脈動式無級變速器工作原理及發展研究

聞俊

（鄭州大學國際學院，河南 鄭州 450000）

無級變速器又名CVT 變速器，是機械系統中的傳動部分，其可以在連續改變傳動比，提升機械的運轉效能。在多種無級變速器中，脈動式的無級變速器可靠性高且穩定性強，因此，需要工作人員不斷地對其進行研究，使其可以突破現有的狀態，得到更好的發展。

1 脈動式無級變速器的工作原理

我國市面上脈動式變速器結構上大致相同，都是由發生機構、調速機構以及離合器三個部分組成，其通過運作離合器可以將原本輸出部分的雙向擺動轉變為效果更佳的脈動性擺動，通常用于減速型的變速器中，其轉動方式主要為單向轉動。其工作的過程為：動力機構輸入近似的勻速轉動，該勻速轉動經過脈動發生機構（常見的有四桿機構、六桿機構、凸輪機構等）轉換成為雙向擺動，在離合器單向傳動作用下，將其轉變成脈動型轉動。通常將脈動發生機構按照一定的相位順序進行排列，分為并列式與星式，這樣排列的目的是將單相脈動速度的輸出通過交替工作的形式進行疊加，使輸出更加具有連續性、平穩性。改變各個系統組成部分的位置，可控制設備的運轉速度，如通過滑塊可以調整連架桿的長短。其中一種常見的凸輪式脈動發生器工作原理如圖1 所示。

輸入軸帶動凸輪轉動，凸輪頂推連桿CD 使其運動，圓弧槽可繞O 點進行調節，D 處滑塊可沿圓弧槽進行滑動。連桿CD 把運動傳動到AC，搖桿AC 開始進行往復擺動，帶動A處離合器單向旋轉。將圓弧槽圓心G 的位置改變，可以調節機架AG 的長度，以此進行調速。將三相該機構按120 度相位差并聯，沿公共輸出可得平穩轉速。

圖1 一種凸輪式脈動發生器工作原理圖

2 脈動式無級變速器的優點分析

脈動式無級變速器對比其他的齒輪式、液動式、電力式無級變速器，有著更加明顯的優勢，其變速范圍更廣，傳動比也更加精確。因為脈動式無級變速器的主要組成部分為連桿、搖桿、離合器、凸輪等，這些設備的價格較低且使用效果好，因此，脈動變速器的性價比對比其他無級變速器要高，同時，脈動式的無級變速器結構更加緊密，其耐熱性較高，不會因為外界氣溫的變化而改變，其穩定性也相對較高。變速器的發生機構排列方式主要分為兩種，分別為并列式排列與星式排列，這兩種排列方式都可以將脈動變速器的功能完整地體現出來。如將脈動變速器中的四相并列變速器與三相星式脈動變速器進行對比可以發現，多相并列變速器的輸出軸與輸入軸運轉效率較高，其共用一個輸出軸，以此做到了“同軸輸出”，結構較為緊密。而三相星式脈動變速器的每個結構擁有獨立的過渡軸，這些過渡軸會在輸出軸進行匯聚，在結構上更加完善，同時，因為運用了星式排列的方式，變速器的平衡能力更高，運行更加穩定。

3 脈動式無級變速器的缺點及改進方法

（1）機構組合與整體架構。脈動式無級變速器有著很多明顯的優點，然而，其也有所不足。如脈動變速器使用了星型排列結構時，其輸出形式為多軸輸出，在工作時需要由其他平面上的齒輪組一同運作，齒輪組會與輸出軸結合進行各相運作，使無級變速器結構更加復雜，增加了生產成本。對于這種情況，工作人員應完善設計理論，優化各個部分的組合形式，加強變速器的結構設計水平。脈動變速器工作能力的高低與其發生機構的工作能力息息相關，所以，工作人員的設計重點應放在脈動機構中的發生裝置上，在進行機構設計時，充分考慮多相結構的搭配方式，引進先進的加工技術，以此滿足發生部分的使用要求。

（2）調速機構適應性較弱，應用領域較小。脈動式的調速機構適應性能較弱，其應用領域也較小，因此，沒有在市場中廣泛流傳。因此，工作人員應使用正確的方式拓展脈動變速器的應用領域。現在，我國機械設計的主要研究方面為控制不確定因素，實現智能化操控，而市面上常見的脈動變速器多為GUSA 型的調速結構，需要人們手動操控渦輪與蝸桿，通過改變連桿的方向與幅度改變調速機構的傳動比。工作人員可以在調速機構上增加彈簧或阻尼器，以此突出變速器的軸心區域，當工作人員改變凸輪機構以及曲柄軸心時，曲柄結構會自動適應變化，通過這個改變，脈動變速器可以廣泛安裝在電動車、發電機等設備中，促進脈動變速器的發展。

（3）離合器的使用壽命。脈動變速器在使用過程中會對離合器造成巨大的負擔，長時間的工作，會使離合器的性能逐漸降低，最后，出現損壞。因此，工作人員需要運用正確的技術延長離合器的使用壽命與轉矩能力。脈動變速器主要應用在中功率或小功率的設備當中，如果工作人員將其應用在大功率的設備中，其結構會出現不平衡的情況，且發生劇烈振動，在強烈的振動下，離合器內會出現強烈且持續性的沖擊力，導致離合器出現磨損，縮短它的使用壽命，工作人員需要使用新的物理原理，運用柔性結構，以此減少離合器受到的沖擊力，提升其荷載能力，延長其使用壽命。

4 國內外脈動式無級變速器的發展現狀

（1）國外脈動式無級變速器的發展現狀。國外對于脈動變速器的研究已經擁有悠久的歷史，從20 世紀開始，人們就將脈動變速器應用在汽車的雨刷器、農業、紡織業中。在研發階段的初期，國外使用的脈動變速器主要為四相并列變速器，其是由連桿與離合器組成，工作人員將輸出軸作為中心，使其與圓板形成90°直角，以便于進行循環擺動運用。經過多年的研究，國外的脈沖變速器技術水平越來越高，大批操作簡單、變速效果好的變速器隨之出現，這些變速器的轉動比可以達到1:20，并且小巧靈活，方便工作人員維修。

（2）國內脈動式無級變速器的發展現狀。當前，我國對于脈沖變速器的研究水平正在不斷提升，脈動機構的研究水平出現了大幅度提升，從傳統的六桿脈動變速器發展到了如今的齒輪式、連桿式、凸輪式脈動變速器，變速器技術得到了發展。然而，部分變速器使用的方式多為并列式布置或手動調速，其還沒有完全擺脫GUSA 型以及ZERO 型變速器的影響，所以還存在不足之處。

5 脈動無級變速器的發展方向

在無級變速器的發展中，越來越多的先進變速器被研發出來，這些變速器的應用促進了工業化的發展，使社會不斷進步，因此，工作人員應不斷研究先進的脈動變速器，與各個國家互相交流，互相引進先進的技術與設備，實現技術的突破，其主要發展方向為：

第一，創新脈動變速器的形式，改進先進技術。各工作人員應當加大投資，從世界各地購買先進的變速器進行研究，從現有行星錐盤脈沖變速器的基礎上進行改進，研發出更加先進的心軸行星變速器以及恒功率脈沖變速器，提升變速器的轉速，提高其轉矩。經過研究表明，現階段變速器轉矩至少可以提升2 倍，而變速則可以提升20 倍。

第二，研發車用脈沖變速器。市面上已經擁有帶式的脈沖變速器，并且開始進行規模化的生產，因此，工作人員應當加大生產力度，減少國外脈沖變速器的購買量，研發我國獨立生產的國產變速器。

第三，脈沖變速器的創新。工作人員要使用非摩擦變速器進行傳動，以此實現高速、高效、恒功率、高功率的發展目標，將變速器結構變的更加緊湊，提升其性能。

6 結語

綜上所述，我國應努力研究脈動式變速器的現狀，以此實現技術層面的突破。經過上述內容可知，國外的無級變速器研究已經處于一個較高的階段，我國廠商為了提升自身的經濟效益，不能只滿足于仿制與改造，應根據現有的技術發揮脈動式變速器的優點，改正其缺點，使其可以成為我國的主流變速器。