無極變速傳動技術(shù)的發(fā)展及應用

李穩(wěn)銀

（湖南工業(yè)大學 機械工程學院，湖南 株洲412000）

無級變速是目前傳動系統(tǒng)中的一種新的形式，它是相對于有級變速來說的。無級變速能夠?qū)崿F(xiàn)輸入和輸出在任意范圍內(nèi)變化，打破了有級變速只能夠在某幾個速度上變化的現(xiàn)狀。無極變速的輸入和輸出是通過中間介質(zhì)進行連接的，根據(jù)連接介質(zhì)的不同，可以將無極變速分成機械無極變速、液力無級變速和電力無極變速三種。

1 無級變速的工作原理

無極變速的形式有很多種，下面我們以傳動帶式無極變速為例，介紹起工作原理。該變速系統(tǒng)主要由驅(qū)動滑輪、從動滑輪和傳動帶三部分構(gòu)成，工作過程中通過調(diào)節(jié)驅(qū)動輪和從動輪的寬度來實現(xiàn)其輸入和輸出速度的任意變化。如低速時可適當增大驅(qū)動輪的寬度，降低從動輪的寬度，增加傳動比；高速時則降低驅(qū)動輪的寬度，增大從動輪的寬度。

另外凸輪機構(gòu)也是無極變速系統(tǒng)中常用的機構(gòu)之一，它通過改變凸輪形狀來實現(xiàn)不同速度的輸出，通過凸輪半徑的連續(xù)變化實現(xiàn)了速度的不間斷變化。

跟傳統(tǒng)的齒輪變速系統(tǒng)相比，無極變速系統(tǒng)將直徑可變的主動輪系統(tǒng)替換了原有變速系統(tǒng)中復雜且笨重的齒輪傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)對速度的連續(xù)調(diào)節(jié)，滿足了傳統(tǒng)系統(tǒng)和發(fā)動機之間的最佳配合，提高了傳統(tǒng)系統(tǒng)的工作效率和性能。目前無極變速被廣泛應用到汽車、輪船、機床以及農(nóng)業(yè)機械等的傳動裝置中，得到了人們的廣泛好評。

2 常見無級變速系統(tǒng)類型

無極變速系統(tǒng)根據(jù)其傳動原理的不同，可以分成多種不同的類型，下面我們就4種常見的無極變速系統(tǒng)進行介紹。

（1）摩擦型無極變速器。摩擦型無級變速器是利用摩擦力進行力和力矩傳遞的，工作過程中通過改變主從動件的位置和接觸面積來實現(xiàn)各種速度的調(diào)節(jié)。一般情況下，摩擦型無極變速器主要有變速傳動裝置、加壓裝置和調(diào)速控制系統(tǒng)組成，其中傳動裝置是由不同形狀的剛性元件組成的。

（2）帶式無極變速器。帶式無級變速主要有帶輪、皮帶、調(diào)速操縱機構(gòu)和擠壓裝置組成。調(diào)速過程中，摩擦力是主動力，通過摩擦力實現(xiàn)了主動帶輪和從動帶輪之間力和力矩的傳遞。速度的調(diào)節(jié)是通過改變帶輪的工作半徑來完成的，具有傳統(tǒng)平穩(wěn)、噪聲小和變速范圍大等特點。

根據(jù)傳動帶的形狀不同，可以將其分成平帶傳動和V帶傳動兩種，平帶無級變速器中帶輪的形狀為圓錐形，工作過程中平帶能夠沿著錐帶輪軸向移動，實現(xiàn)對輸出速度的調(diào)節(jié)，其能夠進行調(diào)節(jié)的速度范圍較小，傳遞的功率較低，整個變速器的變形尺寸較大。V帶傳動則通過改變V帶在V型槽中的位置來實現(xiàn)速度的無極調(diào)節(jié)。

（3）液壓式無級變速。液壓無極變速系統(tǒng)是常見的一種液體無級變速器，它以液壓油為介質(zhì)調(diào)節(jié)傳動系統(tǒng)的輸出速度。按照其控制方式的不同，可以將液壓無極變速系統(tǒng)分成泵控調(diào)速、閥控調(diào)速和液力變矩器調(diào)速等。泵控調(diào)速通過改變液壓泵的容積大小實現(xiàn)對液壓油大小的調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對速度的調(diào)節(jié)；閥控調(diào)速則是通過改變液壓閥中液體的流量來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。

液壓無級變速器在進行速度調(diào)節(jié)時，運行慣性小，動作靈敏，能夠快速實現(xiàn)對執(zhí)行元件的制動，速度調(diào)節(jié)非常平穩(wěn)，且具有較大的速度調(diào)節(jié)范圍。液壓無級變速器常用于大功率、重載的速度控制中，如汽車、礦山機械、環(huán)保機械以及太空探測機械等。

（4）電力無極調(diào)速。直流調(diào)速和交流調(diào)速是電力無極調(diào)速中常見的兩種形式，通過電機實現(xiàn)對變速器速度的調(diào)節(jié)。其中直流調(diào)速是通過調(diào)節(jié)電機電樞中的電阻大小、電壓大小或者磁通量的多少來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)；交流調(diào)速則是通過改變電機兩級中的電壓和頻率來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。

一直以來直流調(diào)速是電力調(diào)速中的唯一手段，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍內(nèi)的無極調(diào)速，但是由于調(diào)速設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，成本高，維修困難，所以常被用于中小功率的無極調(diào)速中。交流無極調(diào)速是隨著交流技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展起來的，具有較高的調(diào)速平滑性，跟直流相比對電網(wǎng)的沖擊性較小，便于安裝、維護和維修，在現(xiàn)階段得到了較多的應用。

3 無級變速器的發(fā)展前景

無級變速器具有體積小、重量輕、傳動效率高和油耗低等特點，在汽車工業(yè)中得到了較多的應用。如一汽大眾汽車上采用的大多數(shù)是電控傳動鏈式無級變速器；廣州本田和奇瑞汽車采用的是電控傳動帶式無極變速器。到目前為止，大部分汽車都采用了先進的無級變速技術(shù)，具有非常廣闊的發(fā)展前景，無級變速器的發(fā)展趨勢對我國汽車行業(yè)的發(fā)展乃至整個國民經(jīng)濟的發(fā)展都要非常重要的意義。隨著科技的不斷發(fā)展，無級變速器未來將朝著以下3個方面發(fā)展：

（1）成本更低廉；隨著科技的發(fā)展，無級變速器各個零部件的生產(chǎn)過程會向著自動化和規(guī)?；姆较虬l(fā)展，勞動力成本的減低和勞動效率的提高，必然帶來無級變速器生產(chǎn)和使用成本的降低。

（2）集成性更高，無級變速器將和發(fā)動機控制系統(tǒng)連接在一起，形成一種集中控制單元。目前這種集成式的變速器和控制系統(tǒng)已經(jīng)研發(fā)成功，正在進行性能測試。

（3）油耗更小，污染更輕，隨著混合動力技術(shù)的發(fā)展，裝有無級變速的混合動力汽車其油耗將比傳統(tǒng)變速器降低30%，污染物的排放量也將降低50%，順應了我國節(jié)能減排的政策，具有廣闊的發(fā)展空間。

4 結(jié)語

無級變速一直是人們追求的一種理想的變速形式，能夠在較大范圍上實現(xiàn)對速度的調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的匹配性和效率。跟傳統(tǒng)的有級變速系統(tǒng)相比，無極變速克服了傳統(tǒng)變速系統(tǒng)對速度的限制。文章介紹了無級變速的工作原理，給出了常見的摩擦式、帶式、液壓式、直流和交流式無級變速類型的組成和特點，并且對無級變速在汽車上的發(fā)展趨勢進行了展望。

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