[发明专利]阴阳轮平衡无级变速器

说明书

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，特别是机械变速器的改进。

背景技术

由于有了内燃机，汽车才得以诞生。然而，内燃机的动力特性是低转速时功率小、扭矩低、耗油大。而大功率、大扭矩、低油耗的最佳工作状态要在中高转速范围内才能实现。内燃机的这种动力特性与汽车对动力特性的要求并不一致，甚至背离。为了使汽车顺利起步和正常行驶，必须要减变速，于是变速箱(Transmission)出现了。汽车行驶速度的变化是连续的，这就要求汽车的变速箱的速比也是连续的，于是无级变速箱(Continuously Variable Transmission简称″CVT″)出现了。目前关于无级变速有以下几种：

1.摩擦传动CVT

摩擦传动原理很简单，实现无级变速也比较方便。主要结构有：V型橡胶带式、金属带式、多盘式、钢球式、滚轮转盘式等。特征是靠摩擦力实现动力传递。

滚轮转盘式CVT是利用两个对置的内凹锥形转盘和一对滚轮组合而成。连续改变滚轮的角度，就可以连续改变传动转速比和传动扭矩比。应该说光靠内凹锥形转盘和滚轮之间的金属摩擦是极难实现330Nm大扭矩的动力传递。更不要说如此高强度的摩擦带来的材料的磨损和摩擦发热带来的能量损失。

大功率滚轮转盘式CVT的成功在于研制出一种特殊的油，这种油充满整个CVT变速箱。它具有特殊契形的分子外形，在承受极高的表面压力下分子会排列成行，从而产生巨大的抗剪切能力。滚轮和转盘就是利用两者间所形成的油膜为介质实现高扭矩的动力传递。据说，滚轮转盘式CVT比起钢带CVT和自动变速箱的传动效率高10％以上。

从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速箱的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。

但是，摩擦传动CVT实现大功率、高效率的无级变速传动是极其困难的。为产生足够的静摩擦力，避免打滑烧毁，对传动带的要求要非常高。以传输330Nm的扭矩为例：若传动半径为0.1m，静摩擦力要求3300N，金属间的摩擦系数约为0.1，对金属链的正压力必须是33000N，或者说3300公斤力，如此巨大的压力，橡胶三角带显然无法承受，金属的屈服强度一般小于100Kg/mm2，是难以承受如此巨大的压力的。只有研究出屈服强度极高的金属，才能制造出传输大功率的摩擦传动无级变速箱。另外，在如此大的压力下摩擦传动必然要消耗较多的能量。金属带式无级变速箱(VDT-CVT)汽车的油耗高说明了这一点。

2.液力传动

主要结构有液粘调速、液力变扭、油马达等。特征是以液体为介质实现动力传递。液力自动变速箱(AutomaticTransmission简称″AT″)已有60多年的历史。这种的自动变速箱(AT)，主要利用液力变扭器配合差动轮系齿轮箱实现换挡功能。传动过程中，液力变扭器中液体分子在高压，高速运动中有相当大的相对运动，造成明显的发热和功率损失。所以，传动效率低(一般80％左右)，油耗高是液力自动变速箱不可克服的缺点。而且液力变扭器对加工精度要求极高，制造工艺复杂，增加了成本。液力自动变速箱比手动变速箱要贵10000-15000元人民币，可见自动变速箱的成本要多高。

我们是否可以看出以下几点：

(1)液力自动变速箱(AT)不是无级变速，是自动控制的有级变速，并没有满足汽车对变速箱的要求。在满足了人们希望免除了手动变速箱繁杂的换档和离合操作，使开车变得简单、省力，潇洒的同时，付出的代价是多付10％的购车钱和多付20％的油钱。(2)无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速箱只不过是一种过渡产品，轰轰烈烈已是夕阳西下的征兆。

3.电磁传动

主要结构有变频调速、直流电机调速、调速电机等。这种方式的应用比较普遍。其优点是应用方便，其缺点是效率太低，系统过于复杂，成本也较高。

这种传动变速方式在汽车上也有应用，如混合动力汽车。目前，已有样车展示，但尚未规模商业运作。这种混合动力汽车的动力系配有内燃机、发电机、蓄电池、电动机。优点是当汽车的动力储备可以比较小。当汽车需要较大功率时，蓄电池可以带动电动机与内燃机共同提供动力，比如起步时或上坡时。但由于目前蓄电池的容量有限，自重又大，使用寿命有限，单纯的论百公里油耗指标，那很好。但综合费用，包括电池的使用和维修，更换，未必经济。

4.电控自动机械变速箱