無級變速器是汽車?yán)硐氲膫鲃酉到y(tǒng),自汽車誕生以來,它一直是人們追求的目標(biāo)。無級變速傳動(Continuosusly Variable Transmission,簡稱CVT)具有普通有級變速傳動無法相比的優(yōu)點,它可以控制汽車發(fā)動機(jī)始終運行在最佳目標(biāo)運行區(qū),顯著提高汽車的經(jīng)濟(jì)性,改善汽車的動力性,既可減少汽車的換擋沖擊,也可減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度。
無級變速器的組成
CVT采用V形承推鋼帶,由安裝在撓性馬氏體時效鋼圈上的多片楔形鋼片構(gòu)成。
CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如下圖所示。
動力從主動輪輸入,經(jīng)過V形鋼帶,由從動輪輸出。
帶輪由可以相對滑動的兩部分構(gòu)成,鋼帶位于這兩部分間的凹槽內(nèi)。
當(dāng)帶輪兩部分靠緊時,凹槽較窄,金屬帶位于帶輪外緣,此時帶輪的工作直徑最大。
隨著這兩部分間的相對滑動,凹槽越來越寬,鋼帶逐漸靠近帶輪中心,即工作直徑最小的地方。
汽車剛剛起動、車速較低時,主動輪工作直徑較小,變速器可得到較大的傳動比,使汽車獲得足夠動力克服行駛阻力。
隨著車速的升高,主動輪工作直徑逐漸增大,從動輪工作直徑越來越小,變速比也相應(yīng)減小。
CVT的突出特點是不使用液力變矩器,而采用傳動帶和工作直徑可變的帶輪與普通齒輪式變速器配合傳遞動力。
無級變速器的發(fā)展歷史
1958年.荷蘭達(dá)夫(OAF)公司開發(fā)出的橡膠帶式CVT,后經(jīng)多次改進(jìn),沃爾沃公司將該橡膠帶式CVT裝于1.4L發(fā)動機(jī)排的沃爾沃343汽車上,但存在普橡膠帶的可靠性和壽命等問題魚待解決。直到1987年日本富士重工公司、歐洲福特公司、菲亞特公司使用荷蘭VDT(粕nDoornesTransmissie)公司金屬帶式CVT才突破了原來技術(shù)障礙而獲得飛速發(fā)展。第一代無級變速器(CVT)。采用液壓機(jī)械控制.CVT傳遞扭矩為,25Nm,金屬鋼帶寬度為24mmo
第二代無級變速器采用液力變矩器、電子控制,CVT傳遞扭矩提高到250Nm,金屬鋼帶寬度可為3Omm。大多數(shù)CVT都采用液力變矩器.在起動時,其傳遞扭矩放大能力和傳遞平順性可提供最佳的性能。為了改善其傳動效率,當(dāng)車速達(dá)到一定值后.鎖止離合器使液力變矩器鎖止.鎖止離合器接合來降低損耗
目前最新型的無級變速器將傳遞扭矩提高到350Nm。改進(jìn)金屬鋼帶,增加其功率密度、優(yōu)化了起動策略、增加扭矩過載保護(hù)裝皿、優(yōu)化了液壓系統(tǒng)、速比范圍增加、提高變速機(jī)械和液壓系統(tǒng)效率、降低鋼帶和帶輪夾緊力,從而提高了整個CVT的效率,減少了體積和成本。
下一代的無級變速器與現(xiàn)有CVT相比,采用了帶弧面的帶輪(原主動帶輪和從動帶輪兩側(cè)為錐面)可進(jìn)一步減少CVT變速器的尺寸,減小金屬鋼帶的扭曲t（Misalignment);運用新的側(cè)滑控制和自優(yōu)化控制策略;液壓系統(tǒng)和泵進(jìn)一步優(yōu)化;縮小中心距;采用多片式離合器代替液力變矩器,使CVT變速器體積和成本進(jìn)一步降低。
博世公周開發(fā)的P07OCVT
博世公司CVT無級變速器業(yè)務(wù)部(VOT)隸屬于汽油機(jī)系統(tǒng)。博世公司VOT部主要進(jìn)行CVT研發(fā)—全新概念開發(fā)、整機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)合開發(fā)、給客戶CVT技術(shù)和專利的授權(quán)、軟件和匹配標(biāo)定。博世主要生產(chǎn)金屬鋼帶。從1985年起開始生產(chǎn)金屬鋼帶;200,年金屬鋼帶年產(chǎn)超過100萬根;到2007年金屬鋼帶累計產(chǎn)達(dá)到,1000萬根(到2007年5月).年產(chǎn)超過200萬根;2008年啟動第二個生產(chǎn)基地;到2011年市場上金屬鋼帶累計數(shù)達(dá)2000萬根,2015年總的年產(chǎn)達(dá)到500萬根。2007年博世金屬鋼帶年銷量達(dá)到250萬根,占全球金屬鋼帶年銷t5o%。
博世公司金屬鋼帶產(chǎn)地在荷蘭蒂爾堡,2008年第二個生產(chǎn)基地放在越南胡志明市。
博世公司2007年開發(fā)的PO70無級變速器,采用了側(cè)滑和自優(yōu)化控制策略,改良了鋼帶和主、從動帶輪錐盤接觸面-采用曲面帶輪,提高了CVT輸出扭矩到140Nm,縮小了中心距,減少了起動功率(最優(yōu)化的油泵和液壓系統(tǒng)),采用多片離合器式代替液力變矩器,降低了系統(tǒng)成本,提高了耐久性和功率密度(更高的扭矩),進(jìn)一步減小了變速器重和長度,進(jìn)一步降低油耗。博世公周策七代金月鑰帶
博世公司第七代金屬鋼帶有24mm金屬推片寬度,柔性環(huán)9層可傳遞功率可達(dá)110kw;30mm金屬推片寬度和9層柔性環(huán)可傳遞功率180kw;30mm金屬推片寬度和12層柔性環(huán)可傳遞功率達(dá)200kw。
第七代金屬鋼帶提高了動力性能(更高傳遞功率和扭矩)、降低成本(柔性層減少和鋼帶進(jìn)一步縮小)、降低燃油消耗(更大速比范圍和更好的鋼帶效率)、縮小中心距減少變速器尺寸、可完全與前幾代鋼帶兼容、進(jìn)一步提高了耐久性和可靠性。同樣的柔性帶的應(yīng)力,第七代金屬鋼帶耐久性提高不少。在同樣耐久性情況下,第7代金屬鋼帶應(yīng)力提高不少。
CVT第7代金屬鋼帶,其傳遞功率在相同金屬推片寬度情況下,傳遞相同扭矩而柔性環(huán)數(shù)可由12層減為9層。同樣的傳遞扭矩(350Nm)、同樣的金屬推片寬度,采用第7代金屬鋼帶其柔性環(huán)層數(shù)由第6代金屬鋼帶12層減為第7代10層。
我國一貫重視無級變速器的開發(fā),2004年中國汽車工業(yè)協(xié)會和中國齒輪協(xié)會就國內(nèi)自動變速器的研發(fā)方向達(dá)成了共識:優(yōu)先發(fā)展AMT和CVT,適時發(fā)展OCT,適當(dāng)生產(chǎn)AT。
2007年9月,國家發(fā)改委、財政部、商務(wù)部發(fā)布(鼓勵進(jìn)口技術(shù)和產(chǎn)品目錄》中,自動變速器被列為鼓勵發(fā)展的重點行業(yè),享受進(jìn)口貼息優(yōu)惠政策,解決進(jìn)口中企業(yè)融資難的問題。
2007年12月.國家發(fā)改委在《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2007年文本)》征求意見稿中將無級變速器等幾種自動變速器類列為汽車零部件關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)制造。
我國湖南江麓容大車輛傳動有限公司年產(chǎn)2萬臺國產(chǎn)CVT總裝生產(chǎn)線已建成,正式投產(chǎn),這是國內(nèi)自主開發(fā)的CVT,已攻克CVT主要技術(shù)難關(guān),具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。目前處于試生產(chǎn)階段,年底將有批量產(chǎn)品下線,主要用于力帆、眾泰等自主品牌經(jīng)濟(jì)型轎車。該公司定位于8萬元人民幣以下經(jīng)濟(jì)型轎車市場,生產(chǎn)適合中低端市場的高性價比產(chǎn)品。
洛陽聯(lián)合變速器有限責(zé)任公司成立于2007年5月。該公司擁有自主知識產(chǎn)權(quán).開發(fā)生產(chǎn)乘用車用金屬鋼帶式無級變速器。2002年1月我國第一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的CVT樣機(jī)試車成功,2003年9月和2004年3月,通過國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(襄樊)20萬km路試和臺架試驗。2加3年10月,該公司CVT通過河南省科技廳組織鑒定。
該公司產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程獲得國家發(fā)改委、省、市的高度重視和支持,國家資助300萬元人民幣,洛陽市準(zhǔn)備資持3000萬元人民幣入股。該公司CVT項目分兩個階段,第一階段年產(chǎn)5萬臺CVT工程已于2007年7月19日開工建設(shè),該工程總投資2.3億元人民幣,預(yù)計2008年年底投產(chǎn);第二階段年產(chǎn)30萬臺,總投資15億元,預(yù)計2010年建成投產(chǎn)。該公司已經(jīng)形成013、018、023三個系列5個品種產(chǎn)品,主導(dǎo)產(chǎn)品018型CVT最大輸入扭矩18ONm,適用于1.5L~2.OL轎車車型,采用博世金屬鋼帶,已完成哈飛賽豹、奇瑞風(fēng)云、力帆520等多項自主品牌車型匹配工作,得到多家整車廠認(rèn)可,2005年11月匹配完成哈飛賽豹,在海南汽車試驗場進(jìn)行717000km可靠性強(qiáng)化試驗。2006年9月與哈飛簽訂了供貨合同。該公司擁有國家發(fā)明專利6項,實用新型專利17項。
在國內(nèi)兩家CVT準(zhǔn)備投產(chǎn)的同時,日本捷特科(Jatco)于2加7年投資46億日元(約合4.2億元人民幣)在廣州建立CVT生產(chǎn)企業(yè),年產(chǎn),4萬臺CVT,預(yù)計2009年初投產(chǎn),計劃實現(xiàn)70%本土化率,主要向東風(fēng)日產(chǎn)軒逸、新天籟、奇駿等車型提供CVT。
比利時邦奇(Puneh)在南京建立CVT生產(chǎn)企業(yè),計劃年產(chǎn)10萬臺,預(yù)計2008年年底或2009年初投產(chǎn),它的客戶主要是國內(nèi)應(yīng)用CVT的汽車制造企業(yè)。
目前國內(nèi)安裝金屬鋼帶式CVT的汽車見下表。
隨著采用CVT的配套車型不斷擴(kuò)大,國內(nèi)自主品牌采用CVT車型的不斷增加,跨國汽車制造企業(yè)引入我國的采用CVT的車型不斷增加,我國CVT的配套率占整個變速器的市場比例將會不斷提高。
最早應(yīng)用于汽車的無級變速傳動是V形橡膠帶式無級自動變速傳動,它出現(xiàn)在1886年由德國Daimlar-Benz公司生產(chǎn)的汽油機(jī)汽車上。之后,荷蘭DAF公司H.Vandoorne博士于1958年研制成功雙V形橡膠帶式無級自動變速器,并裝備于DAF公司的小型轎車上。CVT取得里程碑式的成績是在20世紀(jì)60年代中期,VDT公司的研究人員在荷蘭研制出能傳遞功率容量大、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的無級自動變速器CVT,使金屬帶式無級變速器取得突破性進(jìn)展。1987年,VDT公司的金屬帶式無級變速器進(jìn)入商品化階段,這年福特汽車公司首次在市場上推出裝有這種金屬帶的CVT。日本富士重工也于同年研制成功裝備于Juste車上(排量1~1.2 L)的電子控制CVT。之后,菲亞特、福特、日產(chǎn)等汽車公司都在其生產(chǎn)的一些1.2~1.6 L排量轎車上裝備這種變速器。90年代,在總結(jié)80年代產(chǎn)品和使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,VDT公司研制成功傳動力矩大、性能更佳的第二代CVT變速器。到1995年,裝有CVT的汽車產(chǎn)量達(dá)100多萬輛。目前主要CVT生產(chǎn)廠商有FHI Subaru Justy、Ford、Fiat、Nissan等。其中歐洲Ford公司CVT產(chǎn)量為15萬臺/年,FHI CVT產(chǎn)量為20萬臺/年。特別指出的是,美國福特公司在1997年取得歷史性的突破,生產(chǎn)出可以用于大扭矩、排量高達(dá)3.8 L(扭矩為365N#m)V6發(fā)動機(jī)的CVT,并成功安裝于Win starminivan汽車上,從而結(jié)束了CVT只能應(yīng)用于中型汽車上的歷史,為將CVT大規(guī)模應(yīng)用于汽車開辟了道路。而且,無級變速器已與當(dāng)今先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來,構(gòu)成高性能的無級自動變速器,性能更加完善。世界上的主要汽車生產(chǎn)國都在積極開發(fā)CVT系統(tǒng),已經(jīng)出現(xiàn)了很好的實用化發(fā)展趨勢。有專家預(yù)言,CVT將會占據(jù)50%的自動變速器市場份額。
從理論上說,CVT可使發(fā)動機(jī)始終在經(jīng)濟(jì)工況區(qū)運行,從而大幅度節(jié)約燃油。但由于CVT是摩擦傳動,效率低。因此,CVT并沒有達(dá)到理論上所能達(dá)到的燃油經(jīng)濟(jì)性水平。這是CVT有待進(jìn)一步提高之處。
國內(nèi)機(jī)械無級變速器于20世紀(jì)60年代前后起步,到80年代中期,隨著國外先進(jìn)設(shè)備的大量引進(jìn),工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動流水線的迅速發(fā)展,對各種類型機(jī)械無級變速器的需求大幅度增加,專業(yè)廠開始建立并進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn),一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作。經(jīng)過十幾年的發(fā)展,現(xiàn)在,國內(nèi)機(jī)械無級變速器行業(yè)從研制、生產(chǎn)到情報信息各方面都已組成一個較完整的體系,發(fā)展為機(jī)械領(lǐng)域中一個新興行業(yè)。
目前,國內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)械無級變速器大都是仿制國外產(chǎn)品,主要系列產(chǎn)品類型有:、
1)摩擦式無級變速器,包括行星錐盤式(DIS-CO型)、行星環(huán)錐式(RX型)、錐盤環(huán)盤式(干式、濕式)和多盤式(Beier型)等。
2)齒鏈?zhǔn)綗o級變速器,包括滑片鏈?zhǔn)健L柱鏈?zhǔn)?、鏈?zhǔn)骄砝@式。 3)帶式無級變速器,包括普通V帶式和寬V帶式。
4)脈動式無級變速器,包括三相并列連桿式(GUSA型)與四相并開連桿式(Zero-Max型)。其中行星錐盤式無級變速器通用性較強(qiáng),結(jié)構(gòu)和工藝較簡單,工作可靠,綜合性能優(yōu)良,尤其是能適應(yīng)各種生產(chǎn)流水線需要,故應(yīng)用最廣,產(chǎn)量最大,其年產(chǎn)量占機(jī)械無級變速器總產(chǎn)量的50%以上。大部分無級變速器產(chǎn)品的輸入功率為0.18~7.5kW,少數(shù)類型可以達(dá)到22~30 kW。
文章來源：北京時間
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