无极变速传动技术的发展及应用

李稳银

（湖南工业大学 机械工程学院，湖南 株洲412000）

无级变速是目前传动系统中的一种新的形式，它是相对于有级变速来说的。无级变速能够实现输入和输出在任意范围内变化，打破了有级变速只能够在某几个速度上变化的现状。无极变速的输入和输出是通过中间介质进行连接的，根据连接介质的不同，可以将无极变速分成机械无极变速、液力无级变速和电力无极变速三种。

1 无级变速的工作原理

无极变速的形式有很多种，下面我们以传动带式无极变速为例，介绍起工作原理。该变速系统主要由驱动滑轮、从动滑轮和传动带三部分构成，工作过程中通过调节驱动轮和从动轮的宽度来实现其输入和输出速度的任意变化。如低速时可适当增大驱动轮的宽度，降低从动轮的宽度，增加传动比；高速时则降低驱动轮的宽度，增大从动轮的宽度。

另外凸轮机构也是无极变速系统中常用的机构之一，它通过改变凸轮形状来实现不同速度的输出，通过凸轮半径的连续变化实现了速度的不间断变化。

跟传统的齿轮变速系统相比，无极变速系统将直径可变的主动轮系统替换了原有变速系统中复杂且笨重的齿轮传动系统，实现对速度的连续调节，满足了传统系统和发动机之间的最佳配合，提高了传统系统的工作效率和性能。目前无极变速被广泛应用到汽车、轮船、机床以及农业机械等的传动装置中，得到了人们的广泛好评。

2 常见无级变速系统类型

无极变速系统根据其传动原理的不同，可以分成多种不同的类型，下面我们就4种常见的无极变速系统进行介绍。

（1）摩擦型无极变速器。摩擦型无级变速器是利用摩擦力进行力和力矩传递的，工作过程中通过改变主从动件的位置和接触面积来实现各种速度的调节。一般情况下，摩擦型无极变速器主要有变速传动装置、加压装置和调速控制系统组成，其中传动装置是由不同形状的刚性元件组成的。

（2）带式无极变速器。带式无级变速主要有带轮、皮带、调速操纵机构和挤压装置组成。调速过程中，摩擦力是主动力，通过摩擦力实现了主动带轮和从动带轮之间力和力矩的传递。速度的调节是通过改变带轮的工作半径来完成的，具有传统平稳、噪声小和变速范围大等特点。

根据传动带的形状不同，可以将其分成平带传动和V带传动两种，平带无级变速器中带轮的形状为圆锥形，工作过程中平带能够沿着锥带轮轴向移动，实现对输出速度的调节，其能够进行调节的速度范围较小，传递的功率较低，整个变速器的变形尺寸较大。V带传动则通过改变V带在V型槽中的位置来实现速度的无极调节。

（3）液压式无级变速。液压无极变速系统是常见的一种液体无级变速器，它以液压油为介质调节传动系统的输出速度。按照其控制方式的不同，可以将液压无极变速系统分成泵控调速、阀控调速和液力变矩器调速等。泵控调速通过改变液压泵的容积大小实现对液压油大小的调节，进而实现对速度的调节；阀控调速则是通过改变液压阀中液体的流量来实现速度的调节。

液压无级变速器在进行速度调节时，运行惯性小，动作灵敏，能够快速实现对执行元件的制动，速度调节非常平稳，且具有较大的速度调节范围。液压无级变速器常用于大功率、重载的速度控制中，如汽车、矿山机械、环保机械以及太空探测机械等。

（4）电力无极调速。直流调速和交流调速是电力无极调速中常见的两种形式，通过电机实现对变速器速度的调节。其中直流调速是通过调节电机电枢中的电阻大小、电压大小或者磁通量的多少来实现速度的调节；交流调速则是通过改变电机两级中的电压和频率来实现速度的调节。

一直以来直流调速是电力调速中的唯一手段，虽然能够实现较大范围内的无极调速，但是由于调速设备结构复杂，成本高，维修困难，所以常被用于中小功率的无极调速中。交流无极调速是随着交流技术的不断发展而发展起来的，具有较高的调速平滑性，跟直流相比对电网的冲击性较小，便于安装、维护和维修，在现阶段得到了较多的应用。

3 无级变速器的发展前景

无级变速器具有体积小、重量轻、传动效率高和油耗低等特点，在汽车工业中得到了较多的应用。如一汽大众汽车上采用的大多数是电控传动链式无级变速器；广州本田和奇瑞汽车采用的是电控传动带式无极变速器。到目前为止，大部分汽车都采用了先进的无级变速技术，具有非常广阔的发展前景，无级变速器的发展趋势对我国汽车行业的发展乃至整个国民经济的发展都要非常重要的意义。随着科技的不断发展，无级变速器未来将朝着以下3个方面发展：

（1）成本更低廉；随着科技的发展，无级变速器各个零部件的生产过程会向着自动化和规模化的方向发展，劳动力成本的减低和劳动效率的提高，必然带来无级变速器生产和使用成本的降低。

（2）集成性更高，无级变速器将和发动机控制系统连接在一起，形成一种集中控制单元。目前这种集成式的变速器和控制系统已经研发成功，正在进行性能测试。

（3）油耗更小，污染更轻，随着混合动力技术的发展，装有无级变速的混合动力汽车其油耗将比传统变速器降低30%，污染物的排放量也将降低50%，顺应了我国节能减排的政策，具有广阔的发展空间。

4 结语

无级变速一直是人们追求的一种理想的变速形式，能够在较大范围上实现对速度的调节，提高系统的匹配性和效率。跟传统的有级变速系统相比，无极变速克服了传统变速系统对速度的限制。文章介绍了无级变速的工作原理，给出了常见的摩擦式、带式、液压式、直流和交流式无级变速类型的组成和特点，并且对无级变速在汽车上的发展趋势进行了展望。

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