转帖：活齿CVT变速箱全解读

齿轮也能实现无级变速你相信吗？CVT也承受1000N·m的扭矩你相信吗？恐怕很多人认为这种说法是天方夜谭。而一种被称为活齿CVT无级变速箱（活齿CVT，后文简称）的新玩意儿，却能实现这种看似不太靠谱的传动方式，并已申请了美、德、英、法、日等十三个国家的发明专利。今天我们走进了坐落于亦庄的一家名为维艾迪的高新技术企业，带您一起看看这个鲜为人知的“怪家伙”究竟是什么样子。


　　“齿轮”能实现无级变速吗？


　　对于传统的CVT无级变速箱我们并不陌生，其主要通过两个可变槽宽的主、从动棘轮和钢带或链条来实现无级变速。主、从动棘轮可通过滑动改变V型槽的宽度，使钢带或链条在主、从动棘轮上的回转半径发生变化，而回转半径的比值就是我们所说的传动比，回转半径变了自然传动比也就变了，且由于变化是连续的，不存在断点，所以我们称之为无级变速。而一般采用齿轮传动的变速箱则不然，即便挡位再多也会在传动比上存在断点，所以无法达到无级变速的效果。可为何这种称之为活齿CVT的新玩意儿却能通过齿轮实现无级变速呢？我们继续往下看。

　　在介绍其中奥秘之前，我们必须先要了解这种变速箱中的一个最为核心的概念—“活齿”。我们都知道传统的齿轮传动是靠两个坚硬齿轮的齿面啮合来实现动力传递的，而这种活齿CVT的传动方式则与我们平时齿轮传动有两点显著不同。

　　首先它不是传统意义上的两个齿轮，而是由一条带齿的传动链条和一个被称为“活齿单元”的部件组成。其次，它的齿是“一死一活”，“死齿”指的就是传动链条上的齿，其特点就如同我们一般齿轮上的齿一样，坚硬有轮廓；而“活齿”则指的是“活齿单元”上的一个个非常薄的可移动滑片，在同“死齿”接触时这些滑片会由于压力发生移动，形成与“死齿”轮廓一样的齿槽，将“死齿”吞入其中。



　　了解了什么是“活齿”，接下来的传动原理就非常简单了。活齿CVT的传动机乍一看与传统CVT十分相似，实现变速的部件也与我们平时所见的CVT相差不大，主要由主、从动棘轮、传动链条及活齿单元四部分组成。主、从动棘轮通过链条连接，表面开有沟槽用于安放活齿单元，活齿单元可沿沟槽自由滑动，其上的活齿部分与传动链条接触。



　　在运转过程中，棘轮上的活齿单元跟随棘轮旋转，传动链条由于被活齿单元形成的齿槽死死咬住，也只能随之转动，由此实现力的传递。当活齿单元与链条脱离时，在离心力的作用下，滑片会被甩到压缩前的位置，实现自动复位。行驶中需要速比发生改变时，活齿CVT也会同传统CVT一样通过棘轮运动改变V形槽的宽度，实现传动比的连续变化。
文章标签：变速箱技术
　　●

　　扭矩真的可以达到1000N·m吗？

　　明白了传动过程，大家肯定会问，这种传动方式看起来和传统CVT差不太多，到底骨子里有什么不一样呢？我们都知道传统CVT是靠主从动棘轮表面挤压钢带或链条形成的摩擦力来实现动力传递的。这种传递方式由于材料和自身原理限制，产生的摩擦力并不是无限大，这就导致了传统CVT所能实现的扭矩传递范围比较有限，如果扭矩过大，钢带或链条会因摩擦力不足而发生打滑。

　　目前传统CVT能实现的最大扭矩传递也不超过450N·m。而这种活齿CVT则不然，由于其基于齿轮传动原理，避免了摩擦力对传递扭矩造成的限制，理论上说只要传动链条和啮合齿不因受力过大而损坏，都是可以有效传动的。据我们了解目前制造出来的样机可以传递超过1000N·m的扭矩，这是传统CVT无法做到的。

　　为了保证如此巨大扭矩不会对变速机构造成损伤，工程人员也是煞费苦心。首要问题便是传动链条在大扭矩下怎样能不被拉断，而围绕这个问题还经历了一段反复修改的波折。


　　这种活齿CVT研发之初，其实并不是采用链条进行传动，而是类似于传统CVT上的钢带，样子上也非常相似。通过金属带将大小不一的钢片穿在一起形成“齿带”，利用它来进行动力的传递。在大扭矩实验中，这种金属带的命运可谓极其不幸，由于金属带自身强度有限，经受不了多长时间就会被干净利落地扯断，而交织其上的金属片也被弄的七零八落，这使得在起步阶段，研发一度陷入困境。经过反复尝试，最终选择了我们今天看到的链条传动方式。

　　但是链条传动方式也不是尽善尽美，骑过自行车的人都知道，链条最容易坏的就是每段之间的连接部分，这一部分非常脆弱，很可能由于某一段的连接点出现断裂导致整个链条无法使用。目前CVT所使用的链条在连接点部分是一般是通过一根非常细的销子进行连接，这种连接方式成本比较高，且在大扭矩情况下，并不是十分可靠。因此在又经历了无数次失败的洗礼后，工程人员最终通过将链条最外侧锁死整体连接固定的方式解决了这一问题。



　　链条的问题虽然解决了，但承受大扭矩的任务不仅仅是链条一方，我们之前提到的“活齿”滑片在这方面更加棘手。由于滑片很薄，一旦在运转过程中恰巧只有一片薄片受力，那么可以肯定，这个薄片在劫难逃了。不过这方面的改进比起链条要顺利且简单的多，将最外一片薄片加厚即可。而这个薄片从理论上讲，也是承受大扭矩的关键。


　　没有液压系统，传动效率高

　　除了扭矩增大外，这种活齿CVT还有一大显著特点，就是传递动力的效率要高出传统CVT变速箱很多，而这方面的原因是由于这种CVT省去了传统CVT使用的液压控制系统。CVT的效率损失主要来自控制液力损失、润滑搅动损失、机械传动损失等方面，而控制液力损失在其中所占比重很大。比如传统CVT传动时为了防止钢带打滑而产生的压紧力损失、内部控制油路发生改变时产生的损失都属于这一范畴，这类耗能严重制约了CVT效率的提升。

　　这种活齿CVT由于采用齿轮原理传动，不需要为了产生传动所需的摩擦力而耗费很大力气将棘轮压紧，所以取消了传统CVT中的液压系统，只需用电机控制棘轮运动，改变V型槽的宽度即可。这一变化可使传动效率大幅提高，参与研发的工程人员透露目前活齿CVT的传动效率可以达到96%，接近手动变速箱的效率水平。

　　但有些人读到这里可能会质疑，虽然这种活齿CVT不靠摩擦力传动，但在运转过程中链条会死死压住活齿单元，进而使棘轮向外移动。而为了保持棘轮不乱跑，还是要费很大力气压住它。这种质疑绝对靠谱，理论上确实如此，但工程人员告诉我，这种担心是多余的，因为他们通过一个简单的设计就解决了这一问题。


　　我们可将主、从动棘轮分为四部分，每个棘轮以传动链条为界分为两半。这四部分可按对角线划分成两组，主动棘轮上半和从动棘轮下半为一组，剩下的为另一组。其中一组是与主、从动轴连为一体的固定轮，而另外一组则是套在主、从动轴上的活动轮，V型槽宽度的改变就是靠活动轮的移动实现的。

　　传动中，链条挤压棘轮，与轴连为一体的固定轮肯定是怎么挤都不会动的，所以只有活动轮存在被挤跑的风险。而工程人员用一块金属板将两个活动轮连接到一起，变为一个整体，这样一来呈对角线分布的活动轮在受到方向相反的挤压力时，会通过金属板相互抵消。这就好比一个人站在两个小车中间，你双手左右一推，两个小车会同时向左右移动，但如果用链子将两个小车连在一起，再从中间同时推左右两个小车，车就不会动了。同时，连接在一起还有另外一个好处，就是只需要一台控制电机便能控制主、从动棘轮的V形槽变化，一端宽度变大时，另一端必然会随之变小。

　　此外，这种活齿CVT还可以不使用液力变扭器，我们手动变速箱搭配的压片式离合器即可保证传动系统需求，这样一来液力变扭器所产生的液力损失部分也可以被消除。不过工程人员告诉我，在今后的设想中，他们还是可以根据不同车型的需要来决定是否采用液力变扭器，这点对于变速箱来说并不是件很困难的事。
文章标签：变速箱技术
　　●

　　成本会令人难以接受吗？

　　没有了液压系统的活齿CVT比起传统CVT零件少了很多。据工程人员介绍，这款CVT只有百余个零件，比传统CVT要少将近一半，而且由于不再依靠摩擦传动，棘轮表面的加工精度也有所降低。这样一来，成本上自然就会省去不少。据了解这种活齿CVT由于能传递的扭矩比较大，其定位以中、重型车辆为主。而这些车辆由于用途及市场定位，对成本的控制方面，比家用轿车要严格的多，成本过高的话，可能会曲高和寡，无人问津。



　　高转速传动仍是难点

　　虽然这种活齿CVT在扭矩、效率、成本上具有自身独特优势，但工程人员直言不讳地讲，其在研发当中仍存在一些尚未完全解决的难点。其中如何保证在高转速下仍能有效工作就是一个有待进一步研究的课题。


　　这种活齿CVT目前可以达到的最大转速大约在5000rpm左右，而目前传统家用轿车的发动机转速普遍高于这一数值，这也使得目前这种活齿CVT在较高转速发动机领域上仍待改进。究其原因，主要是由于这种变速箱的活齿在脱离链条时，是依靠离心力的作用自动复位，这种运动会在高转速下，对扭矩传递造成影响，使其出现脉动，从而造成动力传递不平稳的现象，不过研究人员已经开展针对此项问题的细化设计。

　　实际测试，传动较为平顺

　　究竟是好是坏，还要亲自体验一下才知道。工程人员早就准备好了一辆实验样车，这点倒是不出乎我的意料，毕竟这种从没见过的东西到底靠不靠谱，没人敢肯定，但是看到车以后还是令我感到惊讶，竟然是一辆东风猛士，这可是军车呀！经过说明才知道，之所以选择这辆车，主要因为这辆车搭载的是6.5L柴油机，扭矩可达到550N·m，这一数值是目前传统CVT无法触及的，比较具有代表性，既然如此那就上吧。


　　不过测试过程中，我并没有开车，只是试乘体验，这多少有点遗憾，不过这事儿确实事出有因。由于资金方面问题，暂时无法负担电控系统高昂的开发费用，所以装在这辆实验车上的变速箱并没有这方面配备，只能凭借手动操作对变速箱进行控制。对于从未接触过的我来说，恐怕都不知道怎么能叫它走起来。


　　车辆刚起步的时候有些抖动，工程人员告诉我这主要是由于离合器也只能手动调节，随即给我指了下控制离合器的按钮。果然开起来之后，车辆平顺了很多，在提速过程当中并未感受到传动比改变而产生的不适，变速箱监测显示屏幕上也清晰地标示出了速比变化的全过程，由于没有电控系统的辅助，测试车只是通过简单程序模拟了10个挡位，使我们对挡位变化有更加直观的了解。

　　在这种手动控制的条件下，全程最高车速达到了50km/h，而目前这款实验用的变速箱最高可以达到80km/h的行驶速度。整个测试共开行了大约2km距离,乘坐感觉上与传统CVT变速箱区别并不大。


　　在沟通过程中，我们还了解到，目前工程人员还在研发一种采用杠杆原理的无级变速箱。大体上是通过改变杠杆中心点来实现速比变化。不过由于这种变速箱结构较为复杂，且尚未成熟，所以没有公布更多设计细节。

　　编辑总结：

　　总体来说，这种被称为活齿CVT的无级变速箱，从理论上实现了齿轮无级变速的设想，其自身具有的大扭矩、高效率等特点也值得我们认可，但其自身存在的一些技术难点仍使我们不好预测这种CVT究竟能否走近寻常百姓身边，且如何转化为能工业化生产的产品，并保证产品一致性，更是发展道路上必须解决的问题。这些问题将会随着时间的流逝、研究的深入而逐步被揭晓。究竟其能否获得成功，会不会被消费者接受，我们也只能拭目以待。（文/图 汽车之家 贾刚）

原帖链接：http://auto.hexun.com/2014-06-27/166118080.html齿轮也能实现无级变速你相信吗？CVT也承受1000N·m的扭矩你相信吗？恐怕很多人认为这种说法是天方夜谭。而一种被称为活齿CVT无级变速箱（活齿CVT，后文简称）的新玩意儿，却能实现这种看似不太靠谱的传动方式，并已申请了美、德、英、法、日等十三个国家的发明专利。今天我们走进了坐落于亦庄的一家名为维艾迪的高新技术企业，带您一起看看这个鲜为人知的“怪家伙”究竟是什么样子。


　　“齿轮”能实现无级变速吗？


　　对于传统的CVT无级变速箱我们并不陌生，其主要通过两个可变槽宽的主、从动棘轮和钢带或链条来实现无级变速。主、从动棘轮可通过滑动改变V型槽的宽度，使钢带或链条在主、从动棘轮上的回转半径发生变化，而回转半径的比值就是我们所说的传动比，回转半径变了自然传动比也就变了，且由于变化是连续的，不存在断点，所以我们称之为无级变速。而一般采用齿轮传动的变速箱则不然，即便挡位再多也会在传动比上存在断点，所以无法达到无级变速的效果。可为何这种称之为活齿CVT的新玩意儿却能通过齿轮实现无级变速呢？我们继续往下看。

　　在介绍其中奥秘之前，我们必须先要了解这种变速箱中的一个最为核心的概念—“活齿”。我们都知道传统的齿轮传动是靠两个坚硬齿轮的齿面啮合来实现动力传递的，而这种活齿CVT的传动方式则与我们平时齿轮传动有两点显著不同。

　　首先它不是传统意义上的两个齿轮，而是由一条带齿的传动链条和一个被称为“活齿单元”的部件组成。其次，它的齿是“一死一活”，“死齿”指的就是传动链条上的齿，其特点就如同我们一般齿轮上的齿一样，坚硬有轮廓；而“活齿”则指的是“活齿单元”上的一个个非常薄的可移动滑片，在同“死齿”接触时这些滑片会由于压力发生移动，形成与“死齿”轮廓一样的齿槽，将“死齿”吞入其中。



　　了解了什么是“活齿”，接下来的传动原理就非常简单了。活齿CVT的传动机乍一看与传统CVT十分相似，实现变速的部件也与我们平时所见的CVT相差不大，主要由主、从动棘轮、传动链条及活齿单元四部分组成。主、从动棘轮通过链条连接，表面开有沟槽用于安放活齿单元，活齿单元可沿沟槽自由滑动，其上的活齿部分与传动链条接触。



　　在运转过程中，棘轮上的活齿单元跟随棘轮旋转，传动链条由于被活齿单元形成的齿槽死死咬住，也只能随之转动，由此实现力的传递。当活齿单元与链条脱离时，在离心力的作用下，滑片会被甩到压缩前的位置，实现自动复位。行驶中需要速比发生改变时，活齿CVT也会同传统CVT一样通过棘轮运动改变V形槽的宽度，实现传动比的连续变化。
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　　扭矩真的可以达到1000N·m吗？

　　明白了传动过程，大家肯定会问，这种传动方式看起来和传统CVT差不太多，到底骨子里有什么不一样呢？我们都知道传统CVT是靠主从动棘轮表面挤压钢带或链条形成的摩擦力来实现动力传递的。这种传递方式由于材料和自身原理限制，产生的摩擦力并不是无限大，这就导致了传统CVT所能实现的扭矩传递范围比较有限，如果扭矩过大，钢带或链条会因摩擦力不足而发生打滑。

　　目前传统CVT能实现的最大扭矩传递也不超过450N·m。而这种活齿CVT则不然，由于其基于齿轮传动原理，避免了摩擦力对传递扭矩造成的限制，理论上说只要传动链条和啮合齿不因受力过大而损坏，都是可以有效传动的。据我们了解目前制造出来的样机可以传递超过1000N·m的扭矩，这是传统CVT无法做到的。

　　为了保证如此巨大扭矩不会对变速机构造成损伤，工程人员也是煞费苦心。首要问题便是传动链条在大扭矩下怎样能不被拉断，而围绕这个问题还经历了一段反复修改的波折。


　　这种活齿CVT研发之初，其实并不是采用链条进行传动，而是类似于传统CVT上的钢带，样子上也非常相似。通过金属带将大小不一的钢片穿在一起形成“齿带”，利用它来进行动力的传递。在大扭矩实验中，这种金属带的命运可谓极其不幸，由于金属带自身强度有限，经受不了多长时间就会被干净利落地扯断，而交织其上的金属片也被弄的七零八落，这使得在起步阶段，研发一度陷入困境。经过反复尝试，最终选择了我们今天看到的链条传动方式。

　　但是链条传动方式也不是尽善尽美，骑过自行车的人都知道，链条最容易坏的就是每段之间的连接部分，这一部分非常脆弱，很可能由于某一段的连接点出现断裂导致整个链条无法使用。目前CVT所使用的链条在连接点部分是一般是通过一根非常细的销子进行连接，这种连接方式成本比较高，且在大扭矩情况下，并不是十分可靠。因此在又经历了无数次失败的洗礼后，工程人员最终通过将链条最外侧锁死整体连接固定的方式解决了这一问题。



　　链条的问题虽然解决了，但承受大扭矩的任务不仅仅是链条一方，我们之前提到的“活齿”滑片在这方面更加棘手。由于滑片很薄，一旦在运转过程中恰巧只有一片薄片受力，那么可以肯定，这个薄片在劫难逃了。不过这方面的改进比起链条要顺利且简单的多，将最外一片薄片加厚即可。而这个薄片从理论上讲，也是承受大扭矩的关键。


　　没有液压系统，传动效率高

　　除了扭矩增大外，这种活齿CVT还有一大显著特点，就是传递动力的效率要高出传统CVT变速箱很多，而这方面的原因是由于这种CVT省去了传统CVT使用的液压控制系统。CVT的效率损失主要来自控制液力损失、润滑搅动损失、机械传动损失等方面，而控制液力损失在其中所占比重很大。比如传统CVT传动时为了防止钢带打滑而产生的压紧力损失、内部控制油路发生改变时产生的损失都属于这一范畴，这类耗能严重制约了CVT效率的提升。

　　这种活齿CVT由于采用齿轮原理传动，不需要为了产生传动所需的摩擦力而耗费很大力气将棘轮压紧，所以取消了传统CVT中的液压系统，只需用电机控制棘轮运动，改变V型槽的宽度即可。这一变化可使传动效率大幅提高，参与研发的工程人员透露目前活齿CVT的传动效率可以达到96%，接近手动变速箱的效率水平。

　　但有些人读到这里可能会质疑，虽然这种活齿CVT不靠摩擦力传动，但在运转过程中链条会死死压住活齿单元，进而使棘轮向外移动。而为了保持棘轮不乱跑，还是要费很大力气压住它。这种质疑绝对靠谱，理论上确实如此，但工程人员告诉我，这种担心是多余的，因为他们通过一个简单的设计就解决了这一问题。


　　我们可将主、从动棘轮分为四部分，每个棘轮以传动链条为界分为两半。这四部分可按对角线划分成两组，主动棘轮上半和从动棘轮下半为一组，剩下的为另一组。其中一组是与主、从动轴连为一体的固定轮，而另外一组则是套在主、从动轴上的活动轮，V型槽宽度的改变就是靠活动轮的移动实现的。

　　传动中，链条挤压棘轮，与轴连为一体的固定轮肯定是怎么挤都不会动的，所以只有活动轮存在被挤跑的风险。而工程人员用一块金属板将两个活动轮连接到一起，变为一个整体，这样一来呈对角线分布的活动轮在受到方向相反的挤压力时，会通过金属板相互抵消。这就好比一个人站在两个小车中间，你双手左右一推，两个小车会同时向左右移动，但如果用链子将两个小车连在一起，再从中间同时推左右两个小车，车就不会动了。同时，连接在一起还有另外一个好处，就是只需要一台控制电机便能控制主、从动棘轮的V形槽变化，一端宽度变大时，另一端必然会随之变小。

　　此外，这种活齿CVT还可以不使用液力变扭器，我们手动变速箱搭配的压片式离合器即可保证传动系统需求，这样一来液力变扭器所产生的液力损失部分也可以被消除。不过工程人员告诉我，在今后的设想中，他们还是可以根据不同车型的需要来决定是否采用液力变扭器，这点对于变速箱来说并不是件很困难的事。
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　　成本会令人难以接受吗？

　　没有了液压系统的活齿CVT比起传统CVT零件少了很多。据工程人员介绍，这款CVT只有百余个零件，比传统CVT要少将近一半，而且由于不再依靠摩擦传动，棘轮表面的加工精度也有所降低。这样一来，成本上自然就会省去不少。据了解这种活齿CVT由于能传递的扭矩比较大，其定位以中、重型车辆为主。而这些车辆由于用途及市场定位，对成本的控制方面，比家用轿车要严格的多，成本过高的话，可能会曲高和寡，无人问津。



　　高转速传动仍是难点

　　虽然这种活齿CVT在扭矩、效率、成本上具有自身独特优势，但工程人员直言不讳地讲，其在研发当中仍存在一些尚未完全解决的难点。其中如何保证在高转速下仍能有效工作就是一个有待进一步研究的课题。


　　这种活齿CVT目前可以达到的最大转速大约在5000rpm左右，而目前传统家用轿车的发动机转速普遍高于这一数值，这也使得目前这种活齿CVT在较高转速发动机领域上仍待改进。究其原因，主要是由于这种变速箱的活齿在脱离链条时，是依靠离心力的作用自动复位，这种运动会在高转速下，对扭矩传递造成影响，使其出现脉动，从而造成动力传递不平稳的现象，不过研究人员已经开展针对此项问题的细化设计。

　　实际测试，传动较为平顺

　　究竟是好是坏，还要亲自体验一下才知道。工程人员早就准备好了一辆实验样车，这点倒是不出乎我的意料，毕竟这种从没见过的东西到底靠不靠谱，没人敢肯定，但是看到车以后还是令我感到惊讶，竟然是一辆东风猛士，这可是军车呀！经过说明才知道，之所以选择这辆车，主要因为这辆车搭载的是6.5L柴油机，扭矩可达到550N·m，这一数值是目前传统CVT无法触及的，比较具有代表性，既然如此那就上吧。


　　不过测试过程中，我并没有开车，只是试乘体验，这多少有点遗憾，不过这事儿确实事出有因。由于资金方面问题，暂时无法负担电控系统高昂的开发费用，所以装在这辆实验车上的变速箱并没有这方面配备，只能凭借手动操作对变速箱进行控制。对于从未接触过的我来说，恐怕都不知道怎么能叫它走起来。


　　车辆刚起步的时候有些抖动，工程人员告诉我这主要是由于离合器也只能手动调节，随即给我指了下控制离合器的按钮。果然开起来之后，车辆平顺了很多，在提速过程当中并未感受到传动比改变而产生的不适，变速箱监测显示屏幕上也清晰地标示出了速比变化的全过程，由于没有电控系统的辅助，测试车只是通过简单程序模拟了10个挡位，使我们对挡位变化有更加直观的了解。

　　在这种手动控制的条件下，全程最高车速达到了50km/h，而目前这款实验用的变速箱最高可以达到80km/h的行驶速度。整个测试共开行了大约2km距离,乘坐感觉上与传统CVT变速箱区别并不大。


　　在沟通过程中，我们还了解到，目前工程人员还在研发一种采用杠杆原理的无级变速箱。大体上是通过改变杠杆中心点来实现速比变化。不过由于这种变速箱结构较为复杂，且尚未成熟，所以没有公布更多设计细节。

　　编辑总结：

　　总体来说，这种被称为活齿CVT的无级变速箱，从理论上实现了齿轮无级变速的设想，其自身具有的大扭矩、高效率等特点也值得我们认可，但其自身存在的一些技术难点仍使我们不好预测这种CVT究竟能否走近寻常百姓身边，且如何转化为能工业化生产的产品，并保证产品一致性，更是发展道路上必须解决的问题。这些问题将会随着时间的流逝、研究的深入而逐步被揭晓。究竟其能否获得成功，会不会被消费者接受，我们也只能拭目以待。（文/图 汽车之家 贾刚）

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