金属带式无级变速器结构组成及其优越性分析
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２０１０年第１２期 （总第２０２期） 黑龙江交通科技
ＨＥＩＬＯＮＧＪｌＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｎｏ．１２，２０１０
（Ｓｕｍ Ｎｏ．２０２）
金属带式无级变速器结构组成及其优越性分析 陈玉萍 （黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司）
摘要：无级变速器（ＣＶＴ）由于在换档过程中没有动力中断、节约能源、环保、乘坐舒适等优点越来越成为汽 车变速器的发展方向。简要介绍了金属带式ＣＶＴ基本组成及工作原理，分析了其独特的优越性。 关键词：无级变速器；结构；优越性 中图分类号：Ｕ４６７ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１０）１２—０１０６—０２
无级变速器汽车适应节能和环保的要求，目前可应用于 汽车的无级变速器（ＣＶＴ）有环盘滚轮式、摆销链式和金属带 式，与前两种相比，金属带式无级变速器结构简单，承载能力 强，传动效率高，已在全世界７０多种车型中使用。无级变速 器通过传动比的连续变化，使车辆外界行驶条件与发动机负 载实现最佳匹配，使此时的发动机在高效区运转，燃烧完全、 排放污染减少、噪音降低，从而充分发挥了发动机的潜力，使 发动机具有理想的动力性能表现，并提高了整车的燃油经济 性。系统分析金属带式无级变速器的优势，对于完善变速器 设计理念，优化自动变速器配比汽车的比例，具有重要意义。 １金属带式无级变速器结构组成 典型的金属带式ＣＶＴ变速器传动系统一般由液力变矩器、 液压控制阀体、离合器制动器组、主动锥轮组件、钢带、从动锥轮 组件和差速器总成等主要部分构成。结构如图１所示。 １．液力变矩器２．液压控制阀体３．离合器制动器组 ４．主动锥轮组件５．钢带６．从动锥轮组件７．差速器总成 图１典型ＣＶＴ传动结构原理图 金属带由两束金属环和几百个金属片构成。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－－Ｎ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 收稿日期：２０１０—０９—１８ ・１０６・ 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 径逐渐增大，从动轮的工作半径相应减小，金属带式ＣＶＴ的 传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。 金属带式ＣＶＴ的核心部件由两组带轮和金属带构成。 每组带轮由可动带轮和不可动带轮组成。当进行降速调速 时，应使从动轮的两半锥盘互相靠拢以增大工作直径，Ｖ带 能传递有效圆周力也将减小，而所传递的转矩基本不变。反 之，升速调速时，应使从动轮的两半锥盘互相分开以减小工 作直径，这将使有效圆周力增大而保持转矩。金属带在两 带轮构成的Ｖ型槽内沿径向滑动，从而实现速比在设计范 围内从最小到最大变化。 ２金属带式ＣＶＴ无级变速器的优越性分析 为了考察金属带式ＣＶＴ在汽车实际应用中的效果，各 国车厂都做过对比试验，以城市为单元，试验方法就是在同
一款车上分别使用ＭＴ、ＡＴ和金属带式ＣＶＴ，在同等条件下 进行性能比较。试验的结果有力地证明了金属带式ＣＶＴ的 优势和技术特点。 ２．１动力性的优越性 汽车的后备功率决定了汽车的爬坡能力和加速能力。 汽车的后备功率愈大，汽车的动力性愈好。就传统的ＭＴ和 ＡＴ变速器来说，挡数越多，发动机发挥最大功率附近的高功 率的机会也就越大，汽车的加速和爬坡能力即动力性也就越 强。但是当挡位数超过５个（前进挡）时，就会使变速器的 结构和操纵机构大为复杂。由于金属带式ＣＶＴ的无级变速 特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以金属带式ＣＶＴ 的动力性能明显优于ＭＴ和ＡＴ；并且相比较起来，金属带式 ＣＶＴ的结构更为简单紧凑。几种不同车型以汽车加速性能 作为评价指标，在同样条件下的试验结果为：装用金属带式 ＣＶＴ的汽车加速性能（０～１００ ｋｍ／ｈ）比装用ＡＴ变速器的汽 车的加速性能提高７．５％～１１．５％，在速度较高时还略优于 ＭＴ汽车。 ２．２经济性的优越性 ＣＶＴ可以在一定范围内可以拥有无数个传动比，能自由 控制发动机的工作点，协调汽车外界行驶条件与发动机负 载，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，使汽车按最 佳燃料经济工作线工作成为可能，提高整车的燃油经济性。 日本富土重工Ｓｕｂａｒｕ Ｊｕｓｔｙ、福特Ｆｉｅｓｔａ、德国ｚＦ公司装 用金属带式ＣＶＴ—ｃｇｒ２０Ｅ型轿车、美国Ｃｈｒｙｓｌｅｒ Ｖｏｙａｇｅｒ、德 第１２期 陈玉萍：金属带式无级变速器结构组成及其优越性分析 总第２０２期 国大众汽车公司Ｇｏｌｆ ＶＲ６及法国Ｒｅｎａｕｌｔ Ｓａｆｒａｎｅ几家汽车 公司的汽车在装用金属带式ＣＶＴ前后的经济性试验结果 为：装用金属带式ＣＶＴ汽车的经济性比自动变速（ＡＴ）汽车 提高约８％一１２％，与机械变速（ＭＴ）汽车相当。 ２．３传动效率的优越性 变速装置本身的传动效率将影响汽车的经济性和动力 性。与机械变速器相比，金属带式ＣＶＴ传动装置除机械传 动外，额外的液压控制系统要消耗相应的能量，金属传动带 的摩擦损失也要消耗部分能量，所以无论金属带式ＣＶＴ传 动装置如何完善，它本身的传动效率一定低于机械变速器效 率，最多只能接近机械变速器效率。近年采用滚子叶片泵和 全电子控制技术，其传动效率已接近到机械变速器效率。目 前，金属带式ＣＶＴ传动技术已１３臻成熟，采用最优设计的金 属带式ＣＶＴ汽车的综合性能明显优于５挡ＡＴ汽车，两者的 比较结果如蜘蛛图２。合理确定带轮轴向力是提高汽车金 属带式无级变速器传动效率的有效途径，其最佳方案是根据 实际传递的转矩施加轴向力，保证金属带传动始终工作在转 矩比ｒ＝０．８～０．９范围，这是其传动能力最强、传动效率最 高的工况。 功能 操纵 性能 计的ＣｖＴ ＣＶＴ 图２ ５挡ＡＴ与金属带式ＣＶＴ综合性能比较蜘蛛图 ２．４平顺性、舒适性和操纵性的优越性 由于金属带式ＣＶＴ在起步和加减速过程中不会像ＭＴ 和ＡＴ变速器那样产生纵向冲击或抖动，因此，使用ＣＶＴ的 汽车行驶更加平顺，乘坐也更加舒适。 金属带式ＣＶＴ在变速过程中无须中断动力传输，再结 合一些电子控制装置，可以大幅减轻驾驶员的劳动强度，提 高了汽车的操纵性，同时也提高了行车安全性。 ２．５排放方面的优越性 由于金属带式ＣＶＴ能够根据需要控制发动机的工作点，使 发动机能最大限度地被控制在最佳工作点附近，使得气缸燃 烧室内混合气体燃烧充分，大大降低了尾气中有害气体和粉 尘的排放。根据德国著名的金属带式ｃＶＴ生产商ＺＦ公司 对自己的金属带式ＣＶＴ变速器与ＡＴ变速器进行同比试验 得出的数据，使用金属带式ＣＶＴ的汽车比使用ＡＴ变速器的 汽车尾气中有害气体的排放减少了大约１０％。 ２．６成本上的优越性 产品的成本取决于产品的技术含量、使用的材料、制造 工艺以及工艺装备等因素。金属带式ＣＶＴ变速器与ＡＴ变 速器相比，结构要简单得多；但是由于金属带式ｃＶＴ变速器 许多关键部件的材料须使用优质钢材，加工过程比较复杂， 加之金属带式ＣＶＴ变速器的生产规模的限制，金属带式 ＣＶＴ变速器的价格与ＡＴ变速器的价格相差不是很大。但 是随着大规模生产以及系统、材料的革新，金属带式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％一３０％。 ３结论 金属带式ＣＶＴ具有很多优越性，在当前技术条件下，装 备金属带式ＣＶＴ的汽车可以达到比手动机械变速器具有更 好的动力性；比液力机械自动变速器具有更经济的价格，更 优的性能；比有级变速器具有更低的排放；同时具有最佳的 驾驶舒适性。采用金属带式ＣＶＴ可以得到传动系与发动机 工况的最好匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，并可以 提高操纵方便性和舒适性，有效地降低了排放污染，且综合 性能优于ＡＭＴ系统。
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（上接第１０５页） 此判断为冷却系统以有故障。经检查，冷却液不少，风扇工 作正常，但散热器外壁粘附了许多灰土。清洗后，故障消除。 ４摊铺机的技术保养 摊铺机是一种技术含量高、结构相对复杂的专门化生产工 具，一般进行作业的工作条件比较恶劣，操作人员的使用技术水 平和专业知识素质差别较大。在使用过程中，由于各部运动机 件逐渐磨损和受外界各种运行条件的影响，各部机构和零件必 然逐渐产生不同程度的自然松动和机械损伤，这样将导致摊铺 机动力性和经济性变坏，机件安全可靠性降低，就会发生预想不 到的机械故障，影响摊铺机的使用期限。因此，为了提高使用寿 命，减少机械故障的发生，应做好保养工作。所以，摊铺机的使 用管理中缺少不了维修保养这个环节。 维修保养大致可以分成３部分内容。 （１）一部分是日常技术保养，即操作手在使用过程中对 机具能够做到的合理保管、日常检修、定期维护保养及正确 的操作使用，这样可延长机具使用寿命，提高机具应用效果。 （２）另一部分是周期性技术保养，即靠机手自身的条件 和手段不能够解决的维修内容，如机具主要部件损坏的修复 或换件修理，使用到一定期限后进行的中、大修及检测调整 等，就必须到专门的厂家指定的维修点，请专业人员修理。 （３）最后就是长期停放的技术保养，由于摊铺机和其他
