提高CVT变速系统功能应用

麦承贤 蓝余永 汪杰强 文敏 米世生

摘 要：CVT采用的无极变速系统，通常为钢带传动的机械传动方式，这种变速系统的扭矩传递能力一般较小，通过对一款CVT产品的变速系统进行在不同扭矩状态下的应力及应变分析，再进行零件的台架性能测试，对分析结果和试验结果进行评价，判断现有变速系统可以提高CVT的功能应用。

关键词：CVT;变速系统;功能;应用

1 引言

无级变速器（简称CVT，以下均用简称），它的变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，比手动变速器（MT）具有良好的驾驶平顺性。同时，相比自动变速器（AT），它相对结构简单、成本低，因而具有良好的经济性。随着国家节能减排的不断深入实施，1.0L～1.6L排量的小型汽车在民众的使用数量越来越多，适用于小排量汽车的CVT也相应得到越来越大的应用。

2 CVT变速系统结构原理

2.1 CVT变速系统结构

CVT产品，为机械传动方式，电磁控制液压调定速比，其变速系统由2个轮系和1条动力传递金属带组成，如图1所示，2个轮系分为接受输入扭矩和转速的主动轮系和输出变速后扭矩和转速的从动轮系。主动轮系由主动轴轮、主动带轮、主动活塞及其支承组成;从动轮系由从动轴轮、从动带轮、从动活塞及其支承组成;动力传递金属带由钢片与钢环组成，其采用钢质材料，简称钢带。

主、从动轮系的轴轮、带轮都带有单边锥面结构，轴轮锥面与带轮锥面组合成一个锥槽滚轮。钢带的钢片两侧带锥度，与组合锥槽滚轮贴合，将主动轮系和从动轮系连结成完整的功能系统。

2.2 CVT变速系统变速原理

CVT的速比变化是通过改变主、从动轮系的轴轮与带轮锥面的工作距离，从而改变钢带在组合轮系锥面的半径位置，最终调整了钢带在主、从轮系接合锥面半径比，完成CVT速比的变换，如图2所示。

CVT的速比调定后，需要保持稳定，产品设计通过保持主、从动带轮油缸油液产生的夹紧力比值来保证。

受钢带传递扭矩的能力限制，CVT的一个显著缺点是扭矩传递能力相对MT、AT偏小，仅适合于发动机排量在1.0L～1.6L的小型汽车上。文章将进一步对一款CVT产品的变速系统特征参数作详细的分析和验证，以确认系统的最大工作能力，以期提高产品功能应用。

3 CVT变速系统的变速能力

3.1 CVT变速系统的变速能力计算

CVT变速系统的变速能力可用速比宽度Bi表示，按公式（1）计算。

在设计上，取主动轮最小工作半径与从动轮最小工作半径近似相等、主动轮最大工作半径与从动轮最大工作半径近似相等。在设计轮的半径时，取主从轮的最小半径相等，最大半径可有微小差别，以便得到需求的速比。

3.2 CVT现产品变速系统变速能力值

根据CVT现产品变速系统的设定，R1min、R1max、R2min、R2max取值如表1所示，计算得其变速能力，得其速比宽度Bi为：Bi=6.96

3.3 CVT现产品变速系统变速能力极限分析

根据CVT现产品变速系统主从轮与钢带配合的结构尺寸，如图3所示，轮的锥面最大可用半径R0为：

R0=85.35

钢带的钢片在工作半径点的上肩高H为：

H=3

由此，可得CVT现产品变速系统主从轮的钢带可用最大工作半径Rmax为：

R1max=R2max=82.35

最后，可得CVT现产品变速系统的极限能力，其速比宽度Bimax为：

Bimax=（82.35×82.35）/（31×31）=7.048

4 CVT变速系统的扭矩传递能力

CVT变速系统的扭矩传递能力受主、从动轮系强度、刚度及钢带强度的影响，提升轮系及钢带的强度可增大CVT变速系统的扭矩传递能力。

4.1 主动轮系强度与刚度CAE计算分析

带轮油缸由液压产生对钢带的轴向压紧力Fa，针对不同的传动扭矩有不同的Fa值要求，通过Fa值可以对轮系的锥面进行强度与刚度的计算分析。设定多种动力传递扭矩状况下的轮系锥面强度与刚度CAE计算结果如表2所示。

CVT现产品变速系统设计是在输入工作扭矩260Nm下工作，根据轮系零件选用材料及热处理工艺，零件材料屈服强度达到1000MPa以上，产品在输入工作扭矩290Nm下运转能够满足可靠性要求。

4.2 CVT变速系统的钢带扭矩传递能力选择

CVT变速系统的钢带是由鋼片与钢环构成，扭矩传递能力由钢环的大小强度体现。在专业制造厂家，钢带是规格型号产品，不同规格型号匹配不同的传递扭矩。根据CVT产品的功能参数要求，选择使用专业制造厂家型号为28-10-1.8的钢带，其可使用最大传递扭矩305Nm，设定适用工作最大扭矩可为290Nm。

在专业制造厂家进行了钢带的最大扭矩可靠性台架测试，测试结果如表3所示，满足循环次数要求。

另外，对整条钢带的钢环进行专门的拉力承受能力的台架测试试验，测试结果如表4所示，结果数据满足290Nm传递扭矩拉力保证要求。

综上可知，CVT变速系统的钢带使用传递扭矩290Nm满足可靠性要求。

5 结束语

通过对CVT变速系统的轮系零件及钢带进行强度和钢度的CAE分析，同时进行产品的台架测试试验，论证了现有产品CVT变速系统可以提高使用扭矩能力，增强CVT产品的适用功能。

参考文献：

[1]程耐士等. 汽车金属带式无极变速器——CVT原理和设计[M].机械工业出版社，2008.1.

[2]谭拥军等.金属带带环疲劳试验研究[J].汽车工艺与材料，2006（11）：14-18.