Вариатор⁠

Меха­ни­че­ская коробка пере­дач, авто­ма­ти­че­ская или вари­а­тор? У каж­дой транс­мис­сии есть свои пре­имуще­ства и свои недо­статки. В меха­ни­че­ской и в авто­ма­ти­че­ской короб­ках пере­дач основ­ные элементы — это ⁠⁠зуб­ча­тые колёса‍: их ради­усы и коли­че­ства зубьев опре­де­ляют пере­да­точ­ное отноше­ние, кото­рое может при­нимать только конеч­ное множе­ство зна­че­ний. В бес­ступен­ча­той транс­мис­сии — вари­а­торе (CVT, continuously variable transmission) — бес­ко­неч­ное множе­ство зна­че­ний пере­да­точ­ного отноше­ния. Принцип работы вари­а­тора осно­ван на про­стой, но элегант­ной геомет­ри­че­ской идее.

Про­стейший и наи­бо­лее нагляд­ный вид вари­а­тора — двух­ко­нус­ный. Он состоит из двух «про­ти­вопо­ложно направ­лен­ных» кону­сов с парал­лель­ными осями, плотно охва­чен­ных рем­нём. Положе­ние ремня задаёт пере­да­точ­ное отноше­ние и, соот­вет­ственно, меняет кру­тящий момент.

Несложно про­ве­рить, что если оси прямых круго­вых кону­сов парал­лельны и непо­движны, то ремень, хоть и немного, но должен менять свою длину. В 1920-х годах попу­ляр­ной была усо­вершен­ство­ван­ная кон­струкция Уильяма Эванса: конусы рас­по­лага­лись близко друг к другу и сжимали ремень, пере­дающий враще­ние от ведущего конуса к ведомому. (Конусы при этом враща­лись в раз­ные сто­роны.)

Более позд­няя реа­ли­за­ция этой идеи — ролик, перемещающийся по оси, парал­лель­ной обра­зующим кону­сов.

В современ­ных автомо­би­лях исполь­зу­ется более компакт­ная кон­струкция вари­а­тора с кли­но­вым рем­нём. Ведущее и ведомое зве­нья имеют парал­лель­ные оси, а каж­дое звено состоит из двух кони­че­ских дис­ков, кото­рые сдвигаются и раз­двигаются вдоль оси. Углы кону­сов оди­на­ковы у всех дис­ков (обычно делают около $140^{\circ}$), а пере­дающий ремень имеет трапе­це­вид­ное сече­ние и большую толщину, чтобы быть жёст­ким и не проги­баться. Такая кон­струкция поз­во­ляет согла­со­ванно менять рас­сто­я­ние между дис­ками на раз­ных осях так, чтобы длина ремня все­гда оста­ва­лась посто­ян­ной.

Меняя рас­сто­я­ние между дис­ками, можно полу­чать раз­ные пере­да­точ­ные отноше­ния.

Про­стота геомет­ри­че­ской идеи не озна­чает про­стоту реа­ли­за­ции на прак­тике, при­хо­дится решать много инже­нер­ных задач. Ремень делают с насеч­ками, чтобы он был тол­стым, но при этом гнулся, а в современ­ных мощ­ных меха­низмах вме­сто ремня обычно исполь­зу­ется цепь. Но геомет­ри­че­ская суть от этого не меня­ется.