機(jī)械式無級變速器技術(shù)綜述

邢偉

摘 要：19世紀(jì)70年代出現(xiàn)了機(jī)械式無級變速器，受制于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件，發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)70年代，機(jī)械式無級變速器獲得迅速和廣泛的發(fā)展，產(chǎn)品有摩擦式、鏈?zhǔn)健郊懊}動式等。80年代以后，主要發(fā)展趨向是美日等國進(jìn)行高速、高效、大轉(zhuǎn)矩機(jī)械無級變速器的研制開發(fā)。進(jìn)入21世紀(jì)，CVT發(fā)展更為迅猛。車輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動機(jī)，而且在很大程度上還依賴于變速器及變速器與發(fā)動機(jī)的匹配。隨著電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，自動變速器技術(shù)越來越完善，形式也多樣化，在越來越多的車輛上得到應(yīng)用，成為現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。CVT符合汽車變速器控制方式由手動轉(zhuǎn)為自動的發(fā)展趨向，實(shí)現(xiàn)自動平穩(wěn)地進(jìn)行無級變速，而且操縱簡便，消除了MT與AT在換檔調(diào)速時(shí)引起的跳動與沖擊，減輕了手動操作的要求和勞動強(qiáng)度，降低了噪聲，提高了行車的舒適性與安全性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；變速器

1 機(jī)械無級變速器的研究與發(fā)展

1.1 剛性定軸式

剛性定軸無級變速傳動屬于摩擦傳動，由剛性傳動元件組成。它具有結(jié)構(gòu)簡單、形式多樣的特點(diǎn)，分為有中間滾輪和沒有中間滾輪兩大類。前者包括滾輪平盤式、錐盤環(huán)盤式、多盤式，后者包括滾錐平盤式、鋼球平盤式、杯輪環(huán)盤式、弧錐環(huán)盤式。

1.2 行星式

行星無級變速器是具有作行星作用的中間滾動體、依靠滾動副間的牽引力來傳遞力，通過改變太陽輪或行星輪的工作半徑來實(shí)現(xiàn)變速的無級變速器，其工作原理與一般的行星輪系很相似，但沒有輪齒，因而可以使其工作半徑在運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)整。

1.3 牽引式

牽引傳動是傳動領(lǐng)域比較新的傳動機(jī)構(gòu)，是從以前的摩擦傳動中衍生出來的一種新的傳動形式。牽引傳動和摩擦傳動的根本區(qū)別在于，牽引傳動是在油潤滑的接觸條件下，借助油在接觸區(qū)間的牽引性能傳遞運(yùn)動和動力，因而極大地改善了接觸面間的摩擦條件，提高了它的承載能力，大大延長了它的工作壽命。牽引式無級變速器則是利用牽引傳動，并通過改變輸出、輸入的摩擦半徑來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。

1.4 脈動式

脈動式無級變速器主要由傳動機(jī)構(gòu)、輸出機(jī)構(gòu)和調(diào)速機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合構(gòu)成的一種組合機(jī)構(gòu)。其工作原理主要是采用連桿機(jī)構(gòu)作為脈沖發(fā)生器，如采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，將輸入軸曲柄的勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動，再通過單向超越離合器將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)換為單向脈動旋轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出；而無級調(diào)速的實(shí)現(xiàn)主要通過調(diào)速機(jī)構(gòu)改變連桿機(jī)構(gòu)中各桿件之間的尺寸比例關(guān)系，使搖桿的擺角和其平均擺動速度實(shí)現(xiàn)連續(xù)改變。

1.5 變節(jié)距式

變節(jié)距式無級變速器是近年來發(fā)展最快的一種無級變速裝置，并在汽車上得到了較為廣泛的應(yīng)用。變節(jié)距式無級變速傳動是通過改變傳動副元件之間的工作半徑，從而達(dá)到無級變速的目的，其中的傳動帶可以采用不同的傳動介質(zhì)，主要有皮帶、金屬V型帶、金屬鏈、復(fù)合帶式幾種。

（1）皮帶無級變速器

傳統(tǒng)的皮帶無級變速器的主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，因此被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械。但是該變速器中皮帶動磨損和發(fā)熱非常嚴(yán)重，大大降低了使用壽命，需要頻繁地更換皮帶以達(dá)到連續(xù)工作的目的。另外皮帶在工作過程中的打滑也降低了傳動的精確度，因此只能應(yīng)用于對速度控制要求不高的情況。

（2）金屬V型帶無級變速器

金屬V型帶無級變速器是目前在汽車上應(yīng)用最多的一種無級變速器，與皮帶CVT相比，它有更大的傳動能力，效率較皮帶CVT略高。金屬帶無級自動變速器CVT由可軸向分合的楔形帶輪和鋼帶組件構(gòu)成，變速原理類似于V形橡膠帶無級變速傳動。

（3）金屬鏈無級變速器

鏈?zhǔn)紺VT與帶式CVT結(jié)構(gòu)原理基本相同，區(qū)別在于用鏈條來取代帶。帶式CVT在進(jìn)行扭矩的傳遞時(shí)，需要依靠金屬片之間的推力。但是，對于鏈?zhǔn)紺VT來說，需要依靠拉力來對扭矩進(jìn)行傳遞。帶式CVT是由金屬層層疊加到一塊的，因此每一層金屬半徑會產(chǎn)生細(xì)小的差別，因此金屬帶之間的蠕動就會產(chǎn)生。但是，鏈?zhǔn)紺VT由于其自身結(jié)構(gòu)的特性，可以解決這個(gè)問題。

（4）復(fù)合帶式無級變速器

復(fù)合帶式CVT與金屬帶式CVT的傳動原理相同，而其特點(diǎn)及主要不同之處為：首先，復(fù)合帶的結(jié)構(gòu)是由二百多片以鋁合金為基體，周邊鑲有耐熱、耐磨、高強(qiáng)度塑料層的土字型塊以及鑲嵌在土字型塊兩側(cè)槽中的兩條芯部有增強(qiáng)鋼絲的帶齒形樹脂帶組成。其次，此時(shí)驅(qū)動和夾緊帶輪不是采用液力方式，而是通過電動和機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，這大大減少了動力消耗，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性。

2 結(jié)語

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，出現(xiàn)多種通過交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方式。其中作為先進(jìn)的變速裝置，交流變頻器及其派生的控制器獲得迅速的發(fā)展和推廣應(yīng)用，對機(jī)械無級變速器產(chǎn)生了一定的沖擊，其優(yōu)點(diǎn)主要是調(diào)速性能好、范圍大、效率高、自控性好、功率范圍寬等。與上述電力調(diào)速方式相比較，機(jī)械無級變速器的特點(diǎn)主要是：具有恒功率機(jī)械特性，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，工作可靠，傳動效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，而且類型多，適用范圍廣。因此，在今后的發(fā)展中，依然有著廣闊的發(fā)展前景。

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（作者單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心）