無級變速器

科學知識 9547 470 2016-08-07

CVT(Continuously Variable Transmission)技術即無級變速技術,它采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力,可以實現傳動比的連續改變,從而得到傳動系與發動機工況的最佳匹配。

基本信息

  • 中文名稱

    無級變速器

  • 外文名稱

    Continuously Variable Transmission

  • 工具

    傳動帶等

  • 特 點

    傳動系與發動機工況

目錄
1​基本簡介
2歷史淵源
3主要分類
4類型介紹
5主要特點
6主要特性
7型號介紹
8缺點
9特點
10特性

​基本簡介

CVT(CONSTANT VARIABLE TRANSMISSION)技術即無級變速技術,它采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力,可以實現傳動比的連續改變,從而得到傳動系與發動機工況的最佳匹配。常見的無級變速器有液力機械式無級變速器和金屬帶式無級變速器(VDT-CVT),目前國內市場上采用CVT的車型已經越來越多。

歷史淵源

自動變速器是為了簡便操作、降低駕駛疲勞而生的,按齒輪變速系統的控制方式,它可以分為液控液壓自動變速器和電控液壓自動變速器;按傳動比的變化方式又可分為有級式自動變速器和無級式自動變速器。因此,無級變速器實際上是自動變速器的一種,但它比常見的自動變速器要復雜得多,技術上也更為先進。

無級變速器與常見的液壓自動變速器最大的不同是在結構上,后者是由液壓控制的齒輪變速系統構成,還是有擋位的,它所能實現的是在兩擋之間的無級變速,而無級變速器則是兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的,比傳統自動變速器結構簡單,體積更小。另外,它可以自由改變傳動比,從而實現全程無級變速,使車速變化更為平穩,沒有傳統變速器換擋時那種“頓”的感覺。

主要分類

為實現無級變速,按傳動方式可采用液體傳動、電力傳動和機械傳動三種方式。

液體傳動

液體傳動分為兩類:一類是液壓式,主要是由泵和馬達組成或者由閥和泵組成的變速傳動裝置,適用于中小功率傳動。另一類為液力式,采用液力耦合器或液力矩進行變速傳動,適用于大功率(幾百至幾千千瓦)。 液體傳動的主要特點是:調速范圍大,可吸收沖擊和防止過載,傳動效率較高,壽命長,易于實現自動化:制造精度要求高,價格較貴,輸出特性為恒轉矩,滑動率較大,運轉時容易發生漏油。

電力傳動

電力傳動基本上分為三類:一類是電磁滑動式,它是在異步電動機中安裝一電磁滑差離合器,通過改變其勵磁電流來調速,這屬于一種較為落后的調速方式。其特點結構簡單,成本低,操作維護方便:滑動最大,效率低,發熱嚴重,不適合長期負載運轉,故一般只用于小功率傳動。 二類是直流電動機式,通過改變磁通或改變電樞電壓實現調速。其特點是調速范圍大,精度也較高,但設備復雜,成本高,維護困難,一般用于中等功率范圍(幾十至幾百千瓦),現已逐步被交流電動機式替代。 三類是交流電動機式,通過變極、調壓和變頻進行調速。實際應用最多者為變頻調速,即采用一變幅器獲得變幅電源,然后驅動電動機變速。其特點是調速性能好、范圍大、效率較高,可自動控制,體積小,適用功率范圍寬:機械特性在降速段位恒轉矩,低速時效率低且運轉不夠平穩,價格較高,維修需專業人員。近年來,變頻器作為一種先進、優良的變速裝置迅速發展,對機械無級變速器產生了一定的沖擊。

機械傳動

傳統的機械傳動的特點主要是:轉速穩定,滑動率小,工作可靠,具有恒功率機械特性擊性較差,故一般適合于中、小功率傳動。,傳動效率較高,而且結構簡單,維修方便,價格相對便宜;但零部件加工及潤滑要求較高,承載能力較低,抗過載及耐沖擊性較差,故一般適合于中、小功率傳動。

新型CVT機構在可調節的齒輪輪轂上且位于同步齒輪的外圍圓周上通過連接軸安裝有扇形齒輪,扇形齒輪上的齒輪與同步齒輪外圓上的齒輪相嚙合,扇形齒輪的外側與齒桿的一端相固定,這樣就組成了可調節的齒輪,當可調齒輪繞齒桿彎曲方向轉動來驅動內齒圈時,通過伺服機構調節齒輪轉軸與內齒圈轉軸之間的距離,從而改變兩個相鄰齒桿之間所作用內齒圈的齒數,改變傳動比,進而可以實現無級變速。

新型CVT結構緊湊,占用空間小,成本低廉,傳動效率高,可以實現高負載下的有效傳動,使用很方便,便于大規模推廣使用。

類型介紹

奧迪Multitronic無級/手動一體變速器

奧迪的Multitronic變速器是在原有無級變速器的基礎上安裝了一種稱為多片式鏈帶的傳動組件,這種組件大大拓展了無級變速器的使用范圍,能夠傳遞和控制峰值高達400 N·m的動力輸出,其傳動比超過了以前各種自動變速器的極限值。該變速器的明顯優勢是耗能少,反應更快,從車輛的整體性能來看,裝有Multitronic變速器的奧迪A6 2.8轎車的0~100 km/h加速時間比同級普通自動變速器車型快了1.3 s,百公里油耗降低了0.9 L。

Multitronic 還采用了全新的電子控制系統,以克服原有無級變速器的不足。比如在上下坡時,系統能自動探測坡度,并通過調整速比增加動力輸出或加大發動機的制動扭矩來協助車輛行駛。

相對于傳統的自動變速器,Multitronic有更高的靈活性,在增加或刪除變速模式的時候,只需要更改電腦程序即可改變齒輪的比數和半徑,因此可以和多臺不同類型、不同輸出特性的發動機配合使用。

旗云CVT

旗云CVT采用了德國ZF公司生產的VT1F無級變速器,和它出色的發動機一起,這一整套動力和傳動系統都來自于寶馬MINICOOPER。該無級變速器有無級變速、自動巡航、運動模式和6擋手動4種駕駛模式,與電子油門配合以后更接近智能化控制,采用了CVT變速器的旗云百公里油耗僅比原來增加了0.3 L(廠家數字)。

派力奧(西耶那、周末風)Speedgear

派力奧Speedgear是一種手/自一體式電控無級變速器(ECVT),南京菲亞特率先把它應用在小型車上。它提供兩種換擋模式:電控無級自動變速模式和6擋順序手動變速模式,駕駛者可以根據喜好選擇不同的換擋方法。Speedgear由液力扭矩轉換器、兩個可變直徑鋼帶輪和一根傳動金屬帶(一定數量的鋼片和兩根9層鋼帶)組成,具有更寬的傳動比,同時具有無級變速器結構簡單、體積緊湊的特點。

飛度CVT

飛度的CVT無級變速器是專門為小型車設計的,屬于新一代鋼帶無級自動變速器,可允許兩個帶輪之間進行高扭矩傳遞,運轉平穩、傳動效率高,是小型車里較好的。飛度的CVT變速器還帶有S擋(運動模式),既追求流暢感、低油耗,又不乏駕駛樂趣。

主要特點

CVT技術真正應用在汽車上不過十幾年的時間,但它比傳統的手動和自動變速器的優勢卻是顯而易見的:

1. 結構簡單,體積小,零件少,大批量生產后的成本肯定要低于當前普通自動變速器的成本;

2. 它的工作速比范圍寬,容易與發動機形成理想的匹配,從而改善燃燒過程,進而降低油耗和排放;

3. 具有較高的傳送效率,功率損失少,經濟性高。

當然,CVT技術也有它的弱點,比如傳動帶容易損壞,無法承受較大的載荷等等,這些技術上的難關使得它一直以來多應用在小排量、低功率的汽車上。

目前CVT技術發展得相當迅速,各大汽車廠家都在加強這一領域的研發。尤其是在混合動力汽車具有廣泛前景的將來,CVT的地位和作用更是無可替代,它將會是未來變速器發展的大趨勢

CVT的特性

主要特性

1、調速精度高,可達到0.5-1轉。

2、變速范圍大,速比可在1/1.4-1/7之間任意調節變速。

3、強度高,壽命長,采用全密封設計,環境適應性強。

4、調節方便,運轉穩定好,可連續運轉工作,可正反轉運轉。

5、適應性好,可與其他電機減速機組直接連接組合并實現低速無極變速。

6、體積小,結構緊湊,采用優質鋁合金壓鑄一次成型,外形美觀,永不生銹。

1、經濟性

CVT可以在相當寬的范圍內實現無級變速,從而獲得傳動系與發動機工況的最佳匹配,提高整車的燃油經濟性。德國的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進行ECE市區循環和ECE郊區循環測試,證明CVT能夠有效節約燃油(如表1)

安裝4-AT和CVT的大眾公司的Golf VR6汽車的燃油消耗對比

試驗油耗 4-AT CVT

ECE市區循環,L/100km 14.4 13.2

ECE郊區/遠程循環,L/100km 10.8 9.8

90km/h勻速,L/100km 8.3 7.0

120km/h,L/100km 10.3 9.2

2、動力性

汽車的后備功率決定了汽車的爬坡能力和加速能力。汽車的后備功率愈大,汽車的動力性愈好。由于CVT的無級變速特性,能夠獲得后備功率最大的傳動比,所以CVT的動力性能明顯優于機械變速器(MT)和自動變速器(AT)。

3、排放

CVT的速比工作范圍寬,能夠使發動機以最佳工況工作,從而改善了燃燒過程,降低了廢氣的排放量。ZF公司將自己生產的CVT裝車進行測試,其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%。

4、成本

CVT系統結構簡單,零部件數目比AT(約500個)少(約300個),一旦汽車制造商開始大規模生產,CVT的成本將會比AT小。由于采用該系統可以節約燃油,隨著大規模生產以及系統、材料的革新,CVT零部件(如傳動帶或傳動鏈、主動輪、從動輪和液壓泵)的生產成本,將降低20%-30%。

勿庸置疑,CVT變速器的技術含量和制造難度都要比MT變速器高,與AT變速器相仿,由于金屬帶式CVT的結構簡單,所含的零件數量比AT變速器少40%左右,整車的質量因而也有所減輕。

5、駕駛平順性

由于CVT的速比變化是連續不斷的,所以汽車的加速或減速過程非常平緩,而且駕駛非常簡單、安全。從而使用戶獲得全方位的“行駛樂趣”。

型號介紹

ZH系列錐盤環盤無級變速器 MB系列行星摩擦機械無級減速器

精密調速擴大功率XP型和擴大調速范圍PX型無級變速

UDL系列行星錐盤無級變速器 P型齒鏈式無級變速器(JB/T 6952-1993)

W系列錐環式無級變速器 V型寬帶無級變速器

MT型四相并列連桿脈動無級變速器 URX系列環錐行星式無級變速器

UD系列行星錐盤無級變速器 Spt系列錐盤環盤無級變速器

MB、MBN型行星錐盤無級變速器 TXF行星錐盤無級變速器

RX系列行星環錐式無級變速器 U系列三相并列連桿脈動無級變速器

WMB型三相并列脈動無級變速器 BWJ系列變速蝸桿減速器

XZW系列行星錐輪無級變速器 擺銷鏈式無級變速器

U34系列三相并列連桿脈動無級變速器 93 JWB行星錐盤無級變速器

WMBLF系列釜用立式無級變速器 GMW系列帶式無級變速器

D型行星錐盤無級變速器 MWB系列帶式無級變速器

PU系列張力自動調整無級變速器 HZ系列環錐行星無級變速器

PSR型滾柱式無級變速器 PS系列齒鏈式無級變速器

DMB系列大變速比機械無級變速器 GPZH系列鋼對鋼錐盤環盤機械無級變速器 P

系列多盤式無級變速器 XB系列鋼球式無級變速器    

缺點

大量使用的液力自動變速箱(AT)不用離合器換檔,檔位少變化大,連接平穩,因此操作容易,既給開車人帶來方便,也給坐車人帶來舒適。但缺點也多,一是對速度變化反應較慢,沒有手動波靈敏,因此許多玩車人士喜歡開手動波車;二是費油不經濟,傳動效率低變矩范圍有限,近年引入電子控制技術改善了這方面的問題;三是機構復雜,修理困難。在液力變扭器內高速循環流動的液壓油會產生高溫,所以要用指定的耐高溫液壓油。另外,如果汽車因蓄電池缺電不能啟動,不能用推車或拖車的方法啟動。如果拖運故障車,要注意使驅動輪脫離地面,以保護自動波齒輪不受損害。

特點

CVT技術真正應用在汽車上不過十幾年的時間,但它比傳統的手動和自動變速器的優勢卻是顯而易見的:

1. 結構簡單,體積小,零件少,大批量生產后的成本肯定要低于當前普通自動變速器的成本;

2. 它的工作速比范圍寬,容易與發動機形成理想的匹配,從而改善燃燒過程,進而降低油耗和排放;

3. 具有較高的傳送效率,功率損失少,經濟性高。

當然,CVT技術也有它的弱點,比如傳動帶容易損壞,無法承受較大的載荷等等,這些技術上的難關使得它一直以來多應用在小排量、低功率的汽車上。

目前CVT技術發展得相當迅速,各大汽車廠家都在加強這一領域的研發。尤其是在混合動力汽車具有廣泛前景的將來,CVT的地位和作用更是無可替代,它將會是未來變速器發展的大趨勢

CVT的特性

特性

1、調速精度高,可達到0.5-1轉。

2、變速范圍大,速比可在1/1.4-1/7之間任意調節變速。

3、強度高,壽命長,采用全密封設計,環境適應性強。

4、調節方便,運轉穩定好,可連續運轉工作,可正反轉運轉。

5、適應性好,可與其他電機減速機組直接連接組合并實現低速無極變速。

6、體積小,結構緊湊,采用優質鋁合金壓鑄一次成型,外形美觀,永不生銹。

經濟性

CVT可以在相當寬的范圍內實現無級變速,從而獲得傳動系與發動機工況的最佳匹配,提高整車的燃油經濟性。德國的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進行ECE市區循環和ECE郊區循環測試,證明CVT能夠有效節約燃油(如表1)

安裝4-AT和CVT的大眾公司的Golf VR6汽車的燃油消耗對比

試驗油耗 4-AT CVT

ECE市區循環,L/100km 14.4 13.2

ECE郊區/遠程循環,L/100km 10.8 9.8

90km/h勻速,L/100km 8.3 7.0

120km/h,L/100km 10.3 9.2

動力性

汽車的后備功率決定了汽車的爬坡能力和加速能力。汽車的后

無級變速器

備功率愈大,汽車的動力性愈好。由于CVT的無級變速特性,能夠獲得后備功率最大的傳動比,所以CVT的動力性能明顯優于機械變速器(MT)和自動變速器(AT)。

排放

CVT的速比工作范圍寬,能夠使發動機以最佳工況工作,從而改善了燃燒過程,降低了廢氣的排放量。ZF公司將自己生產的CVT裝車進行測試,其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%。

成本

CVT系統結構簡單,零部件數目比AT(約500個)少(約300個),一旦汽車制造商開始大規模生產,CVT的成本將會比AT小。由于采用該系統可以節約燃油,隨著大規模生產以及系統、材料的革新,CVT零部件(如傳動帶或傳動鏈、主動輪、從動輪和液壓泵)的生產成本,將降低20%-30%。

勿庸置疑,CVT變速器的技術含量和制造難度都要比MT變速器高,與AT變速器相仿,由于金屬帶式CVT的結構簡單,所含的零件數量比AT變速器少40%左右,整車的質量因而也有所減輕。

駕駛平順性

由于CVT的速比變化是連續不斷的,所以汽車的加速或減速過程非常平緩,而且駕駛非常簡單、安全。從而使用戶獲得全方位的“行駛樂趣”。

型號

ZH系列錐盤環盤無級變速器 MB系列行星摩擦機械無級減速器

精密調速擴大功率XP型和擴大調速范圍PX型無級變速

UDL系列行星錐盤無級變速器 P型齒鏈式無級變速器(JB/T 6952-1993)

W系列錐環式無級變速器 V型寬帶無級變速器

MT型四相并列連桿脈動無級變速器 URX系列環錐行星式無級變速器

UD系列行星錐盤無級變速器 Spt系列錐盤環盤無級變速器

MB、MBN型行星錐盤無級變速器 TXF行星錐盤無級變速器

RX系列行星環錐式無級變速器 U系列三相并列連桿脈動無級變速器

WMB型三相并列脈動無級變速器 BWJ系列變速蝸桿減速器

XZW系列行星錐輪無級變速器 擺銷鏈式無級變速器

U34系列三相并列連桿脈動無級變速器 93 JWB行星錐盤無級變速器

WMBLF系列釜用立式無級變速器 GMW系列帶式無級變速器

D型行星錐盤無級變速器 MWB系列帶式無級變速器

PU系列張力自動調整無級變速器 HZ系列環錐行星無級變速器

PSR型滾柱式無級變速器 PS系列齒鏈式無級變速器

DMB系列大變速比機械無級變速器 GPZH系列鋼對鋼錐盤環盤機械無級變速器 P

系列多盤式無級變速器 XB系列鋼球式無級變速器