【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。但無級變速器 (CVT)的概念卻是萊昂納多?達?芬奇 (Leonardo da Vinci)早在 500多年前就已經(jīng)提出了，現(xiàn)在，無級變速器在一些汽車中將取代行星齒輪自動變速器，從這個意義上講，年老守舊的人卻已經(jīng)走在了前面。事實上，自 1886年申請第一臺環(huán)形 CVT專利后，這項技術(shù)就已經(jīng)得到了細化及改進。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)計動力傳動系統(tǒng) 。 讀過有關(guān)自動變速器結(jié)構(gòu)和功能的內(nèi)容，就會知道變速器 的作用是改變汽車發(fā)動機和車輪之間的速比。換句話說，沒有變速器的汽車只有一個檔位，這個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狀態(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幾公里。 另一種情況下，只有三檔的汽車將以 130公里 /小時的速度在公路上飛馳，但在起動后，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)動機扭矩，并可以手動或自動控制這些檔位。 無級變速器與傳統(tǒng)的 自動變速器不同，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。 車輛運行過程的自動變速一直是人們追求的目標，也是目前汽車技術(shù)發(fā)展到高級階段的標志。機械無級變速器是一種傳動裝置，其功能特征是 :在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，能實現(xiàn)輸出軸的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqthCzjSAX2 變化，以滿足機器或生產(chǎn)系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中各種不同工況的要求。采用無級 變速器，尤其是在配合減速傳動時進一步擴大其變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩 ，能更好地適應(yīng)各種機械的工況要求，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，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的機械化、自動化等各方面都有顯著的效果。 隨著全球能源危機的不斷加深，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，各國政府及汽 車企業(yè)普遍認識到節(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)難點的最佳途 徑 。 尤其 在國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，其市場占有量 會不斷提高。 如果能夠在微型 汽車的基礎(chǔ)上應(yīng)用無級變速技術(shù)，會大大 提高汽車的使用性能。但是面對著帶傳動式無級變速器過高的成本等問題，我們需要開發(fā)出新型的無級變速器，能夠在解決 V 帶側(cè)面的擠壓力 問題的同時，可以擺脫過度依賴進口無級變速器，實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)。 微型 轎車已經(jīng)朝著高性能，高普及，低價格化 發(fā)展 ， 因此 需要 開發(fā) 出 一種新型的 無級變速器 ，響應(yīng)國家政策 。 無級變速器目前已經(jīng)成為一種基本的通用傳動型式，應(yīng)用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機床、電工、起重運輸、礦山冶金、工程、農(nóng)業(yè)、國防及試驗等各類機械，已被開發(fā)成各種類型，并已系列化生產(chǎn)。汽車行業(yè)使用的機械無級變速器不僅要能在較大的 范圍內(nèi)改變汽車驅(qū)動輪上的速度大小，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力性和燃油經(jīng)濟性。因此，車輛無級變速器具有節(jié)油、操縱方便、行駛舒適等特點。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)踩下帶有無級變速器汽車的加速踏板時，您就會立即感覺到差異。發(fā)動機的轉(zhuǎn)動能直接上升到它產(chǎn)生最大功率的轉(zhuǎn)速，并保持該速度。但汽車不會立即響應(yīng)。過一會兒，變速器開始工作，對汽車進行緩慢、穩(wěn)定的加速，而無需任何換檔。 理論上，帶有 CVT 的汽車達 到 100 公里 /小時比具有相同發(fā)動機和手動變速器的相同汽車快 25%。這是因為 CVT將發(fā)動機運轉(zhuǎn)曲線上的每一點都轉(zhuǎn)化成了它本身運轉(zhuǎn)曲線上的相應(yīng)點。 CVT 在爬山時同樣高效。由于 CVT 無級地循環(huán)下降至適合于駕駛條件的傳動比，因此不存在“齒輪抖動”。而傳統(tǒng)的自動變速器要來回換檔，以嘗試找出合適的檔位，這樣就非常低效了。 圖 海馬 A0 級 轎車 ME their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqthCzjSAX4 1 機械無級變速器的概況 分類及應(yīng)用 機械無級變速器可分為摩擦式、鏈式、帶式和脈動式四大 類 。 1) 摩擦式無級變速器 變速傳動機構(gòu)是利用主、從動元件 (或通過中間元件 )在接觸處產(chǎn)生的摩擦力進行傳動，并通過改變接觸處的工作半徑實現(xiàn)無級變速的。 2) 鏈式無級變速器 變速動機構(gòu)是由主、從動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)生的摩擦力進行傳動，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，從而實現(xiàn)無級變速。 3) 脈動式無級變速器 變速傳動機構(gòu)主要有 3到 5相連桿機構(gòu)組成，或者是連桿與凸輪、齒輪等機構(gòu)的組合，其工作原 理與連桿機構(gòu)相同，但為 使輸出軸能夠獲得連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，這里需要配置輸出機構(gòu)。 4) 帶式無級變 速器 與鏈式無級變速器相似，它的變速傳動機構(gòu)是由作為主動帶輪的兩對錐盤及張緊在其上的傳動帶組成。其工作原理也是利用傳動左右兩側(cè)與錐盤接觸所產(chǎn)生的摩擦力進行傳動，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調(diào)整他們與傳動帶的接觸位置和工作半徑，從而實現(xiàn)無級變速 .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變速器。 金屬帶 (又稱鋼帶 )無級變速器采用 V 形金屬撓性零件作為傳動介質(zhì)，借助于摩擦來進行傳動，并通過與 V 形膠帶無級變速傳動相同的變速原理來實現(xiàn)無級變速。這種 V 型金屬帶無級變速傳動比 V 形膠帶無級河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論 文 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX5 變速傳動效率要高，有傳遞 功率大、工作壽命長等優(yōu)點，近一些年來已成為汽車變速器研究的重點。它的工作原理與 V 形膠帶傳動類似，都是借助摩擦作用來進行傳動。 V 型膠帶傳動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力。 V 形鋼帶傳動是由金屬環(huán)帶的張緊力產(chǎn)生摩擦力，不靠帶的拉力來傳遞動力，而是通過楔形金屬帶塊的推力來傳遞動 力 。 機械無級變速器的適用范圍比較廣泛，有的在驅(qū)動功率固定的情況下，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)動力矩者 (如化工行業(yè)中的攪拌機械，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 (如起重運輸機械要求隨物料及運行區(qū)段的變化而能相應(yīng)改變提升或運行速度，食品機械中的烤干機或制藥機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 (如端面切削機床加工時需保持恒定的切削線速度，電工機械中的繞線機需保持恒定的卷繞速度，紡織機械中的漿紗機及輕工機械中的薄膜機需要調(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)運轉(zhuǎn)速度以及需要配合自動控制者 (如各種各樣半自動或自動的生產(chǎn)、操作或裝配流水線 )。有的是為節(jié) 約能源而需進行調(diào)速者 (如風(fēng)機、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，而進行速度調(diào)節(jié)以及實現(xiàn)自動或程序控制的 等 。 國內(nèi)外研究情況 機械無級變速器是適合現(xiàn)今生產(chǎn)工藝流程機械化、自動化發(fā)展，以及改善機械工作性能的一種通用傳動裝置。它的研制在國外己經(jīng)有百余年的歷史了，初始階段由于受到條件的限制，進展緩慢。直到 20世紀 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)濟的發(fā)展，需求的迅速增加，相應(yīng)地促進了機械無級變速器的研制和生產(chǎn)，使各種 類型的系列產(chǎn)品快速增長并獲得了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)的機械無級變速器是在 20世紀 60年代前后起步的，基本上是作為專業(yè)機械，如紡織、機床及化工機械等的配套零部件使用。由專業(yè)機械廠進行仿制和生產(chǎn)，品種規(guī)格不多，產(chǎn)量也不大。直到 80年代中期以后，大量引進國外各種先進設(shè)備，隨著工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化以及自動流水線的迅速發(fā)展，對機械無級變速器品種、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)品已包括機械無級變速器現(xiàn)有的摩擦式、鏈 式、帶式和脈動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，學(xué)會、協(xié)會及情報網(wǎng)組織的相繼建立，并先后制定了一系列的國家標準和行業(yè)標準，使機械無級變速器發(fā)展成為機械領(lǐng)域中的一個新興的行業(yè)。在生產(chǎn)實踐中如同齒輪、聯(lián)軸器那樣，機械無級變速器已成為一種通用的零部件，廣泛應(yīng)用于各種機械。進入 20世紀 90年代，汽車工業(yè)對無級變速器技術(shù)的研究開發(fā)日益重視，特別是在微型汽車中，無級變速技術(shù)被認為是汽車業(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)與自動控制技術(shù)不斷被采用到了無級變速技術(shù)中。由于 無級變速技術(shù)可以實現(xiàn)傳動比的連續(xù)改變，從而得到傳動系統(tǒng)與發(fā)動機工況的最佳匹配，提高了整車的燃油經(jīng)濟性和動力性，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裝置。目前汽車行業(yè)多采用國外專利技術(shù)的金屬帶式無級變速器 。 帶式無級變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉、不需潤滑及可以緩沖吸振等特點，是機械無級變速器中應(yīng)用最廣泛的一種變速器。近年來，特別是在汽車工業(yè)、家用電器和辦公機械以及各種新型機械裝河南理工大學(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)的進步，使得帶傳動的工作能力顯著增強。 V型金屬帶式無級變速傳動是新出 現(xiàn)的一種無級變速傳動，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 變速傳 動， 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、液自動控制與計算機技術(shù)，實現(xiàn)了自動控制機械無級變速傳動，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 。 帶式無級變速器的特點及存在的問題 帶式無級變速器的基本結(jié)構(gòu)和傳動原理與帶傳動基本相同，如圖 所示。當(dāng)主動 工作 輪轉(zhuǎn)動時，利用張緊的 金屬 帶與錐輪之間的摩擦力，將 運動和動力從主動輪傳遞到從動輪上，并可通過操縱機構(gòu)改變帶在錐形帶輪上的工作位置，使主、從動錐輪的工作直徑能連續(xù)發(fā)生改變，從而實現(xiàn)無級變速。 圖 帶式無級變速器原理圖 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqthCzjSAX8 帶式傳動根據(jù)傳動帶的形狀不同可以分為平帶無級變速器和 V帶無級變速器兩種類型 .在平帶的無級變速器中，帶輪為圓錐狀，利用平帶沿帶輪的軸向移動來實現(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帶無級變速器的帶輪由圓錐盤組成，利用圓錐盤的軸向相對移動來改變 V帶槽的寬度，從而可使 V帶工作于不同的工作直徑處，實現(xiàn)無級變速。 主要有以下幾種變速方式： 1) 調(diào)節(jié)中心距變速方式 這種方式的一個帶輪是由夾緊帶傳動的兩對圓錐盤組成，其錐盤可作軸向移動，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，借助傳動帶的張緊力與彈簧的壓緊力相互作用，使變速帶輪的可動錐盤做軸向移動，從而改變傳動帶在帶輪上的接觸位置及相應(yīng)的工作直徑，達到變速的目的。 2) 雙帶輪變速方式 這種變速方式采用了兩個帶輪槽寬度均可變化的帶輪，其中一個是裝有壓緊裝置的變速帶輪，另一個帶輪裝有調(diào) 節(jié)機構(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 在原動機和從動機上分別安裝的主、從動帶輪均為普通帶傳動中的固定帶輪，在主從動帶輪之間設(shè)一中間變速帶輪裝置。此變速帶輪具有兩個 V形槽，帶輪外端的兩錐盤固定不動，中間 是一個可軸向移動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 V形槽的傳動帶連接原動機的主動帶輪，另一個 V形槽中的傳動帶連接工作機上的從動帶輪。調(diào)節(jié)中間變速帶輪距主、從動帶輪的距離，借助于帶的張力，改變變速帶輪上的兩個