提高CVT變速系統功能應用

麥承賢 藍余永 汪杰強 文敏 米世生

摘 要：CVT采用的無極變速系統，通常為鋼帶傳動的機械傳動方式，這種變速系統的扭矩傳遞能力一般較小，通過對一款CVT產品的變速系統進行在不同扭矩狀態下的應力及應變分析，再進行零件的臺架性能測試，對分析結果和試驗結果進行評價，判斷現有變速系統可以提高CVT的功能應用。

關鍵詞：CVT;變速系統;功能;應用

1 引言

無級變速器（簡稱CVT，以下均用簡稱），它的變速比不是間斷的點，而是一系列連續的值，比手動變速器（MT）具有良好的駕駛平順性。同時，相比自動變速器（AT），它相對結構簡單、成本低，因而具有良好的經濟性。隨著國家節能減排的不斷深入實施，1.0L～1.6L排量的小型汽車在民眾的使用數量越來越多，適用于小排量汽車的CVT也相應得到越來越大的應用。

2 CVT變速系統結構原理

2.1 CVT變速系統結構

CVT產品，為機械傳動方式，電磁控制液壓調定速比，其變速系統由2個輪系和1條動力傳遞金屬帶組成，如圖1所示，2個輪系分為接受輸入扭矩和轉速的主動輪系和輸出變速后扭矩和轉速的從動輪系。主動輪系由主動軸輪、主動帶輪、主動活塞及其支承組成;從動輪系由從動軸輪、從動帶輪、從動活塞及其支承組成;動力傳遞金屬帶由鋼片與鋼環組成，其采用鋼質材料，簡稱鋼帶。

主、從動輪系的軸輪、帶輪都帶有單邊錐面結構，軸輪錐面與帶輪錐面組合成一個錐槽滾輪。鋼帶的鋼片兩側帶錐度，與組合錐槽滾輪貼合，將主動輪系和從動輪系連結成完整的功能系統。

2.2 CVT變速系統變速原理

CVT的速比變化是通過改變主、從動輪系的軸輪與帶輪錐面的工作距離，從而改變鋼帶在組合輪系錐面的半徑位置，最終調整了鋼帶在主、從輪系接合錐面半徑比，完成CVT速比的變換，如圖2所示。

CVT的速比調定后，需要保持穩定，產品設計通過保持主、從動帶輪油缸油液產生的夾緊力比值來保證。

受鋼帶傳遞扭矩的能力限制，CVT的一個顯著缺點是扭矩傳遞能力相對MT、AT偏小，僅適合于發動機排量在1.0L～1.6L的小型汽車上。文章將進一步對一款CVT產品的變速系統特征參數作詳細的分析和驗證，以確認系統的最大工作能力，以期提高產品功能應用。

3 CVT變速系統的變速能力

3.1 CVT變速系統的變速能力計算

CVT變速系統的變速能力可用速比寬度Bi表示，按公式（1）計算。

在設計上，取主動輪最小工作半徑與從動輪最小工作半徑近似相等、主動輪最大工作半徑與從動輪最大工作半徑近似相等。在設計輪的半徑時，取主從輪的最小半徑相等，最大半徑可有微小差別，以便得到需求的速比。

3.2 CVT現產品變速系統變速能力值

根據CVT現產品變速系統的設定，R1min、R1max、R2min、R2max取值如表1所示，計算得其變速能力，得其速比寬度Bi為：Bi=6.96

3.3 CVT現產品變速系統變速能力極限分析

根據CVT現產品變速系統主從輪與鋼帶配合的結構尺寸，如圖3所示，輪的錐面最大可用半徑R0為：

R0=85.35

鋼帶的鋼片在工作半徑點的上肩高H為：

H=3

由此，可得CVT現產品變速系統主從輪的鋼帶可用最大工作半徑Rmax為：

R1max=R2max=82.35

最后，可得CVT現產品變速系統的極限能力，其速比寬度Bimax為：

Bimax=（82.35×82.35）/（31×31）=7.048

4 CVT變速系統的扭矩傳遞能力

CVT變速系統的扭矩傳遞能力受主、從動輪系強度、剛度及鋼帶強度的影響，提升輪系及鋼帶的強度可增大CVT變速系統的扭矩傳遞能力。

4.1 主動輪系強度與剛度CAE計算分析

帶輪油缸由液壓產生對鋼帶的軸向壓緊力Fa，針對不同的傳動扭矩有不同的Fa值要求，通過Fa值可以對輪系的錐面進行強度與剛度的計算分析。設定多種動力傳遞扭矩狀況下的輪系錐面強度與剛度CAE計算結果如表2所示。

CVT現產品變速系統設計是在輸入工作扭矩260Nm下工作，根據輪系零件選用材料及熱處理工藝，零件材料屈服強度達到1000MPa以上，產品在輸入工作扭矩290Nm下運轉能夠滿足可靠性要求。

4.2 CVT變速系統的鋼帶扭矩傳遞能力選擇

CVT變速系統的鋼帶是由鋼片與鋼環構成，扭矩傳遞能力由鋼環的大小強度體現。在專業制造廠家，鋼帶是規格型號產品，不同規格型號匹配不同的傳遞扭矩。根據CVT產品的功能參數要求，選擇使用專業制造廠家型號為28-10-1.8的鋼帶，其可使用最大傳遞扭矩305Nm，設定適用工作最大扭矩可為290Nm。

在專業制造廠家進行了鋼帶的最大扭矩可靠性臺架測試，測試結果如表3所示，滿足循環次數要求。

另外，對整條鋼帶的鋼環進行專門的拉力承受能力的臺架測試試驗，測試結果如表4所示，結果數據滿足290Nm傳遞扭矩拉力保證要求。

綜上可知，CVT變速系統的鋼帶使用傳遞扭矩290Nm滿足可靠性要求。

5 結束語

通過對CVT變速系統的輪系零件及鋼帶進行強度和鋼度的CAE分析，同時進行產品的臺架測試試驗，論證了現有產品CVT變速系統可以提高使用扭矩能力，增強CVT產品的適用功能。

參考文獻：

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