CVT变速箱

CVT变速箱（Continuous   variable   transmission），也称为无级变速器、无级变速器、无级变速器等，是一种可以实现传动比连续变化的传动。除了连续传动比外，CVT变速器还具有动力传递平稳的特点、结构简单紧凑、成本较低、良好的燃油经济性等等，也成为了当今比较主流的自动变速器之一。

CVT根据动力传动方式的不同主要分为机械式、流体式、电动式等类别；不管是什么样的CVT，一般都是由无级变速传动机构组成、行星齿轮机构、启动机构和控制系统等，并且都是通过滑轮和传动带实现传动比的连续变化（或者变速）CVT主要用于汽车、农业和工业设备领域未来将向高效率方向发展、轻量化、智能化、混合动力等方向。

15世纪（1490年），莱昂纳多·达芬奇（Leonardo da Vinci）绘制了无限传动比变速器的相关结构示意图；弥尔顿，1879年·里夫斯发明了一种用于锯切和铣削的连续可变传动装置随后，戴姆勒和梅赛德斯奔驰于1886年注册了第一个用于车辆的摩擦带无级变速器专利。美国在1935年注册了无级变速器。CVT的大规模生产和大规模应用始于1958年当时，荷兰DAF公司的Hub van Doorne博士成功地开发了一种名为Variomatic的双V形橡胶带式无级变速器，并将其安装在DAF公司生产的水仙牌汽车上。然后，CVT经历了融合变矩器、传动带用金属带代替橡胶带、扭矩容量增加等变化，最终成长为最主流的变速器之一。

CVT变速器可以实现无级变速比，其工作原理是通过改变传动钢带或链条在主从动锥轮中的位置来实现无级变速比，从而实现无级变速。其中，当钢带或链条在主动锥轮上的接触半径较大，但在从动锥轮上的接触半径较小时，钢带或链条将处于高速状态，主动轮将旋转得更快，车速将相对较快，否则，车辆将处于低速状态。而且，由于主动锥轮均为锥形，钢带与链条在锥面上的接触半径可以线性变化，因此传动比也可以线性变化，从而实现车辆的无级变速。

CVT变速器一般由无级变速机构组成、行星齿轮机构、起动机构和控制器等。其中无级变速机构是CVT的核心机构， 主要负责动力传递和速比无级变化；行星齿轮机构用于切换前进档和倒档，并补偿主变速器的速比；启动机构用于控制动力传输和平稳启动；控制器用于控制起动机构、发动机转速等。

无级变速机构

无级变速传动机构是CVT中实现传动比连续变化的重要机构。机械无级变速传动机构通常由金属传动件制成、主动轮组、从动轮组和其他零件。机械无级变速机构的原理是改变一个部件的位置或尺寸，无级地改变主动盘和被动盘的有效直径，从而达到自动无级变速的目的。根据金属传动部件的不同，一般分为金属带式和链式。

金属传动件

金属传动件主要有金属链条和金属推力钢带。金属推力钢带由数百个金属推片和两组金属环组成。钢带的宽度和长度有多种规格。钢带需要由高强度特殊钢制成。动力传输分为两个阶段：在初始阶段，扭矩通过钢圈内侧与推板接触面之间的摩擦传递，然后通过钢带一侧的张力传递。随着扭矩的增大，钢圈内侧随着推片滑动，另一侧的推片受到挤压，通过推片之间的推力传递部分扭矩。在实际应用中，大部分扭矩的传递依赖于推件之间的挤压，因此也称为推力带。CVT金属链条不同于传统链条，需要由高强度和刚性的钢材制成它通过销的侧面和皮带轮的锥形表面之间的摩擦传递动力一组销由具有两个弧形表面的销组成，这样当传动链进入或退出滑轮时，销和链节之间没有相对滑动，两个链节之间的弯曲是通过滚动销的两个配合面来完成的，这提高了链条的寿命并增加了传动效率。CVT 传动链每个链条的节距不同，使得工作中每个销与锥盘接触的频率不同，从而有效降低振动和噪声。

带轮

主、从动轮组由一个活动锥体和一个固定锥体组成滑轮靠近加压装置的一侧可以轴向移动，而另一侧是固定的。动盘和定盘均为锥形结构，其锥面形成 V3356型凹槽与 V3356型金属传动件啮合，通过皮带轮侧面与金属带侧面的摩擦传递动力。工作时，需要保证传动带与皮带轮锥面之间始终有足够的正压力，以保证动力的可靠传递通过调节主从从动锥盘的压力比，可以改变主从从动带轮的活动锥盘的轴向位置，从而改变传动比。可动盘的轴向移动由变速器的电子控制系统根据驱动器 的意图、从动轮加压机构压力。由于主动轮和从动轮的工作半径可以连续调节，因此实现了无级变速。滑轮通常由铸钢或钢板焊接而成，对尺寸参数和表面粗糙度有相关要求。

行星齿轮机构

CVT的行星齿轮机构的作用是在换档时改变变速器输出轴的旋转方向。通常由太阳轮、行星齿轮架、行星齿轮、太阳齿轮与输入轴和前进离合器的钢板连接，两排行星轴安装在行星架上（行星齿轮1与太阳齿轮啮合，行星齿轮2与齿圈啮合，行星齿轮相互啮合）行星齿轮架与前进摩擦膜连接，齿圈与后退制动摩擦片连接。当变速箱处于前进档状态时，前进档离合器接合（也就是说，离合器钢板与摩擦片接触）因为前进档离合器的钢板与太阳轮连接，摩擦片与行星架连接，此时太阳轮（变速器输人轴）与行星架（输出部分）连接，行星齿轮机构被锁成一个整体，与发动机同向运转。当变速箱处于倒档时，倒档制动器接合（也就是说，倒档制动器的摩擦片接触倒档制动器的钢板）因为倒档制动器的摩擦片与齿圈连接，倒档制动器的钢板与变速器壳体连接，此时齿圈固定，太阳轮固定（输人轴）旋转驱动行星齿轮运转由于齿圈固定不动，行星齿轮在旋转的同时绕太阳齿轮公转，从而驱动行星架绕太阳齿轮运转由于有两排行星齿轮，太阳齿轮和行星架的旋转方向相反，实现了动力的反向输出。

起步机构

为了实现平稳起动，CVT 采用湿式离合器作为主要的起动机构、可锁定的液力变矩器等。湿式起动离合器由于在起动过程中发热量大，难以避免冲击和顿挫等问题仅在少数 CVT 产品中使用，其他  CVT 3356基本采用液力变矩器作为起动机构。液力变矩器通常包括：涡轮、导轮、泵轮、锁定活塞，使用自动变速器的液压油作为工作介质。发动机的曲轴直接带动涡轮旋转，涡轮搅动液力变矩器中的液压油，使液压油旋转。然后液压油通过导轮的调节流向泵轮，泵轮接受液压油的流动能量，从而驱动变速器转动。锁止活塞根据负载自动锁止液力变矩器，使曲轴直接驱动变速器的输入轴，从而增加传递的扭矩。液压油作为动力传递的介质，使液力变矩器对负载冲击有很好的缓冲吸收作用，具有减速增扭的功能，可以很好地吸收起步过程中的冲击负载，增加扭矩输出。但由于液动力效率低，一般工况下液力变矩器泵轮和涡轮会锁死成一个整体，使得动力传递效率较高。

该控制系统用于实现CVT系统传动比的无级自动改变。在CVT系统中，使用机器-液控制系统或电-液控制系统。它主要由油泵组成（齿轮泵或叶片泵）液压调节阀（调整皮带和车轮之间的速度比和压力）传感器（节气门和发动机转速）和主、从工作轮的液压缸和管路，实现无级变速调节。 速比控制、夹紧力和起步离合器的控制是CVT控制系统的关键。控制系统从传感器获得数据，经ECU计算后，通过控制油泵和液压调节阀来改变各个液压缸的压力，从而控制主副阀、从工作轮和离合器的状态完成CVT的工作目的。

油泵

油泵作为液压控制系统的核心动力源，负责向自动变速器的关键部件提供必要的油压，实现润滑和控制功能。它输出的主油压，也称为管路油压，调节后可产生多个分支油压。机油泵通常位于变矩器后面，由变矩器壳体驱动，其转速与发动机同步。CVT中常见的油泵类型包括内齿轮油泵、叶片泵和摆线转子泵，其中内齿轮油泵应用最广泛。内啮合齿轮油泵由驱动齿轮组成（内齿轮）从动齿轮（外齿轮）月牙形隔板、泵壳和泵盖等。月牙形隔板将齿轮之间的间隙分隔成吸油腔和油压腔，分别设有进油口和出油口。当发动机运转时，主动齿轮由变矩器壳体驱动旋转，进而驱动从动齿轮同步旋转。在吸油腔中，由于齿轮的啮合和退出，形成局部真空以吸入液压油；在油压腔中，齿轮的啮合使腔容积减小，油压增加，液压油从出油口排出。

CVT变速箱根据动力传递方式的不同，主要可以分为机械式、流体式、电动式，其中机械式CVT应用最为广泛。机械式无级变速器主要根据不同的传动部件进行分类，主要有橡胶带式无级变速器、链式CVT、三类金属带式无级变速器。

橡胶带式CVT：橡胶带式无级变速器结构主要由驱动轮组成、一个从动轮和一条橡胶V形传动带。橡胶带CVT具有连续变化的速比、结构简单、成本低廉、安装和维修方便、操控简单、由于其平稳舒适的驾驶性能，被广泛应用于全地形越野车中（ATV）在园林运输车和运动休闲车等特种车辆的传动系统中。由于橡胶带CVT是通过摩擦驱动的，其传动效率为80％左右。橡胶带CVT结构还需要解决整车传动效率低的问题、重载条件下胶带打滑、皮带工作寿命短，简化了 CVT的橡胶皮带结构。

链式CVT：链式CVT结构主要由滚针链和主、从动锥盘和其他零件。擀面杖链由链片和擀面杖组成的链节单元串联而成，每个链节由多个相同类型的链片和两个擀面杖组成，擀面杖的长度略大于链片中链片的厚度。在工作过程中，由于链节啮合成锥盘，擀面杖与锥盘的接触摩擦使链节中存在张力，张力在相邻的链节之间传递，即传递扭矩以张力的形式在擀面杖链中传递，所以擀面杖链也叫张力链。擀面杖链CVT具有更高的扭矩承受能力，链内摩擦损失更小，传动效率更高。链式CVT是应用最广泛的无级变速器之一。CVT也可以用于混合动力汽车，许多制造商也推出了适用于混合动力汽车的 CVT。链条 CVT 在传输过程中受到振动的冲击、打滑、由于元件的磨损和变形，链式无级变速器的运动状态也受到多边形效应的影响。为了解决这些问题，CVT的发展方向是机械结构创新、动态特性解析、磨损机理探索和控制策略匹配等。

金属带式CVT：钢带无级变速器的基本结构主要由钢带和主、从动锥盘和其他零件。钢带由两组相同的金属环和许多金属推片组成。在传动过程中，当金属推动器与主动锥盘啮合时，系统控制作用在金属推动器侧面的锥盘斜面的夹紧力以及锥盘与推动器之间的相对运动趋势，这导致金属推动器与金属环之间的轻微滑动，从而使推力依次在金属推动器之间向前传递，从而将扭矩从主动轴传递到从动轴。因此，根据其传动机构的特点，钢带式无级变速器也称为止推带式无级变速器。钢带式CVT磨损小，传动比控制稳定；钢带CVT的质量分布在纵向上比较均匀，纵向尺寸较小，因此钢带CVT的多边形效应较小，行驶时NVH性能较好。钢带式CVT是目前应用最广泛的无级变速器之一。CVT也可以用于混合动力汽车，许多制造商也推出了适用于混合动力汽车的 CVT。钢带无级变速器在传动过程中受到振动的冲击、打滑、由于零件的磨损和变形，钢带式CVT  在速比变化时仍存在轴线偏移的问题。由于其传动原理和材料技术的限制，CVT 传递的扭矩能力有限（截至2004年， CVT 型金属推力带的最大传动扭矩为 350Nm）为了解决这些问题，CVT的发展方向是机械结构创新、动态特性解析、磨损机理探索和控制策略匹配等。

影响CVT生产和发展的关键因素包括CVT电控技术和CVT材料技术、CVT零件加工技术和润滑油等。

CVT电控技术：CVT控制技术分为TC控制、D/R离合器控制、钢带控制、液压控制和诊断控制的五个方面。CVT控制系统通过传感器获取CVT的运行状态，并通过控制液力变矩器来锁定离合器（Torque converter clutch, torque   torque converter   clutch），Ｄ／r离合器驱动轮从动轮和液压系统调节CVT的运行状态。CVT控制系统通过与发动机的通用特性曲线相匹配，可以达到最佳燃油经济性的目的。同时，CVT控制系统还可以实现硬件特性偏差的自适应控制，快速响应驾驶员 功率需求，保护CVT硬件和延长CVT零件的寿命。

CVT变速箱

CVT材料技术：CVT传递的扭矩受到材料强度的限制。CVT材质的好坏也直接影响变速器的耐久性。CVT的材料必须具有高强度、高硬度和抗疲劳性，以及良好的耐腐蚀性和稳定的机械性能。与其他零件相比，无级变速器机构用钢的要求最高，制造难度和成本也最高。目前市场占有率最高的CVT采用性能优异的高强度钢，其中以T702高强度钢为主，抗拉强度达到2000MPa 以上。随着材料工艺的提高，CVT变速器的耐久性和传递扭矩将进一步提高。

无级变速器零件加工技术：CVT无级变速传动机构需要精密加工，尤其是表面处理对提高传动效率和减少磨损至关重要。例如，可以进行激光加工，通过零件的激光熔边使切削刃变圆，从而消除微小划痕和边缘磨损，并明显提高零件的精度和质量。斜齿轮也需要表面处理。例如，首先对锥形轮进行镜面加工，然后后期在光滑的锥形表面上添加一些线条。经过这种处理后，不仅增加了斜齿轮的硬度，而且由于留在颗粒中的润滑油的表面张力，可以有效地增加斜齿轮与钢带或链条之间的静摩擦，从而避免打滑，提高汽车 CVT 变速器的耐用性。

润滑油：CVT油中所含的添加剂通过摩擦在零件与工作轮的接触面上形成边界润滑膜。这种边界润滑膜的结构和机械性能极大地影响了零件和工作轮之间的摩擦磨损特性。为了防止部件和滑轮滑动，减少磨损，需要合适的摩擦系数值来提高动力效率。CVT油要有良好的耐磨性、抗氧化和抗化学降解，能在高温高负荷下保持稳定性，有效防止高温下油膜过度变薄、低温时油膜变厚，造成变速器损坏。不合适的CVT油会直接造成零件和锥齿轮之间的异常磨损和损坏。

优点

整车动力性：由于CVT没有一般自动变速器的变速挡位，所以没有自动变速器的换挡过程，由此带来的换挡顿挫感也就消失了与MT相比，、DCT和AT等CVT车型的平顺性大大提高。

燃油经济性：CVT可以实现大范围无级变速，实现传动系统与发动机特性的最佳匹配车速变化时，发动机转速波动范围小，使发动机始终工作在燃油经济区，提高了发动机的燃油效率，从而提高了整车的燃油经济性。相比AT和其他有级变速器，燃油经济性会更好。

结构经济性：与有级变速器相比，CVT系统的结构相对简单， 也更有利于轻量化、小型化设计。CVT没有t需要多个齿轮组进行传动，既没有MT众多的齿轮副，也没有AT复杂的行星齿轮组，而是通过一组可变直径的传动轮和皮带传递发动机扭矩，实现扭矩输出。CVT传动系统的零件数量与AT进行了比较、MT和DCT较少，传输成本降低了20%以上。与相同扭矩能力的AT自动变速箱相比，CVT变速箱系统理论上可以拥有无限多个档位，档位设置更加自由传统传动系统中的传动比为、速比以及性能、耗油、废气排放的平衡更容易实现。

降低驾驶难度：自动变速器是为配备大排量发动机的舒适家用车而设计的它的主要目标是使驾驶员在起步和换挡时不必用力踩离合器踏板，而不像手动变速器那样需要确定合适的换挡时机并协调操作，这样就大大降低了上坡起步时发动机熄火的概率，使驾驶变得更加轻松。如果在复杂路况下行驶时需要频繁变速，自动变速箱通过油门踏板控制随意变速，降低了驾驶难度。

缺点

由于CVT自动变速器的结构限制，钢带或链条的最大承载扭矩受到钢带或链条规格和皮带轮夹紧力的限制，因此与大扭矩发动机匹配时其可靠性会明显降低。另外，为了保证皮带轮有足够的夹紧力，CVT自动变速器需要一个大流量的油泵连续工作，导致其综合效率相对较低。机械式无级变速器依靠摩擦传递动力，传动部件承受压力大，易磨损发热，使用寿命短，承受过载和冲压的能力差无级变速器不能处理高扭矩，也不能激烈驾驶。由于滑动，不适合满足严格的传动比要求。当金属带在运行过程中扭曲时，噪音将增加，变速器将不稳定，并且CVT的寿命将减少起步和低速行驶时，会有一种停滞和不打滑的感觉紧急停止后再次启动时，偶尔会出现CVT无法低速启动的情况。

汽车：无级变速器的换挡过程平稳连续、操作方便，可实现恒功率传输，使发动机始终运行在经济转速区，大大提高了燃油经济性与液压自动变速器相比，无级变速器的动力性和经济性分别提高了10左右%和15%配备无级变速器的车辆在加速时不需要切断电源、乘坐舒适、超车加速性好，无级变速器的成本比液力自动变速器低。目前无级变速器的应用主要集中在中小排量汽车上。对CVT进行精确的微机控制，可以使皮带轮的油流和油压与发动机工况相匹配，减少CVT油泵的功率损失，优化发动机工况，显著降低油耗。CVT也可以用于混合动力汽车，许多制造商也推出了适用于混合动力汽车的 CVT。

农业设备：CVT 还用于农业设备，这些机器中的发动机通常以恒定的功率输出运行（为机器提供液压动力或动力）机械效率的损失可以通过提高运行效率来弥补。19953356分（Fendt）Fendt Vario 926是第一款配备 CVT 变速箱的重型拖拉机。CVT拖拉机的核心技术特点是车速的无级连续调节，有助于拖拉机在田间与液压倾翻犁的匹配应用、高性能播种机、动力驱动耙、大型打捆机、深松联合整地机等大型农业机械与工具形成良好匹配，产品应用场景广泛，适应性好，为提高粮食产量提供了智能化农业机械基础。2016年，Vario系列拖拉机的产量已经超过250万台，到2018年，它在欧洲拖拉机市场的份额最大，在德国的市场份额高达24.2%

工业设备：一些工业设备包括一个简单的皮带传动系统来控制传输速度例如，烤箱的传动装置由电机通过皮带驱动减速器，然后将动力传递给驱动滚筒，通常使用调速电机或无级变速器。无级变速器具有速度可调多单元同步运行启动平稳和节能等特点、发电、水泵、化纤、广泛应用于造纸等领域。纺织业的清花、并粗、浆纱、无级变速器广泛应用于细纱机等设备中。