隨著工業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)工藝流程機(jī)械化、自動(dòng)化程度的提高，機(jī)械無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置作為一類(lèi)重要的機(jī)械傳動(dòng)部件，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用日益廣泛，特別在生產(chǎn)流水線、變速機(jī)械中，甚至在轎車(chē)的變速傳動(dòng)系統(tǒng)中也采用了機(jī)械無(wú)級(jí)變速器。而帶式無(wú)級(jí)變速器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作平穩(wěn)、能吸收振動(dòng)、易損件少、帶的更換方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為機(jī)械無(wú)級(jí)變速器中廣泛應(yīng)用的一種。

　　1 傳統(tǒng)帶式無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　無(wú)級(jí)變速器的變速原理很簡(jiǎn)單，但也很巧妙。如圖1所示，傳統(tǒng)帶式CVT主要包括主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、傳動(dòng)帶和液壓泵（調(diào)速控制裝置）等基本部件。變速器的主、被動(dòng)工作輪的固定和可動(dòng)兩部分形成V形槽，與傳動(dòng)帶嚙合。當(dāng)主、被動(dòng)工作輪可動(dòng)部分作軸向移動(dòng)時(shí)，改變了傳動(dòng)帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動(dòng)比?？蓜?dòng)輪的軸向移動(dòng)是根據(jù)使用要求，通過(guò)控制系統(tǒng)可進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。變速部分由主動(dòng)帶輪、V型傳動(dòng)帶和被動(dòng)帶輪所組成。每個(gè)帶輪都由帶有斜面的半個(gè)帶輪而組成一體，其中一個(gè)半輪是固定的，另一個(gè)半輪是可以通過(guò)液壓伺服油缸來(lái)控制其移動(dòng)。半輪間的軸向相對(duì)位移可以通過(guò)控制機(jī)構(gòu)來(lái)改變；兩個(gè)帶輪軸間的距離是固定的，傳動(dòng)帶的周長(zhǎng)是固定不變的，通過(guò)控制兩活動(dòng)盤(pán)的軸向位移，使主動(dòng)輪和被動(dòng)輪半徑的相應(yīng)連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速。

　　傳統(tǒng)帶式無(wú)級(jí)變速器被廣泛應(yīng)用，在工業(yè)上具有大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)效益。但是傳動(dòng)帶在變速過(guò)程中由于擠壓產(chǎn)生很大的摩擦力，造成帶較快磨損，使其壽命降低。另外，帶輪變徑使傳動(dòng)帶徑向位置變化的同時(shí)，還使其有軸向變化，這進(jìn)一步惡化了傳動(dòng)的穩(wěn)定性，縮短了傳動(dòng)帶壽命。

　　2 剖分變徑式無(wú)級(jí)變速器原理與結(jié)構(gòu)圖

　　在帶式無(wú)級(jí)變速器中，若要實(shí)現(xiàn)變速即輸出轉(zhuǎn)速變化，必須改變其傳動(dòng)比，而傳動(dòng)比的改變需要通過(guò)改變帶輪工作直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。改變V型傳動(dòng)帶工作直徑變化的方式，除了改變兩個(gè)錐型帶輪之間的軸向位置外，還可以利用分體式帶輪的分體間徑向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；谶@種考慮，本文提出新型剖分變徑式無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)研究。

　　如圖2所示，剖分變徑式CVT的主、從動(dòng)輪組均由分體帶輪1、軸向可移動(dòng)錐體2、固定的徑向?qū)虮P(pán)4組成。分體帶輪底部嵌入帶有T型槽的錐體中，并通過(guò)銷(xiāo)與徑向?qū)虮P(pán)連接。當(dāng)要增大傳動(dòng)比時(shí)，調(diào)速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主動(dòng)輪組的錐體軸向移動(dòng)，錐體通過(guò)T型槽推動(dòng)主動(dòng)帶輪分體沿導(dǎo)向盤(pán)徑向收縮。同時(shí)，從動(dòng)輪組的錐體反向移動(dòng)，推動(dòng)從動(dòng)帶輪分體沿導(dǎo)向盤(pán)徑向膨脹，從而改變主、從動(dòng)帶輪分體與傳動(dòng)帶嚙合的工作直徑比，如此實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。

　　3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

　　雖然在變速過(guò)程中，分體帶輪由于間距的存在，帶在間距上是變曲率的。但是在適當(dāng)變速范圍內(nèi)，分體間距帶來(lái)的曲率變化對(duì)帶長(zhǎng)計(jì)算的影響很小，所以可采用傳統(tǒng)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算。

　　帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)基本關(guān)系為（參見(jiàn)圖3）：

　　式中，a為帶輪中心距；L為傳動(dòng)帶長(zhǎng)；d1為主動(dòng)輪直徑；d2為從動(dòng)輪直徑。

　　主動(dòng)輪直徑d1min和從動(dòng)輪直徑d2min可由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選取的帶型確定，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定傳動(dòng)比變化范圍imin~imax。

　　因i=d2/d1,代入式（1）有：

　　把d1min,imax和d1max=d2min/imin,imin分別代入式（2），有：

　　聯(lián)立式（3）、式（4），可得中心距為：

　　然后把a(bǔ),d1min和imax代入式（3），即可得到帶長(zhǎng)L。

　　4 傳動(dòng)性能分析

　　對(duì)于傳統(tǒng)帶式傳動(dòng)，有效圓周力計(jì)算公式為（參見(jiàn)圖4a）：

　　式中，F(xiàn)0為初張力；為當(dāng)量摩擦系數(shù)；為包角，且

　　為保證傳動(dòng)帶的傳動(dòng)能力，要求主動(dòng)輪包角滿足

　　對(duì)新型剖分變徑式CVT,在其實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，帶輪直徑由小到大的過(guò)程中，分體之間的間距由零逐漸變大。由于間距的存在，帶與帶輪的接觸是分段的，顯然式（6）已不再適用于該CVT有效圓周力的計(jì)算。

　　如圖4,對(duì)比兩種CVT計(jì)算模型，顯然發(fā)現(xiàn)式（6）受到限制的原因是帶輪包角的變化。為此可設(shè)帶輪實(shí)際包角？=k,其中k為分體的包角系數(shù)，是在包角范圍內(nèi)所有分體對(duì)應(yīng)的圓心角與包角的比值。由此可得新型CVT有效圓周力的計(jì)算公式為：

　　下面分析變速過(guò)程中，剖分變徑式CVT主動(dòng)輪實(shí)際包角及包角系數(shù)的變化情況及其對(duì)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的影響。

　　在圓上，圓心角之比等于其所對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)之比。當(dāng)主動(dòng)輪直徑為d1=dmin+d時(shí)，整個(gè)圓周上分體所對(duì)應(yīng)圓心角與整個(gè)圓周的比值約為dmin/d1。則包角范圍內(nèi)分體的包角系數(shù)可平均為：

　　顯然包角系數(shù)與直徑成反比，隨帶輪直徑的增大而減小。

　　主動(dòng)輪包角變化對(duì)機(jī)構(gòu)參數(shù)的影響可從帶輪直徑的兩個(gè)極限情況進(jìn)行討論。

　　當(dāng)傳動(dòng)比時(shí)，d1=d1min,d2=d2max,主動(dòng)輪直徑，帶輪分體間距為零，k=1,包角計(jì)算與常規(guī)帶輪相同，即：

　　當(dāng)傳動(dòng)比時(shí)，d1=d1max,d2=d2min,主動(dòng)輪直徑，帶輪分體間距，包角系數(shù)k=d1min/d1max,主動(dòng)帶輪實(shí)際包角為：

　　令：有：

　　當(dāng)d1max/d1min%1.5時(shí)，2d1max-3d1min%0,式（7）顯然成立當(dāng)d1max/d1min>1.5時(shí)，有：

　　由上述分析顯然可知，由于傳動(dòng)原理的特殊性，在新型CVT機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)考慮帶輪包角變化帶來(lái)的影響，即帶輪直徑和中心距的取值還應(yīng)滿足式（7）、式（8）的要求。

　　5 結(jié)論

　　與傳統(tǒng)帶式無(wú)級(jí)變速器相比，新型剖分變徑式無(wú)級(jí)變速器利用分體式帶輪的分體間徑向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)V型傳動(dòng)帶工作直徑的變化，從而減小了變速過(guò)程中帶輪對(duì)傳動(dòng)帶的側(cè)向擠壓力，減少了傳動(dòng)帶的磨損，延長(zhǎng)了帶的使用壽命。

　　本文從原理上對(duì)剖分變徑式無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析，進(jìn)一步完善了剖分變徑式CVT的設(shè)計(jì)理論，為剖分變徑式無(wú)級(jí)變速器的開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)。