对现有变速器结构原理的批判---讨论

smmcppp · 发表于 2008-1-29 10:45:00

现有的各种变速器从理论上存在缺陷，大家都知道功率P＝力F×半径r×角速度ω，现有的各种变速器都是只改变传动轮的半径r，用我们中国的哲学讲此起彼伏，现在只有半径r的此起，力F被动彼伏，没有力F的此起半径r被动彼伏，或者最佳方式力F与半径r相互阴阳平衡，力F与半径r两者的共同变化才是完美的。就如同沙漠中的植物，为了最高效率的保持水分，它总是有成对基因在相互之间平衡制约。同样，既然改变半径r能做到大功率，那么改变力F也能做到大功率，如果能做到恒功率下改变力F与半径r两者的共同变化（采用机械方式，非液压等），将来的CVT技术既可大功率输出，又可做到高效率输出。
现在好像只有轻型车的CVT技术，作为重型汽车CVT技术，制约因素是比较大的传动比和比较大的扭矩，如果该项技术国外目前都没在搞，为什么我们不试探着走出这一步。

心结 · 发表于 2008-1-29 12:59:55

嗯？TRIZ理论的应用么？对矛盾的概括？

yumin · 发表于 2008-2-19 12:20:39

在讨论对CVT技术的结构与原理的批判时，先要搞清楚什么是CVT：
首先转载一篇相关资料：
锥盘的艺术——CVT技术

　　CVT： Continuously Variable Transmission无级变速技术，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它是目前最理想的汽车传动装置。
　　21世纪，什么技术最流行？CVT！为什么？因为现在的汽车都用它。纵观车市，飞度、轩逸，甚至大排量的天籁和奥迪都在使用CVT技术。虽然目前在汽车上仍广泛使用的自动变速技术是将液力变矩器和行星齿轮系组合的自动变速器技术，但是这种组合有着结构复杂、笨重、传动比固定的缺点，而CVT变速器和普通自动变速器的最大区别是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，只用两组带轮进行变速传动，通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速的，设计构思十分巧妙。
　　CVT的历史
　　CVT技术实际出现于一百多年前。德国奔驰公司可算得上在汽车上采用CVT技术的鼻祖。早在1886年它就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油车上。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷：扭距输出有限(转矩局限于135N·m以下)，离合器工作不稳定，液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大，因而没有被汽车行业普遍接受。1979年荷兰DAF的工程师改用金属带，完善并开发出实用型的CVT系统。它具有零件少，体积小，重量轻，与普通自动变速器比较具有较高的传动效率，油耗较低的优点。但缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，但在小功率汽车上很有市场。
　　进入20世纪90年代，汽车界对CVT技术的研究开发日益重视，特别是在微型车中，CVT被认为是关键技术。全球科技的迅猛发展，使得新的电子技术与自动控制技术不断被采用到CVT中。日产公司首先在CVT的承载能力上有所突破，他们于1997年上半年开发了使用在2.0L汽车上的CVT。此后日产公司计划将它的CVT的应用范围从1.0 L扩大到3.0L的轿车。
　　CVT结构
　　CVT的主要结构和工作原理如上图所示，该系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。
　　在金属带式无级变速器的液压系统中，从动油缸的作用是控制金属带的张紧力，以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动，在主动轮组金属带沿V型槽移动，由于金属带的长度不变，在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。
　　这样，当汽车慢速行驶时，可以令主动带轮的凹槽宽度大于被动带轮凹槽，主动带轮的钢带园周半径小于被动带轮的钢带圆周半径，即小圆带大圆，因此能传递较大的扭矩。当汽车逐渐转为高速时，主动带轮的一边轮壁向内靠拢，凹槽宽度变小迫使钢带升起，直至最高顶端，而被动带轮的一边轮壁刚好相反，向外移动拉大凹槽宽度迫使钢带降下，即主动带轮钢带的圆周半径大于被动带轮钢带的圆周半径，变成大圆带小圆，因此能保证汽车高速度时的速度要求。
　　CVT变速箱轿车一样有自己的档位，停车档P、倒车档R、空档N、前进档D等，只是汽车前进自动换档时没有突跳的感觉，十分平稳，乘坐舒适性绝佳。
　　CVT的技术特征
　　1. 经济性
　　CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。德国的大众公司在自己的Golf VR6轿车上分别安装了4-AT和CVT进行ECE市区循环和ECE郊区循环测试，证明CVT能够有效节约燃油
　　2. 动力性
　　汽车的后备功率决定了汽车的爬坡能力和加速能力。汽车的后备功率愈大，汽车的动力性愈好。由于CVT的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以CVT的动力性能明显优于机械变速器(MT)和自动变速器(AT)。
　　3. 排放
　　CVT的速比工作范围宽，能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。日产公司将自已生产的CVT装车进行测试，其废气排放量比安装4-AT的汽车减少了大约10%。
　　4.成本
　　CVT系统结构简单，零部件数目比AT(约500个)少(约300个)，一旦汽车制造商开始大规模生产，CVT的成本将会比AT小。由于采用该系统可以节约燃油，随着大规模生产以及系统、材料的革新，CVT零部件(如传动带或传动链、主动轮、从动轮和液压泵)的生产成本，将降低20%～30%。
　　CVT的技术发展
　　CVT技术未来的发展可以从以下四个方面进行分析。
　　1. CVT部件
　　推式传动带和传动链将在转矩传递容量和专用性上进一步加强。由于产品数量的迅速增加，批量生产，新技术的应用，成本会大幅降低。不同部件、微处理器和测试设备的电子控制差异，导致非常高的研究和制造成本，这将通过电液控制模块化设计和大规模生产而减小，从而将柔性的功能和低廉的成本有机组合。CVT专用的液压泵将被推广，用于自动跳合和紧急制动的小型电子驱动泵，和用于正常工况的发动机驱动泵协同工作，将进一步改善整个变速器的效率。
　　滑轮优化设计将不仅减小系统的质量和降低成本，而且保证在主、从动轮和传动带之间传递最大的扭矩。
　　因为越来越多的CVT进入市场，制造商已经开始研究开发CVT专用变速器工作液，这将进一步优化CVT工作特性。
　　2.CVT变速器
　　对CVT变速器的电子化将的更快的、更精确地对传动比、速度、压力和扭矩控制，保证发动机和变速器更好的调节，提供了不同的行驶模式，例如运动型、舒适型和巡航控制，从而使用户获得全方位的“行驶乐趣”。
　　3.发动机与CVT集成控制
　　更精确、更快的CVT控制，将与发动机控制一起集成到整个传动系管理系统中，使得油耗和排放的进一步降低。带有集成发动机管理单元的第一个CVT传动系原型已经进行了行驶循环测试。
　　4.混合动力CVT传动系
　　CVT将承担带有飞轮储能装置的混合动力传动系设计中的重要角色。采用CVT传动系的混合动力汽车的油耗有可能减少30%，排放有可能降低50%。
　　CVT的应用
　　1987年，日本Subaru把装备CVT变速器的汽车投放市场，获得成功。随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代的CVT的经验基础上，开发出了性能更佳，扭矩容量更大的CVT。当前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行CVT的研发工作。现在Nissan、TOYOTA、Ford、GM、AUDI等著名汽车品牌中，都有配备CVT变速器的轿车销售，全世界CVT轿车的年产量已达到近50万辆。有一点值得注意的是，装备有CVT的汽车市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。

从CVT变速器的原理与应用实践来看，应该说都没有什么大问题，要解决的问题是：第一解决大扭矩问题。第二是解决链金属带的高速抖动问题。第三是解决耐用性与传动效率的问题。
而从楼主的论点“既然改变半径r能做到大功率，那么改变力F也能做到大功率，如果能做到恒功率下改变力F与半径r两者的共同变化（采用机械方式，非液压等），将来的CVT技术既可大功率输出，又可做到高效率输出。”来看，对公式的概念存在理解上的问题：功率的计算公式没有问题，他只是说明改变F、r、ω会改变功率P,由此引申出的“既然改变半径r能做到大功率，那么改变力F也能做到大功率”我认为是理解错了。加大r与F是需要大的功率，而不是由此产生了功率。另外，效率与这个公式无关。

seawideyp · 发表于 2008-2-20 08:15:44

现在用DCT 了

smmcppp · 发表于 2008-2-20 15:45:17

首先感谢二位对F与r的关系存在达成的共识。
有关TRIZ理论或矛盾，回答是，不是先有TRIZ理论和哲学才有的减速器。
有关所谓的CVT技术，好像把英国人的IVT技术漏掉了，虽然IVT技术也是CVT技术的一种，但它是用润滑油来传递扭矩，与现有的CVT技术，靠摩擦传递扭矩有很大的不同，应该介绍一下。另外，CVT的本质是什么，没说清。
CVT的本质是什么？从理论上讲有两种：
一种是现有的CVT理论，CVT的本质是，恒功率下，恒动力源角速度ω下（注意，是两个参数不变），通过改变r 来获得不同的推力F（注意，是一个r 变），也获得不同的速度。
第二种是有关批判中力F与半径r两者的共同变化理论，CVT的本质是，恒功率下，恒动力源角速度ω下，通过改变r 和F来获得不同的速度（注意，是r 和F两个参数变）。
有关“加大r与F是需要大的功率，而不是由此产生了功率”是能量守恒的问题，这里不谈。
由第二种F与r两者共同变化理论，这里引申出一个问题，就是我们沿用已久的〈机械原理〉理论，翻开各种版本的〈机械原理〉理论，到目前为止，各种轮系都是r“单性繁殖”的产物，既然F与r的关系存在，为什么就不存在F与r两者共同变化的轮系，实际上现实中有这种例子，如，汽车差动轮系，当有大的阻力时，差动轮系仍然保持输入的速度不变，大的阻力是外界的变化，但它已经加入到轮系当中，只要找出对应的F，就可建立F与r两者共同变化的轮系，以弥补非显而易见的〈机械原理〉理论缺失。
实际上，我们已走到了问题的边缘，〈机械原理〉理论缺失的弥补将会给齿轮这种机械基础产业带来深远的影响，如，本必威APP精装版下载正在讨论的“无齿轮减速器”，相信，高效（改变r有啮合损耗，改变F没有）重型CVT技术也会不远了。

貌似忠良 · 发表于 2008-2-23 18:33:54

相生相克
相对的，一个变化，另一个肯定要与之应变化，才能导致结果的稳定

yifande · 发表于 2008-2-25 18:51:39

几位搞汽车变速器吗？大家看看是不是只有日本鬼子在猛劲搞CVT？
单靠摩擦要传递2000Nm以上的扭矩不是哲学可以解决的！

smmcppp · 发表于 2008-2-25 21:53:31

讨论该主题的目的，就是从〈机械原理〉理论上建立一种轮系，用一种纯机械的方法，解决大扭矩的传递和高效率的无级变速；也希望大家深入地考虑该问题解决的途径有几条。

smmcppp · 发表于 2008-3-11 15:29:42

对有关“批判”的讨论在这里感谢本必威APP精装版下载版主，以及关心该话题的同行们，有关无级变速和无齿轮减速器发两个帖子：
1，变速器驱动桥合成一体实现无级变速CVT （原理图）
2，非齿轮减速机---齿轮减速器的绿色革命
有所保留，请谅解，希望与感兴趣的朋友深入交流合作。

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对现有变速器结构原理的批判---讨论

批判的有道理吗？

Re：评论“批判”引申出现有〈机械原理〉的理论缺失

Re：2000Nm以上的扭矩

有关对“批判 "的贡献