對現有變速器結構原理的批判---討論

smmcppp

現有的各種變速器從理論上存在缺陷，大家都知道功率P＝力F×半徑r×角速度ω，現有的各種變速器都是只改變傳動輪的半徑r，用我們中國的哲學講此起彼伏，現在只有半徑r的此起，力F被動彼伏，沒有力F的此起半徑r被動彼伏，或者最佳方式力F與半徑r相互陰陽平衡，力F與半徑r兩者的共同變化才是完美的。就如同沙漠中的植物，為了最高效率的保持水分，它總是有成對基因在相互之間平衡制約。同樣，既然改變半徑r能做到大功率，那么改變力F也能做到大功率，如果能做到恒功率下改變力F與半徑r兩者的共同變化（采用機械方式，非液壓等），將來的CVT技術 既可大功率輸出，又可做到高效率輸出。
現在好像只有輕型車的CVT技術，作為重型汽車CVT技術，制約因素是比較大的傳動比和比較大的扭矩，如果該項技術國外目前都沒在搞，為什么我們不試探著走出這一步。

心結

嗯？TRIZ理論的應用么？對矛盾的概括？

yumin

在討論對CVT技術的結構與原理的批判時，先要搞清楚什么是CVT：
- h; t& ^/ x6 G2 b首先轉載一篇相關資料：
錐盤的藝術——CVT技術  

1 `2 V0 c# v& ^) L! ]+ a; e　　CVT： Continuously Variable Transmission無級變速技術，采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合傳遞動力，可以實現傳動比的連續改變，從而得到傳動系與發動機工況的最佳匹配，提高整車的燃油經濟性和動力性，改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性，所以它是目前最理想的汽車傳動裝置。
' y" u% ?/ H: @- [　　21世紀，什么技術最流行？CVT！為什么？因為現在的汽車都用它?？v觀車市，飛度、軒逸，甚至大排量的天籟和奧迪都在使用CVT技術。雖然目前在汽車上仍廣泛使用的自動變速技術是將液力變矩器和行星齒輪系組合的自動變速器技術，但是這種組合有著結構復雜、笨重、傳動比固定的缺點，而CVT變速器和普通自動變速器的最大區別是它省去了復雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，只用兩組帶輪進行變速傳動，通過改變驅動輪與從動輪傳動帶的接觸半徑進行變速的，設計構思十分巧妙。
+ Z) T. @2 E, |/ g　　CVT的歷史
, u7 b, m7 J' |　　CVT技術實際出現于一百多年前。德國奔馳公司可算得上在汽車上采用CVT技術的鼻祖。早在1886年它就將V型橡膠帶式CVT安裝在該公司生產的汽油車上。但是由于橡膠帶式CVT存在一系列的缺陷：扭距輸出有限(轉矩局限于135N·m以下)，離合器工作不穩定，液壓泵、傳動帶和夾緊機構的能量損失較大，因而沒有被汽車行業普遍接受。1979年荷蘭DAF的工程師改用金屬帶，完善并開發出實用型的CVT系統。它具有零件少，體積小，重量輕，與普通自動變速器比較具有較高的傳動效率，油耗較低的優點。但缺點也是明顯的，就是傳動帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，但在小功率汽車上很有市場。
　　進入20世紀90年代，汽車界對CVT技術的研究開發日益重視，特別是在微型車中，CVT被認為是關鍵技術。全球科技的迅猛發展，使得新的電子技術與自動控制技術不斷被采用到CVT中。日產公司首先在CVT的承載能力上有所突破，他們于1997年上半年開發了使用在2.0L汽車上的CVT。此后日產公司計劃將它的CVT的應用范圍從1.0 L擴大到3.0L的轎車。
　　CVT結構
　　CVT的主要結構和工作原理如上圖所示，該系統主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶由兩束金屬環和幾百個金屬片構成。主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側帶輪可以在軸上滑動，另一側則固定?？蓜颖P與固定盤都是錐面結構，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。發動機輸出軸輸出的動力首先傳遞到CVT的主動輪，然后通過V型傳動帶傳遞到從動輪，最后經減速器、差速器傳遞給車輪來驅動汽車。工作時通過主動輪與從動輪的可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動比。可動盤的軸向移動量是由駕駛者根據需要通過控制系統調節主動輪、從動輪液壓泵油缸壓力來實現的。由于主動輪和從動輪的工作半徑可以實現連續調節，從而實現了無級變速。
　　在金屬帶式無級變速器的液壓系統中，從動油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來自發動機的動力高效、可靠的傳遞。主動油缸控制主動錐輪的位置沿軸向移動，在主動輪組金屬帶沿V型槽移動，由于金屬帶的長度不變，在從動輪組上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動輪組和從動輪組上的回轉半徑發生變化，實現速比的連續變化。
　　這樣，當汽車慢速行駛時，可以令主動帶輪的凹槽寬度大于被動帶輪凹槽，主動帶輪的鋼帶園周半徑小于被動帶輪的鋼帶圓周半徑，即小圓帶大圓，因此能傳遞較大的扭矩。當汽車逐漸轉為高速時，主動帶輪的一邊輪壁向內靠攏，凹槽寬度變小迫使鋼帶升起，直至最高頂端，而被動帶輪的一邊輪壁剛好相反，向外移動拉大凹槽寬度迫使鋼帶降下，即主動帶輪鋼帶的圓周半徑大于被動帶輪鋼帶的圓周半徑，變成大圓帶小圓，因此能保證汽車高速度時的速度要求。
　　CVT變速箱轎車一樣有自己的檔位，停車檔P、倒車檔R、空檔N、前進檔D等，只是汽車前進自動換檔時沒有突跳的感覺，十分平穩，乘坐舒適性絕佳。
7 Z: \- I$ J6 w7 Z+ u　　CVT的技術特征
" x* T- C& C3 I# Y- Y" @　　1. 經濟性
　　CVT可以在相當寬的范圍內實現無級變速，從而獲得傳動系與發動機工況的最佳匹配，提高整車的燃油經濟性。德國的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進行ECE市區循環和ECE郊區循環測試，證明CVT能夠有效節約燃油
　　2. 動力性
% R1 ^  f8 L2 o0 h3 Q; V+ Y, b　　汽車的后備功率決定了汽車的爬坡能力和加速能力。汽車的后備功率愈大，汽車的動力性愈好。由于CVT的無級變速特性，能夠獲得后備功率最大的傳動比，所以CVT的動力性能明顯優于機械變速器(MT)和自動變速器(AT)。
3 [/ [# l3 I, n4 d% S& b$ U　　3. 排放
　　CVT的速比工作范圍寬，能夠使發動機以最佳工況工作，從而改善了燃燒過程，降低了廢氣的排放量。日產公司將自已生產的CVT裝車進行測試，其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%。
# Z5 {: r! W( m4 i2 N8 j8 p( k! N$ S　　4.成本
" ~  j) U/ \3 Z3 B　　CVT系統結構簡單，零部件數目比AT(約500個)少(約300個)，一旦汽車制造商開始大規模生產，CVT的成本將會比AT小。由于采用該系統可以節約燃油，隨著大規模生產以及系統、材料的革新，CVT零部件(如傳動帶或傳動鏈、主動輪、從動輪和液壓泵)的生產成本，將降低20%～30%。
8 x1 ?& D3 \9 ]! e. Y　　CVT的技術發展
　　CVT技術未來的發展可以從以下四個方面進行分析。
　　1. CVT部件
　　推式傳動帶和傳動鏈將在轉矩傳遞容量和專用性上進一步加強。由于產品數量的迅速增加，批量生產，新技術的應用，成本會大幅降低。不同部件、微處理器和測試設備的電子控制差異，導致非常高的研究和制造成本，這將通過電液控制模塊化設計和大規模生產而減小，從而將柔性的功能和低廉的成本有機組合。CVT專用的液壓泵將被推廣，用于自動跳合和緊急制動的小型電子驅動泵，和用于正常工況的發動機驅動泵協同工作，將進一步改善整個變速器的效率。
　　滑輪優化設計將不僅減小系統的質量和降低成本，而且保證在主、從動輪和傳動帶之間傳遞最大的扭矩。
6 r- O2 `" H$ K( K: k0 V　　因為越來越多的CVT進入市場，制造商已經開始研究開發CVT專用變速器工作液，這將進一步優化CVT工作特性。
2 T# g: U/ e) g, D% I6 T　　2.CVT變速器
' k2 h7 i4 ]3 H, D1 u- E　　對CVT變速器的電子化將的更快的、更精確地對傳動比、速度、壓力和扭矩控制，保證發動機和變速器更好的調節，提供了不同的行駛模式，例如運動型、舒適型和巡航控制，從而使用戶獲得全方位的“行駛樂趣”。
$ g' x; `, I/ ]# r0 e1 W　　3.發動機與CVT集成控制
+ k& N0 a2 I& \, |5 q0 }9 P, n  ~　　更精確、更快的CVT控制，將與發動機控制一起集成到整個傳動系管理系統中，使得油耗和排放的進一步降低。帶有集成發動機管理單元的第一個CVT傳動系原型已經進行了行駛循環測試。
( l5 Z9 H, Z# X, ]! \8 e' \# E1 e　　4.混合動力CVT傳動系
6 m0 J+ K6 u6 `+ D) V* v1 z　　CVT將承擔帶有飛輪儲能裝置的混合動力傳動系設計中的重要角色。采用CVT傳動系的混合動力汽車的油耗有可能減少30%，排放有可能降低50%。
　　CVT的應用
# z1 o3 y: p+ o. n2 M4 M& ^  c6 ^　　1987年，日本Subaru把裝備CVT變速器的汽車投放市場，獲得成功。隨著技術的發展，能源危機引發全球性的節約能源和環境保護意識的提高，在總結第一代的CVT的經驗基礎上，開發出了性能更佳，扭矩容量更大的CVT。當前，全世界各大汽車廠商為了提高產品的競爭力，都大力進行CVT的研發工作?，F在Nissan、TOYOTA、Ford、GM、AUDI等著名汽車品牌中，都有配備CVT變速器的轎車銷售，全世界CVT轎車的年產量已達到近50萬輛。有一點值得注意的是，裝備有CVT的汽車市場，由最初的日本，歐洲，已經滲透到北美市場，因此無級變速汽車是當今汽車發展的主要趨勢。
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+ m! ?/ [/ B+ S從CVT變速器的原理與應用實踐來看，應該說都沒有什么大問題，要解決的問題是：第一解決大扭矩問題。第二是解決鏈金屬帶的高速抖動問題。第三是解決耐用性與傳動效率的問題。
        而從樓主的論點“既然改變半徑r能做到大功率，那么改變力F也能做到大功率，如果能做到恒功率下改變力F與半徑r兩者的共同變化（采用機械方式，非液壓等），將來的CVT技術 既可大功率輸出，又可做到高效率輸出。”來看，對公式的概念存在理解上的問題：功率的計算公式沒有問題，他只是說明改變F、r、ω會改變功率P,由此引申出的“既然改變半徑r能做到大功率，那么改變力F也能做到大功率”我認為是理解錯了。加大r與F是需要大的功率，而不是由此產生了功率。另外，效率與這個公式無關。

seawideyp

現在用DCT 了

smmcppp

首先感謝二位對F與r的關系存在達成的共識。
2 ~# ?6 d, x; F有關TRIZ理論或矛盾，回答是，不是先有TRIZ理論和哲學才有的減速器。
: C) N; u0 A4 D# p( L5 \有關所謂的CVT技術，好像把英國人的IVT技術漏掉了，雖然IVT技術也是CVT技術的一種，但它是用潤滑油來傳遞扭矩，與現有的CVT技術，靠摩擦傳遞扭矩有很大的不同，應該介紹一下。另外，CVT的本質是什么，沒說清。
CVT的本質是什么？從理論上講有兩種：
" k8 q1 Y9 J9 x7 y0 b 一種是現有的CVT理論，CVT的本質是，恒功率下，恒動力源角速度ω下（注意，是兩個參數不變），通過改變r 來獲得不同的推力F（注意，是一個r 變），也獲得不同的速度。
第二種是有關批判中力F與半徑r兩者的共同變化理論，CVT的本質是，恒功率下，恒動力源角速度ω下，通過改變r 和F來獲得不同的速度（注意，是r 和F兩個參數變）。
有關“加大r與F是需要大的功率，而不是由此產生了功率”是能量守恒的問題，這里不談。
由第二種F與r兩者共同變化理論，這里引申出一個問題，就是我們沿用已久的〈機械原理〉理論，翻開各種版本的〈機械原理〉理論，到目前為止，各種輪系都是r“單性繁殖”的產物，既然F與r的關系存在，為什么就不存在F與r兩者共同變化的輪系，實際上現實中有這種例子，如，汽車差動輪系，當有大的阻力時，差動輪系仍然保持輸入的速度不變，大的阻力是外界的變化，但它已經加入到輪系當中，只要找出對應的F，就可建立F與r兩者共同變化的輪系，以彌補非顯而易見的〈機械原理〉理論缺失。
實際上，我們已走到了問題的邊緣，〈機械原理〉理論缺失的彌補將會給齒輪這種機械基礎產業帶來深遠的影響，如，本論壇正在討論的“無齒輪減速器”，相信，高效（改變r有嚙合損耗，改變F沒有）重型CVT技術也會不遠了。

貌似忠良

相生相克
( T, O* k' e+ A0 e2 b  D7 @' G相對的，一個變化，另一個肯定要與之應變化，才能導致結果的穩定

yifande

幾位搞汽車變速器嗎？大家看看是不是只有日本鬼子在猛勁搞CVT？
單靠摩擦要傳遞2000Nm以上的扭矩不是哲學可以解決的！

smmcppp

討論該主題的目的，就是從〈機械原理〉理論上建立一種輪系，用一種純機械的方法，解決大扭矩的傳遞和高效率的無級變速；也希望大家深入地考慮該問題解決的途徑有幾條。

smmcppp

對有關“批判”的討論在這里感謝本論壇版主，以及關心該話題的同行們，有關無級變速和無齒輪減速器發兩個帖子：
* I) ~. [! }) G   1，變速器驅動橋合成一體實現無級變速CVT （原理圖）
* U9 G- x5 z8 U& ~. P      2，非齒輪減速機---齒輪減速器的綠色革命
  有所保留，請諒解，希望與感興趣的朋友深入交流合作。