初探汽车CVT变速箱

初探汽车CVT变速箱

刘素奎李新雷

山东交通技师学院山东临沂276000

摘要：汽车传动系是位于发动机和驱动车轮之间的动力传动装置，其基本功用是将发动机发出的动力传给驱动轮。因此，汽车传动系统是汽车上最主要的动力传动装置。本文主要对车辆的无级变速器（cvt）做简单的研究，CVT与有级变速器的区别在于，它的变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，从而实现了良好的经济性、动力性和驾驶平顺性，而且降低了排放和成本。

关键词：动力性，燃油经济性，cvt

1、课题的背景和意义

为降低汽车的燃油消耗量和减少尾气排放，优化匹配动力传动系统是一个较好的途径。汽车的动力性、燃油经济性和排放特性的好坏在很大程度上取决于发动机的性能和传动系形式及参数的选择和汽车动力传动系统合理匹配的程度。为提高设计质量，缩短研制周期，在设计阶段就要根据有关设计参数，对汽车动力性、燃料经济性和排放进行预测。

图1-1汽车传动系统图

车辆传动系是由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥组成。在此我们的主要的研究目标是基于传动系中变速器来进行研究，方法是以汽车动力性燃料经济性模拟计算为基础，以汽车动力性要求为约束条件，汽车多工况燃料经济性为目标函数进行优化

2、基于传动系对变速器的研究

2.1为实现无级变速，按传动方式可采用液体传动、电力传动和机械传动三种方式。

1、液体传动

液体传动分为两类：一类是液压式，主要是由泵和马达组成或者由阀和泵组成的变速传动装置，适用于中小功率传动。另一类为液力式，采用液力耦合器或液力矩进行变速传动，适用于大功率（几百至几千千瓦）。液体传动的主要特点是：调速范围大，可吸收冲击和防止过载，传动效率较高，寿命长，易于实现自动化：制造精度要求高，价格较贵，输出特性为恒转矩，滑动率较大，运转时容易发生漏油。

2、电力传动

电力传动基本上分为三类：一类是电磁滑动式，它是在异步电动机中安装一电磁滑差离合器，通过改变其励磁电流来调速，这属于一种较为落后的调速方式。其特点结构简单，成本低，操作维护方便：滑动最大，效率低，发热严重，不适合长期负载运转，故一般只用于小功率传动。二类是直流电动机式，通过改变磁通或改变电枢电压实现调速。其特点是调速范围大，精度也较高，但设备复杂，成本高，维护困难，一般用于中等功率范围（几十至几百千瓦），现已逐步被交流电动机式替代。三类是交流电动机式，通过变极、调压和变频进行调速。实际应用最多者为变频调速，即采用一变幅器获得变幅电源，然后驱动电动机变速。其特点是调速性能好、范围大、效率较高，可自动控制，体积小，适用功率范围宽：机械特性在降速段位恒转矩，低速时效率低且运转不够平稳，价格较高，维修需专业人员。近年来，变频器作为一种先进、优良的变速装置迅速发展，对机械无级变速器产生了一定的冲击。

3、机械传动

机械传动的特点主要是：转速稳定，滑动率小，工作可靠，具有恒功率机械特性，传动效率较高，而且结构简单，维修方便，价格相对便宜；但零部件加工及润滑要求较高，承载能力较低，抗过载及耐冲击性较差，故一般适合于中、小功率传动。

2.2cvt的工作原理及其优缺点

2.2.1cvt的工作原理

CVT（ContinuouslyVariableTransmission）技术即无级变速技术，它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。常见的无级变速器有液力机械式无级变速器和金属带式无级变速器（VDT-CVT）。

有V型橡胶带式、金属带式、多盘式、钢球式、滚轮转盘式等多种构造，大都利用金属带和可变半径的滚轮传输动力。透过主动滚轮与被动滚轮半径的变化，达到齿轮比的变化。理论上这种传动方式的效率很高，不过必须建立在能负荷所传递的动力的情况下。由于是利用钢带与滚轮之间的摩擦力传递动力，所以钢带及滚轮的工作情况十分苛刻。为了有效传递动力，钢带与滚轮之间不允许打滑，而且原本产生的热能已经很多，如果再打滑恐怕将会造内部机件的烧毁或严重耗损。而为了增加静摩擦力，最直接的方式就是增加钢带与滚轮之间的压力。但摩擦力增加了，动力传输的耗损也会增加，无形中还是增加了油耗。并且钢带的强度也是一大重点。所以CVT变速箱纵然有舒适、效率高及节能等等优点。缺点就是目前一般的CVT变速箱不能承受较大的扭力。不然就是要用较高的油耗作补偿。

无级变速器（CVT：ContinuouslyVariableTransmission）与有级式的区别在于，它的变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，譬如可以从3.455一直变化到0.85。CVT结构比传统变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，它主要靠主、从动轮和金属带来实现速比的无级变化。

其原理是与普通的变速箱一样大小不一的几组齿轮在操控下有分有合，形成不同的速比，像自行车的踏板经大小轮盘与链条带动车轮以不同的速度旋转。由于不同的力度对各组齿轮产生的推力大小不一，致使变速箱输出的转速也随之变化，从而实现不分档次的徐缓转动。

CVT采用传动带和可变槽宽的棘轮进行动力传递，即当棘轮变化槽宽肘，相应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速，传动带一般用橡胶带、金属带和金属链等。CVT是真正无级化了，它的优点是重量轻，体积小，零件少，与AT比较具有较高的运行效率，油耗较低。但CVT的缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，只能限用于在1升排量左右的低功率和低扭矩汽车，因此在自动变速器占有率约4%以下。近年来经过各大汽车公司的大力研究，情况有所改善。CVT将是自动变速箱的发展方向。

CVT传动系统里，传统的齿轮被一对滑轮和一只钢制皮带所取代，每个滑轮其实是由两个椎形盘组成的V形结构，引擎轴连接小滑轮，透过钢制皮带带动大滑轮。玄机就出在这特殊的滑轮上：CVT的传动滑轮构造比较奇怪，分成活动的左右两半，可以相对接近或分离。锥型盘可在液压的推力作用下收紧或张开，挤压钢片链条以此来调节V型槽的宽度。当锥型盘向内侧移动收紧时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动，相反会向圆心运动

2.2.2cvt的优缺点

1、缺点

大量使用的液力自动变速箱（AT）不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。但缺点也多，一是对速度变化反应较慢，没有手动波灵敏，因此许多玩车人士喜欢开手动波车；二是费油不经济，传动效率低变矩范围有限，近年引入电子控制技术改善了这方面的问题；三是机构复杂，修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温液压油。另外，如果汽车因蓄电池缺电不能启动，不能用推车或拖车的方法启动。如果拖运故障车，要注意使驱动轮脱离地面，以保护自动波齿轮不受损害。

2、优点

CVT技术真正应用在汽车上不过十几年的时间，但它比传统的手动和自动变速器的优势却是显而易见的。

1.结构简单，体积小，零件少，大批量生产后的成本肯定要低于当前普通自动变速器的成本；

2.它的工作速比范围宽，容易与发动机形成理想的匹配，从而改善燃烧过程，进而降低油耗和排放；

3.具有较高的传送效率，功率损失少，经济性高。

当然，CVT技术也有它的弱点，比如传动带容易损坏，无法承受较大的载荷等等，这些技术上的难关使得它一直以来多应用在小排量、低功率的汽车上。

目前CVT技术发展得相当迅速，各大汽车厂家都在加强这一领域的研发。尤其是在混合动力汽车具有广泛前景的将来，CVT的地位和作用更是无可替代，它将会是未来变速器发展的大趋势

2.2.3CVT的特性

1、调速精度高，可达到0.5-1转。

2、变速范围大，速比可在1/1.4-1/7之间任意调节变速。

3、强度高，寿命长，采用全密封设计，环境适应性强。

4、调节方便，运转稳定好，可连续运转工作，可正反转运转。

5、适应性好，可与其他电机减速机组直接连接组合并实现低速无极变速。

6、体积小，结构紧凑，采用优质铝合金压铸一次成型，外形美观，永不生锈。