聞俊

（鄭州大學(xué)國(guó)際學(xué)院，河南 鄭州 450000）

無級(jí)變速器又名CVT 變速器，是機(jī)械系統(tǒng)中的傳動(dòng)部分，其可以在連續(xù)改變傳動(dòng)比，提升機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)效能。在多種無級(jí)變速器中，脈動(dòng)式的無級(jí)變速器可靠性高且穩(wěn)定性強(qiáng)，因此，需要工作人員不斷地對(duì)其進(jìn)行研究，使其可以突破現(xiàn)有的狀態(tài)，得到更好的發(fā)展。

1 脈動(dòng)式無級(jí)變速器的工作原理

我國(guó)市面上脈動(dòng)式變速器結(jié)構(gòu)上大致相同，都是由發(fā)生機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)以及離合器三個(gè)部分組成，其通過運(yùn)作離合器可以將原本輸出部分的雙向擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾Ч训拿}動(dòng)性擺動(dòng)，通常用于減速型的變速器中，其轉(zhuǎn)動(dòng)方式主要為單向轉(zhuǎn)動(dòng)。其工作的過程為：動(dòng)力機(jī)構(gòu)輸入近似的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，該勻速轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過脈動(dòng)發(fā)生機(jī)構(gòu)（常見的有四桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等）轉(zhuǎn)換成為雙向擺動(dòng)，在離合器單向傳動(dòng)作用下，將其轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)型轉(zhuǎn)動(dòng)。通常將脈動(dòng)發(fā)生機(jī)構(gòu)按照一定的相位順序進(jìn)行排列，分為并列式與星式，這樣排列的目的是將單相脈動(dòng)速度的輸出通過交替工作的形式進(jìn)行疊加，使輸出更加具有連續(xù)性、平穩(wěn)性。改變各個(gè)系統(tǒng)組成部分的位置，可控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，如通過滑塊可以調(diào)整連架桿的長(zhǎng)短。其中一種常見的凸輪式脈動(dòng)發(fā)生器工作原理如圖1 所示。

輸入軸帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪頂推連桿CD 使其運(yùn)動(dòng)，圓弧槽可繞O 點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，D 處滑塊可沿圓弧槽進(jìn)行滑動(dòng)。連桿CD 把運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)到AC，搖桿AC 開始進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)，帶動(dòng)A處離合器單向旋轉(zhuǎn)。將圓弧槽圓心G 的位置改變，可以調(diào)節(jié)機(jī)架AG 的長(zhǎng)度，以此進(jìn)行調(diào)速。將三相該機(jī)構(gòu)按120 度相位差并聯(lián)，沿公共輸出可得平穩(wěn)轉(zhuǎn)速。

圖1 一種凸輪式脈動(dòng)發(fā)生器工作原理圖

2 脈動(dòng)式無級(jí)變速器的優(yōu)點(diǎn)分析

脈動(dòng)式無級(jí)變速器對(duì)比其他的齒輪式、液動(dòng)式、電力式無級(jí)變速器，有著更加明顯的優(yōu)勢(shì)，其變速范圍更廣，傳動(dòng)比也更加精確。因?yàn)槊}動(dòng)式無級(jí)變速器的主要組成部分為連桿、搖桿、離合器、凸輪等，這些設(shè)備的價(jià)格較低且使用效果好，因此，脈動(dòng)變速器的性價(jià)比對(duì)比其他無級(jí)變速器要高，同時(shí)，脈動(dòng)式的無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)更加緊密，其耐熱性較高，不會(huì)因?yàn)橥饨鐨鉁氐淖兓淖?，其穩(wěn)定性也相對(duì)較高。變速器的發(fā)生機(jī)構(gòu)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(dòng)變速器的功能完整地體現(xiàn)出來。如將脈動(dòng)變速器中的四相并列變速器與三相星式脈動(dòng)變速器進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，多相并列變速器的輸出軸與輸入軸運(yùn)轉(zhuǎn)效率較高，其共用一個(gè)輸出軸，以此做到了“同軸輸出”，結(jié)構(gòu)較為緊密。而三相星式脈動(dòng)變速器的每個(gè)結(jié)構(gòu)擁有獨(dú)立的過渡軸，這些過渡軸會(huì)在輸出軸進(jìn)行匯聚，在結(jié)構(gòu)上更加完善，同時(shí)，因?yàn)檫\(yùn)用了星式排列的方式，變速器的平衡能力更高，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

3 脈動(dòng)式無級(jí)變速器的缺點(diǎn)及改進(jìn)方法

（1）機(jī)構(gòu)組合與整體架構(gòu)。脈動(dòng)式無級(jí)變速器有著很多明顯的優(yōu)點(diǎn)，然而，其也有所不足。如脈動(dòng)變速器使用了星型排列結(jié)構(gòu)時(shí)，其輸出形式為多軸輸出，在工作時(shí)需要由其他平面上的齒輪組一同運(yùn)作，齒輪組會(huì)與輸出軸結(jié)合進(jìn)行各相運(yùn)作，使無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，增加了生產(chǎn)成本。對(duì)于這種情況，工作人員應(yīng)完善設(shè)計(jì)理論，優(yōu)化各個(gè)部分的組合形式，加強(qiáng)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。脈動(dòng)變速器工作能力的高低與其發(fā)生機(jī)構(gòu)的工作能力息息相關(guān)，所以，工作人員的設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)放在脈動(dòng)機(jī)構(gòu)中的發(fā)生裝置上，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮多相結(jié)構(gòu)的搭配方式，引進(jìn)先進(jìn)的加工技術(shù)，以此滿足發(fā)生部分的使用要求。

（2）調(diào)速機(jī)構(gòu)適應(yīng)性較弱，應(yīng)用領(lǐng)域較小。脈動(dòng)式的調(diào)速機(jī)構(gòu)適應(yīng)性能較弱，其應(yīng)用領(lǐng)域也較小，因此，沒有在市場(chǎng)中廣泛流傳。因此，工作人員應(yīng)使用正確的方式拓展脈動(dòng)變速器的應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)在，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)的主要研究方面為控制不確定因素，實(shí)現(xiàn)智能化操控，而市面上常見的脈動(dòng)變速器多為GUSA 型的調(diào)速結(jié)構(gòu)，需要人們手動(dòng)操控渦輪與蝸桿，通過改變連桿的方向與幅度改變調(diào)速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。工作人員可以在調(diào)速機(jī)構(gòu)上增加彈簧或阻尼器，以此突出變速器的軸心區(qū)域，當(dāng)工作人員改變凸輪機(jī)構(gòu)以及曲柄軸心時(shí)，曲柄結(jié)構(gòu)會(huì)自動(dòng)適應(yīng)變化，通過這個(gè)改變，脈動(dòng)變速器可以廣泛安裝在電動(dòng)車、發(fā)電機(jī)等設(shè)備中，促進(jìn)脈動(dòng)變速器的發(fā)展。

（3）離合器的使用壽命。脈動(dòng)變速器在使用過程中會(huì)對(duì)離合器造成巨大的負(fù)擔(dān)，長(zhǎng)時(shí)間的工作，會(huì)使離合器的性能逐漸降低，最后，出現(xiàn)損壞。因此，工作人員需要運(yùn)用正確的技術(shù)延長(zhǎng)離合器的使用壽命與轉(zhuǎn)矩能力。脈動(dòng)變速器主要應(yīng)用在中功率或小功率的設(shè)備當(dāng)中，如果工作人員將其應(yīng)用在大功率的設(shè)備中，其結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不平衡的情況，且發(fā)生劇烈振動(dòng)，在強(qiáng)烈的振動(dòng)下，離合器內(nèi)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈且持續(xù)性的沖擊力，導(dǎo)致離合器出現(xiàn)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(yùn)用柔性結(jié)構(gòu)，以此減少離合器受到的沖擊力，提升其荷載能力，延長(zhǎng)其使用壽命。

4 國(guó)內(nèi)外脈動(dòng)式無級(jí)變速器的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）國(guó)外脈動(dòng)式無級(jí)變速器的發(fā)展現(xiàn)狀。國(guó)外對(duì)于脈動(dòng)變速器的研究已經(jīng)擁有悠久的歷史，從20 世紀(jì)開始，人們就將脈動(dòng)變速器應(yīng)用在汽車的雨刷器、農(nóng)業(yè)、紡織業(yè)中。在研發(fā)階段的初期，國(guó)外使用的脈動(dòng)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(jìn)行循環(huán)擺動(dòng)運(yùn)用。經(jīng)過多年的研究，國(guó)外的脈沖變速器技術(shù)水平越來越高，大批操作簡(jiǎn)單、變速效果好的變速器隨之出現(xiàn)，這些變速器的轉(zhuǎn)動(dòng)比可以達(dá)到1:20，并且小巧靈活，方便工作人員維修。

（2）國(guó)內(nèi)脈動(dòng)式無級(jí)變速器的發(fā)展現(xiàn)狀。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)于脈沖變速器的研究水平正在不斷提升，脈動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究水平出現(xiàn)了大幅度提升，從傳統(tǒng)的六桿脈動(dòng)變速器發(fā)展到了如今的齒輪式、連桿式、凸輪式脈動(dòng)變速器，變速器技術(shù)得到了發(fā)展。然而，部分變速器使用的方式多為并列式布置或手動(dòng)調(diào)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(dòng)無級(jí)變速器的發(fā)展方向

在無級(jí)變速器的發(fā)展中，越來越多的先進(jìn)變速器被研發(fā)出來，這些變速器的應(yīng)用促進(jìn)了工業(yè)化的發(fā)展，使社會(huì)不斷進(jìn)步，因此，工作人員應(yīng)不斷研究先進(jìn)的脈動(dòng)變速器，與各個(gè)國(guó)家互相交流，互相引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破，其主要發(fā)展方向?yàn)椋?/p>

第一，創(chuàng)新脈動(dòng)變速器的形式，改進(jìn)先進(jìn)技術(shù)。各工作人員應(yīng)當(dāng)加大投資，從世界各地購(gòu)買先進(jìn)的變速器進(jìn)行研究，從現(xiàn)有行星錐盤脈沖變速器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)出更加先進(jìn)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(zhuǎn)速，提高其轉(zhuǎn)矩。經(jīng)過研究表明，現(xiàn)階段變速器轉(zhuǎn)矩至少可以提升2 倍，而變速則可以提升20 倍。

第二，研發(fā)車用脈沖變速器。市面上已經(jīng)擁有帶式的脈沖變速器，并且開始進(jìn)行規(guī)?；纳a(chǎn)，因此，工作人員應(yīng)當(dāng)加大生產(chǎn)力度，減少國(guó)外脈沖變速器的購(gòu)買量，研發(fā)我國(guó)獨(dú)立生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)變速器。

第三，脈沖變速器的創(chuàng)新。工作人員要使用非摩擦變速器進(jìn)行傳動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)高速、高效、恒功率、高功率的發(fā)展目標(biāo)，將變速器結(jié)構(gòu)變的更加緊湊，提升其性能。

6 結(jié)語

綜上所述，我國(guó)應(yīng)努力研究脈動(dòng)式變速器的現(xiàn)狀，以此實(shí)現(xiàn)技術(shù)層面的突破。經(jīng)過上述內(nèi)容可知，國(guó)外的無級(jí)變速器研究已經(jīng)處于一個(gè)較高的階段，我國(guó)廠商為了提升自身的經(jīng)濟(jì)效益，不能只滿足于仿制與改造，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)揮脈動(dòng)式變速器的優(yōu)點(diǎn)，改正其缺點(diǎn)，使其可以成為我國(guó)的主流變速器。