邯郸学院本科短学期报告
题目纽芬奇NuVinci无级变速星轮传动装置
指导教师韩翔宇
年级2013 级
专业物流工程
班级 2012班物流工程本科班
成员20130408101035崔璐
20130408101022赵磊
20130408101041赵煦
20130408101045王晨辉
20130408101054梁海艳
20130408101025姜振晨
邯郸学院信息工程学院
目录
1.前言 (1)
2.无极变速器的发展史 (1)
3. 无极变速器的基本结构及工作原理 (3)
3.1无极变速器的基本结构 (3)
3.2 无极变速器的工作原理 (3)
4.无级变速行星传动装置的特点 (6)
4.1 NuVinci无级变速行星传动装置 (6)
4.2利用滚珠轴承在一定范围内实现连续不间断的速度调整 (6)
4.3纽芬奇NuVinci无级变速星轮传动装置(CVP)优点 (7)
5.无极变速器的发展前景 (7)
6.小结 (8)
1.前言
CVT即无段变速传动，其英文全称Continuouslv Variable Transmission，简称CVT。发明这种变速传动机构的是荷兰人，有其装置的变速器也称为无段变速箱或者无级变速器。这种变速器和普通自动变速器的最大区别是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速，其设计构思十分巧妙。
无段变速箱轿车一样有自己的档位，停车档P、倒车档R、空档N、前进档D等，只是汽车前进自动换档时十分平稳，没有突跳的感觉。目前国内市场上采用了CVT技术的只有奥迪、飞度、派力奥(西耶那、周末风)、和旗云4款车型。CVT 系统结构简单，零部件数目比AT(约500个)少(约300个)，一旦汽车制造商开始大规模生产，CVT 的成本将会比AT小。由于采用该系统可以节约燃油，随着大规模生产以及系统、材料的革新，CVT 零部件(如传动带或传动链、主动轮、从动轮和液压泵) 的生产成本，将降低20%～30%。毋庸置疑，CVT 变速器的技术含量和制造难度都要比MT变速器高，与AT变速器相仿，由于金属带式CVT 的结构简单，所含的零件数量比AT变速器少40％左右，整车的质量因而也有所减轻。
2.无极变速器的发展史
无级变速的发展已经有很长的历史，早在1886年，德国的Daimlar Benz公司就已经将其应用在汽车上了，只是它是摩擦式无级变速器，是靠皮革或纤维制的圆盘和金属圆盘的摩擦力来工作的，因而磨损十分严重，寿命很低，但其原理为后来所采用，这就是带传动式（Belt Drive）或链传动式(Chain Drive)CVT的前身。
1935年，GM Buik发明了一种被称为全圆（环型Full Toroidal）CVT，人们称这种变速器为牵引传动式(Traction Drive) CV。当可移动的圆环面沿轴向移动时，两环面间的辊子沿曲面滑动，改变与传动轴的夹角，实现速比的变化。由于在技术上要开发能够承受这样大滚压力的轴承及能够承受这样大面压的材料和特殊液体，包括通用在内的许多公司最终放弃了这种CVT的开发。但在这同时，带传动式CVT也取得了很大的发展，包括金属链式CVT和金属带式CVT。
CVT首次装车并投放市场是1987年。当时，日本富士重工公司从VDT公司购买了金属带，并得到了VDT公司的技术指导，生产了面向1.0L轿车的CVT(与P821相当)，并装在Subaru Justy轿车上（排量1.0升，1984年上市）。该CVT的夹紧力和换挡控制仍然是采用VDT全液压控制，不同之处是采用了电磁离合器作为起步装置，从而起步离合器实现了电子控制，因而称之为ECVT。日本本田汽车公司（Honda）也是世界上较早开发生产CVT的著名公司之一。1995年9月，Honda公司开发了新一代金属带式CVT即Honda Multi Matic，它实现了离合器、换挡和夹紧力的全电子控制。所不同的是将起步离合器装在了从动轴上，这不仅能够在急刹车时使金属带回到最低档，而且还可最大地保护金属带，该变速器装在了带有1.6升发动机96款的Honda Civic系列轿车上，并取得了成功。
与此同时，欧美的通用（GM）、福特（Ford）、菲亚特（Fiat）、大众（VW）、奥迪及ZF等公司也在致力于CVT的开发。继Subaru后，欧洲的Ford和Fiat
也将VDT-CVT(P811型)装备于排量1.1～1.6L轿车上，并投入市场。1999年德国奥迪公司联合LUK公司和Temic公司，开发完成了FF纵置式CVT－Multitronic，成功地装在输出转矩310Nm、排量2.8L的奥迪A6/A4和保时捷跑车上，并于20放到中国市场。该变速器以金属链取代金属带，融合了当今CVT 的最新技术，与现有金属带式CVT相比，除结构做了重大改进外，电液控制系统和控制策略也有了很大改变。
近年来，混和动力汽车在日本取得了很大的发展。而由于无级变速技术允许发动机处于某一恒定理想工作点，这样在动力的转换和储备中可以最大限度地降低动力损耗、减少排放和提高效率。据有关试验研究，采用CVT的混和动力汽车的燃油经济性可以提高30％，排放可以降低50％左右。
中国拥有世界上发展潜力最大的汽车市场，CVT技术在汽车发展史上具有变革意义，在我国生产这种变速器将是历史发展的必然趋势。金属带式无级变速器将是应用非常广泛的无级变速，所以攻克CVT的变速器传动机理和控制等关键技术，对提高国产轿车的自主研发、缩短与发达国家的差距具有重要的现实意义。它将为我国汽车工业的繁荣发展以及促进其他相关工业的发展起到重要的作用，并能带来巨大的社会和经济效益。
目前，我过CVT已进入使用阶段，一汽大众生产的奥迪A6轿车已选装CVT 自动变速器，其代号为01J，它采用带/链传动.是奥迪公司首家推出能够应用于功率和转矩分别达到147KW和300N.m的A6 2.8L发动机系统的CVT变速器,并且正在制定一个在行驶性能、燃油经济性能和动力性及舒适性等方面的新标准。
3. 无极变速器的基本结构及工作原理
3.1无极变速器的基本结构
无极变速是在一定传动比范围内能线性的调节传动比，理论上相当于有无数个档位。无级变速器主要由主动盘、从动盘、传动钢带、液压驱动机构等部件组成的。
图3-1结构原理图
主动盘和从动盘的结构也很简单，主要由两个锥型盘组成。锥型盘就是把两个圆锥型的盘片组合在一起形成一个带V型槽的驱动盘。锥型盘可在液压的推力作用下做轴向移动，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。这样，钢片链带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化高传动比时，主动带轮直径增大，从动带轮直径减小，将使带比增大；低传动比时，主动带轮直径减小，从动带轮直径增大，将使带轮传动比减小。
汽车用CVT的核心技术就在钢片链条上，它不是普通的链条，它是由许多特殊形状的小钢片组合而成的传动带。
3.2 无极变速器的工作原理
无极变速器主要由金属带由两束金属环和几百个金属片组成，主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。
在金属带式无级变速器的液压系统中，从动油缸的作用是控制金属带的张紧力，以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动，在主动轮组金属带沿V型槽移动，由于金属带的长度不变，在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。
汽车开始起步时，主动轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加，主动轮的工作半径逐渐减小，从动轮的工作半径相应增大，CVT的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。
无论是自行车还是其他有传动的产品的变速多数采用齿轮式，这种固定比率的变速传动有时不能满足需求，同时还有带来一些问题，比如急转等，而无级变速则可以产生连续的速度比，带来稳定的速度变化。无级变速可以追溯到1490年达芬奇（Leonardo da Vinci）画的一幅手稿，用圆锥形来调节两杆之间的可变速度传动。
纽芬奇无级变速星轮传动装置(CVP)采用了具有高度可调性和可升级性的新型无级变速器(CVT),从而引发了一场动力传动系统技术的变革。纽芬奇CVP 中,采用小球替代了齿轮进行机械力传送。经验证,纽芬奇CVP被认定为自行车变速器和内变速轮轴的完美替代品，档位握柄的旋转的矩离有所降低,从而带给使用者更直接的感觉。
图3-2工作原理图
图3-3工作原理图
NuVinci无级变速行星传动装置，是一个创新的无级变速装置，如上图，通过一组小球来传递驱动轮盘和被驱动轮盘之间的速度，而固定这组小球的架子中心可以左右移动，这样就让球的轴线形成一个角度，从而左右接触点的小球就有不同大小的旋转圆周，(球形的不同平面圆周长度不同就像地球赤道周长最长....一样)从而形成了速度比，而这组小球的角度控制是无级别的，所以就带来了整体的无级变速。
图3-4工作原理图
简单的说就是后花鼓摒弃了将链条从一个齿轮拨到另一个齿轮的传统变速方式，由两个旋转的圆盘和位于它们之间的一组滚珠来进行变速。工作时，输入盘从踏板获得动力，输出盘则驱动后轮推动自行车前进。调整滚珠旋转轴的角度，就能改变滚珠与输入盘的接触位置。当遇到上坡需要用到低挡时，你可以转动拨盘让滚珠轴向输入盘倾斜，输入盘与滚珠接触的圆周直径变大（r0＞ri）—就像传统自行车变速器把链条拨到较大的后齿轮上。而这时在输出轴一端，则会沿着较小的圆周ri转动。极限情况下，我们可以实现2∶1的最大变速比来攀登山丘。如图所示在相反的情况下（ri＞r0），变速比可以降低到0.57∶1，这样你就不用疯狂地踩着脚踏下山了。
4无级变速行星传动装置.的特点
4.1 NuVinci无级变速行星传动装置
无级变速行星传动装置是一个创新的无级变速装置，通过一组小球来传递驱动轮盘和被驱动轮盘之间的速度，而固定这组小球的架子中心可以左右移动，这样就让球的轴线形成一个角度，从而左右接触点的小球就有不同大小的旋转圆周，从而形成了速度比，而这组小球的角度控制是无级别的，所以就带来了整体的无级变速。
4.2利用滚珠轴承在一定范围内实现连续不间断的速度调整
八车把上的调节器向前拧，即使你已经完全停下，也能轻松地起步；把调节器向后拧，你就能获得最平滑高效的加速。坐在车座上，你的双脚可以轻易触及
地面，相对前移的脚蹬则让你仍然能够获得最合适的骑行姿势。这辆车独特的类椭圆形车架也是为骑行者带来舒适的骑行感受的原因之一。
4.3纽芬奇NuVinci无级变速星轮传动装置(CVP)优点
（1）设计先进,较上一代无级变速器,它的重量降低了30%以上,直径减少了17%。
（2）作为当今最简单轻松的换挡装置,它能保证在骑车过程中始终保持最佳传动速比状态,也不会出现换挡延迟或动力传送中断的情况。改进的换挡装置能保证轻松地进行无极变速。握柄旋转不足一圈,就可以实现从低到高的传动速比。
（3）改进后的NuVinci重量更轻,是不同类型自行车的理想变速装置，包括舒适型/运动型自行车,通勤型自行车,脚电混合动力型自行车以及山地自行车。
（4）是安装有底架或前轮轴电机的踏板辅助型自行车的完美搭档，能消除电机速度突变以及动力传动系统冲击的问题。
（5）可靠性,耐用性和品质均为世界一流。
5.无极变速器的发展前景
在汽车无级变速器(CVT)应用方面，国内与国外车型存在的差距也正在逐渐缩小。如本田开发的Multimatics装备在飞度轿车上，其优点表现在变速柔顺、操纵稳定性好及节约能耗方面。目前装备汽车的CVT大多数采用摩擦传动，其功率小、效率低，如V型橡胶带式、V型金属带式、多盘式、滚轮转盘式等，主要通过静摩擦力实现动力传递。从V型橡胶带无级变速器到现代的金属带式无级变速器在汽车上的实际应用，期间经历了一个世纪(1886—1987)。如今，金属带式无级变速器已经装备在欧美日等国家地区生产的中小排量汽车上。这实际上代表现代无级变速器研发技术水平的最高成就。这种变速器变速机构的核心部件是两组带轮，根据发动机工况变化通过控制系统，改变驱动轮和从动轮与金属链(带)的接触工作半径达到变速目的。变速范围达5–6，传动效率达95％(液力AT的传动效率在87％左右)。
目前无级变速器的传动构件由带轮驱动，分为金属带V型轮和金属链V型轮二种形式。金属带(链)压紧在主动与从动V型带轮上，通过改变带轮槽宽度即可改变金属带(链)与V型带轮的接触半径，并因此改变传动比。不论金属带式或金属链式无级变速器，都由电控装置、液控装置和机械变速装置(包括：湿式多片
离合器、液力变矩器或电磁偶合器等机构)组成。变速器工作时，电控单元依据节气门开度信号和变速器输出轴的速度信号，经计算后向液压控制装置输出执行信号，再由液控装置输出油压(调节)控制离合器与伺服油缸的工作，来改变动力传递的通道及改变主动、从动带轮的工作半径实现无级变速。
以前只有在小型轿车(低功率)上的使用局限。当前，世界各大汽车厂商为提高产品的竞争力都努力研发新一代的CVT(性能安全转矩容量更大)，这是由于伴随现代科学技术高度发展的背景支持和全球性的能源危机以及对环境保护压力所采取的措施。例如，美国福特和通用汽车公司为研制1.3～2.0L排量级的无级变速器也投入上亿美元的巨资。现在，全世界的CVT轿车年产量大约50万辆，其主要汽车品牌中，都有装备CVT的轿车在销售。汽车无级变速器无疑是当今汽车变速器发展的趋势。
6.小结
经过一周的设计课程，我们学习了很多关于这方面的内容，当然，在进行课程设计的同事我们也遇到了很多不同的问题，下面是两个例子：1）什么是无级变速？
从操作感来说:自动变速器你开车的时候,车会自动地换档, 给你的感觉就是开着开着车突然一顿,然后再加速上去。无级变速（CVT）则完全没有这种停顿感，加速非常平稳，感觉很舒服。
2)什么是变速比？
变速箱的输入和输出转速比吧。也就是说：变速比等变速箱的输入转速比输出转速，比如输入转速为3000r/min，输出转速为1000r/min，则变速比为：3000/1000=3。
小组成员分工
梁海燕、姜振晨主要分组搜集整理材料
赵磊、王晨辉主要负责制作讲解的ppt
崔璐、赵煦主要负责撰写课程设计报告
我们小组大体上将人员分为三组，但每一组在工作时大家都是相互帮助的，体现了小组团结协作的精神。