С того времени было запатентовано большое количество переменно-ходовых передач, и довольно много их было построено с экспериментальными целями, однако до настоящего времени этот тип передачи не получил практического применения. Все эти конструк-пии обязательно включают роликовые муфты или подобные им устройства, и это, вероятно, одно из их слабых мест. Эти роликовые муфты должны включаться и выключаться один раз за каждый оборот коленчатого вала двигателя. При включении ролики заклиниваются между закаленными стальными поверхностями, образующими острый угол друг с другом, при этом напряжения, возникающие в роликах и обоймах, очень велики. Коленчатый вал двигателя легкового автомобиля делает примерно 1860 оборотов на километр. Поэтому детали муфты подвергаются на этом отрезке пути 1860 цик лам нагружения. При этих условиях продолжительность их службы, как правило, невелика.

Автоматическое управление. На грузовом автомобиле Юнион управление передачей осуществлялось от руки, однако почти на всех более поздних переменно-ходовых передачах передаточное отношение изменялось автоматически, обычно под действием момента сил сопротивления на ведомом валу. При передаче, управляемой таким образом, могут быть получены характеристики, подобные приведенной на рис. 1. На этой фигуре момент на колесах в килограммо-метрах на 1000 кг полного веса автомобиля отложен по горизонтальной оси. Максимальный крутящий момент на колесах, равный 122 кгм на 1000 кг полного веса автомобиля, соответствует максимальному моменту на колесах современных легковых автомобилей на первой передаче и дает ускорение примерно 2,7 м/сек2 на горизонтальной дороге. Минимальное передаточное отношение равно 3 и остается неизменным до скорости 96 км/час при движении с постоянной скоростью по горизонтальной дороге при отсутствии ветра. При этой скорости для среднего автомобиля требуется крутящий момент на колесах, равный примерно 32 кгм на 1000 кг полного веса; таким образом, при передаточном отношении 3 момент на ведущем валу должен быть равен 10,7 кгм на 1000 кг полного веса, 11 если оценить потери в трасмиссии в 15%, то двигатель должен раз вивать 12,3 кгм на 1000 кг полного веса автомобиля.

Рис. 1. Тяговые характеристики автомобиля с передачей, автоматически изменяющей передаточное отношение под действием момента сил сопротивления:
1 — скорость вращения коленчатого вала двигателя; 2 — скорость автомобиля на горизонтальной дороге; 3 — крутящий момент двигателя без учета потерь в трансмиссии; 4 — крутящий момент двигателя с учетом потерь в трансмиссии; 5 — передаточное отношение.

Начиная с момента на колесах, равного 32 кгм, передаточное отношение трансмиссии увеличивается. Представляется рациональным, чтобы момент двигателя оставался постоянным и дальнейшее увеличение момента на колесах от этой точки происходило только вследствие увеличения передаточного отношения. Это желательно, так как двигатель должен работать большую часть времени с наибольшим моментом, который он может развивать без чрезмерного напряжения какой-либо из его частей, поскольку к. п. д. двигателя возрастает с увеличением крутящего момента. Если крутящий момент двигателя с учетом потерь в трансмиссии равняется 10,7 кгм, то для преодоления момента сил сопротивления на колесах 107 кгм необходимо передаточное отношение, равное 10. Из этого можно получить характеристику момент на колесах—передаточное отношение построением прямой линии через точки, представляющие передаточное отношение, равное 3 для момента на колесах 32 кгм, и передаточное отношение, равное 10 для момента на колесах 107 кгм. Если реактивный момент в передаче воспринимается спиральной пружиной или пружиной любого другого типа, которая имеет линейную зависимость между нагрузкой и деформацией, то выше 32 кгм на 1000 кг передаточное отношение будет увеличиваться пропорционально величине момента на колесах. Пружина должна иметь предварительный натяг, чтобы уравновешивать реакцию, соответствующую моменту 32 кгм.

У автомобиля с такими характеристиками максимальный момент на колесах будет только во время разгона и при преодолении очень крутых подъемов, а на горизонтальных участках дороги двигатель не будет развивать максимального крутящего момента даже при скорости 96 км/час. Тем не менее не рекомендуется выбирать минимальное передаточное отношение меньше 3, потому что срок службы двигателя в случае продолжительной работы его при моменте, близком к максимальному, сокращается. Кроме того,, муфты свободного хода практически исключают возможность использовать меньшее передаточное отношение, потому что чем оно меньше, а следовательно, больше угловое перемещение ведомой обоймы за цикл, тем менее равномерным будет привод.

Ниже дается краткое описание двух переменно-ходовых передач, которые были построены и испытаны на автомобилях.

Передача Де-Лаво. Одной из самых ранних автоматических переменно-ходовых передач, испытанных на автомобиле, была передача, созданная Де-Лаво, французским инженером, который ранее стал известным как изобретатель центробежной отливки чугунных труб. Передача Де-Лаво появилась в 1925 г. и была установлена на нескольких небольших автомобилях, в том числе на автомобиле Вуазен 10 л. с. с двигателем, имевшим гильзовое газораспределение. В свое время сообщалось, что фирма Вуазен приобрела лицензию >ia право применения этой передачи на автомобилях, но если она и Устанавливалась на серийных моделях, то тем не менее исчезла очень скоро.

Схема этой передачи приведена на рис. 253. Вал представляет собой продолжение коленчатого вала двигателя; в продольном сечении вал имеет Форму ромба, а в поперечном — прямоугольника. В гильзе сделано прямоугольное отверстие, которым она установлена на валу; гильза вращается вместе с валом и может скользить по нему. Относительное перемещение гильзы на валу определяется двумя штифтами, укрепленными в гильзе и проходящими через пазы вала. Два шарикоподшипника, установленных на гильзе. поддерживают обойму концентрично гильзе. На обойме укреплены шаровые пальцы, которые образуют шарниры шатунов, каждый из которых головкой соединен с муфтой свободного хода. Муфты свободного хода приводят во вращение ступицу в направлении, показанном стрелкой. Обойма имеет две цапфы, расположенные под углом 180° друг к другу. На этих цапфах установлено кольцо, которое, в свою очередь, имеет две цапфы, расположенные в плоскости, перпендикулярной к плоскости цапф этими, цапфами кольцо связано с вилкой. Вилка может перемещаться в продольном направлении, но не может вращаться; на правом конце она имеет буртик, на который давит набор дисковых пружин, опирающихся на картер передачи.

Рис. 2. Схема передачи Де-Лаво:
1 — ведущий вал; 2 — гильза; 3 —- обойма; 4— шаровой палец; 5 и 15 — штифты; 6 – шатун; 7 — вилка; 8 — головка шатуна; 9 — дисковые пружины; 10 — ступица; 11 — муфты свободного хода; 12 и 16 — пазы; 13 — кольцо; 14 — цапфа.

При вращении вала вместе с ним вращается гильза ось которой описывает коническую поверхность относительно оси вала. Эта гильза вращается внутри обоймы, удерживаемой от вращения цапфами, прикрепленными к кольцу. Последнее, в свою очередь, соединено цапфами с вилкой, которая не может вращаться. Это заставляет обойму качаться относительно оси, перпендикулярной к плоскости чертежа. В результате колебаний обоймы головки шатунов перемещаются, как показано стрелками, причем фазы перемещений каждого шатуна смещены относительно фаз соседнего шатуна.

Колебательное движение передается шатунами на соответствующую муфту свободного хода, в результате чего ступице в быстрой последовательности сообщается ряд импульсов, которые передаются далее на ведущие колеса.

При увеличении внешнего сопротивления сила, действующая в шатунах, возрастает, соответственно увеличивается и сила, прикладываемая к обойме. Под действием этой силы обойма стремится занять положение, перпендикулярное к оси вала, что вызывает соответствующее перемещение вилки и сжатие дисковых пружин. Таким образом, степень сжатия пружин в соответствующем масштабе показывает величину момента сил сопротивления, который преодолевается моментом двигателя.

Так как амплитуда колебаний обоймы пропорциональна сжатию пружин, то ход шатунов будет переменным, и передаточное отношение будет изменяться прямо пропорционально сопротивлению движения автомобиля. При преодолении подъема открытие дроссельной заслонки карбюратора может оставаться постоянным, а так как передаточное отношение увеличивается в той же пропорции, в какой увеличивается момент сил сопротивления на заднем мосту, то крутящий момент двигателя и скорость вращения коленчатого вала остаются неизменными, а скорость автомобиля уменьшается.

Продольный и поперечный разрезы передачи показаны на рис. 3.

С передачей этого типа двигатель практически может работать при полном крутящем моменте независимо от скорости автомобиля; это дает основание предполагать значительное уменьшение расхода топлива. Де-Лаво сообщил об экономии топлива 15—26% и уменьшении расхода масла на 50%. Последняя цифра, будучи довольно высокой, реальна, учитывая тот факт, что расход масла двигателем сильно колеблется с изменением скорости вращения, а бесступенчатая передача позволяет удерживать постоянной скорость вращения коленчатого вала двигателя. Приведенные цифры экономии основаны на сравнительном испытании двух автомобилей Вуа-зен 10 л. с. — одного с обычной коробкой передач, а другого с передачей Де-Лаво. Оба автомобиля испытывались по одному и тому же маршруту. Среди недостатков передачи Де-Лаво, обнаруженных испытаниями, было то, что неподрессоренный вес заднего моста увеличился примерно на 25%, а качание обоймы вызывало резонанс в трубе заднего моста.

Передача ван Роггена. Переменно-ходовая передача, изобретенная Робином ван Рогген (Бельгия), была установлена на автомобиле с передним приводом, показанным фирмой Минерва-Империа на различных автомобильных выставках Европы в 1937 г. Автомобиль был оборудован восьмицилиндровым V-образным двигателем с рабочим объемом 3,6 л, причем двигатель, передача и картер дифференциала составляли один агрегат, который был установлен спереди поперек автомобиля. На автомобиле была применена независимая подвеска, а силовой агрегат был подвешен на пружинах.

Передача крутящего момента на ведущий мост осуществлялась посредством муфт свободного хода, рабочие циклы которых совершались через одинаковые интервалы. На рис. 4, представляющей поперечный разрез двигателя и передачи, видно, что наружный элемент каждой роликовой муфты связан тягой с треугольным звеном, которое соединено шатуном с одним из четырех кривошипов коленчатого вала двигателя. Треугольные звенья качаются на раме, которая, в свою очередь, может поворачиваться относительно картера вокруг оси. В том положении, в котором качающаяся рама изображена на фигуре, оба конца тяги, соединяющей треугольное звено с роликовой муфтой, двигаются практически в одном направлении, и поэтому угловое перемещение муфты за ход тяги будет максимальным. Если ось качания треугольного звена на раме будет передвигаться влево, ближе к оси роликовой муфты, то концы тяги, соединяющей ее с треугольным звеном, будут перемещаться по дугам, равноделящие которых будут расходиться все больше и больше, и угловое перемещение муфты за один ход будет уменьшаться, а передаточное отношение будет увеличиваться. Для трогания автомобиля с места рама перемещается в крайнее левое положение посредством дифференциального поршня двухстороннего гидравлического цилиндра. Масло для работы цилиндра забирается со дна картера двигателя посредством шестеренчатого насоса, а поступление масла в цилиндр и выпуск его из цилиндра контролируются клапаном. При трогании автомобиля с места масло с помощью этого клапана пропускается в оба конца цилиндра, и благодаря большей рабочей площади поршня с правой стороны он передвигается влево и передаточное отношение увеличивается.

Рис. 3. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы передачи Де-Лаво.

Рис. 4. Передача ван Роггена:
1 — ось качания рамы; 2 — шток; 3 — клапан; 4 — дифференциальный поршень; 5 — двусторонний гидравлический цилиндр; 6 — рама

Работа механизма управления. Когда водитель нажимает на педаль управления дроссельной заслонкой, скорость вращения коленчатого вала двигателя возрастает и давление масла увеличивается. Увеличенное давление действует на поршень цилиндра, управляющего клапаном, передвигая его вправо против действия пружины в положение, зависящее от величины давления. Поршень, который связан с клапаном с помощью двух зубчатых реек и шестерни, изменяет положение клапана так, что сообщение между обеими схоронами цилиндра прерывается и правая сторона соединяется с картером. При этом давление, приложенное на правую сторону поршня, падает и давление масла на левую сторону перемещает поршень вправо, уменьшая передаточное отношение. Но когда рама перемещается вправо, палец, установленный на ней, упирается в шток и толкает его в ту же сторону против действия удерживающей пружины. Это движение передается через зубчатые рейки и шестерню к клапану и возвращает его в первоначальное положение, в котором масло под давлением поступает к обоим концам цилиндра. Когда это произойдет, у поршня снова появится тенденция двигаться влево, в сторону увеличения передаточного отношения. Таким образом, пружина клапанного механизма стремится увеличить передаточное отношение, а давление масла уменьшить. Давление масла возрастает со скоростью вращения коленчатого вала двигателя, и если двигатель начинает разгоняться, то передаточное отношение автоматически, уменьшается и нагрузка на двигатель увеличивается. Перепускной клапан, помещенный на линии от насоса к цилиндру, управляющему клапаном, связанный с педалью управления дроссельной заслонкой карбюратора, способствует повышению устойчивости работы двигателя, препятствуя периодическому повышению и. понижению скорости вращения коленчатого вала.