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无级变速器
阅读:1319时间:2018-01-30 11:21:48

  CVT(Continuously Variable Transmission)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。

发展历史

  1987年,日本Subaru把装备CVT变速器的汽车投放市场,获得成功。欧洲的Ford和Fiat也将VDT-CVT装备于排量为1.1L到1.6L的轿车上。随着技术的发展,能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高,在总结第一代的CVT的经验基础上,开发出了性能更佳,转矩容量更大的CVT。当前,全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力,都大力进行CVT的研发工作。现在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽车品牌中,都有配备CVT变速器的轿车销售,全世界CVT轿车的年产量已达到近50万辆。有一点值得注意的是,装备有CVT的汽车市场,由最初的日本,欧洲,已经渗透到北美市场,因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。
  我们国家有巨大的汽车销售市场,汽车工业是我国的民族工业之一。然而我国汽车业所需的自动变速器(AT)全部依赖进口,这使得国产汽车配备AT后,成本增加很大,而装备自行开发生产CVT变速器,其成本提高不大,说明CVT的市场前景令人乐观。
  目前我国正在考虑发展轿车自动变速器的问题。自“九·五”期间轿车金属带式无级自动变速器的开发和研制已经被列入国家的重大科技攻关计划,以跟踪世界技术的发展和开发适合我国国情的汽车。

传动分类

  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。
  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。
  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。
  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。

工作原理

  没有明确具体的档位,操作上类似自动变速箱,但是速比的变化却不同于自动变速箱的跳挡过程,而是连续的,因此动力传输持续而顺畅。
  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:Continuously VariableTransmission)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,即当棘轮变化槽宽时,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。

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,没有手动档灵敏,因此许多玩车人士喜欢开手动档车;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,以保护自动档齿轮不受损害。

特点

  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。

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