چگونه کار می کند؟

بعضی ها معتقدند نمی توان به ی��ک س��گ پ��یر حرک��ات جدی��د ی��اد داد،ام��ا انتق��ال سال پیش اندیشه اش را در سر٥٠٠( که لئوناردو داوینچی CVTقدرت پیوسته )

داش��ت و در ح��ال حاض��ر ج��ای انتق��ال ق��درت اتوماتی��ک را در بعض��ی خودروه��اگرفته،یک سگ پیر است که قطعا چیز جدیدی یادگرفته است !

ثبت شده تاکنون تکنولوژی آن بهبود پیدا ک��رده١٨٨٦ که درCVTدر واقع از اولین است،امروزه چندین کارخانه خودروسازی از جمله جنرال موتورز،آیودی،هون��دا و

های خود هستندCVTنیسان در حال طراحی

Nissan HR15DE engine with Xtronic CVT

اگ��ر درب��اره ی س��اختار و طرزک��ار انتق��ال ق��درت اتوماتی��ک در بخش دن��ده ی اتوماتیک چگونه کار می کند، خوانده باشید،می دانید که وظیفه ی انتقال قدرت، تغییر دادن نسبت سرعت چرخ و موتور است،به عب��ارت دیگ��ر،ب��دون ی��ک جعب��ه دنده خودرو فقط یک دنده خواهد داشت،دنده ای که به اتوموبیل اج��ازه ده��د ب��ا

سرعت مناسب حرکت کند

یک لحظه تصور کنید در حال رانندگی با اتوموبیلی هستید که فق��ط دن��ده ی��ک ی��ا دنده سه دارد،در حالت اول خودرو با شتاب خوبی از ح��الت س��کون ح��رکت می کند و می تواند از یک تپه با شیب تند باال رود ام��ا بیش��ترین س��رعت آن ب��ه چن��د مایل در ساعت محدود می شود، از طرف دیگردرحالت دوم خ��ودرو ب��ا س��رعت

مایل بر ساعت در یک بزرگراه به سمت پایین حرکت خواهد ک��رد ام��ا تقریب��ا٨٠شتابی هنگام شروع حرکت نخواهد داشت و نمی تواند از تپه باال رود

جعبه دنده از تعدادی چرخ دنده اس��تفاده می کن��د ت��ا ب��ا تغی��یر ش��رایط رانن��دگی استفاده ی مناسبی از گشتاور موتور شود،دنده ها می توانند به طور دستی و ی�ا

اتوماتیک تغییر کند.

Mercedes-Benz CLK automatic transmission

در جعبه دنده های اتوماتیک قدیمی،چرخ دنده ها وظیفه انتقال و تغییر گشتاور و حرکت دایره ای را به عهده دارن��د،ترکی��بی از چ��رخ دن��ده ه��ای س��یاره ای تم��ام

دن�ده جل�و و٤نسبت های دنده ای که الزم است را به وج�ود می آورن�د.معم�وال یک دنده معکوس،وقتی با این نوع جعبه دنده، دنده عوض می شود راننده ضربه

ای را احساس می کند

CVTاصول

بر خالف سیستم انتقال قدرت اتوماتیک،در سیستم انتقال قدرت با قابلیت تغییر چ��رخCVTپیوسته،جعبه دنده ای با تعداد مشخص چرخ دنده وجود ندارد یعنی در

ب��ر اس��اسCVTدنده های دندانه دار درگ�یر ب�ا هم وج�ود ندارن�د رایج ت�رین ن��وع سیستم پولی کار می کندکه اج�ازه ی بینه�ایت تغی��یر بین ب�االترین و پ�ایین ت�رین

دنده بدون گسستگی را می دهد.

Ford Freestyle Duratec engine with CVT

هم از واژه دن��ده اس��تفاده می ش��ود تعجب میCVTاگر از اینکه چ��را درب��اره ی کنید به خاطر بیاورید که منظور از دنده نسبت سرعت موتور به س��رعت مح��ور

این نسبت را بدون استفاده از چرخ دنده های سیاره ایCVTچرخ هاست،اگرچه استفاده می شودCVTانجام می دهد اما باز هم از واژه دنده برای

CVT هایی بر اساس پولی

به جعبه دنده اتوماتیک توجه کنید،در آن دنیایی از چرخ دنده ها،ترمز ها، کالچ ه��ا ب��ه س��ادگی ق��الب مط��العCVTو دستگاه ه�ای کن��ترل را خواهی��د دی��د در مقاب��ل

ها فقط سه جزء اساسی دارند:CVTاست،بیشتر

یک تسمه محکم فلزی یا الستیکی●

یک پولی متغییر محرک )ورودی(●

یک پولی خروجی●

ها انواع مختلفی از ریزپردازنده ها و حسگر ها را دارا می باشند ام��اCVTبعالوه سه جزءی که در باال توضیح داده شده اند اجزای اصلی ان��د ک��ه ب��ه این سیس��تم

اجازه ی کار می دهند

Pulley-based CVT

هستند،هر پولی از دو مخروط با زاوی��ه راسCVTپولی های با شعاع متغیر قلب درجه که رودر روی یکدیگر قرار دارند تشکیل شده است، تسمه ای در شیار٢٠

Vبین دو مخروط قرار دارد،در صورت الستیکی ب�ودن تس��مه ه��ا از تس�مه ه�ای

شکل از آنج��ا ن��ام خ��ود را می گیرن��د ک��هVشکل استفاده می شود،تسمه های شکل دارند که اصطکاک تسمه با پولی را افزایش می دهدVسطح مقطع

وقتی دو مخروط از هم فاصله بگیرند،یعنی ضخامت پولی بیشتر شود،تس��مه در شکاف پایین تر می رود و شعاع تسمه ی حلقه شده دور پولی کاهش می یاب��د و وقتی دو مخروط ب�ه هم نزدی�ک می ش�وند ،یع�نی ض�خامت پ�ولی ک�اهش می یابد،تسمه در شکاف باال تر رفته و شعاع تسمه ی حلقه شده دور پولی افزایش

می تواند از فشار هیدرولیکی یا نیروی گری��ز از مرک��ز و ی��ا کش��شCVTمی یابد فنر به منظور تولید نیروی مورد نیاز برای تنظیم دو نیمه ی پولی استفاده کند

پولی ها با قطر متغیر همیشه به صورت دوتایی به کار می روند یکی از پولی ه��ا که به عنوان پولی محرک شناخته می شود،به میل لنگ موتور متصل است،پولی محرک ، پولی ورودی هم نامیده می شود زیرا جایی است که انرژی موتور وارد سیستم انتقال قدرت می شود،پ��ولی دوم پ��ولی گردن��ده نامی��ده می ش��ود زی��را پولی اول آن را می چرخاند،به عنوان پولی خروجی،پولی گردن��ده ان��رژی را ب��ه

محور چرخها منتقل می کند

Metal belt design

وقتی یک پولی ض��خامت خ��ود را اف��زایش می ده��د،دومی از ض��خامت خ��ود میکاهد تا تسمه کشیده باقی بماند

زمانی که دو پولی ضخامت خ��ود را نس��بت ب��ه یک��دیگر تغی��یر می دهن��د،بینه��ایت نسبت دنده مختلف بوجود می آید،از کم به زیاد،شامل همه نس��بت ه��ای م��ابین، ب��رای مث��ال وق��تی ش��عاع تس��مه در پ��ولی مح��رک کم و در پ��ولی خ��روجی زی��اد باشد،سرعت دوران پولی خروجی کاهش می یابد که دن��ده پ��ایین ت��ری را ایج��اد می کن��د و وق��تی ش��عاع تس��مه در پ��ولی مح��رک زی��اد و در پ��ولی خ��روجی کم باشد،سرعت دوران پولی خروجی افزایش می یابد و دنده باال تری را ایج��اد می

بینهایت دن��ده را ش��امل می ش��ود و می توان��د درCVTکند،بنابراین در تئوری یک هر زمانی و با هر دور موتوری کار کند

ها آنها را به یک سیستم انتقال قدرت ای��دهCVTطبیعت ساده و بدون گسستگی ه��اCVTآل برای تمام ماشین ها و وسایل،نه فقط خودرو ها،تب��دیل ک��رده اس��ت،

سالهای زیادی در ابزار های قدرتی و مته ها بک��ار می رفتن��د،همچ��نین از آنه��ا در وسایل نقلیه مختلفی اعم از تراکتور ها و ماشین ه��ای ب��رف رو و اس��کوتر ه��ای موتوری استفاده می ش��ود،در تم��ام این ک��اربرد ه��ا این در ن��وع سیس��تم انتق��ال قدرت از تسمه هایی با الستیک فشرده استفاده می شود ک��ه می توان��د کش��یده

شده یا سر بخورد و در نتیجه باعث هدر رفتن انرژی و کاهش کارایی شود

ها را مطمئن تر و کارآمد تر از قب��ل می س��ازد،یکیCVTاختراع ماده های جدید از مهمترین پیشرفت ه��ا ط��راحی و توس��عه ی تس��مه ه��ای فل��زی ب��رای متص��ل

ی��ا٩کردن دو پولی بوده است، این تسمه های انعطاف پذیر از چن��دین ، عموم��ا ، نوار نازک فوالدی که تکه های فلزی پاپیونی شکل بسیار مق��اوم را کن��ار هم١٢

نگه می دارد ساخته شده است

اجازه ی انتق��الCVTتسمه های فلزی سر نمی خورند و بسیار با دوام اند که به گشتاور بیشتری را می دهند،در ضمن آرام تر از تسمه های الستیکی هستند

CVT:ی چنبری

است که در آن تسمه و پ�ولی ه�ا ب��ا دیس��ک ه��ا و غلط�ک ه�اCVTنوع دیگری از جایگزین شده است.

اگر چه چنین سیستمی خیلی متف��اوت ب��ه نظ��ر می رس��د هم��ه اج�زای آن قاب��ل مقایسه با تسمه و پولی است و نتیج��ه ی یکس��انی می ده�د.ط��رز ک�ار آن اینج��ا

آمده است:

یک دیسک به موتور متصل است که معادل پولی محرک است●

دیسک دیگری به میل گاردان متصل است که معادل پولی مقاوم است●

غلطک ها و یا چرخ ها بین دو دیسک واقع شده ان��د و مانن��د تس��مه ن��یرو را از●یک دیسک به دیگری منتقل می کنند

چرخ ها می توانند در دو جهت بچرخند.حول محور افقی می چرخند و ب��ه س��مت باال و پایین حرکت می کنند که این به چرخ ه��ا اج�ازه می ده��د در وض�عیت ه�ای مختلف با دیسک در تماس باقی بماند.وقتی چرخ ها با دیسک محرک در ن��زدیکی مرکز در تماس باشند با دیسک مقاوم در نزدیکی لبه آن در تماس هستند که این باعث کاهش سرعت و افزایش گشتاور می شود)مانند دن��ده ی س��نگین( وق��تی چرخ ها با دیسک محرک در لبه ی آن تماس داشته باشند بای��د ب��ا دیس��ک مق��اوم نزدیک مرکز در تماس باشند که ب��اعث اف��زایش س��رعت و ک��اهش گش��تاور می شود)مانند دنده س��بک( ب��دین ت�رتیب ح�رکت س�اده ی چ�رخ ه��ا نس�بت دن�ده را

بصورت لحظه ای و مالیم تغییر می دهد.

CVT:های هیدرواستاتیکی

های اصطکاکی هستند که ب��اCVT ی پولی- تسمه ای و چنبری از CVTهر دو نوع ه��اCVTتغییردادن شعاع تماس بین دو بخش چرخنده کار می کنند.نوع دیگری از

ی هیدرواستاتیکی شناخته شده است.در آن از پمپCVTوجود دارد که به عنوان ه��ای ج��ا ب��ه ج��ایی متغ��یر اس��تفاده ش��ده ت��ا جری��ان م��ایع ورودی ب��ه موت��ور هیدرواستاتیکی را تغییر دهد.در این نوع انتقال قدرت،حرکت چرخشی موتور یک پمپ هیدرواستاتیکی را در طرف محرک به کار می اندازد.پمپ حرکت چرخشی را به جریان سیال تبدیل می کند آنگاه با یک موتور هیدرواستاتیکی که در ط��رف

مقاوم قرار دارد،جریان سیال دوباره به حرکت چرخشی تبدیل می شود.

اغلب انتقال قدرت هیدرواس��تاتیکی ب��ا ی��ک دس��ته دن��ده ی س��یاره ای و کالچ ه��ا ترکیب می شود تا یک سیس��تم دوگان��ه ب��ه ن��ام انتق��ال ق��درت هی��درومکانیکی را تشکیل دهد.انتقال قدرت هیدرومکانیکی نیرو را با سه روش به چ��رخ ه��ا منتق��ل می کند.در سرعت های پایین به ص�ورت هی��درولیکی و در س��رعت ه��ای ب��اال ب��ه صورت مکانیکی نیرو را منتق�ل می کن��د و بین این دو ح�د،از ه�ر دو روش ب�رای انتق��ال اس��تفاده می کن��د.انتق��ال ق��درت هی��درومکانیکی ب��رای کاره��ای س��نگین مناسب است و به همین علت معموال در تراکتورهای کشاورزی و وس��ایل نقلی��ه

ای که روی هر سطحی حرکت می کنند به کار می رود.

How CVTs Work

Some say you can't teach an old dog new tricks. But the continuously variable

transmission (CVT), which Leonardo da Vinci conceptualized more than 500

years ago and is now replacing planetary automatic transmissions in some

automobiles, is one old dog that has definitely learned a few new tricks.

Indeed, ever since the first toroidal CVT patent was filed in 1886, the

technology has been refined and improved. Today, several car manufacturers,

including General Motors, Audi, Honda and Nissan, are designing their

drivetrains around CVTs .

In this article, we'll explore how a CVT works in a typical rear-wheel driven car,

answering several questions on the way :

How does a CVT compare to a conventional, planetary automatic

transmission ?

What parts does it have and how do those parts work ?

What advantages do CVTs offer over conventional automatic transmissions?

What about disadvantages ?

What's the driving experience like in a car with a CVT ?

What kind of makes and models incorporate CVTs ?

Are there any other applications for CVTs other than automobiles ?

First, we'll look at how a CVT compares to a traditional automatic transmission

Transmission Basics

If you've read about the structure and function of automatic transmissions in

How Automatic Transmissions Work, then you know that the job of the

transmission is to change the speed ratio between the engine and the wheels

of an automobile. In other words, without a transmission, cars would only have

one gear -- the gear that would allow the car to travel at the desired top speed.

Imagine for a moment driving a car that only had first gear or a car that only

had third gear. The former car would accelerate well from a complete stop and

would be able to climb a steep hill, but its top speed would be limited to just a

few miles an hour. The latter car, on the other hand, would fly at 80 mph down

the highway, but it would have almost no acceleration when starting out and

wouldn't be able to climb hills .

So the transmission uses a range of gears -- from low to high -- to make more

effective use of the engine's torque as driving conditions change. The gears can

be engaged manually or automatically

..

In a traditional automatic transmission, the gears are literally gears -- interlocking, toothed wheels that help transmit and modify rotary motion and torque. A combination of planetary gears creates all of the different gear ratios that the transmission can produce, typically four forward gears and one reverse gear. When this type of transmission cycles through its

gears, the driver can feel jolts as each gear is engaged .

CVT Basics

Unlike traditional automatic transmissions, continuously variable transmissions don't have a gearbox with a set number of gears, which means they don't have interlocking toothed wheels. The most common type of CVT operates on an ingenious pulley system that allows an infinite variability between highest and lowest gears with no discrete steps or shifts

If you're wondering why the word "gear" still appears in the explanation of a CVT, remember that, broadly speaking, a gear refers to a ratio of engine shaft speed to driveshaft speed. Although CVTs change this ratio without using a set of planetary gears, they are still described as having low and high "gears" for

the sake of convention .

Next, we'll look at the different types of CVTs: pulley-based, toroidal and hydrostatic

Pulley-based CVTs

Peer into a planetary automatic transmission, and you'll see a complex world of gears, brakes, clutches and governing devices. By comparison, a continuously variable transmission is a study in simplicity. Most CVTs only have

three basic components :A high-power metal or rubber belt

A variable-input "driving" pulley An output "driven" pulley

CVTs also have various microprocessors and sensors, but the three components described above are the key elements that enable the technology to work

The variable-diameter pulleys are the heart of a CVT. Each pulley is made of two 20-degree cones

facing each other. A belt rides in the groove between the two cones. V-belts are preferred if the belt is made of rubber. V-belts get their name from the fact that the belts bear a V-shaped cross section, which increases the frictional grip

of the belt .When the two cones of the pulley are far apart (when the diameter increases), the belt rides lower in the groove, and the radius of the belt loop going around the pulley gets smaller. When the cones are close together (when the diameter decreases), the belt rides higher in the groove, and the radius of the belt loop going around the pulley gets larger. CVTs may use hydraulic pressure, centrifugal force or spring tension to create the force necessary to adjust the

pulley halves .

Variable-diameter pulleys must always come in pairs. One of the pulleys, known as the drive pulley (or driving pulley), is connected to the crankshaft of the engine. The driving pulley is also called the input pulley because it's where the energy from the engine enters the transmission. The second pulley is called the driven pulley because the first pulley is turning it. As an output pulley, the driven pulley transfers energy to the driveshaft

The distance between the center of the pulleys to where the belt makes contact in the groove is known as the pitch radius. When the pulleys are far apart, the belt rides lower and the pitch radius decreases. When the pulleys

are close together, the belt rides higher and the pitch radius increases. The ratio of the pitch radius on the driving pulley to the pitch radius on the driven pulley determines the gear.

When one pulley increases its radius, the other decreases its radius to keep the belt tight. As the two pulleys change their radii relative to one another, they create an infinite number of gear ratios -- from low to high and everything in between. For example, when the pitch radius is small on the driving pulley and large on the driven pulley, then the rotational speed of the driven pulley decreases, resulting in a lower “gear.” When the pitch radius is large on the driving pulley and small on the driven pulley, then the rotational speed of the driven pulley increases, resulting in a higher “gear.” Thus, in theory, a CVT has an infinite number of "gears" that it can run through at any time, at any engine

or vehicle speed .

The simplicity and stepless nature of CVTs make them an ideal transmission for a variety of machines and devices, not just cars. CVTs have been used for years in power tools and drill presses. They've also been used in a variety of vehicles, including tractors, snowmobiles and motor scooters. In all of these applications, the transmissions have relied on high-density rubber belts, which

can slip and stretch, thereby reducing their efficiency .The introduction of new materials makes CVTs even more reliable and efficient. One of the most important advances has been the design and development of metal belts to connect the pulleys. These flexible belts are composed of several (typically nine or 12) thin bands of steel that hold

together high-strength, bow-tie-shaped pieces of metal .

Metal belt design

Metal belts don't slip and are highly durable, enabling CVTs to handle more engine torque. They are also quieter than rubber-belt-driven CVTs.

Toroidal CVTs

Another version of the CVT -- the toroidal CVT system -- replaces the belts and pulleys with discs and power rollers.

Although such a system seems drastically different, all of the components are analogous to a belt-and-pulley system and

lead to the same results -- a continuously variable transmission. Here's how it works :One disc connects to the engine. This is equivalent to the driving pulley .

Another disc connects to the drive shaft. This is equivalent to the driven pulley. Rollers, or wheels, located between the discs act like the belt, transmitting power from one disc to the other.

The wheels can rotate along two axes. They spin around the horizontal axis and tilt in or out around the vertical axis, which allows the wheels to touch the discs in different areas. When the wheels are in contact with the driving disc near the center, they must contact the driven disc near the rim, resulting in a reduction in speed and an increase in torque (i.e., low gear). When the wheels touch the driving disc near the rim, they must contact the driven disc near the center, resulting in an increase in speed and a decrease in torque (i.e., overdrive gear). A simple tilt of the wheels, then, incrementally changes the

gear ratio, providing for smooth, nearly instantaneous ratio changes .Hydrostatic CVTs

Both the pulley-and-V-belt CVT and the toroidal CVT are examples of frictional CVTs, which work by varying the radius of the contact point between two rotating objects. There is another type of CVT, known as a hydrostatic CVT,

that uses variable-displacement pumps to vary the fluid flow into hydrostatic motors. In this type of transmission, the rotational motion of the engine operates a hydrostatic pump on the driving side. The pump converts rotational motion into fluid flow. Then, with a hydrostatic motor located on the driven

side, the fluid flow is converted back into rotational motion .

Often, a hydrostatic transmission is combined with a planetary gearset and clutches to create a hybrid system known as a hydromechanical transmission. Hydromechanical transmissions transfer power from the engine to the wheels in three different modes. At a low speed, power is transmitted hydraulically, and at a high speed, power is transmitted mechanically. Between these extremes, the transmission uses both hydraulic and mechanical means to transfer power. Hydromechanical transmissions are ideal for heavy-duty applications, which is why they are common in agricultural tractors and all-

terrain vehicles .CVT Benefits

Continuously variable transmissions are becoming more popular for good reason. They boast several advantages that make them appealing both to drivers and to environmentalists. The table below describes some of the key features and benefits of CVTs.