對(duì)現(xiàn)有變速器結(jié)構(gòu)原理的批判---討論

smmcppp

現(xiàn)有的各種變速器從理論上存在缺陷，大家都知道功率P＝力F×半徑r×角速度ω，現(xiàn)有的各種變速器都是只改變傳動(dòng)輪的半徑r，用我們中國(guó)的哲學(xué)講此起彼伏，現(xiàn)在只有半徑r的此起，力F被動(dòng)彼伏，沒(méi)有力F的此起半徑r被動(dòng)彼伏，或者最佳方式力F與半徑r相互陰陽(yáng)平衡，力F與半徑r兩者的共同變化才是完美的。就如同沙漠中的植物，為了最高效率的保持水分，它總是有成對(duì)基因在相互之間平衡制約。同樣，既然改變半徑r能做到大功率，那么改變力F也能做到大功率，如果能做到恒功率下改變力F與半徑r兩者的共同變化（采用機(jī)械方式，非液壓等），將來(lái)的CVT技術(shù) 既可大功率輸出，又可做到高效率輸出。
2 {/ v( A; J) h0 X2 P$ ~現(xiàn)在好像只有輕型車的CVT技術(shù)，作為重型汽車CVT技術(shù)，制約因素是比較大的傳動(dòng)比和比較大的扭矩，如果該項(xiàng)技術(shù)國(guó)外目前都沒(méi)在搞，為什么我們不試探著走出這一步。

心結(jié)

嗯？TRIZ理論的應(yīng)用么？對(duì)矛盾的概括？

yumin

在討論對(duì)CVT技術(shù)的結(jié)構(gòu)與原理的批判時(shí)，先要搞清楚什么是CVT：
首先轉(zhuǎn)載一篇相關(guān)資料：
錐盤(pán)的藝術(shù)——CVT技術(shù)  
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2 S. l- _% s% H% Z2 q, W　　CVT： Continuously Variable Transmission無(wú)級(jí)變速技術(shù)，采用傳動(dòng)帶和工作直徑可變的主、從動(dòng)輪相配合傳遞動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)改變，從而得到傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性，所以它是目前最理想的汽車傳動(dòng)裝置。
" D8 `* X8 B# j" R  _- t; Y　　21世紀(jì)，什么技術(shù)最流行？CVT！為什么？因?yàn)楝F(xiàn)在的汽車都用它?？v觀車市，飛度、軒逸，甚至大排量的天籟和奧迪都在使用CVT技術(shù)。雖然目前在汽車上仍廣泛使用的自動(dòng)變速技術(shù)是將液力變矩器和行星齒輪系組合的自動(dòng)變速器技術(shù)，但是這種組合有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、傳動(dòng)比固定的缺點(diǎn)，而CVT變速器和普通自動(dòng)變速器的最大區(qū)別是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動(dòng)，只用兩組帶輪進(jìn)行變速傳動(dòng)，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速的，設(shè)計(jì)構(gòu)思十分巧妙。
　　CVT的歷史
　　CVT技術(shù)實(shí)際出現(xiàn)于一百多年前。德國(guó)奔馳公司可算得上在汽車上采用CVT技術(shù)的鼻祖。早在1886年它就將V型橡膠帶式CVT安裝在該公司生產(chǎn)的汽油車上。但是由于橡膠帶式CVT存在一系列的缺陷：扭距輸出有限(轉(zhuǎn)矩局限于135N·m以下)，離合器工作不穩(wěn)定，液壓泵、傳動(dòng)帶和夾緊機(jī)構(gòu)的能量損失較大，因而沒(méi)有被汽車行業(yè)普遍接受。1979年荷蘭DAF的工程師改用金屬帶，完善并開(kāi)發(fā)出實(shí)用型的CVT系統(tǒng)。它具有零件少，體積小，重量輕，與普通自動(dòng)變速器比較具有較高的傳動(dòng)效率，油耗較低的優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)也是明顯的，就是傳動(dòng)帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，但在小功率汽車上很有市場(chǎng)。
8 ?' M" c# Z5 c# d! V# {# z0 u3 B　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代，汽車界對(duì)CVT技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)日益重視，特別是在微型車中，CVT被認(rèn)為是關(guān)鍵技術(shù)。全球科技的迅猛發(fā)展，使得新的電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)不斷被采用到CVT中。日產(chǎn)公司首先在CVT的承載能力上有所突破，他們于1997年上半年開(kāi)發(fā)了使用在2.0L汽車上的CVT。此后日產(chǎn)公司計(jì)劃將它的CVT的應(yīng)用范圍從1.0 L擴(kuò)大到3.0L的轎車。
, f! w0 d' z2 R$ M& |, Y/ M9 V　　CVT結(jié)構(gòu)
; n: \; V: ^+ m　　CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如上圖所示，該系統(tǒng)主要包括主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個(gè)金屬片構(gòu)成。主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組都由可動(dòng)盤(pán)和固定盤(pán)組成，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?？蓜?dòng)盤(pán)與固定盤(pán)都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成V型槽來(lái)與V型金屬傳動(dòng)帶嚙合。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸輸出的動(dòng)力首先傳遞到CVT的主動(dòng)輪，然后通過(guò)V型傳動(dòng)帶傳遞到從動(dòng)輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車輪來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。工作時(shí)通過(guò)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的可動(dòng)盤(pán)作軸向移動(dòng)來(lái)改變主動(dòng)輪、從動(dòng)輪錐面與V型傳動(dòng)帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動(dòng)比?？蓜?dòng)盤(pán)的軸向移動(dòng)量是由駕駛者根據(jù)需要通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)主動(dòng)輪、從動(dòng)輪液壓泵油缸壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的工作半徑可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速。
　　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)輪組上金屬帶沿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。
% C2 l# m3 p% Y5 Y+ U) D7 U& `1 ^. q　　這樣，當(dāng)汽車慢速行駛時(shí)，可以令主動(dòng)帶輪的凹槽寬度大于被動(dòng)帶輪凹槽，主動(dòng)帶輪的鋼帶園周半徑小于被動(dòng)帶輪的鋼帶圓周半徑，即小圓帶大圓，因此能傳遞較大的扭矩。當(dāng)汽車逐漸轉(zhuǎn)為高速時(shí)，主動(dòng)帶輪的一邊輪壁向內(nèi)靠攏，凹槽寬度變小迫使鋼帶升起，直至最高頂端，而被動(dòng)帶輪的一邊輪壁剛好相反，向外移動(dòng)拉大凹槽寬度迫使鋼帶降下，即主動(dòng)帶輪鋼帶的圓周半徑大于被動(dòng)帶輪鋼帶的圓周半徑，變成大圓帶小圓，因此能保證汽車高速度時(shí)的速度要求。
7 J& G) s- }- u* N　　CVT變速箱轎車一樣有自己的檔位，停車檔P、倒車檔R、空檔N、前進(jìn)檔D等，只是汽車前進(jìn)自動(dòng)換檔時(shí)沒(méi)有突跳的感覺(jué)，十分平穩(wěn)，乘坐舒適性絕佳。
　　CVT的技術(shù)特征
: M5 P) S3 ~- \* l8 {　　1. 經(jīng)濟(jì)性
* q& p% g8 v" V3 v" {) `: V　　CVT可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，從而獲得傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。德國(guó)的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進(jìn)行ECE市區(qū)循環(huán)和ECE郊區(qū)循環(huán)測(cè)試，證明CVT能夠有效節(jié)約燃油
　　2. 動(dòng)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(dòng)力性愈好。由于CVT的無(wú)級(jí)變速特性，能夠獲得后備功率最大的傳動(dòng)比，所以CVT的動(dòng)力性能明顯優(yōu)于機(jī)械變速器(MT)和自動(dòng)變速器(AT)。
9 I. V+ F, t6 `! Y　　3. 排放
7 X2 `) Y* y$ j2 S0 @4 p　　CVT的速比工作范圍寬，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)以最佳工況工作，從而改善了燃燒過(guò)程，降低了廢氣的排放量。日產(chǎn)公司將自已生產(chǎn)的CVT裝車進(jìn)行測(cè)試，其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%。
% N4 J0 Z+ P" @1 d: ?　　4.成本
　　CVT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件數(shù)目比AT(約500個(gè))少(約300個(gè))，一旦汽車制造商開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)，CVT的成本將會(huì)比AT小。由于采用該系統(tǒng)可以節(jié)約燃油，隨著大規(guī)模生產(chǎn)以及系統(tǒng)、材料的革新，CVT零部件(如傳動(dòng)帶或傳動(dòng)鏈、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和液壓泵)的生產(chǎn)成本，將降低20%～30%。
7 ~( O  v/ G  P( i9 S8 R  Q+ F　　CVT的技術(shù)發(fā)展
　　CVT技術(shù)未來(lái)的發(fā)展可以從以下四個(gè)方面進(jìn)行分析。
( L- |9 x) O0 h; N4 x& S　　1. CVT部件
　　推式傳動(dòng)帶和傳動(dòng)鏈將在轉(zhuǎn)矩傳遞容量和專用性上進(jìn)一步加強(qiáng)。由于產(chǎn)品數(shù)量的迅速增加，批量生產(chǎn)，新技術(shù)的應(yīng)用，成本會(huì)大幅降低。不同部件、微處理器和測(cè)試設(shè)備的電子控制差異，導(dǎo)致非常高的研究和制造成本，這將通過(guò)電液控制模塊化設(shè)計(jì)和大規(guī)模生產(chǎn)而減小，從而將柔性的功能和低廉的成本有機(jī)組合。CVT專用的液壓泵將被推廣，用于自動(dòng)跳合和緊急制動(dòng)的小型電子驅(qū)動(dòng)泵，和用于正常工況的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵協(xié)同工作，將進(jìn)一步改善整個(gè)變速器的效率。
　　滑輪優(yōu)化設(shè)計(jì)將不僅減小系統(tǒng)的質(zhì)量和降低成本，而且保證在主、從動(dòng)輪和傳動(dòng)帶之間傳遞最大的扭矩。
. P+ f5 h* Q5 r6 q! q# T　　因?yàn)樵絹?lái)越多的CVT進(jìn)入市場(chǎng)，制造商已經(jīng)開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)CVT專用變速器工作液，這將進(jìn)一步優(yōu)化CVT工作特性。
$ B) O/ D) n6 R) N$ t　　2.CVT變速器
% t& ~* E7 y8 M& C9 g5 }+ W% p　　對(duì)CVT變速器的電子化將的更快的、更精確地對(duì)傳動(dòng)比、速度、壓力和扭矩控制，保證發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器更好的調(diào)節(jié)，提供了不同的行駛模式，例如運(yùn)動(dòng)型、舒適型和巡航控制，從而使用戶獲得全方位的“行駛樂(lè)趣”。
　　3.發(fā)動(dòng)機(jī)與CVT集成控制
' n7 S6 f- o8 M% |) J. m0 a　　更精確、更快的CVT控制，將與發(fā)動(dòng)機(jī)控制一起集成到整個(gè)傳動(dòng)系管理系統(tǒng)中，使得油耗和排放的進(jìn)一步降低。帶有集成發(fā)動(dòng)機(jī)管理單元的第一個(gè)CVT傳動(dòng)系原型已經(jīng)進(jìn)行了行駛循環(huán)測(cè)試。
$ R! j. T; k& N/ x& Y　　4.混合動(dòng)力CVT傳動(dòng)系
　　CVT將承擔(dān)帶有飛輪儲(chǔ)能裝置的混合動(dòng)力傳動(dòng)系設(shè)計(jì)中的重要角色。采用CVT傳動(dòng)系的混合動(dòng)力汽車的油耗有可能減少30%，排放有可能降低50%。
" U7 f8 [$ }% @$ A# y8 M　　CVT的應(yīng)用
　　1987年，日本Subaru把裝備CVT變速器的汽車投放市場(chǎng)，獲得成功。隨著技術(shù)的發(fā)展，能源危機(jī)引發(fā)全球性的節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，在總結(jié)第一代的CVT的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了性能更佳，扭矩容量更大的CVT。當(dāng)前，全世界各大汽車廠商為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，都大力進(jìn)行CVT的研發(fā)工作?，F(xiàn)在Nissan、TOYOTA、Ford、GM、AUDI等著名汽車品牌中，都有配備CVT變速器的轎車銷售，全世界CVT轎車的年產(chǎn)量已達(dá)到近50萬(wàn)輛。有一點(diǎn)值得注意的是，裝備有CVT的汽車市場(chǎng)，由最初的日本，歐洲，已經(jīng)滲透到北美市場(chǎng)，因此無(wú)級(jí)變速汽車是當(dāng)今汽車發(fā)展的主要趨勢(shì)。
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從CVT變速器的原理與應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，應(yīng)該說(shuō)都沒(méi)有什么大問(wèn)題，要解決的問(wèn)題是：第一解決大扭矩問(wèn)題。第二是解決鏈金屬帶的高速抖動(dòng)問(wèn)題。第三是解決耐用性與傳動(dòng)效率的問(wèn)題。
: G6 e& l# L# Z        而從樓主的論點(diǎn)“既然改變半徑r能做到大功率，那么改變力F也能做到大功率，如果能做到恒功率下改變力F與半徑r兩者的共同變化（采用機(jī)械方式，非液壓等），將來(lái)的CVT技術(shù) 既可大功率輸出，又可做到高效率輸出?！眮?lái)看，對(duì)公式的概念存在理解上的問(wèn)題：功率的計(jì)算公式?jīng)]有問(wèn)題，他只是說(shuō)明改變F、r、ω會(huì)改變功率P,由此引申出的“既然改變半徑r能做到大功率，那么改變力F也能做到大功率”我認(rèn)為是理解錯(cuò)了。加大r與F是需要大的功率，而不是由此產(chǎn)生了功率。另外，效率與這個(gè)公式無(wú)關(guān)。

seawideyp

現(xiàn)在用DCT 了

smmcppp

首先感謝二位對(duì)F與r的關(guān)系存在達(dá)成的共識(shí)。
有關(guān)TRIZ理論或矛盾，回答是，不是先有TRIZ理論和哲學(xué)才有的減速器。
% s5 _1 x% J& B' i7 S8 l& C$ F有關(guān)所謂的CVT技術(shù)，好像把英國(guó)人的IVT技術(shù)漏掉了，雖然IVT技術(shù)也是CVT技術(shù)的一種，但它是用潤(rùn)滑油來(lái)傳遞扭矩，與現(xiàn)有的CVT技術(shù)，靠摩擦傳遞扭矩有很大的不同，應(yīng)該介紹一下。另外，CVT的本質(zhì)是什么，沒(méi)說(shuō)清。
CVT的本質(zhì)是什么？從理論上講有兩種：
) w; H6 a4 }$ g" F1 q, J 一種是現(xiàn)有的CVT理論，CVT的本質(zhì)是，恒功率下，恒動(dòng)力源角速度ω下（注意，是兩個(gè)參數(shù)不變），通過(guò)改變r(jià) 來(lái)獲得不同的推力F（注意，是一個(gè)r 變），也獲得不同的速度。
6 O; f" n# e" u1 T# s 第二種是有關(guān)批判中力F與半徑r兩者的共同變化理論，CVT的本質(zhì)是，恒功率下，恒動(dòng)力源角速度ω下，通過(guò)改變r(jià) 和F來(lái)獲得不同的速度（注意，是r 和F兩個(gè)參數(shù)變）。
有關(guān)“加大r與F是需要大的功率，而不是由此產(chǎn)生了功率”是能量守恒的問(wèn)題，這里不談。
由第二種F與r兩者共同變化理論，這里引申出一個(gè)問(wèn)題，就是我們沿用已久的〈機(jī)械原理〉理論，翻開(kāi)各種版本的〈機(jī)械原理〉理論，到目前為止，各種輪系都是r“單性繁殖”的產(chǎn)物，既然F與r的關(guān)系存在，為什么就不存在F與r兩者共同變化的輪系，實(shí)際上現(xiàn)實(shí)中有這種例子，如，汽車差動(dòng)輪系，當(dāng)有大的阻力時(shí)，差動(dòng)輪系仍然保持輸入的速度不變，大的阻力是外界的變化，但它已經(jīng)加入到輪系當(dāng)中，只要找出對(duì)應(yīng)的F，就可建立F與r兩者共同變化的輪系，以彌補(bǔ)非顯而易見(jiàn)的〈機(jī)械原理〉理論缺失。
實(shí)際上，我們已走到了問(wèn)題的邊緣，〈機(jī)械原理〉理論缺失的彌補(bǔ)將會(huì)給齒輪這種機(jī)械基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，如，本論壇正在討論的“無(wú)齒輪減速器”，相信，高效（改變r(jià)有嚙合損耗，改變F沒(méi)有）重型CVT技術(shù)也會(huì)不遠(yuǎn)了。

貌似忠良

相生相克
9 }0 m/ i* E% x9 o相對(duì)的，一個(gè)變化，另一個(gè)肯定要與之應(yīng)變化，才能導(dǎo)致結(jié)果的穩(wěn)定

yifande

幾位搞汽車變速器嗎？大家看看是不是只有日本鬼子在猛勁搞CVT？
單靠摩擦要傳遞2000Nm以上的扭矩不是哲學(xué)可以解決的！

smmcppp

討論該主題的目的，就是從〈機(jī)械原理〉理論上建立一種輪系，用一種純機(jī)械的方法，解決大扭矩的傳遞和高效率的無(wú)級(jí)變速；也希望大家深入地考慮該問(wèn)題解決的途徑有幾條。

smmcppp

對(duì)有關(guān)“批判”的討論在這里感謝本論壇版主，以及關(guān)心該話題的同行們，有關(guān)無(wú)級(jí)變速和無(wú)齒輪減速器發(fā)兩個(gè)帖子：
   1，變速器驅(qū)動(dòng)橋合成一體實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速CVT （原理圖）
      2，非齒輪減速機(jī)---齒輪減速器的綠色革命
) H1 ]; g9 c* J0 q8 n3 M  有所保留，請(qǐng)諒解，希望與感興趣的朋友深入交流合作。