【正文】 南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論 文 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX1 前言 有人說，年老守舊的人無法接受新事物。但無級(jí)變速器 (CVT)的概念卻是萊昂納多?達(dá)?芬奇 (Leonardo da Vinci)早在 500多年前就已經(jīng)提出了，現(xiàn)在，無級(jí)變速器在一些汽車中將取代行星齒輪自動(dòng)變速器，從這個(gè)意義上講，年老守舊的人卻已經(jīng)走在了前面。事實(shí)上，自 1886年申請(qǐng)第一臺(tái)環(huán)形 CVT專利后，這項(xiàng)技術(shù)就已經(jīng)得到了細(xì)化及改進(jìn)。當(dāng)今，多家汽車制造商（包括通用汽車、奧迪、本田和日產(chǎn)）正在圍繞 CVT設(shè)計(jì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 。 讀過有關(guān)自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)和功能的內(nèi)容，就會(huì)知道變速器 的作用是改變汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間的速比。換句話說，沒有變速器的汽車只有一個(gè)檔位，這個(gè)檔位使汽車以期望的最高速度行駛。想象一下，您駕駛著一輛只有一檔或三檔的汽車，只有一檔的汽車從完全停止?fàn)顟B(tài)正常加速，并且可以攀爬陡峭的坡地，但它的最高速度將限制在每小時(shí)幾公里。 另一種情況下，只有三檔的汽車將以 130公里 /小時(shí)的速度在公路上飛馳，但在起動(dòng)后，幾乎沒有加速度，而且不能爬坡。 因此，隨著駕駛條件的更改，變速器的使用可以在從低到高的檔位范圍內(nèi)更有效地利用發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，并可以手動(dòng)或自動(dòng)控制這些檔位。 無級(jí)變速器與傳統(tǒng)的 自動(dòng)變速器不同，它不帶一組齒輪組成的齒輪箱，這意味著它沒有聯(lián)鎖齒輪。最常見類型的 CVT可以在設(shè)計(jì)精巧的皮帶輪系統(tǒng)上操作，該皮帶輪系統(tǒng)可以在最高檔位和最低檔位間提供無限的可變性，而沒有不連續(xù)的步驟或換檔。 車輛運(yùn)行過程的自動(dòng)變速一直是人們追求的目標(biāo)，也是目前汽車技術(shù)發(fā)展到高級(jí)階段的標(biāo)志。機(jī)械無級(jí)變速器是一種傳動(dòng)裝置，其功能特征是 :在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，能實(shí)現(xiàn)輸出軸的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqthCzjSAX2 變化，以滿足機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各種不同工況的要求。采用無級(jí) 變速器，尤其是在配合減速傳動(dòng)時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大其變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩 ，能更好地適應(yīng)各種機(jī)械的工況要求，使之效能最佳化。在提高產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，適應(yīng)產(chǎn)品變換的需要，節(jié)省能源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等各方面都有顯著的效果。 隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國(guó)政府及汽 車企業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向，發(fā)展小排量 汽車 （如圖 所示） 將是解決這技術(shù)難點(diǎn)的最佳途 徑 。 尤其 在國(guó)家最新頒布的微型汽車下鄉(xiāng)政策下，將使微型轎車的更快普 及，其市場(chǎng)占有量 會(huì)不斷提高。 如果能夠在微型 汽車的基礎(chǔ)上應(yīng)用無級(jí)變速技術(shù)，會(huì)大大 提高汽車的使用性能。但是面對(duì)著帶傳動(dòng)式無級(jí)變速器過高的成本等問題，我們需要開發(fā)出新型的無級(jí)變速器，能夠在解決 V 帶側(cè)面的擠壓力 問題的同時(shí)，可以擺脫過度依賴進(jìn)口無級(jí)變速器，實(shí)現(xiàn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 微型 轎車已經(jīng)朝著高性能，高普及，低價(jià)格化 發(fā)展 ， 因此 需要 開發(fā) 出 一種新型的 無級(jí)變速器 ，響應(yīng)國(guó)家政策 。 無級(jí)變速器目前已經(jīng)成為一種基本的通用傳動(dòng)型式，應(yīng)用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機(jī)床、電工、起重運(yùn)輸、礦山冶金、工程、農(nóng)業(yè)、國(guó)防及試驗(yàn)等各類機(jī)械，已被開發(fā)成各種類型，并已系列化生產(chǎn)。汽車行業(yè)使用的機(jī)械無級(jí)變速器不僅要能在較大的 范圍內(nèi)改變汽車驅(qū)動(dòng)輪上的速度大小，而且還要能保證在較大范圍內(nèi)改變驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩大小。除此之外，還應(yīng)該保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，車輛無級(jí)變速器具有節(jié)油、操縱方便、行駛舒適等特點(diǎn)。它能使整車具有更好的駕駛性能、良好的行駛性能，提高行車安全性，降低了廢氣排放。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論 文 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX3 當(dāng)踩下帶有無級(jí)變速器汽車的加速踏板時(shí)，您就會(huì)立即感覺到差異。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能直接上升到它產(chǎn)生最大功率的轉(zhuǎn)速，并保持該速度。但汽車不會(huì)立即響應(yīng)。過一會(huì)兒，變速器開始工作，對(duì)汽車進(jìn)行緩慢、穩(wěn)定的加速，而無需任何換檔。 理論上，帶有 CVT 的汽車達(dá) 到 100 公里 /小時(shí)比具有相同發(fā)動(dòng)機(jī)和手動(dòng)變速器的相同汽車快 25%。這是因?yàn)?CVT將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)曲線上的每一點(diǎn)都轉(zhuǎn)化成了它本身運(yùn)轉(zhuǎn)曲線上的相應(yīng)點(diǎn)。 CVT 在爬山時(shí)同樣高效。由于 CVT 無級(jí)地循環(huán)下降至適合于駕駛條件的傳動(dòng)比，因此不存在“齒輪抖動(dòng)”。而傳統(tǒng)的自動(dòng)變速器要來回?fù)Q檔，以嘗試找出合適的檔位，這樣就非常低效了。 圖 海馬 A0 級(jí) 轎車 ME their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqthCzjSAX4 1 機(jī)械無級(jí)變速器的概況 分類及應(yīng)用 機(jī)械無級(jí)變速器可分為摩擦式、鏈?zhǔn)健胶兔}動(dòng)式四大 類 。 1) 摩擦式無級(jí)變速器 變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用主、從動(dòng)元件 (或通過中間元件 )在接觸處產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，并通過改變接觸處的工作半徑實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的。 2) 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器 變速動(dòng)機(jī)構(gòu)是由主、從動(dòng)鏈輪及套于其上的剛質(zhì)撓性鏈組成，用鏈條左右兩側(cè)面與作為鏈輪的兩錐盤接觸所產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調(diào)整它們與鏈的接觸位置和工作半徑，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。 3) 脈動(dòng)式無級(jí)變速器 變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有 3到 5相連桿機(jī)構(gòu)組成，或者是連桿與凸輪、齒輪等機(jī)構(gòu)的組合，其工作原 理與連桿機(jī)構(gòu)相同，但為 使輸出軸能夠獲得連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這里需要配置輸出機(jī)構(gòu)。 4) 帶式無級(jí)變 速器 與鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器相似，它的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由作為主動(dòng)帶輪的兩對(duì)錐盤及張緊在其上的傳動(dòng)帶組成。其工作原理也是利用傳動(dòng)左右兩側(cè)與錐盤接觸所產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調(diào)整他們與傳動(dòng)帶的接觸位置和工作半徑，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速 .其中需要格外敘述的是在汽車行業(yè)中應(yīng)用廣泛的金屬帶無級(jí)變速器。 金屬帶 (又稱鋼帶 )無級(jí)變速器采用 V 形金屬撓性零件作為傳動(dòng)介質(zhì)，借助于摩擦來進(jìn)行傳動(dòng)，并通過與 V 形膠帶無級(jí)變速傳動(dòng)相同的變速原理來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。這種 V 型金屬帶無級(jí)變速傳動(dòng)比 V 形膠帶無級(jí)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論 文 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX5 變速傳動(dòng)效率要高，有傳遞 功率大、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近一些年來已成為汽車變速器研究的重點(diǎn)。它的工作原理與 V 形膠帶傳動(dòng)類似，都是借助摩擦作用來進(jìn)行傳動(dòng)。 V 型膠帶傳動(dòng)是由帶的張緊力來產(chǎn)生摩擦力，并通過帶的拉力來傳遞動(dòng)力。 V 形鋼帶傳動(dòng)是由金屬環(huán)帶的張緊力產(chǎn)生摩擦力，不靠帶的拉力來傳遞動(dòng)力，而是通過楔形金屬帶塊的推力來傳遞動(dòng) 力 。 機(jī)械無級(jí)變速器的適用范圍比較廣泛，有的在驅(qū)動(dòng)功率固定的情況下，因工作阻力變化而需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以生產(chǎn)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力矩者 (如化工行業(yè)中的攪拌機(jī)械，即要求隨著攪拌物料的粘度、阻力增大而能相應(yīng)減慢攪拌速度 )。有的是根據(jù)工況要求 需要調(diào)節(jié)速度者 (如起重運(yùn)輸機(jī)械要求隨物料及運(yùn)行區(qū)段的變化而能相應(yīng)改變提升或運(yùn)行速度，食品機(jī)械中的烤干機(jī)或制藥機(jī)械要求隨著溫度變化而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移速度 )。有的是為獲得恒定的工作速度或張力，需要調(diào)節(jié)速度者 (如端面切削機(jī)床加工時(shí)需保持恒定的切削線速度，電工機(jī)械中的繞線機(jī)需保持恒定的卷繞速度，紡織機(jī)械中的漿紗機(jī)及輕工機(jī)械中的薄膜機(jī)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保持有恒定的張力等 )。有的是為適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)中各種工況、工位、工序或單元的不同要求而需協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及需要配合自動(dòng)控制者 (如各種各樣半自動(dòng)或自動(dòng)的生產(chǎn)、操作或裝配流水線 )。有的是為節(jié) 約能源而需進(jìn)行調(diào)速者 (如風(fēng)機(jī)、水泵等 )； 此外，還有的是按照各種規(guī)律的或不規(guī)律的變化要求，而進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或程序控制的 等 。 國(guó)內(nèi)外研究情況 機(jī)械無級(jí)變速器是適合現(xiàn)今生產(chǎn)工藝流程機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展，以及改善機(jī)械工作性能的一種通用傳動(dòng)裝置。它的研制在國(guó)外己經(jīng)有百余年的歷史了，初始階段由于受到條件的限制，進(jìn)展緩慢。直到 20世紀(jì) 50年代以后，一方面隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，材質(zhì)、工藝和潤(rùn)滑方面的 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqthCzjSAX6 限制因素相繼得到解決，另一方面隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需求的迅速增加，相應(yīng)地促進(jìn)了機(jī)械無級(jí)變速器的研制和生產(chǎn)，使各種 類型的系列產(chǎn)品快速增長(zhǎng)并獲得了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)的機(jī)械無級(jí)變速器是在 20世紀(jì) 60年代前后起步的，基本上是作為專業(yè)機(jī)械，如紡織、機(jī)床及化工機(jī)械等的配套零部件使用。由專業(yè)機(jī)械廠進(jìn)行仿制和生產(chǎn)，品種規(guī)格不多，產(chǎn)量也不大。直到 80年代中期以后，大量引進(jìn)國(guó)外各種先進(jìn)設(shè)備，隨著工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化以及自動(dòng)流水線的迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)械無級(jí)變速器品種、規(guī)格和數(shù)量方面 的需求都有了大幅度增加。在這種形式下，專業(yè)廠開始建立并進(jìn)行規(guī)?；纳a(chǎn)，一些高等院校也相繼開展了這方面的研究工作，短短十幾年間，系列產(chǎn)品已包括機(jī)械無級(jí)變速器現(xiàn)有的摩擦式、鏈 式、帶式和脈動(dòng)式四大類及其各種主要的結(jié)構(gòu)型式，初步滿足了生產(chǎn)發(fā)展的需要。與此同時(shí)，學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)及情報(bào)網(wǎng)組織的相繼建立，并先后制定了一系列的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使機(jī)械無級(jí)變速器發(fā)展成為機(jī)械領(lǐng)域中的一個(gè)新興的行業(yè)。在生產(chǎn)實(shí)踐中如同齒輪、聯(lián)軸器那樣，機(jī)械無級(jí)變速器已成為一種通用的零部件，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械。進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代，汽車工業(yè)對(duì)無級(jí)變速器技術(shù)的研究開發(fā)日益重視，特別是在微型汽車中，無級(jí)變速技術(shù)被認(rèn)為是汽車業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。全球科技的迅猛發(fā)展，使得新的電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)不斷被采用到了無級(jí)變速技術(shù)中。由于 無級(jí)變速技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)改變，從而得到傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配，提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性，所以它是理想的汽車傳動(dòng)裝置。目前汽車行業(yè)多采用國(guó)外專利技術(shù)的金屬帶式無級(jí)變速器 。 帶式無級(jí)變速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、不需潤(rùn)滑及可以緩沖吸振等特點(diǎn)，是機(jī)械無級(jí)變速器中應(yīng)用最廣泛的一種變速器。近年來，特別是在汽車工業(yè)、家用電器和辦公機(jī)械以及各種新型機(jī)械裝河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論 文 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX7 備中使用己相當(dāng)普遍?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使得帶傳動(dòng)的工作能力顯著增強(qiáng)。 V型金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)是新出 現(xiàn)的一種無級(jí)變速傳動(dòng)，其所采用的 V型金屬帶剛性化是剛性鏈柔性化的結(jié)果。 V 型金 屬帶式 無級(jí) 變速傳 動(dòng)， 最早是 由荷蘭 VanDoorne39。s Tansmissie (VDT)公司開發(fā)的，現(xiàn)在己經(jīng)廣泛使用于多種汽車變速器中，并結(jié)合電、液自動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)，使得汽車的行駛和操作特性大大改善，顯示出了廣闊的應(yīng)用前 景 。 帶式無級(jí)變速器的特點(diǎn)及存在的問題 帶式無級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理與帶傳動(dòng)基本相同，如圖 所示。當(dāng)主動(dòng) 工作 輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用張緊的 金屬 帶與錐輪之間的摩擦力，將 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力從主動(dòng)輪傳遞到從動(dòng)輪上，并可通過操縱機(jī)構(gòu)改變帶在錐形帶輪上的工作位置，使主、從動(dòng)錐輪的工作直徑能連續(xù)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。 圖 帶式無級(jí)變速器原理圖 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqthCzjSAX8 帶式傳動(dòng)根據(jù)傳動(dòng)帶的形狀不同可以分為平帶無級(jí)變速器和 V帶無級(jí)變速器兩種類型 .在平帶的無級(jí)變速器中，帶輪為圓錐狀，利用平帶沿帶輪的軸向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變速，這種變速方式調(diào)速范圍較小，傳遞功率不大，變速器外形尺寸較大。 V帶無級(jí)變速器的帶輪由圓錐盤組成，利用圓錐盤的軸向相對(duì)移動(dòng)來改變 V帶槽的寬度，從而可使 V帶工作于不同的工作直徑處，實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。 主要有以下幾種變速方式： 1) 調(diào)節(jié)中心距變速方式 這種方式的一個(gè)帶輪是由夾緊帶傳動(dòng)的兩對(duì)圓錐盤組成，其錐盤可作軸向移動(dòng)，其上設(shè)有彈簧壓緊裝置，此帶輪稱為可變速帶輪 (或稱為變速帶輪 )，另一個(gè)為普通的固定工作直徑的帶輪。當(dāng)改變兩帶輪的中心距時(shí)，借助傳動(dòng)帶的張緊力與彈簧的壓緊力相互作用，使變速帶輪的可動(dòng)錐盤做軸向移動(dòng)，從而改變傳動(dòng)帶在帶輪上的接觸位置及相應(yīng)的工作直徑，達(dá)到變速的目的。 2) 雙帶輪變速方式 這種變速方式采用了兩個(gè)帶輪槽寬度均可變化的帶輪，其中一個(gè)是裝有壓緊裝置的變速帶輪，另一個(gè)帶輪裝有調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)，可調(diào)節(jié)帶輪兩錐盤的距離，故稱圖中的下帶輪為調(diào)速帶輪。它是通過調(diào)節(jié)調(diào)速帶輪的 V帶槽寬度，并利用傳動(dòng)帶的張緊力和彈簧的壓緊力使變速帶輪的帶槽寬度作相應(yīng)的改變。由于中心距固定不變，從而使主，從動(dòng)輪的工作直徑成反比例關(guān)系變化，由此可以獲得較大的變速范圍。這種變速方式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，但其變速范圍較大，所以應(yīng)用較為廣泛。 3) 中間帶輪變速方式 在原動(dòng)機(jī)和從動(dòng)機(jī)上分別安裝的主、從動(dòng)帶輪均為普通帶傳動(dòng)中的固定帶輪，在主從動(dòng)帶輪之間設(shè)一中間變速帶輪裝置。此變速帶輪具有兩個(gè) V形槽，帶輪外端的兩錐盤固定不動(dòng)，中間 是一個(gè)可軸向移動(dòng)的雙錐河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論 文 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX9 盤。變速帶輪一個(gè) V形槽的傳動(dòng)帶連接原動(dòng)機(jī)的主動(dòng)帶輪，另一個(gè) V形槽中的傳動(dòng)帶連接工作機(jī)上的從動(dòng)帶輪。調(diào)節(jié)中間變速帶輪距主、從動(dòng)帶輪的距離，借助于帶的張力，改變變速帶輪上的兩個(gè)