無極變速傳動技術的發展及應用

李穩銀

（湖南工業大學 機械工程學院，湖南 株洲412000）

無級變速是目前傳動系統中的一種新的形式，它是相對于有級變速來說的。無級變速能夠實現輸入和輸出在任意范圍內變化，打破了有級變速只能夠在某幾個速度上變化的現狀。無極變速的輸入和輸出是通過中間介質進行連接的，根據連接介質的不同，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。該變速系統主要由驅動滑輪、從動滑輪和傳動帶三部分構成，工作過程中通過調節驅動輪和從動輪的寬度來實現其輸入和輸出速度的任意變化。如低速時可適當增大驅動輪的寬度，降低從動輪的寬度，增加傳動比；高速時則降低驅動輪的寬度，增大從動輪的寬度。

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

跟傳統的齒輪變速系統相比，無極變速系統將直徑可變的主動輪系統替換了原有變速系統中復雜且笨重的齒輪傳動系統，實現對速度的連續調節，滿足了傳統系統和發動機之間的最佳配合，提高了傳統系統的工作效率和性能。目前無極變速被廣泛應用到汽車、輪船、機床以及農業機械等的傳動裝置中，得到了人們的廣泛好評。

2 常見無級變速系統類型

無極變速系統根據其傳動原理的不同，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各種速度的調節。一般情況下，摩擦型無極變速器主要有變速傳動裝置、加壓裝置和調速控制系統組成，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、調速操縱機構和擠壓裝置組成。調速過程中，摩擦力是主動力，通過摩擦力實現了主動帶輪和從動帶輪之間力和力矩的傳遞。速度的調節是通過改變帶輪的工作半徑來完成的，具有傳統平穩、噪聲小和變速范圍大等特點。

根據傳動帶的形狀不同，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，實現對輸出速度的調節，其能夠進行調節的速度范圍較小，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速度的無極調節。

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

液壓無級變速器在進行速度調節時，運行慣性小，動作靈敏，能夠快速實現對執行元件的制動，速度調節非常平穩，且具有較大的速度調節范圍。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、環保機械以及太空探測機械等。

（4）電力無極調速。直流調速和交流調速是電力無極調速中常見的兩種形式，通過電機實現對變速器速度的調節。其中直流調速是通過調節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速度的調節；交流調速則是通過改變電機兩級中的電壓和頻率來實現速度的調節。

一直以來直流調速是電力調速中的唯一手段，雖然能夠實現較大范圍內的無極調速，但是由于調速設備結構復雜，成本高，維修困難，所以常被用于中小功率的無極調速中。交流無極調速是隨著交流技術的不斷發展而發展起來的，具有較高的調速平滑性，跟直流相比對電網的沖擊性較小，便于安裝、維護和維修，在現階段得到了較多的應用。

3 無級變速器的發展前景

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，在汽車工業中得到了較多的應用。如一汽大眾汽車上采用的大多數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，具有非常廣闊的發展前景，無級變速器的發展趨勢對我國汽車行業的發展乃至整個國民經濟的發展都要非常重要的意義。隨著科技的不斷發展，無級變速器未來將朝著以下3個方面發展：

（1）成本更低廉；隨著科技的發展，無級變速器各個零部件的生產過程會向著自動化和規模化的方向發展，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和使用成本的降低。

（2）集成性更高，無級變速器將和發動機控制系統連接在一起，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已經研發成功，正在進行性能測試。

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

4 結語

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對速度的調節，提高系統的匹配性和效率。跟傳統的有級變速系統相比，無極變速克服了傳統變速系統對速度的限制。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展趨勢進行了展望。

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