机械式无级变速器技术综述

邢伟

摘 要：19世纪70年代出现了机械式无级变速器，受制于当时技术条件，发展缓慢。直到20世纪70年代，机械式无级变速器获得迅速和广泛的发展，产品有摩擦式、链式、带式及脉动式等。80年代以后，主要发展趋向是美日等国进行高速、高效、大转矩机械无级变速器的研制开发。进入21世纪，CVT发展更为迅猛。车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于变速器及变速器与发动机的匹配。随着电子技术和自动控制技术的迅速发展，自动变速器技术越来越完善，形式也多样化，在越来越多的车辆上得到应用，成为现代汽车工业发展的标志之一。CVT符合汽车变速器控制方式由手动转为自动的发展趋向，实现自动平稳地进行无级变速，而且操纵简便，消除了MT与AT在换档调速时引起的跳动与冲击，减轻了手动操作的要求和劳动强度，降低了噪声，提高了行车的舒适性与安全性。

关键词：机械；变速器

1 机械无级变速器的研究与发展

1.1 刚性定轴式

刚性定轴无级变速传动属于摩擦传动，由刚性传动元件组成。它具有结构简单、形式多样的特点，分为有中间滚轮和没有中间滚轮两大类。前者包括滚轮平盘式、锥盘环盘式、多盘式，后者包括滚锥平盘式、钢球平盘式、杯轮环盘式、弧锥环盘式。

1.2 行星式

行星无级变速器是具有作行星作用的中间滚动体、依靠滚动副间的牵引力来传递力，通过改变太阳轮或行星轮的工作半径来实现变速的无级变速器，其工作原理与一般的行星轮系很相似，但没有轮齿，因而可以使其工作半径在运行过程中进行调整。

1.3 牵引式

牵引传动是传动领域比较新的传动机构，是从以前的摩擦传动中衍生出来的一种新的传动形式。牵引传动和摩擦传动的根本区别在于，牵引传动是在油润滑的接触条件下，借助油在接触区间的牵引性能传递运动和动力，因而极大地改善了接触面间的摩擦条件，提高了它的承载能力，大大延长了它的工作寿命。牵引式无级变速器则是利用牵引传动，并通过改变输出、输入的摩擦半径来实现无级调速。

1.4 脉动式

脉动式无级变速器主要由传动机构、输出机构和调速机构等机构联合构成的一种组合机构。其工作原理主要是采用连杆机构作为脉冲发生器，如采用曲柄摇杆机构，将输入轴曲柄的匀速转动转变为摇杆的往复摆动，再通过单向超越离合器将摇杆的往复摆动转换为单向脉动旋转运动输出；而无级调速的实现主要通过调速机构改变连杆机构中各杆件之间的尺寸比例关系，使摇杆的摆角和其平均摆动速度实现连续改变。

1.5 变节距式

变节距式无级变速器是近年来发展最快的一种无级变速装置，并在汽车上得到了较为广泛的应用。变节距式无级变速传动是通过改变传动副元件之间的工作半径，从而达到无级变速的目的，其中的傳动带可以采用不同的传动介质，主要有皮带、金属V型带、金属链、复合带式几种。

（1）皮带无级变速器

传统的皮带无级变速器的主要优点是价格低廉，因此被广泛应用于农业机械。但是该变速器中皮带动磨损和发热非常严重，大大降低了使用寿命，需要频繁地更换皮带以达到连续工作的目的。另外皮带在工作过程中的打滑也降低了传动的精确度，因此只能应用于对速度控制要求不高的情况。

（2）金属V型带无级变速器

金属V型带无级变速器是目前在汽车上应用最多的一种无级变速器，与皮带CVT相比，它有更大的传动能力，效率较皮带CVT略高。金属带无级自动变速器CVT由可轴向分合的楔形带轮和钢带组件构成，变速原理类似于V形橡胶带无级变速传动。

（3）金属链无级变速器

链式CVT与带式CVT结构原理基本相同，区别在于用链条来取代带。带式CVT在进行扭矩的传递时，需要依靠金属片之间的推力。但是，对于链式CVT来说，需要依靠拉力来对扭矩进行传递。带式CVT是由金属层层叠加到一块的，因此每一层金属半径会产生细小的差别，因此金属带之间的蠕动就会产生。但是，链式CVT由于其自身结构的特性，可以解决这个问题。

（4）復合带式无级变速器

复合带式CVT与金属带式CVT的传动原理相同，而其特点及主要不同之处为：首先，复合带的结构是由二百多片以铝合金为基体，周边镶有耐热、耐磨、高强度塑料层的土字型块以及镶嵌在土字型块两侧槽中的两条芯部有增强钢丝的带齿形树脂带组成。其次，此时驱动和夹紧带轮不是采用液力方式，而是通过电动和机械方式实现，这大大减少了动力消耗，改善了燃油经济性。

2 结语

随着电力电子技术的发展，进入21世纪，出现多种通过交流电动机进行调速的方式。其中作为先进的变速装置，交流变频器及其派生的控制器获得迅速的发展和推广应用，对机械无级变速器产生了一定的冲击，其优点主要是调速性能好、范围大、效率高、自控性好、功率范围宽等。与上述电力调速方式相比较，机械无级变速器的特点主要是：具有恒功率机械特性，转速稳定，工作可靠，传动效率较高，结构简单，维修方便，而且类型多，适用范围广。因此，在今后的发展中，依然有着广阔的发展前景。

参考文献

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（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心）