R—CVT新型無級變速器

【摘 要】本文給出了一種新型無級變速器。變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一，是一套用于來協(xié)調(diào)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪的實際行駛速度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動機的最佳性能。變速器可以在汽車行駛過程中，在發(fā)動機和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動機工作在其最佳的動力性能狀態(tài)下。變速器的發(fā)展趨勢是越來越復(fù)雜，自動化程度也越來越高，自動變速器技術(shù)改革將是未來汽車發(fā)展的主流。

【關(guān)鍵詞】汽車變速器；阿基米德螺線

目前車用變速器：1）MT（手動變速器）2）AT（自動變速器）3）AMT （手自一體變速器）4）CVT（無級變速器）5）DCT（雙離合器變速器）最為普及的AT和AMT的問題在于：第一，對速度變化反應(yīng)較慢；第二，油耗高，傳動效率低而且變矩范圍有限；第三，機構(gòu)復(fù)雜，修理困難；第四，制造成本高，價格昂貴；第五，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。

MT是一種最原始的變速器，變速范圍有限。

一、風(fēng)力發(fā)電機變速器

迄今為止，人類利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電的唯一有效地方法是把風(fēng)能變成機械的轉(zhuǎn)動動能，由機械轉(zhuǎn)動的動能驅(qū)動發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電。之所以說這是人類進(jìn)行發(fā)電的唯一有效的方法，是因為現(xiàn)有的發(fā)電機都是旋轉(zhuǎn)式的。因此，把風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機械的轉(zhuǎn)動，是風(fēng)力發(fā)電之首先的、唯一的、重要的一步。而這又恰恰是我們?nèi)祟愖顩]有解決好的一步，因為風(fēng)力不是恒定的，是每時每刻都在變化著的，而發(fā)電機要發(fā)出參數(shù)穩(wěn)定的電力的首要條件就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的基本穩(wěn)定，如何把變化的風(fēng)力轉(zhuǎn)換成比較穩(wěn)定的、可驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的機械轉(zhuǎn)動，幾十年來這個問題幾乎沒有得到實質(zhì)性的解決，已經(jīng)成為制約風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。

增速器是風(fēng)力發(fā)電機組的重要組成部分，它承擔(dān)了調(diào)速、改變運動形式、動力和運動的傳遞和分配等功能。目前所采用的有級變速器，不能完全有效地承擔(dān)這些功能，需要用其它設(shè)備進(jìn)行補充，比如“變漿距調(diào)節(jié)技術(shù)”、“頻率調(diào)整技術(shù)”、“濾波技術(shù)”和“發(fā)電機的變速恒頻發(fā)電技術(shù)”等等。由此，造成了風(fēng)機結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和成本的上升。盡管風(fēng)機的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，但是對提高風(fēng)機的能量轉(zhuǎn)換效率所起的作用卻極其有限。

能夠在較大風(fēng)速范圍內(nèi)，以穩(wěn)定速度輸出動力的無級變速器，將是有效地解決風(fēng)機目前所面臨問題的最佳選擇。

現(xiàn)有帶式CVT的優(yōu)劣：

原理：通過液壓泵和加緊機構(gòu)，來改變金屬帶和帶輪之間的傳動比。

優(yōu)點：技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良、成本降低（比AT成本低20%左右）、節(jié)約能源、減少污染、駕乘安全性高、環(huán)保（排放降低10%以上）、節(jié)能（節(jié)約燃油15-20%）。這些優(yōu)點已經(jīng)被FZ等專業(yè)變速器公司的試驗所驗證。

缺點：第一，內(nèi)部消耗功率太大（原因一，液壓泵和夾緊機構(gòu)的能量損失，原因二，金屬帶與帶輪之間的摩擦）；第二，傳遞的功率有限，不適用于傳遞大功率的場合（如風(fēng)力發(fā)電機、載重汽車），嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍。

二、R-CVT 新型無級變速器

1、R-CVT發(fā)展歷程

1989-2006 R-CVT理論設(shè)計與驗證 政協(xié)副主席、科技部長萬剛教授親自過問，日本留學(xué)回國的變速器專家、同濟大學(xué)汽車工程學(xué)院博士生導(dǎo)師陳辛波教授審閱了我們的設(shè)計以后評價說：“傳動原理是對的，也很有創(chuàng)意。從機構(gòu)原理上說，也是對傳統(tǒng)摩擦傳動式無級變速的一種挑戰(zhàn)。”

2006-2008 新一代R-CVT整個構(gòu)筑完成 設(shè)計團隊由來自煙臺大學(xué)和海軍航空工程學(xué)院的教授和幾位博士構(gòu)成，在發(fā)明人石玉山的帶領(lǐng)下，針對陳教授提出的一些問題對R-CVT機構(gòu)進(jìn)行了修改和優(yōu)化，研發(fā)出了新一代R-CVT，解決了一些可能影響使用效果的問題，效率大幅提高。

2009 R-CVT申報國家發(fā)明專利 R-CVT的核心部分已通過專業(yè)機械設(shè)計軟件PROE進(jìn)行計算機仿真，仿真模擬實驗的結(jié)果與理論設(shè)計的結(jié)果完全一致，十分理想。

2010 驗證機圖紙完成 實用驗證機的CAD圖紙（機械部分）已經(jīng)全部完成，只等資金到位，可以隨時進(jìn)行試驗。

2011 R-CVT獲得國家發(fā)明專利

2、基本原理：突破了傳統(tǒng)的“有齒結(jié)構(gòu)不能進(jìn)行無級變速”的定律，用非閉合有齒結(jié)構(gòu)的當(dāng)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力傳遞，使有齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行無級變速第一次成為可能。

3、技術(shù)方案：該無級變速器的核心技術(shù)是在阿基米德螺線共生線的基礎(chǔ)上，發(fā)明出了一種具有全新的運動規(guī)律、可以連續(xù)地實現(xiàn)非閉合、等邊長、同心內(nèi)接多邊形的機構(gòu)，這是一種前所未有的全新的機構(gòu)，給出了阿基米德螺線在機械領(lǐng)域的又一種應(yīng)用，當(dāng)用于傳輸速度和動力的機械傳動時，可以作為分度圓直徑連續(xù)可變的、等周節(jié)、等模數(shù)不完全齒輪和節(jié)圓直徑連續(xù)可變的、等齒距不完全銷輪來實際應(yīng)用。由齒輪輪齒的計算公式Z=D/M（Z—齒數(shù)，D—分度圓直徑，M—齒輪模數(shù)）可知：在模數(shù)不變的條件下，當(dāng)分度圓直徑D連續(xù)可變時，齒輪的齒數(shù)也連續(xù)可變。

4、模擬驗證機

5、計算機模擬輸出圖

6、R-CVT主要優(yōu)點

1）可以傳遞大功率且內(nèi)耗少，在適當(dāng)?shù)膫鲃颖认?，機械效率高可高達(dá)99%；2）連續(xù)變速，速比范圍大，可達(dá)1-500之間；3）當(dāng)用于風(fēng)力發(fā)電機時，只要在風(fēng)機的啟動扭矩以上，無論風(fēng)速多大，始終保持穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)速；4）造價低（結(jié)構(gòu)簡單制造容易）。適用于轎車的R-CVT的生產(chǎn)成本一般在3000-5000元（人民幣）左右，基本接近目前轎車上使用的MT，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)前轎車上使用的AT的成本；5）應(yīng)用范圍廣，特別適合于現(xiàn)有無級變速器無法應(yīng)用的一些領(lǐng)域（如：重型載重汽車、船舶、內(nèi)燃機車、礦山和石油機械等，尤其是對于風(fēng)力發(fā)電機，配套R-CVT會使其性能和使用范圍帶來革命性的突破。）。

三、R-CVT的市場前景

1、生產(chǎn)成本

車用R-CVT一般在3000-5000（人民幣）元之間，基本接近目前轎車上使用的手動排擋無級變速器，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)前轎車上使用的自動變速器AT和摩擦式無級變速器CVT（一般成本在10000--30000（人民幣）元以上）。

風(fēng)機用R-CVT目前尚無確切的數(shù)據(jù)，但是，因為R-CVT可以使風(fēng)機的整體結(jié)構(gòu)大大簡化，省去一些諸如濾波器、變槳距等裝置，必將使風(fēng)機的整體制造成本大幅度下降。

2、價格定位

因R-CVT變速器的性能較大地優(yōu)于目前的汽車變速器，根據(jù)其配套的轎車的檔次的不同，其市場價格定位在10000至30000（人民幣）元之間是可以被接受的。更重要的是：目前，全球只有這一種R-CVT無級變速器，我們具有自主知識產(chǎn)權(quán)和對該產(chǎn)品的定價權(quán)。據(jù)中汽協(xié)會統(tǒng)計，2011年全國汽車產(chǎn)量1826萬輛，若以該產(chǎn)品投產(chǎn)三年內(nèi)占據(jù)國內(nèi)汽車變速器市場的10%計，每年的產(chǎn)量為180萬臺左右，按前面的估計價格，每臺R-CVT無級變速器的毛利潤在5000至25000（人民幣）元之間，按平均1.5萬元計算，每年可產(chǎn)生270億元（人民幣）的利潤，其經(jīng)濟效益是比較可觀的。而以上估算僅僅是以供應(yīng)轎車變速器市場的10%計，隨著此類變速器市場占有的擴大以及其它領(lǐng)域產(chǎn)品市場的開拓，相信該產(chǎn)品的經(jīng)濟效益會更為可觀。

總之，在汽車領(lǐng)域，鑒于目前整個國家對于CVT的態(tài)度，可以先在大車（尤其是大客車、載重汽車）上發(fā)展R-CVT，實行“以大車包圍小車”的策略，即以先大車后小車的戰(zhàn)略來發(fā)展R-CVT，甚至還可以先跳出汽車領(lǐng)域，先在風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域推廣R-CVT，反過來去影響汽車工業(yè)。R-CVT技術(shù)一定會迅速引起整個機械工業(yè)界特別是汽車和風(fēng)機領(lǐng)域更多的關(guān)注，可以肯定：今后，在無級變速器領(lǐng)域，得R-CVT者得天下。