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發(fā)表于 2011-3-16 10:22:20
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一、CVT的發(fā)展
9 l) q; D0 R/ L; u3 s 無(wú)級(jí)變速其實(shí)是一個(gè)古老的概念,最早獲得成功應(yīng)用的是在1886年由德國(guó)Daimlar-Benz公司生產(chǎn)的汽油機(jī)汽車上，它是一種V型橡膠帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置，但由于存在著傳遞轉(zhuǎn)矩容量、可靠性和使用壽命的制約，應(yīng)用有限。因此在汽車誕生的一百多年的時(shí)間里，最基本的傳動(dòng)形式一直是有級(jí)齒輪傳動(dòng)。7 Y- h' t9 m9 l+ K# h& f
二十世紀(jì)七十年代中期，荷蘭Van Doorne's Transmissie B.V公司（簡(jiǎn)稱VDT公司）開(kāi)發(fā)出一種金屬帶式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，稱為VDT-CVT。這種無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器克服了以前其它傳動(dòng)形式的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。VDT-CVT自1987年商品化以來(lái)，到目前為止，世界上幾乎所有的汽車生產(chǎn)廠家，都接受了這項(xiàng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出自己的CVT。CVT的適用范圍也從最初的0.6升，發(fā)展到目前的3.3升。
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; a. Z1 c% U( k3 W' A- u) k二、金屬帶式CVT的原理
3 J. }$ U- D, W7 X" B0 q CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示，主要由主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組和金屬帶構(gòu)成。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個(gè)金屬片構(gòu)成。在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組中，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動(dòng)，另一側(cè)則固定。兩個(gè)帶輪的錐面相對(duì)構(gòu)成V型槽，與金屬片的側(cè)面接觸，在液壓系統(tǒng)的作用下，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞和速比的變化。
9 ^' i% }. v' `# v- A( Z" Q 在金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)中，從動(dòng)油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力高效、可靠的傳遞。主動(dòng)油缸控制主動(dòng)錐輪的位置沿軸向移動(dòng)，在主動(dòng)輪組金屬帶沿V型槽移動(dòng)，由于金屬帶的長(zhǎng)度不變，在從動(dòng)輪上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化。( y8 z& [. N* z' X4 P& R- f: Q1 f$ ~5 Z
三、CVT的優(yōu)點(diǎn)5 V$ U( R0 i; w9 U3 J
無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)具有常規(guī)變速傳動(dòng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。由于無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)CVT與有級(jí)傳動(dòng)有著原則性的差別，由計(jì)算機(jī)控制速比連續(xù)的變化，不會(huì)出現(xiàn)MT的換檔時(shí)速比的跳躍，因此乘客感到的只是汽車的平穩(wěn)加速，而不會(huì)感到換檔沖擊。同時(shí)使汽車的操縱性大大簡(jiǎn)化，降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，非常適合非專業(yè)駕駛員。另外，由于傳動(dòng)機(jī)理不同，無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)也表現(xiàn)出較高的傳動(dòng)效率和優(yōu)良的使用特性。對(duì)于典型的5檔AT，不同檔位的傳動(dòng)效率有很大的差異，平均傳動(dòng)效率為6%。一般的MT的傳動(dòng)效率為97%。盡管金屬帶式無(wú)級(jí)變速器為摩擦傳動(dòng)，但它的傳動(dòng)效率，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定達(dá)到90-97%之間，與MT的傳動(dòng)效率差不多。由于無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)與車速無(wú)關(guān)，根據(jù)不同的需要可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)在最經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)或最佳動(dòng)力工作點(diǎn)工作，因此無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)比其它傳動(dòng)方式表現(xiàn)出更高的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。
6 D0 W, }6 n1 b# [) i金屬帶式無(wú)級(jí)變速器
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% b) `. ~3 Z% _, d/ F金屬帶式無(wú)級(jí)變速器主要是由起步離合器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和中間減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
?* g$ C# i& p- L0 [. K 1) 起步離合器
( i! @" C" {+ z% f8 a1 _5 P M 2) 行星齒輪機(jī)構(gòu) , h' W( ?' J# ~* f
無(wú)級(jí)變速器的行星齒輪機(jī)構(gòu)采用雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星架上固定有內(nèi)、外行星齒輪和右支架，其中右支架是通過(guò)螺栓固定在行星架上，外行星齒輪和齒圈嚙合，內(nèi)行星齒輪和太陽(yáng)輪嚙合。它們可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和倒檔。 ( a' c, ~6 J3 w% G+ q& s. E: \
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實(shí)物照片" i5 \ ]6 @0 m; M) [; ~6 T) r& T: @
3) 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)
+ D3 ^9 o/ @" z$ u, G4 w0 s" w 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)由金屬傳動(dòng)帶和主、被動(dòng)工作輪組成。金屬傳動(dòng)帶由兩百多個(gè)金屬片和兩組金屬環(huán)組成，每個(gè)金屬片的厚度為1.4mm，在兩側(cè)工作輪擠壓力作用下傳遞動(dòng)力。每組金屬環(huán)由9或12片厚度為0.18mm的帶環(huán)疊合而成，金屬環(huán)的功用是提供預(yù)緊力，在動(dòng)力傳遞過(guò)程中，支撐和引導(dǎo)金屬片的運(yùn)動(dòng)，有時(shí)承擔(dān)部分轉(zhuǎn)矩的傳遞。主、被動(dòng)工作輪由可動(dòng)和不動(dòng)錐盤兩部分組成。 * C1 t |* W% Y5 \2 t6 [, s$ u2 h
4) 控制系統(tǒng) 6 d, a5 `1 ^ Y) h, f6 ]
控制系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速器系統(tǒng)傳動(dòng)比無(wú)級(jí)自動(dòng)變化的。在無(wú)級(jí)變速器系統(tǒng)中，采用機(jī)－液控制系統(tǒng)或電－液控制系統(tǒng)。它主要由油泵（齒輪泵和滾子葉片泵）、液壓調(diào)節(jié)閥（速比和帶與輪間壓緊力的調(diào)節(jié)）、傳感器（油門和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）和主、從工作輪的液壓缸及管道組成，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速的調(diào)節(jié)。速比控制、夾緊力控制和起步離合器的控制是無(wú)級(jí)變速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。 7 |0 B; O4 C1 Y
5) 中間減速機(jī)構(gòu) ! V+ P; ~, |& P: D$ C/ V
由于無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)可提供的速比變化范圍為2.6～0.445左右，不能完全滿足整車傳動(dòng)比變化范圍的要求，故設(shè)有中間減速機(jī)構(gòu)。 8 [3 Q8 v' C: a% C% E3 s) d
金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)原理 / B( f4 {% E) ]5 S
無(wú)級(jí)變速器的變速原理很簡(jiǎn)單，但也很巧妙。傳動(dòng)器的主、被動(dòng)工作輪的固定和可動(dòng)兩部分形成V形槽，與金屬傳送帶嚙合。當(dāng)主、被動(dòng)工作輪可動(dòng)部分作軸向移動(dòng)時(shí)，改變了傳送帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動(dòng)比?？蓜?dòng)輪的軸向移動(dòng)是根據(jù)汽車的使用要求，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)地調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。 ) _) z9 _. l$ ^& _0 O t$ E+ q
變速部分由主動(dòng)帶輪（初級(jí)輪）、V型金屬帶和被動(dòng)帶輪（次級(jí)輪）所組成。每個(gè)帶輪都由帶有斜面的半個(gè)帶輪而組成一體，其中一個(gè)半輪是固定的，另一個(gè)半輪是可以通過(guò)液壓伺服油缸來(lái)控制其移動(dòng)。半輪間的軸向相對(duì)位移可以通過(guò)控制機(jī)構(gòu)來(lái)改變；兩個(gè)帶輪軸間的距離是固定的，傳動(dòng)帶的周長(zhǎng)是固定不變的，所以形成傳動(dòng)比為 當(dāng)主動(dòng)輪的半徑r1處于較小半徑時(shí)(半輪間的距離較寬)，被動(dòng)輪的半徑r2處于較大半徑時(shí)(半輪間的距離較窄)，傳動(dòng)系的傳動(dòng)比較大，相當(dāng)于汽車低檔行使。反之，相當(dāng)于高檔行使。通過(guò)控制r1和r2的連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速。即：通過(guò)控制主被動(dòng)輪的可動(dòng)部分的軸向移動(dòng)，來(lái)改變傳動(dòng)帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而得到連續(xù)的傳動(dòng)比。
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四、CVT研究現(xiàn)狀, O& d' q( D& N8 K
迄今為止，CVT變速器僅有不到十年的銷售歷史。目前，全世界年產(chǎn)CVT汽車一百多萬(wàn)輛，其中90%在日本生產(chǎn)，另外的10%在歐洲和美洲生產(chǎn)。中國(guó)的汽車業(yè)在自動(dòng)變速器方面還是個(gè)空白領(lǐng)域，有關(guān)自動(dòng)變速器的研究也開(kāi)始不久。國(guó)內(nèi)開(kāi)始CVT的研究工作也不到十年的時(shí)間，吉林大學(xué)（原吉林工業(yè)大學(xué)）是國(guó)內(nèi)最早從事CVT研究的單位之一，十年來(lái)共承擔(dān)國(guó)家和企業(yè)研究課題十多個(gè)，多項(xiàng)研究成果通過(guò)了專家鑒定，研制成功CVT變速器兩臺(tái)，并且都進(jìn)行了裝車試驗(yàn)。以下是其中的部分課題：
* l7 ^% X" q" I' U●1996年承擔(dān)了國(guó)家科技部九五攻關(guān)課題"金屬帶式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的研究與開(kāi)發(fā)"。結(jié)合二汽的EQ6480輕客，成功研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)CVT變速器，現(xiàn)已完成裝車試驗(yàn)，并通過(guò)國(guó)家鑒定。+ D8 [. `: w3 R# u. p7 |
●1997年承擔(dān)吉林省科委項(xiàng)目"轎車無(wú)級(jí)變速器最佳動(dòng)態(tài)匹配與控制規(guī)研究"。 ( i1 g8 M0 C0 R) S. X1 p
●1998年承擔(dān)長(zhǎng)春齒輪廠項(xiàng)目"紅旗轎車裝用CVT變速器前后經(jīng)濟(jì)性動(dòng)力性分析"。
+ \0 f2 ^. f0 K4 Z●2000年承擔(dān)吉林省科委攻關(guān)項(xiàng)目“轎車無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的開(kāi)發(fā)”。該項(xiàng)目針對(duì) JETTA轎車開(kāi)發(fā)第二代CVT變速器，其機(jī)械部分借用一臺(tái)國(guó)外的CVT變速器，重新研制其液壓閥塊（圖3）；同時(shí)，又研制了單片機(jī)集成控制器。本項(xiàng)目自行研制了CVT變速器除機(jī)械部分以外的全部系統(tǒng)，并且初步研究了樣車、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的匹配關(guān)系；為此開(kāi)發(fā)的控制軟件可以很好地完成試驗(yàn)車的主要工作過(guò)程控制。本項(xiàng)目已經(jīng)于2003年7月通過(guò)了專家鑒定（圖4），我們研制的CVT變速器已經(jīng)具有了產(chǎn)品化的雛形。
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