李穩(wěn)銀

（湖南工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 株洲412000）

無(wú)級(jí)變速是目前傳動(dòng)系統(tǒng)中的一種新的形式，它是相對(duì)于有級(jí)變速來(lái)說(shuō)的。無(wú)級(jí)變速能夠?qū)崿F(xiàn)輸入和輸出在任意范圍內(nèi)變化，打破了有級(jí)變速只能夠在某幾個(gè)速度上變化的現(xiàn)狀。無(wú)極變速的輸入和輸出是通過(guò)中間介質(zhì)進(jìn)行連接的，根據(jù)連接介質(zhì)的不同，可以將無(wú)極變速分成機(jī)械無(wú)極變速、液力無(wú)級(jí)變速和電力無(wú)極變速三種。

1 無(wú)級(jí)變速的工作原理

無(wú)極變速的形式有很多種，下面我們以傳動(dòng)帶式無(wú)極變速為例，介紹起工作原理。該變速系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)滑輪、從動(dòng)滑輪和傳動(dòng)帶三部分構(gòu)成，工作過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)其輸入和輸出速度的任意變化。如低速時(shí)可適當(dāng)增大驅(qū)動(dòng)輪的寬度，降低從動(dòng)輪的寬度，增加傳動(dòng)比；高速時(shí)則降低驅(qū)動(dòng)輪的寬度，增大從動(dòng)輪的寬度。

另外凸輪機(jī)構(gòu)也是無(wú)極變速系統(tǒng)中常用的機(jī)構(gòu)之一，它通過(guò)改變凸輪形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)不同速度的輸出，通過(guò)凸輪半徑的連續(xù)變化實(shí)現(xiàn)了速度的不間斷變化。

跟傳統(tǒng)的齒輪變速系統(tǒng)相比，無(wú)極變速系統(tǒng)將直徑可變的主動(dòng)輪系統(tǒng)替換了原有變速系統(tǒng)中復(fù)雜且笨重的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的連續(xù)調(diào)節(jié)，滿足了傳統(tǒng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的最佳配合，提高了傳統(tǒng)系統(tǒng)的工作效率和性能。目前無(wú)極變速被廣泛應(yīng)用到汽車、輪船、機(jī)床以及農(nóng)業(yè)機(jī)械等的傳動(dòng)裝置中，得到了人們的廣泛好評(píng)。

2 常見(jiàn)無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)類型

無(wú)極變速系統(tǒng)根據(jù)其傳動(dòng)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(jiàn)的無(wú)極變速系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

（1）摩擦型無(wú)極變速器。摩擦型無(wú)級(jí)變速器是利用摩擦力進(jìn)行力和力矩傳遞的，工作過(guò)程中通過(guò)改變主從動(dòng)件的位置和接觸面積來(lái)實(shí)現(xiàn)各種速度的調(diào)節(jié)。一般情況下，摩擦型無(wú)極變速器主要有變速傳動(dòng)裝置、加壓裝置和調(diào)速控制系統(tǒng)組成，其中傳動(dòng)裝置是由不同形狀的剛性元件組成的。

（2）帶式無(wú)極變速器。帶式無(wú)級(jí)變速主要有帶輪、皮帶、調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)和擠壓裝置組成。調(diào)速過(guò)程中，摩擦力是主動(dòng)力，通過(guò)摩擦力實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪之間力和力矩的傳遞。速度的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變帶輪的工作半徑來(lái)完成的，具有傳統(tǒng)平穩(wěn)、噪聲小和變速范圍大等特點(diǎn)。

根據(jù)傳動(dòng)帶的形狀不同，可以將其分成平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)兩種，平帶無(wú)級(jí)變速器中帶輪的形狀為圓錐形，工作過(guò)程中平帶能夠沿著錐帶輪軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出速度的調(diào)節(jié)，其能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的速度范圍較小，傳遞的功率較低，整個(gè)變速器的變形尺寸較大。V帶傳動(dòng)則通過(guò)改變V帶在V型槽中的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的無(wú)極調(diào)節(jié)。

（3）液壓式無(wú)級(jí)變速。液壓無(wú)極變速系統(tǒng)是常見(jiàn)的一種液體無(wú)級(jí)變速器，它以液壓油為介質(zhì)調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出速度。按照其控制方式的不同，可以將液壓無(wú)極變速系統(tǒng)分成泵控調(diào)速、閥控調(diào)速和液力變矩器調(diào)速等。泵控調(diào)速通過(guò)改變液壓泵的容積大小實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓油大小的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)；閥控調(diào)速則是通過(guò)改變液壓閥中液體的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。

液壓無(wú)級(jí)變速器在進(jìn)行速度調(diào)節(jié)時(shí)，運(yùn)行慣性小，動(dòng)作靈敏，能夠快速實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的制動(dòng)，速度調(diào)節(jié)非常平穩(wěn)，且具有較大的速度調(diào)節(jié)范圍。液壓無(wú)級(jí)變速器常用于大功率、重載的速度控制中，如汽車、礦山機(jī)械、環(huán)保機(jī)械以及太空探測(cè)機(jī)械等。

（4）電力無(wú)極調(diào)速。直流調(diào)速和交流調(diào)速是電力無(wú)極調(diào)速中常見(jiàn)的兩種形式，通過(guò)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器速度的調(diào)節(jié)。其中直流調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)電樞中的電阻大小、電壓大小或者磁通量的多少來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)；交流調(diào)速則是通過(guò)改變電機(jī)兩級(jí)中的電壓和頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。

一直以來(lái)直流調(diào)速是電力調(diào)速中的唯一手段，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍內(nèi)的無(wú)極調(diào)速，但是由于調(diào)速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，維修困難，所以常被用于中小功率的無(wú)極調(diào)速中。交流無(wú)極調(diào)速是隨著交流技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，具有較高的調(diào)速平滑性，跟直流相比對(duì)電網(wǎng)的沖擊性較小，便于安裝、維護(hù)和維修，在現(xiàn)階段得到了較多的應(yīng)用。

3 無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展前景

無(wú)級(jí)變速器具有體積小、重量輕、傳動(dòng)效率高和油耗低等特點(diǎn)，在汽車工業(yè)中得到了較多的應(yīng)用。如一汽大眾汽車上采用的大多數(shù)是電控傳動(dòng)鏈?zhǔn)綗o(wú)級(jí)變速器；廣州本田和奇瑞汽車采用的是電控傳動(dòng)帶式無(wú)極變速器。到目前為止，大部分汽車都采用了先進(jìn)的無(wú)級(jí)變速技術(shù)，具有非常廣闊的發(fā)展前景，無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展乃至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都要非常重要的意義。隨著科技的不斷發(fā)展，無(wú)級(jí)變速器未來(lái)將朝著以下3個(gè)方面發(fā)展：

（1）成本更低廉；隨著科技的發(fā)展，無(wú)級(jí)變速器各個(gè)零部件的生產(chǎn)過(guò)程會(huì)向著自動(dòng)化和規(guī)?；姆较虬l(fā)展，勞動(dòng)力成本的減低和勞動(dòng)效率的提高，必然帶來(lái)無(wú)級(jí)變速器生產(chǎn)和使用成本的降低。

（2）集成性更高，無(wú)級(jí)變速器將和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)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(tǒng)已經(jīng)研發(fā)成功，正在進(jìn)行性能測(cè)試。

（3）油耗更小，污染更輕，隨著混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展，裝有無(wú)級(jí)變速的混合動(dòng)力汽車其油耗將比傳統(tǒng)變速器降低30%，污染物的排放量也將降低50%，順應(yīng)了我國(guó)節(jié)能減排的政策，具有廣闊的發(fā)展空間。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)級(jí)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(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的匹配性和效率。跟傳統(tǒng)的有級(jí)變速系統(tǒng)相比，無(wú)極變速克服了傳統(tǒng)變速系統(tǒng)對(duì)速度的限制。文章介紹了無(wú)級(jí)變速的工作原理，給出了常見(jiàn)的摩擦式、帶式、液壓式、直流和交流式無(wú)級(jí)變速類型的組成和特點(diǎn)，并且對(duì)無(wú)級(jí)變速在汽車上的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

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