вариатора в ведущем шкиве чуть наружу.

Передаточное отношение меняется. Скорость вращения ведомого шкива вариатора значительно увеличивается, что заставляет сработать центробежное сцепление. Скутер трогается с места. Обороты двигателя выходят на свой рабочий уровень, тем временем ремень продолжает продвигаться все дальше и дальше наружу в ведущем шкиве вариатора, а в ведомом - глубже. То есть обороты остаются неизменными, а передаточное отношение постепенно меняется, заставляя скутер ехать все быстрее и быстрее. В этом, кстати, скрывается одно из больших достоинств вариатора - разгон происходит при постоянных оборотах, поэтому можно настроить всю систему так, что на протяжении разгона двигатель будет работать со своей максимальной мощностью (например, на механической коробке передач достичь такого нереально). Наконец, ремень достигает своего максимального конструктивного радиуса в ведущем шкиве вариатора, и минимального - в ведомом. Однако, как правило, удается разогнаться еще немного быстрее, но уже за счет увеличения оборотов двигателя скутера, а не за счет трансмиссии.

Когда газ закрывается во время движения, какое-то время происходит торможение скутера двигателем, пока не выключится центробежное сцепление. Как только оно выключается, под действием большой пружины ведомого шкива ремень принимает свое исходное положение, как при работе на холостом ходу скутера. Но как правило, сцепление скутера выключается только при почти полной остановке (10 - 25 км/ч).

Кстати, о сцеплении скутера. Устройство это, хоть и выполняет самостоятельные функции, очень тесно связано с самим вариатором скутера: при неправильной работе сцепления не будет правильно работать и вариатор, и наоборот. Скутерное центробежное сцепление - это почти всегда три колодки типа тормозных на барабанном тормозе, которые под действием центробежной силы выходят наружу и зацепляются с барабаном сцепления. Сам узел сцепления закреплен на ведомом шкиве вариатора и вращается, а вот барабан сцепления - на валу, который посредством несложного редуктора передает момент на заднее колесо. Таким образом, чтобы заставить скутер ехать,надо заставить крутиться барабан сцепления. Происходит это, как только ведомый шкив вариатора скутера наберет достаточную скорость вращения, чтобы центробежная сила стала достаточно велика, и колодки могли преодолеть силу упругости пружин сцепления, препятствующих их свободному движению наружу. Эти же пружинки и «выключат» сцепление, сжав колодки вместе, когда скорость вращения ведомого шкива упадет ниже критического для срабатывания сцепления уровня. Как видим, система проста. И действует практически безупречно, сводя управление силовым агрегатом к выкручиванию ручки «газа» (отсюда, кстати, пошло название одного популярного скутерного журнала: Twist"n"go - «Крути и езжай!»). Что не в последнюю очередь определило нынешнюю волну популярности скутеров.

Не буксуй!

Существует несколько параметров, которые определяют правильную работу вариатора и свидетельствуют о его хорошей настройке.
Во-первых, ремень не должен проскальзывать в шкивах. Минимальное проскальзывание там, разумеется, неизбежно, но оно должно быть таким, чтобы владелец скутера его не замечал. Проскальзывание ремня вариатора вдвойне вредно для скутерной трансмиссии. Это и снижение КПД, и повышенный износ деталей (проскальзывание ремня в ведущем шкиве чревато также расплавленной из-за перегрева пластиковой оболочкой грузиков вариатора). Характерный симптом проскальзывания - выбег оборотов двигателя при старте с места, который не сопровождается ожидаемым ускорением («ревет, но не едет»). От чего зависит проскальзывание ремня вариатора? Прежде всего, от жесткости большой пружины ведомого шкива. Чем жестче пружина, тем сильнее натянется ремень, прежде чем он продвинется наружу в ведущем шкиве вариатора, а следовательно, тем меньше он и проскальзывает. Однако жесткость пружины не должна быть избыточной, иначе упадет максимальная скорость. Есть и другие факторы, также сказывающиеся на проскальзывании ремня. Это, например, его износ. Тут метод борьбы, разумеется, один - своевременная замена.

Во-вторых, рабочие обороты двигателя скутера должны быть примерно постоянными при разгоне, и при максимальном открытии газа точно соответствовать оборотам максимальной мощности двигателя. Именно так можно добиться максимально быстрого разгона скутера. Понятно, что вариатор любого скутера изначально (на заводе) настроен оптимальным образом и работает именно так, как мы описали выше. Вернее, почти так. Дело в том,что в заводских настройках вариатора зачастую используют грузики, которые чуть тяжелее оптимальных. Это немного ухудшает динамические качества при разгоне «в пол», но зато добавляет удобства, придавая трансмиссии более эластичную характеристику. По этой причине самые рьяные борцы за доли секунды при разгоне заменяют стандартные грузики вариатора более легкими (как правило, на полграммаграмм легче в зависимости от кубатуры аппарата). Но тут надо не переусердствовать, иначе есть риск потерять и в разгоне, и в максимальной скорости.