От Селены к Автоматику
Мопеды с вариаторной передачей
Два года назад в городе Серпухове было продано несколько десятков мопедов неизвестной до того марки «Селена». Внешне они походили на львовскую «Верховину», но при первом же, беглом осмотре бросалось в глаза отсутствие... коробки передач. Ее заменило устройство, называемое вариатором. Оно намного упрощает управление машиной. Достаточно пустить двигатель, повернуть ручку «газа» — и мопед тронется с места. С помощью той же ручки можно регулировать скорость, а для остановки достаточно повернуть ее в обратную сторону и нажать на тормоза. Таким образом, нет необходимости выключать сцепление и переключать передачи.
Опытно-промышленная партия этих машин была выпущена здесь же, в Серпухове, Всесоюзным научно-исследовательским институтом мотоциклетной промышленности, который просил первых владельцев «Селены» сообщить институту свое мнение о машине, высказать замечания и предложения по улучшению конструкции.
Собранный материал позволил специалистам сделать вывод: мопед с вариатором успешно сдал экзамен и может быть рекомендован к серийному производству. Уже в этом году Львовский мотозавод намерен начать выпуск преемника «Селены» — мопеда «Автоматик», а Шяуляйский завод «Вайрас» силового агрегата для него.
О нем-то и пойдет речь в публикуемой статье конструктора ВНИИМотопрома Ю. МАРТЫХИНА.
Силовая передача с клиноременным вариатором, автоматически меняющим передаточное отношение трансмиссии в зависимости от нагрузки двигателя, позволяет наиболее полно использовать его мощность. В результате существенно упрощается управление машиной — отпадает надобность в педали сцепления и рычаге переключения передач. Этим и объясняется наблюдаемый за последнее время в ряде стран интерес к транспортным средствам с вариатором. Прежде всего это коснулось мопедов. Французская фирма «Мотобекан» на протяжении пяти лет выпускает 500 000 таких мопедов в год. Налажено их производство в ЧССР и ГДР (см. «За рулем», 1971, № 5). Гораздо реже применяются клиноременные вариаторы с двигателями мотоциклов большой мощности, хотя принципиально нет причин, которые могли бы сдерживать расширение сферы их использовакия. Стоит в связи с этим напомнить хотя бы о таких транспортных средствах с вариатором, как автомобили голландской фирмы ДАФ, имеющие двигатели мощностью до 45 л. с., или выпускаемые в США и Канаде снегоходы-мотонарты с двигателями до 30 л. с.
Рис. 1. Схема наиболее распространенного клиноременного вариатора: 1 — подвижный диск ведущего шкива; 2 — сцепление; 3 — центробежный регулятор; 4 — клиновой ремень; 5 — неподвижный диск ведущего шкива; 6 — поршень двигателя; 7 — коленчатый вал; 8 — вал ведомого шкива; 9 — опорный диск; 10 — пружина; 11 — подвижный диск; 12 — неподвижный диск.
Наибольшее распространение среди конструкций клиноременных вариаторов получила схема с двумя раздвижными шкивами. Разберем ее (рис. 1). На левой цапфе коленчатого вала установлен ведущий шкив вариатора с неподвижным 5 и подвижным 1 дисками. Перемещения диска 1 в осевом направлении вызывают изменения ширины канавки шкива, и ремень переходит на больший или меньший диаметры шкива, меняя этим передаточное число вариатора. Поскольку длина ремня и межцентровое расстояние между коленчатым валом и валом 8 ведомого шкива остаются неизменными, переход ремня на больший диаметр ведущего шкива должен сопровождаться его перемещением на меньший диаметр ведомого. Для этой цели последний также имеет подвижный 11 и неподвижный 12 диски.
Перемещениями подвижного диска ведущего шкива (и, стало быть, изменением передаточного числа) управляет центробежный механизм. Поэтому ведущий шкив называют еще управляющим. Из-за конструктивных трудностей пока не было случая, когда бы управляющим шкивом являлся ведомый, хотя такое решение целесообразно в некоторых отношениях.
Чтобы ведомый шкив обеспечил передачу определенного окружного усилия и «следил» за перемещениями подвижного диска 1 ведущего шкива, в конструкции предусмотрена пружина 10 (или несколько пружин). Нажимая на подвижный диск 11, она стремится сблизить его с неподвижным 12. Регулируя усилие нажимной пружины, можно менять величину максимального крутящего момента вариатора. Наибольшее передаточное число он имеет при невращающихся шкивах. По мере повышения оборотов оно уменьшается вместе с величиной передаваемого усилия. Это ведет к падению коэффициента полезного действия (к. п. д.) до уровня, который ниже, чем у обычной, ступенчатой коробки, и, как следствие, — к большему расходу топлива. Правда, теоретически у двигателя с вариатором расход топлива может быть ниже, чем у двигателя с коробкой передач, но для этого необходим довольно сложный механизм. Простой центробежный регулятор, которым снабжена «Селена», не приспособлен для этого.
Если же сравнивать усилия, подводимые к колесу мопеда, то на режиме максимальной мощности двигателя преимущество будет на стороне вариатора. Это наглядно подтверждается практикой: «Селена» поднимается в гору с большей скоростью, чем серийная «Верховина», хотя двигатели у них одинаковые.
Для устранения возможного перекоса плоскостей, в которых работает ремень на шкивах, подвижные диски выполняются, как правило, накрест лежащими (диски 1 и 11 на рис. 1 расположены по разные стороны от ремня). Это позволяет полностью устранить перекос ремня на шкивах только при симметричном регулировании передаточного числа на повышение и понижение от единицы.
Рис. 2. Силовой агрегат мопеда «Селена»: 1 — шарик; 2 — лепесток; 3 — колодка; 4 — пружина; 5 — барабан; 6 — управляющий диск; 7 — цапфа коленчатого вала; 8 — болт; 9 — распорная втулка; 10 — ось; 11 — масленка; 12 — ступица; 13 — винт; 14 — пружина; 15 — кожух; 16 — палец; 17 — ступица ведомого шкива; 18, 19 — подвижные диски ведомого шкива; 20 — неподвижный диск; 21, 22 — подвижные диски ведущего шкива; 23 — ступица ведущего шкива; 24 — сепаратор.
В вариаторе «Селены» для устранения перекоса конструкторы применили другое решение (рис. 2). Ведомый шкив снабжен подвижным правым диском 19, а ведущий шкив вариатора выполнен с двумя подвижными дисками 21 и 22. Величины их перемещений выбраны такими, что позволяют плоскости, в которой находится ремень на ведущем шкиве, в точности копировать ее осевые перемещения на ведомом.
Слева от подвижных дисков расположен сепаратор 24 центробежного регулятора, напрессованный на ступицу 23. В пазах сепаратора, выполненных под углом к плоскости, перпендикулярной оси шкива, находятся четыре шарика 1. Они управляют перемещениями дисков 21 и 6, которые четырьмя выступами со специальной профилированной поверхностью примыкают к шарикам центробежного регулятора. Правый, подвижный диск 22 перемещается вместе с управляющим диском 6, расположенным слева от сепаратора, поскольку они связаны четырьмя стяжными болтами 8 с распорными втулками 9.
Ступица 23 ведущего шкива вариатора установлена на цапфе 7 коленчатого вала двигателя на двухрядном игольчатом подшипнике. Удерживать смазку в полости подшипника со стороны двигателя помогает втулка из железографита, а с другой стороны — резиновый сальник.
Усилие от двигателя при трогании и движении мопеда передается посредством стартового сцепления, а при пуске двигателя — посредством пускового. Мопед «Селена» (слева) с клиноременным вариатором и его силовой агрегат (справа).
Стартовое сцепление расположено на барабане 5, закрепленном на конусе цапфы коленчатого вала двигателя. К барабану приклепаны одним концом лепестки из стальной пружинной ленты, изогнутые по радиусу, несколько меньшему его наружного радиуса. На другом конце лепестков приклеены накладки из фрикционного материала. Благодаря зазору между наружными поверхностями накладок и внутренним диаметром периферийной цилиндрической части сепаратора 24 при малых скоростях они вращаются независимо. По мере же увеличения оборотов коленчатого вала лепестки под действием центробежной силы прижимаются к сепаратору, передавая вращение ведущему шкиву.
Второе сцепление — пусковое — представляет собой две литые колодки 3. Они могут поворачиваться под действием центробежных сил на осях 10, закрепленных в сепараторе центробежного механизма. При пуске двигателя колодки «раскрываются» и их фрикционные накладки вступают в контакт с внутренним диаметром барабана сцепления, позволяя таким образом прокручивать коленчатый вал двигателя. Колодки сцепления стягиваются к центру шкива двумя пружинами 4. При движении мопеда оба сцепления — пусковое и стартовое — работают совместно.
Следует обратить внимание на то, что при пуске двигателя и при движении мопеда относительное вращение барабана вокруг колодочного сцепления происходит в разных направлениях. Стало быть, силы трения действуют на накладку колодки тоже в разных направлениях: в первом случае, помогая поворачивать колодку к барабану, они способствуют надежному контакту, а во втором,—несколько отжимая ее, уменьшают действие центробежных сил. Таким образом обеспечивается надежный пуск двигателя при малых оборотах коленчатого вала, плавность включения сцепления и движение без рывков.
При пуске двигателя усилие от педалей передается посредством цепи на колесо, от него цепной передачей на ведомый шкив, расположенный на конце валика педалей и далее ремнем вариатора через пусковое сцепление к коленчатому валу.
Мопед «Селена» (слева) с клиноременным вариатором и его силовой агрегат (справа).
Ступица 17 ведомого шкива вариатора, выполненная заодно со звездочкой цепной передачи, несет на себе посаженную на шлицах ступицу 12 с приваренным диском 20 шкива. Ступица подвижного диска 18 имеет возможность перемещаться по внешней поверхности ступицы 12. К подвижному диску 19 приварено шесть пальцев 16 с пружинами 14, проходящих в отверстия диска 20. Три пальца из шести проходят через втулки и служат для равномерного распределения усилия.
Осевые перемещения шкива на валу ограничивает рама мопеда и шатун левой педали.
Долговечность вариатора (исключая ремень) находится в прямой зависимости от долговечности основного узла — ведущего шкива, которая, по данным испытаний, в 1,5 раза превышает пробег до капитального ремонта двигателя Ш-52. Значительно интенсивней изнашивается приводной клиновой ремень. Средняя ходимость ремней составляет 2 тысячи километров пробега. У новых экспериментальных образцов она достигает 3— 3,5 и даже 5 тысяч километров.
1973N09P18-19