輕型商務(wù)車變速器設(shè)計(jì)

第一章.緒論1.1課題背景及其意義無級(jí)變速器，也稱連續(xù)可變變速器[15]。無級(jí)變速是一個(gè)比較古老的說法,最先取得成功和應(yīng)用的是十八世紀(jì)德國Daimlar-Benz公司制造的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，它是一種V形橡膠皮帶無級(jí)變速器，但是，由于其傳輸轉(zhuǎn)矩容量、可靠性、使用壽命等各方面的條件限制下，其應(yīng)用范圍非常有限。因此，自輕型商務(wù)車問世百余年來，其最基礎(chǔ)的傳動(dòng)方式就是有級(jí)齒輪。但在1970年代中期，荷蘭VanDoorne'sTransmissieB.V公司研發(fā)了一種金屬皮帶式的無級(jí)變速傳動(dòng)裝置，并將其簡稱為VDT-CVT。該無級(jí)自動(dòng)變速器解決了以往各種傳動(dòng)方式的不足，使其達(dá)到了真正的無級(jí)變速。VDT-CVT自1987年正式上市被使用后，至今已被全球各大車企采用，并自行研發(fā)。無級(jí)變速技術(shù)是目前最先進(jìn)的輕型商務(wù)車傳動(dòng)技術(shù)之一，CVT技術(shù)正逐步被各國輕型商務(wù)車廠商所重視。目前，CVT的車型有奧迪A6，奧迪A4，南京菲亞特。CVT的綜合性能優(yōu)于手動(dòng)變速器（MT）和自動(dòng)變速器（AT)，可以與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行更好的動(dòng)力匹配，因此，CVT成為當(dāng)前輕型商務(wù)車發(fā)展的主要方向之一。第二章．無極變速器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理2.1無級(jí)變速機(jī)構(gòu)它包括一個(gè)金屬傳動(dòng)帶，一個(gè)主動(dòng)輪組，一個(gè)被動(dòng)輪組。其中，主動(dòng)輪和被動(dòng)輪組均為活動(dòng)圓錐盤和靜止圓錐盤。如圖2-1圖2-1無極變速機(jī)構(gòu)示意圖2.2CVT的總體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩由飛輪阻尼或扭矩變換器傳輸至CVT。在前進(jìn)擋的倒擋上，每個(gè)后擋都有一個(gè)多片離合CVT，它可以用行星齒輪和兩個(gè)離合器來完成前進(jìn)和后退。CVT是通過調(diào)整主錐輪和從動(dòng)錐輪壓室的壓力來驅(qū)動(dòng)可滑動(dòng)錐輪，從而達(dá)到變速和變速的目的，并確保在較低的壓力下錐輪斜面與鋼帶之間的接觸壓力達(dá)到充分的接觸壓力。如圖2-3所示圖2-2CVT的總體結(jié)構(gòu)圖2-3無極變速器剖面VT2-VT3包括許多部件，按照各自的功能可以分成三類。第1類一機(jī)械傳動(dòng)裝置該部分的作用是提供機(jī)械驅(qū)動(dòng)和扭矩傳送。第2類一控制系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相關(guān)的部件，根據(jù)負(fù)載狀況和行駛需求，在一定時(shí)間內(nèi)，控制系統(tǒng)必須確保變速器能夠傳輸功率，并且在一定時(shí)間內(nèi)改變傳動(dòng)比。第3類一外部連接裝置和與傳動(dòng)裝置的外部相連的部件。在這些部件中，有的在變速箱里面，有的和變速箱相連接，還有一些部件是整個(gè)體系的一部分，但它們分散在車身的其它地方。其工作原理如圖所示圖2-4CVT基本工作原理2.3CVT的特點(diǎn)由上述CVT的組成及工作原理，不難得出它具有以下特點(diǎn):（1）CVT能夠在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，使其與發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)相符合，從而改善輕型商務(wù)車的經(jīng)濟(jì)性。（2）輕型商務(wù)車的爬坡性能和加速性能取決于輕型商務(wù)車的后備功率，備用動(dòng)力越多，車輛的動(dòng)力性能也就越好。CVT具有無級(jí)變速特性，使其具有最大的備用功率，因此CVT的動(dòng)力性能要比其他類型的變速器好很多。（3）CVT具有較大的速比工作范圍，可以在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)行，提高燃燒性能，減少尾氣排放。（4）因?yàn)镃VT的速度比一直在變化，因此車輛的加速度和減速都很平穩(wěn)，并且很安全。（5）CVT沒有常規(guī)變速箱的傳動(dòng)齒輪，也就沒有常規(guī)的變速器進(jìn)行換檔階段的跳躍，所以CVT輕型商務(wù)車在換檔時(shí)的頓挫也會(huì)隨之消失。CVT變速箱的線性輸出使得駕駛者在實(shí)際駕駛CVT車輛時(shí)會(huì)有很好的動(dòng)力輸出，這也符合當(dāng)今消費(fèi)者對(duì)駕駛舒適性的需求[1]。（6）CVT系統(tǒng)的構(gòu)造相對(duì)來說比較簡單，CVT零件的數(shù)量（大約200個(gè)）比AT（500個(gè)）要少將近300個(gè)，因此CVT傳動(dòng)系統(tǒng)的總質(zhì)量要輕一些，生產(chǎn)成本也要低一些，當(dāng)然，它的重量也會(huì)相應(yīng)地減輕，在減少車身重量的情況下，車輛的燃油消耗會(huì)減少，加速度也會(huì)增加[1]。缺點(diǎn)：（1）CVT在傳遞扭矩的時(shí)候，主要是由鋼皮驅(qū)動(dòng)，對(duì)鋼材的強(qiáng)度和剛度都有很高的要求，但目前的材料限制，在一定的韌性下，鋼帶所能承受的最大拉力和扭矩都是有限的。通常情況下，輕型商務(wù)車在排量大于2.8升或扭矩大于280Nm時(shí)，很難安裝CVT。(2)為了使CVT達(dá)到最優(yōu)的傳動(dòng)比，需要采用精密的電控和液壓控制。這種改變滑輪工作半徑的主要是由液壓來控制錐盤的夾持力。(3)盡管CVT零部件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比較簡單，但CVT一旦發(fā)生故障通常會(huì)非常嚴(yán)重，所以維護(hù)起來花費(fèi)很大。(4)CVT屬于摩擦傳動(dòng)，所能傳遞的最大功率收摩擦力矩的限制，由于是摩擦傳動(dòng)，所以它的傳動(dòng)效率也不高，這些也是帶式無級(jí)變速器的現(xiàn)有技術(shù)瓶頸。由于受所能傳遞的最大功率的限制，目前CVT多用在排量比較小的輕型商務(wù)車上。2.4CVT和傳統(tǒng)Auto的區(qū)別CVT與傳統(tǒng)的Auto相比，有兩個(gè)最大的不同：首先，該系統(tǒng)省卻了繁瑣、笨拙的齒輪組合變速裝置，僅采用兩組圓錐齒輪進(jìn)行換檔。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要依靠主、從動(dòng)輪、金屬皮帶、輥?zhàn)拥葘?shí)現(xiàn)無級(jí)變速。其次，其速度比率是連續(xù)的，是一組連續(xù)的數(shù)值。此使用該種變速器有以下這些優(yōu)勢(shì):（1）當(dāng)車輛速度不變時(shí)，引擎的速度就會(huì)降低。（2）改善排放控制/減少燃油消耗量（3）NVH(噪音、振動(dòng)、刺耳聲)相對(duì)比較低的。（4）加速比較平穩(wěn)。（5）在山區(qū)道路上能夠駕駛靈活。（6）結(jié)構(gòu)更簡單，體積更小。第三章．輕型商務(wù)車無級(jí)變速器的類型無級(jí)變速器的種類按照不同的形式可以分很多種,因此，根據(jù)其運(yùn)行模式和驅(qū)動(dòng)方式，可以分為三種類型：機(jī)械式、電動(dòng)式、流體式三大類。圖3-1無極變速器制式介紹3.1電傳動(dòng)式無級(jí)變速器的應(yīng)用此類無級(jí)變速系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)和牽引馬達(dá)三部分構(gòu)成。它具有傳輸功率大、易于控制、傳動(dòng)效率高、噪音分貝小、環(huán)境污染少、自動(dòng)化程度相對(duì)高、元件配置簡單、可以用燃料電池代替原動(dòng)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)[2],特別是在當(dāng)前，能源與環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻的今天。各國都在致力于解決環(huán)保與能源問題上的各種研發(fā)，由此加快點(diǎn)傳動(dòng)式無極傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展速度。但是，由于它的體積大、造價(jià)高，特別是在手動(dòng)控制的情況下，控制器的結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，因此，當(dāng)前電傳動(dòng)式無級(jí)變速器只適合用在礦山自卸車、大型鏟運(yùn)機(jī)和輪式裝載機(jī)。3.2流體式無級(jí)變速器的應(yīng)用液體型CVT有兩類，一種是液力CVT，另一種是液壓CVT。廣泛應(yīng)用于轎車，公交車，商用車，重型車，工程車等。3.2.1液力無級(jí)變速器液壓機(jī)械式無級(jí)變速是目前發(fā)展最成熟、使用范圍最廣、綜合性能最好的一種[2]。一般的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由三個(gè)部件構(gòu)成：泵輪、渦輪和導(dǎo)輪。在原動(dòng)機(jī)的作用下，泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)力，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成油液，產(chǎn)生一定動(dòng)能的油液，將它轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過與渦輪連接，驅(qū)動(dòng)輕型商務(wù)車。渦輪機(jī)在輕型商務(wù)車運(yùn)行工況的改變中發(fā)揮了轉(zhuǎn)矩的作用，并相應(yīng)地改變了車速。可在較大的范圍內(nèi)持續(xù)地改變輸出速度，構(gòu)成液力機(jī)械無級(jí)變速。由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的變速范圍很小，通常會(huì)在后邊加入一階機(jī)械傳動(dòng)，液力無級(jí)變速又稱為變矩器，通過液壓油的動(dòng)能來傳輸能量，利用離合器的功能，也能使轉(zhuǎn)速、力矩連續(xù)地改變，因此，致使輕型商務(wù)車起步平穩(wěn)，加速更加迅速柔和，并具有良好的阻尼特性，能夠很好地適應(yīng)外部負(fù)荷的頻繁變動(dòng)[10]。它的主要缺陷：結(jié)構(gòu)比較繁瑣，成本較大，效率不高。它的主要優(yōu)勢(shì)：使用簡便、駕駛員換擋次數(shù)少、傳動(dòng)比轉(zhuǎn)換性好、持續(xù)、平滑、舒適度好、排放污染小、減少駕駛員疲勞、為駕駛員增加安全性。3.2.2液壓無級(jí)變速器液壓機(jī)械無級(jí)變速器（HMT），采用靜力無級(jí)調(diào)速器，行星減速輪系和分流匯流機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的[11]44-48。液壓CVT的變速范圍廣，易于控制，使其達(dá)到最優(yōu)的穩(wěn)定性，尤其適合于復(fù)雜工作環(huán)境的工程車輛。所有，液壓式CVT已被普遍應(yīng)用在各樣的機(jī)械行業(yè)，特別是在工程機(jī)械方面。但是，目前輕型商務(wù)車液力驅(qū)動(dòng)還面臨著兩個(gè)主要問題：一是傳動(dòng)效率不高，以目前的液壓技術(shù)程度來看，其最大效率僅為75~85%，在一些工作條件下僅為50%~70%。在輕型商務(wù)車啟動(dòng)或者低功率運(yùn)行時(shí)，它的效率將會(huì)越來越低，二是由于高功率的油泵和電機(jī)難以生產(chǎn)，所以更加難以實(shí)現(xiàn)高精度的加工[10]12-14。液壓無級(jí)變速器有著以下特點(diǎn)：（1）能適應(yīng)不斷變化的外部負(fù)載，并且能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無級(jí)變速。確保引擎處于最佳的動(dòng)力點(diǎn)或節(jié)能點(diǎn)，從而改善了輕型商務(wù)車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及操作效率。（2）采用油液作為傳輸媒介，起到減振作用，減少動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，預(yù)防引擎過載、熄火，延長有關(guān)部件的使用年限。（3）具有良好的緩沖性能，能有效地降低震動(dòng)，降低噪音，改善乘坐舒適度。（4）低穩(wěn)速運(yùn)行可以改善輕型商務(wù)車在惡劣的條件下的通過率和低轉(zhuǎn)速工作品質(zhì)。（5）它具有輕巧、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的特點(diǎn)，減輕了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度。與機(jī)械式無級(jí)變速器做比較的話,它具有傳動(dòng)功率大、使用壽命長、體積小、質(zhì)量輕、慣性低、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述,可以得出,液壓機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)在工程車輛等大功率傳動(dòng)領(lǐng)域還是有著明顯的優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。3.3機(jī)械式無級(jí)變速器機(jī)械式無級(jí)變速變速器是在一般機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，加入微電腦控制的電液伺服自動(dòng)變速裝置，目前已在一些低檔轎車，局部卡車和商業(yè)車輛中使用。機(jī)械式無級(jí)變速器有著組成結(jié)構(gòu)簡單，相對(duì)來說可靠性比較高，無級(jí)調(diào)速比較簡單等許多優(yōu)點(diǎn)。下章著重介紹一下機(jī)械式無極變速器。第四章．機(jī)械式無級(jí)變速器4.1輕型商務(wù)車機(jī)械式無級(jí)變速器的工作原理機(jī)械式無級(jí)變速器是一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包括三個(gè)部件：變速、調(diào)速、壓力和輸出機(jī)構(gòu)。它的工作原理是利用一種以聯(lián)軸器（或凸輪）裝置為脈沖發(fā)生器，把輸入軸的等速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成搖臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，然后，利用單向超越離合器，把搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)單向的脈動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，無級(jí)變速主要是利用變速機(jī)構(gòu)來改變桿機(jī)構(gòu)中各個(gè)桿的大小比例，讓搖臂的擺角及其平均擺動(dòng)速率持續(xù)變化[8]。它的作用特點(diǎn)就是：當(dāng)輸入速度恒定時(shí)，可以使輸出軸的速度在某一特定的區(qū)間內(nèi)不斷地改變，用來適應(yīng)各種運(yùn)行條件下機(jī)械或生產(chǎn)系統(tǒng)的需要。當(dāng)與減速齒輪相配合時(shí)，可以使變速范圍和轉(zhuǎn)矩得到更大的擴(kuò)展，從而達(dá)到提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、滿足產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的要求、節(jié)能、自動(dòng)化等各方面的要求。因此，機(jī)械式無級(jí)變速器是一種普遍使用的傳動(dòng)部件，已經(jīng)被普遍地使用在各個(gè)行業(yè)[4]。4.2輕型商務(wù)車機(jī)械式無級(jí)變速器的發(fā)展機(jī)械式無級(jí)變速裝置誕生于十九世紀(jì)七十年代，但因材料、工藝等因素的制約，其發(fā)展相對(duì)緩慢。直至二十世紀(jì)七十年代以后,70年代之后，首先，由于先進(jìn)的熔煉、熱處理、精密加工、數(shù)控機(jī)床等技術(shù)和牽引傳動(dòng)理論以及潤滑油的產(chǎn)生和發(fā)展，才逐漸克服了制約因素；其次在達(dá)到機(jī)械化、自動(dòng)化以及提高機(jī)械工作性能的同時(shí)，我們生活中對(duì)無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用的需求也日益增多。所以，在這樣的情況下，機(jī)械式的無級(jí)變速傳動(dòng)以飛快上升的趨勢(shì)迅速發(fā)展。日本，德國，意大利，美國，俄國等是機(jī)械式無級(jí)變速器研制開發(fā)的幾個(gè)核心大國。4.3輕型商務(wù)車機(jī)械式無級(jí)變速器的優(yōu)點(diǎn)二十世紀(jì)八十年代開始發(fā)展起來的輕型商務(wù)車機(jī)械無級(jí)變速器是一種新型的傳動(dòng)形式，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)組成簡單，傳動(dòng)效率較高，并且相對(duì)其他變速器來說環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，傳動(dòng)穩(wěn)定十分可靠，操作和維修都比較方便[6]。與原來廣泛使用的MT和AT相比，其優(yōu)勢(shì)也是顯而易見的。（1）輕型商務(wù)車機(jī)械式無級(jí)變速器的發(fā)展是順應(yīng)了輕型商務(wù)車傳動(dòng)系統(tǒng)從手工到自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)了無級(jí)變速器的自動(dòng)平滑，操作簡單，避免了MT、AT在換擋過程中產(chǎn)生的跳動(dòng)和撞擊，它減少了人工作業(yè)的工作量，減少了噪音，增加了駕駛的舒適度和安全可靠性。（2）輕型商務(wù)車機(jī)械無級(jí)變速器是有著恒定的功率特性，其輸出扭矩與速度呈反比關(guān)系，特征曲線呈雙曲線，以滿足車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的恒定輸出功率需求；與MT、AT的分檔變速箱相比，CVT的變速是連續(xù)的，它的速度快、平穩(wěn)，所以它能夠更好地滿足車輛在不同的道路條件下的行駛需求。（3）因?yàn)檩p型商務(wù)車機(jī)械的無級(jí)變速器可以根據(jù)不同的行駛條件，及時(shí)地調(diào)節(jié)變速，這樣它就可以達(dá)到最優(yōu)的工況，達(dá)到最優(yōu)的性能，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何的碰撞和動(dòng)力損失，達(dá)到最優(yōu)的燃油經(jīng)濟(jì)性；由于燃燒充分，尾氣排放量降低，對(duì)環(huán)境友好（比AT節(jié)省10%~17%的燃油消耗，降低10%左右的廢氣）。另外，CVT的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，維護(hù)操作簡單，效率可高達(dá)90%，工作也比較穩(wěn)定。所以，可以說無級(jí)變速器是目前最先進(jìn)的一種新型變速器。目前，全球有數(shù)百萬輛不同型號(hào)的車輛都使用了這種技術(shù)，在未來的發(fā)展中，它將會(huì)是轎車傳動(dòng)的主要類型，并且可以得到更好的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。4.4輕型商務(wù)車機(jī)械式無級(jí)變速器的類型機(jī)械式無級(jí)變速按其驅(qū)動(dòng)方式可分為摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式和脈沖式四大類，按結(jié)構(gòu)可分成三十多類結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)在主要是著重介紹一下四大類無級(jí)變速器，其結(jié)構(gòu)特征和用途各有不同[5]。4.4.1摩擦式無級(jí)變速器摩擦式無級(jí)變速器指的是利用主和從動(dòng)剛性部件（或者其它類型的可達(dá)N=(150-175)kW）的輸出速度，通常為n1=(750,150,3000)r/分鐘；一種傳動(dòng)裝置，其輸出轉(zhuǎn)速可以正、反轉(zhuǎn)、加速或減速，最小轉(zhuǎn)速可以由中間元件降到零），在接觸面上產(chǎn)生的摩擦和油膜牽引，并且可以在接觸點(diǎn)上改變工作半徑來實(shí)現(xiàn)連續(xù)換擋。摩擦型無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)包括三個(gè)部件：摩擦變速傳動(dòng)，傳遞動(dòng)力；確保產(chǎn)生摩擦力所必需的壓力裝置；一種能使速度發(fā)生變化的速度調(diào)節(jié)器。優(yōu)點(diǎn)：摩擦式無級(jí)變速器具有運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小，可廣泛使用在食品、電子、輕工、化工、包裝等眾多的領(lǐng)域。缺點(diǎn)：摩擦型無級(jí)變速器具有較高的副接觸特性，傳動(dòng)力矩低、使用壽命短[7]。4.4.2鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器是一種以鏈輪和鋼制柔性鏈為傳動(dòng)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)與傳遞動(dòng)力的機(jī)械換檔設(shè)備。該變速器是一種應(yīng)用較廣、開發(fā)較早的普通傳動(dòng)裝置。鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)包括三大部件：鏈輪、鏈條、調(diào)速機(jī)構(gòu)、鏈張緊加壓機(jī)構(gòu)，通過主、從動(dòng)鏈輪的兩對(duì)圓錐圓盤的軸向運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。優(yōu)點(diǎn)：它與帶式無級(jí)變速器相比，結(jié)構(gòu)更加緊湊的原因是因?yàn)殒準(zhǔn)綗o級(jí)變速器具有更高的功率和耐磨性，使用壽命周期長；鋼鏈因其彈性遠(yuǎn)比V型皮帶大得多，因而具有較低的滑力和精確的調(diào)速。與剛性摩擦變速器相比，相對(duì)于剛性摩擦變速器來說，鏈條更具有彈性，能夠在不損壞齒輪表面的細(xì)小缺陷的情況下無損地通過；不像剛性摩擦變速器那么靈敏，不會(huì)在接觸表面產(chǎn)生局部腐蝕，從而導(dǎo)致傳動(dòng)軌跡被破壞。其不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作難度大，至今尚無正規(guī)的產(chǎn)品。4.4.3帶式無級(jí)變速器其變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類似于鏈?zhǔn)阶兯倨?，由兩?duì)從動(dòng)帶輪和張緊帶構(gòu)成，其工作原理是：通過將驅(qū)動(dòng)皮帶的左右兩側(cè)與圓錐圓盤相接觸后產(chǎn)生摩擦，并通過改變圓錐圓筒的軸向間距來調(diào)節(jié)其與驅(qū)動(dòng)皮帶的接觸位置及工作半徑，達(dá)到無級(jí)變速。目前最常用的是無級(jí)變速器，它能讓三角皮帶工作在徑向上運(yùn)動(dòng)[14]。優(yōu)點(diǎn)：它的結(jié)構(gòu)簡單，易于無級(jí)變速，工作穩(wěn)定，能吸收震動(dòng)，并有過載保護(hù)功能，成本低和更換操作簡單等。缺點(diǎn)：外觀尺寸比較大，變速局限性較大，起步等低速度，轉(zhuǎn)矩工況等仍然需要使用扭矩轉(zhuǎn)換器或啟動(dòng)離合器[9]。其他傳動(dòng)的廣泛使用在金屬切削機(jī)床、紡織機(jī)械、造紙機(jī)械、印刷機(jī)械上以及化工和食品方面的相關(guān)領(lǐng)域。4.4.4脈動(dòng)式無級(jí)變速器脈沖式無級(jí)變速器的三大主要部件構(gòu)成分別是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸出機(jī)構(gòu)和速度控制機(jī)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：它的特點(diǎn)與摩擦式無級(jí)變速器相比，它的傳動(dòng)裝置是一種幾何閉合式的低副機(jī)構(gòu)，工作具有很高的可靠度、承載性能高、速度變化性能比較平穩(wěn)。除此以外它的組成結(jié)構(gòu)簡單，體積小，制造比較容易，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：但由于連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的慣性力很難達(dá)到均衡，而超越離合器是傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，因此限制了它的使用。雖然國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，但是還存在一些問題：（1）動(dòng)力學(xué)特性(振動(dòng)、噪聲等)較差,附加動(dòng)載荷以及速度波動(dòng)脈動(dòng)值大,傳動(dòng)效率低。（2）在帶有滑動(dòng)子的機(jī)械裝置（例如脈動(dòng)發(fā)生器）中，會(huì)有著許多對(duì)誤差敏感、妨礙穩(wěn)定運(yùn)行的過度限制。由于過約束體系的阻尼和超靜定特性，會(huì)造成各部件和各運(yùn)動(dòng)副元件在運(yùn)行時(shí)發(fā)生強(qiáng)迫變形，從而使各機(jī)構(gòu)的受力大幅增加，從而降低機(jī)械效率，加速齒輪的磨損，由此降低機(jī)械工作的可靠性、精度要求和使用周期。（3）目前對(duì)此變速器的關(guān)鍵組件：超速離合器的承載性能、工作過程、動(dòng)力學(xué)特性的相關(guān)問題上匱乏對(duì)系統(tǒng)的理論分析[12]11-112。在世界范圍內(nèi)，德國、美國、日本等國家，技術(shù)先進(jìn)，主要是德國GUSA和美國ZERO-MAX系列[16]。當(dāng)前這類變速器普遍適用于低功率、中低轉(zhuǎn)速、對(duì)旋轉(zhuǎn)均勻度要求不高的情況，廣泛用于紡織，化工，輕工，建筑，塑料，造紙，食品，制藥等行業(yè)，以及各類機(jī)械設(shè)備的輸送設(shè)備。在起重機(jī)機(jī)械和一些機(jī)床的進(jìn)給箱中也有應(yīng)用，還可用于吊車、某些機(jī)床的送料盒。此類變速器具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用范圍將會(huì)越來越廣，對(duì)這類變速器的需求量也會(huì)越來越大[16]。4.5輕型商務(wù)車機(jī)械式無級(jí)變速器的改進(jìn)措施通過查閱相關(guān)CVT的資料可知道機(jī)械式無級(jí)變速器最主要的缺點(diǎn)有以下幾類：（1）金屬帶材料的材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)和參數(shù)都有待進(jìn)一步改善和完善，其傳遞扭矩的能力也有待進(jìn)一步提去改進(jìn)提高。（2）在傳動(dòng)時(shí)，皮帶的軸向位移會(huì)造成主、從動(dòng)帶輪的中心平面不在一個(gè)水平面上，造成帶在運(yùn)行時(shí)的變形，造成帶的進(jìn)、出兩個(gè)方向的碰撞，噪聲大，傳動(dòng)不平穩(wěn)，帶的使用壽命會(huì)大幅度降低。現(xiàn)有的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法是將帶輪與金屬帶接觸時(shí)的圓錐形狀改為圓錐，而使主、從動(dòng)帶輪沿對(duì)稱方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩個(gè)帶輪的中心平面不發(fā)生偏移。（3）在實(shí)際操作中，也存在一些不足之處，比如在啟動(dòng)和低速時(shí)，總會(huì)有一種無級(jí)變速器獨(dú)一無二的滯澀、不流暢的感覺。在緊急停車后重新啟動(dòng)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)低速不能啟動(dòng)的情況。（4）控制系統(tǒng)也存在很多問題，主要問題有換檔調(diào)速器、傳動(dòng)皮帶的夾持力和啟動(dòng)控制等。針對(duì)上述的缺點(diǎn)本文主要就（1）和（2）兩條問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化改進(jìn)，從優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)對(duì)比上顯示達(dá)到一定優(yōu)化改進(jìn)效果。4.5.1對(duì)金屬V帶的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)當(dāng)前已經(jīng)投入生產(chǎn)和廣泛使用的兩種傳動(dòng)V帶，不管是VDT金屬V帶或者是傳統(tǒng)的多片鏈?zhǔn)絍帶都有著零件繁多，制造技術(shù)繁瑣，成本價(jià)格偏高，導(dǎo)致裝有無級(jí)變速器的輕型商務(wù)車比手動(dòng)檔的輕型商務(wù)車要貴得多，不益于能更好的開發(fā)輕型商務(wù)車市場(chǎng)等相關(guān)問題。因此對(duì)現(xiàn)有的金屬V帶進(jìn)行結(jié)構(gòu)或材質(zhì)上的設(shè)計(jì)改進(jìn)，主要從本低廉、工藝操作簡單不復(fù)雜，、性能穩(wěn)定和實(shí)用等方面著手提出解決方案。傳統(tǒng)金屬片式V帶具有以下缺點(diǎn)：（1）一根V帶要200～300塊金屬片，每塊金屬片有5個(gè)工作面，一共就有300×5=1500個(gè)工作面，為了保持這1500個(gè)工作面的精度、粗糙度的一致，會(huì)導(dǎo)致加工量很大，造成成本支出過高。（2）金屬片V帶的重量較大，使用鋼材較多。這些問題，在金屬片V帶的基礎(chǔ)上，很難改進(jìn)，為此只能另找出路，經(jīng)過研究，提出柱繩式V帶的新結(jié)構(gòu)。柱繩式V帶由并列的鋼柱為經(jīng)線，鋼絲繩為緯線，將其編織在一起，再在外邊壓上橡膠而成。為了看清骨架結(jié)構(gòu)情況，圖中骨架用粗實(shí)線，外廓用細(xì)實(shí)線，首先，要承受皮帶輪V形槽面的正壓力，就要有一定強(qiáng)度的鋼制件，這里將原金屬片換成金屬柱，它的優(yōu)點(diǎn)是能承受較強(qiáng)的正壓力和摩擦力，但圓柱之間不接觸，因此對(duì)精度的要求就會(huì)很低。其次，為了將金屬柱連接在一起，用鋼絲繩像織布一樣編織起來。其結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1新型復(fù)臺(tái)鏈帶本新型鏈帶是由鋼柱1和鋼絲繩2組成，鋼柱兩頭端面銑為與帶輪楔角配合的圓錐面，鋼柱的中間部分尺寸減少，為鋼絲繩提供空間，然后用鋼絲繩均勻地將鋼柱纏繞起來，形成一根完整的型帶。傳動(dòng)中，鋼柱受軸向壓力，而鋼絲繩承受縱向拉力。這種V帶，較前述V帶的優(yōu)點(diǎn)有：（1）圓柱不互相接觸，要求加工精度低，成本成倍下降；（2）一根V帶的圓柱數(shù)一般為50～60根，比前述V帶金屬片為250～300片少數(shù)倍，因此，重量輕數(shù)倍；（3）鋼絲繩的各向柔性比環(huán)形鋼帶好，不易疲勞，且為標(biāo)準(zhǔn)件，價(jià)格低下。查閱相關(guān)此優(yōu)化改進(jìn)型V帶，與傳統(tǒng)金屬V帶進(jìn)行有限元仿真對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在CVT的性能改進(jìn)上有以下優(yōu)勢(shì)：（1）本新型V帶的單根的傳動(dòng)功率在11Kw以上，最大滑差率為2.3%。（2）本新型V帶的可傳遞扭矩為200Nm以上，并能連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)300小時(shí)以上，帶體無明顯的損壞，達(dá)到設(shè)計(jì)的性能要求。與傳統(tǒng)V待傳遞的扭矩增大了90%,同時(shí)運(yùn)行可靠性程度也得到了極大的改善。4.5.2對(duì)帶輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)在轉(zhuǎn)矩傳遞時(shí)，由于傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)特殊，CVT在工作時(shí)帶輪會(huì)發(fā)生軸向形變，使得帶輪和金屬帶受力情況復(fù)雜,對(duì)整個(gè)CVT的傳動(dòng)性和壽命都能產(chǎn)生很嚴(yán)重的影響，本文以從動(dòng)帶輪（實(shí)物如圖4-2所示）的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行說明。圖4-2從動(dòng)帶輪實(shí)物圖對(duì)既有從動(dòng)帶輪進(jìn)行CATIA三維建模并進(jìn)行有限分析得到其在不同場(chǎng)景下發(fā)生的形變程度，如相同軸向力不同轉(zhuǎn)速比下的軸向形變、相同轉(zhuǎn)速比不同扭矩下的軸向形變等，可得到傳統(tǒng)的從動(dòng)帶輪存在的軸向變形的影響區(qū)域，仿真顯示帶輪包角中心位置的軸向變形量對(duì)帶輪傳動(dòng)效率有很大影響。對(duì)于從動(dòng)帶輪而言，在速比一定的情況下，帶輪等效剛度越大，轉(zhuǎn)矩?fù)p失越小，因此可將從動(dòng)帶輪的等效剛度最大作為優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)為保證帶輪工作具有實(shí)時(shí)性、不會(huì)產(chǎn)生遲滯，需要保證帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能小。優(yōu)化后的從動(dòng)帶輪結(jié)構(gòu)如圖4-3所示：圖4-3從動(dòng)帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化示意對(duì)優(yōu)化后的從動(dòng)帶輪進(jìn)行有限元仿真分析結(jié)果與既有的帶輪之間如下：（1）優(yōu)化后的帶輪軸向變形量得到了減小，當(dāng)軸向變形量減小，帶輪相應(yīng)的等效剛度增大，從而驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的可靠性；（2）在相同等效剛度、不同轉(zhuǎn)矩下及相同轉(zhuǎn)矩、不同等效剛度下，優(yōu)化前后的帶輪的轉(zhuǎn)矩?fù)p失變化趨勢(shì)一致，因此優(yōu)化后的帶輪在轉(zhuǎn)矩?fù)p失上與優(yōu)化前基本無異；（3）帶輪發(fā)生軸向形變時(shí)會(huì)導(dǎo)致帶輪軸的撓曲，帶輪軸的撓曲進(jìn)而會(huì)影響齒輪與中間軸齒輪的嚙合產(chǎn)生偏載，優(yōu)化后的從動(dòng)帶輪的撓曲效應(yīng)得到極大改善。第五章．結(jié)論由綜上所述可以得出在機(jī)械式、電動(dòng)式及流體式三者相比較時(shí),機(jī)械無級(jí)變速器其特點(diǎn)是輸出恒定的功率、高的傳動(dòng)效率、大的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩、并且結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、維修操作方便簡單、成本費(fèi)用低、類型也較多、其使用范圍的局限