脉动式无级变速器工作原理及发展研究

闻俊

（郑州大学国际学院，河南 郑州 450000）

无级变速器又名CVT 变速器，是机械系统中的传动部分，其可以在连续改变传动比，提升机械的运转效能。在多种无级变速器中，脉动式的无级变速器可靠性高且稳定性强，因此，需要工作人员不断地对其进行研究，使其可以突破现有的状态，得到更好的发展。

1 脉动式无级变速器的工作原理

我国市面上脉动式变速器结构上大致相同，都是由发生机构、调速机构以及离合器三个部分组成，其通过运作离合器可以将原本输出部分的双向摆动转变为效果更佳的脉动性摆动，通常用于减速型的变速器中，其转动方式主要为单向转动。其工作的过程为：动力机构输入近似的匀速转动，该匀速转动经过脉动发生机构（常见的有四杆机构、六杆机构、凸轮机构等）转换成为双向摆动，在离合器单向传动作用下，将其转变成脉动型转动。通常将脉动发生机构按照一定的相位顺序进行排列，分为并列式与星式，这样排列的目的是将单相脉动速度的输出通过交替工作的形式进行叠加，使输出更加具有连续性、平稳性。改变各个系统组成部分的位置，可控制设备的运转速度，如通过滑块可以调整连架杆的长短。其中一种常见的凸轮式脉动发生器工作原理如图1 所示。

输入轴带动凸轮转动，凸轮顶推连杆CD 使其运动，圆弧槽可绕O 点进行调节，D 处滑块可沿圆弧槽进行滑动。连杆CD 把运动传动到AC，摇杆AC 开始进行往复摆动，带动A处离合器单向旋转。将圆弧槽圆心G 的位置改变，可以调节机架AG 的长度，以此进行调速。将三相该机构按120 度相位差并联，沿公共输出可得平稳转速。

图1 一种凸轮式脉动发生器工作原理图

2 脉动式无级变速器的优点分析

脉动式无级变速器对比其他的齿轮式、液动式、电力式无级变速器，有着更加明显的优势，其变速范围更广，传动比也更加精确。因为脉动式无级变速器的主要组成部分为连杆、摇杆、离合器、凸轮等，这些设备的价格较低且使用效果好，因此，脉动变速器的性价比对比其他无级变速器要高，同时，脉动式的无级变速器结构更加紧密，其耐热性较高，不会因为外界气温的变化而改变，其稳定性也相对较高。变速器的发生机构排列方式主要分为两种，分别为并列式排列与星式排列，这两种排列方式都可以将脉动变速器的功能完整地体现出来。如将脉动变速器中的四相并列变速器与三相星式脉动变速器进行对比可以发现，多相并列变速器的输出轴与输入轴运转效率较高，其共用一个输出轴，以此做到了“同轴输出”，结构较为紧密。而三相星式脉动变速器的每个结构拥有独立的过渡轴，这些过渡轴会在输出轴进行汇聚，在结构上更加完善，同时，因为运用了星式排列的方式，变速器的平衡能力更高，运行更加稳定。

3 脉动式无级变速器的缺点及改进方法

（1）机构组合与整体架构。脉动式无级变速器有着很多明显的优点，然而，其也有所不足。如脉动变速器使用了星型排列结构时，其输出形式为多轴输出，在工作时需要由其他平面上的齿轮组一同运作，齿轮组会与输出轴结合进行各相运作，使无级变速器结构更加复杂，增加了生产成本。对于这种情况，工作人员应完善设计理论，优化各个部分的组合形式，加强变速器的结构设计水平。脉动变速器工作能力的高低与其发生机构的工作能力息息相关，所以，工作人员的设计重点应放在脉动机构中的发生装置上，在进行机构设计时，充分考虑多相结构的搭配方式，引进先进的加工技术，以此满足发生部分的使用要求。

（2）调速机构适应性较弱，应用领域较小。脉动式的调速机构适应性能较弱，其应用领域也较小，因此，没有在市场中广泛流传。因此，工作人员应使用正确的方式拓展脉动变速器的应用领域。现在，我国机械设计的主要研究方面为控制不确定因素，实现智能化操控，而市面上常见的脉动变速器多为GUSA 型的调速结构，需要人们手动操控涡轮与蜗杆，通过改变连杆的方向与幅度改变调速机构的传动比。工作人员可以在调速机构上增加弹簧或阻尼器，以此突出变速器的轴心区域，当工作人员改变凸轮机构以及曲柄轴心时，曲柄结构会自动适应变化，通过这个改变，脉动变速器可以广泛安装在电动车、发电机等设备中，促进脉动变速器的发展。

（3）离合器的使用寿命。脉动变速器在使用过程中会对离合器造成巨大的负担，长时间的工作，会使离合器的性能逐渐降低，最后，出现损坏。因此，工作人员需要运用正确的技术延长离合器的使用寿命与转矩能力。脉动变速器主要应用在中功率或小功率的设备当中，如果工作人员将其应用在大功率的设备中，其结构会出现不平衡的情况，且发生剧烈振动，在强烈的振动下，离合器内会出现强烈且持续性的冲击力，导致离合器出现磨损，缩短它的使用寿命，工作人员需要使用新的物理原理，运用柔性结构，以此减少离合器受到的冲击力，提升其荷载能力，延长其使用寿命。

4 国内外脉动式无级变速器的发展现状

（1）国外脉动式无级变速器的发展现状。国外对于脉动变速器的研究已经拥有悠久的历史，从20 世纪开始，人们就将脉动变速器应用在汽车的雨刷器、农业、纺织业中。在研发阶段的初期，国外使用的脉动变速器主要为四相并列变速器，其是由连杆与离合器组成，工作人员将输出轴作为中心，使其与圆板形成90°直角，以便于进行循环摆动运用。经过多年的研究，国外的脉冲变速器技术水平越来越高，大批操作简单、变速效果好的变速器随之出现，这些变速器的转动比可以达到1:20，并且小巧灵活，方便工作人员维修。

（2）国内脉动式无级变速器的发展现状。当前，我国对于脉冲变速器的研究水平正在不断提升，脉动机构的研究水平出现了大幅度提升，从传统的六杆脉动变速器发展到了如今的齿轮式、连杆式、凸轮式脉动变速器，变速器技术得到了发展。然而，部分变速器使用的方式多为并列式布置或手动调速，其还没有完全摆脱GUSA 型以及ZERO 型变速器的影响，所以还存在不足之处。

5 脉动无级变速器的发展方向

在无级变速器的发展中，越来越多的先进变速器被研发出来，这些变速器的应用促进了工业化的发展，使社会不断进步，因此，工作人员应不断研究先进的脉动变速器，与各个国家互相交流，互相引进先进的技术与设备，实现技术的突破，其主要发展方向为：

第一，创新脉动变速器的形式，改进先进技术。各工作人员应当加大投资，从世界各地购买先进的变速器进行研究，从现有行星锥盘脉冲变速器的基础上进行改进，研发出更加先进的心轴行星变速器以及恒功率脉冲变速器，提升变速器的转速，提高其转矩。经过研究表明，现阶段变速器转矩至少可以提升2 倍，而变速则可以提升20 倍。

第二，研发车用脉冲变速器。市面上已经拥有带式的脉冲变速器，并且开始进行规模化的生产，因此，工作人员应当加大生产力度，减少国外脉冲变速器的购买量，研发我国独立生产的国产变速器。

第三，脉冲变速器的创新。工作人员要使用非摩擦变速器进行传动，以此实现高速、高效、恒功率、高功率的发展目标，将变速器结构变的更加紧凑，提升其性能。

6 结语

综上所述，我国应努力研究脉动式变速器的现状，以此实现技术层面的突破。经过上述内容可知，国外的无级变速器研究已经处于一个较高的阶段，我国厂商为了提升自身的经济效益，不能只满足于仿制与改造，应根据现有的技术发挥脉动式变速器的优点，改正其缺点，使其可以成为我国的主流变速器。