无级变速器(CVT)的结构及原理

目前的手动(MT)、半自动(AMT)、自动(AT)、双离合(DCT)变速器从最低挡"爬"到最高挡是需要经过一级一级的"台阶",所以通常让人感觉到顿挫感,随着"台阶"级数的增多,每两级台阶之间的落差会越小,顿挫会越小,人就感觉越平顺。那么将"台阶"的级数增加到无穷个就是CVT无级变速器。

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MT、AT、AMT、DCT与CVT变速器对比

1、无级变速器(CVT)原理

CVT无级变速器的主要部件是两个滑轮和一条金属带,金属带套在两个滑轮上。

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CVT变速器变速原理

滑轮由两块轮盘组成,轮盘中间的凹槽形成一个V形,其中一边的轮盘由液压控制机构控制,进行分开与拉近的动作,V形凹槽也随之变宽或变窄,将金属带升高或降低,从而改变金属带与滑轮接触的直径,相当于齿轮变速中切换不同直径的齿轮。

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CVT变速器工作过程

两个滑轮呈反向调节,即其中一个带轮凹槽逐渐变宽时,另一个带轮凹槽就会逐渐变窄,从而迅速加大传动比的变化。

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CVT变速器原理

  • 汽车慢速行驶:令主动滑轮的凹槽宽度大于从动滑轮凹槽,即小圆带大圆传递较大的转矩。

  • 汽车逐渐转为高速行驶:主动滑轮的一边轮盘向内靠拢凹槽宽度变小,从动滑向外移动拉大凹槽宽度,即大圆带小圆保证汽车高速行驶时的速度要求。

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CVT变速器变速过程

2、无级变速器(CVT)结构

无级变速器的关键部件是无级变速机构,它主要由两组滑动锥面链轮和作用在其中间的V形传动钢链(或钢带)组成。其中,每一组滑动锥面链轮中又有一个可沿轴向移动的链轮,就是由于链轮的可轴向移动,从而改变接触链轮与传动钢带之间的跨度半径,最终实现速比的线性变化。

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无级变速器CVT结构

3、无级变速器(CVT)动力传递方式

奥迪01J无级变速器为例,变速器通过传动链传递转矩,电子液压控制单元和变速器控制单元集成为一体,位于变速器壳体内。Tiptronic功能提供6"挡"手动挡位选择。

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奥迪01J无级变速器

根据发动机输出功率,发动机转矩通过飞轮减振装置或双质量飞轮传递给变速器。前进挡和倒挡各有一"湿式"刚片离合器;两者均为起动离合器。倒挡旋转方向通过行星齿轮机构改变。

发动机转矩通过辅助减速齿轮挡传递到变速器,并由此传到主减速器。

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奥迪01J无级变速器结构

4、钢带式CVT变速器结构和特征

钢带式无级变速器是在片状钢带上,镶上许多V型钢片,用它来取代原来的橡胶皮带。解决了皮带寿命短的问题,可以根据驾驶人的爱好(节油或大动力)及发动机的工作状况,把液压和速比自动调整到最佳状态。

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钢带式无极变速器

压力钢带由若干个钢片结构的推力单元和多层钢环组成,在锥盘组之间传递动力。

推力单元是两端有开槽形状的钢片,开槽内可以放入多层钢环,传递动力时主动锥盘依靠摩擦力带动推力单元,再由推力单元带动钢环,从而实现锥盘到压力钢带之间的动力传递。
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压力钢带截面图

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CVT变速器钢带

液压压紧机构在无级变速器的结构中起到了关键作用,其压紧力的大小直接关系到钢带是否会打滑,对传动效率有直接影响。

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钢带工作动图

5、链条式CVT变速器结构和特征

用链条式的钢带作为锥盘间的传动装置,是依靠链条与主、从动锥盘之间的摩擦力来传递转矩。链条式传动依靠摩擦力,使各个链条单元直接通过之间的拉力来连接彼此。

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链条式传动链原理

  • 链条式CVT变速器优点:能够实现更大的转矩传递。

  • 链条式CVT变速器缺点:节距比钢带式更大,转动时产生的冲击更大,工作噪声大。


相比钢带式,链条的工作半径更小,在尺寸相同的锥盘中,能够实现更宽广的传动比。

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链条式无极变速器

6、无级变速器(CVT)优点

CVT(Continuously Variable Transmission)技术即无级变速技术,它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力,可以实现传动比的连续改变,从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。相对传统的手动和自动变速器的优势:

(1)结构简单,体积小,零件少,大批量生产后的成本肯定要低于当前普通自动变速器的成本;

(2)工作速比范围宽,容易与发动机形成理想的匹配,从而改善燃烧过程,进而降低油耗和排放;

(3)具有较高的传送效率,功率损失少,经济性高。