无级变速器全解读

2011年07月26日 16:37 来源：Che168类型：原创编辑：范鑫

KRG锥环式无级变速箱，对于大多数人而言可能是个陌生的名词。不过，这种变速箱可能会成为未来国内小排量车型上的主流变速箱，低成本、高效率、简单的结构和在功能和平顺性上的多重优势值得我们关注，在其正式量产之前，让我们一同来认识一下这台结构新颖的变速箱。

GIF吉孚推出的创新锥环式无级变速箱（KRG）

◆无级变速的基础，滚锥+锥环代替钢带和棘轮

--悠久历史和创新：源于1902年的结构+创新控制机构

KRG变速箱展示模型

我们都知道，传统的CVT无级变速箱的核心变速机构是由可变槽宽的主、从动棘轮和钢带组成的，通过主、从动棘轮V型槽槽宽的改变来改变钢带的在两个棘轮上转动的周长，进而实现速比的连续变化。

传统的CVT变速箱是通过V型槽宽度可变的主、从动棘轮和钢带来连续调节速比的而KRG锥环式无级变速箱实现无级变速的主要执行机构则是输入滚锥、输出滚锥和他们之间传递动力的锥环，锥环的平面在两个滚锥上得到的截面圆的周长决定了输入轴和输出轴的速比（当然还有锥环本身的尺寸引起的差异），所以锥环在滚锥上的位置直接决定变速箱的速比，由于锥环可以在滚锥上的左右止点之间任意移动，所以能够提供在一定范围内连续可变的速比。

上面的输入滚锥、下面的输出滚锥加上在两者间传递动力的锥环，

构成了锥环变速器的主要机构

变速箱中的滚锥和锥环实体

锥环所在平面对于两个滚锥的截面圆的周长差异决定了输入输出的速比

只要输入滚锥转动，动力便会通过输入滚锥传递到锥环，进而带动输出滚锥做反向转动。据介绍，这套机构早在1902年时已经面世，GIF则将它成功的运用到了汽车变速箱上，并已具备了量产水平。这套机构同样适合在混合动力车型和电动车作为变速机构。

KRG变速箱整体的结构并不复杂，目前的KRG变速箱主要是针对横置发动机设计，动力从发动机出来之后直接连接离合器（KRG可以配置液力变矩器和干式离合器），输入轴与行星齿轮相连，然后便是输入滚锥-锥环-输出滚锥，然后动力就输出至差速器--半轴。

在离合器方面，KRG使用的干式离合器像AMT变速箱一样，采用电子控制，即为人们提供了一只电子左脚。所不同的是，其离合器控制机构不像大多数AMT变速箱那样使用电-液控制系统（由电子泵、液压执行机构等组成的控制系统）来控制离合器的接合与分离，而是采用电机控制离合器，在结构上更加简单，响应速度也更快。当然，其同样可以采用液力变矩器，GRC-吉孚动力技术（中国）的工程师们可以根据厂商的需求进行开发和匹配。

KRG变速箱：离合器--行星齿轮组--输入滚锥--传动锥环--输出滚锥

--减速齿轮--差速器--半轴

1-输入滚锥 2-输出滚锥 3-传动锥环 4-胀紧机构

5-锥环定位（速比调节执行）机构 5a-控制架

◆速比的变化调节

--速比的变化调节仅需一个低功率的伺服电机

我们都知道，传统的CVT变速箱需要有一套液压泵机构来推动棘轮，改变其槽宽，进而使速比发生变化。液压控制机构和执行机构的加入让CVT变速箱的结构变得复杂，也直接导致了较高的变速箱成本。在KRG变速箱上，GIF吉孚的工程师们利用锥环本身的机械特性，仅用了一个很简单的模块就实现了速比的转换。

KRG变速箱变速机构的简化模型

我们从俯视图上比较容易理解KRG速比调节机构的原理，由于锥体的特殊形状，当传递动力的锥环平面与滚锥中心线呈垂直状态时，锥环能够保持当前位置不变，即变速箱能够以恒定的速比输出动力；而当锥环平面的与中心线的角度发生变化时，锥环便会随着锥体的转动在锥体上相应的向左或向右移动，这种移动完全是由于“圆锥”的形状特性所导致的，属于完全自发性的运动，而不需要外力推动锥环在滚锥上左右移动。而且，锥环平面与滚锥中心线的夹角越小，其左右移动的速度也就越快。所以，工程师们只需要设计一个可以调节锥环角度的机构，辅以对应的电子控制程序，就能够轻松的实现速比的调节，并且还能控制速比变化的速度。

当传递动力的锥环平面与滚锥中心线呈垂直状态时，锥环能够保持当前位置不变

只需让锥环平面与滚锥中心线呈一定角度

锥环便会顺着滚锥的旋转相应的向左或向右移动

工程师们为锥环设计了一个控制架，控制架下端有一个带有滑轨的限位器（速比调节执行机构），用来控制传动锥环的角度。这个控制架由伺服电机直接驱动，可以在箱体内做一定角度的转动。当变速箱需要固定速比输出时，这个控制架只需要保持锥环与滚锥轴线保持平行状态即可，当变速箱需要改变速比时，伺服电机驱动控制架，相应改变锥环角度，锥环便会随着滚锥的运动自行移动，到达需要的速比时，控制架将锥环转回垂直角度状态即可。这样的速比调节过程仅仅需要克服锥环和控制架本身的惯量，仅需低功率的电机即可实现。伺服电机设计在变速箱壳体外部，便于维护。KRG节省了传统CVT复杂且成本较高的液力控制机构，在组装难度、制造成本、控制部件重量和养护便利性方面均超越传统CVT变速箱，并且其响应速度也要比液力控制机构具有优势。

整体可旋转的控制架，限位器可沿着滑轨自由滑动

对锥环的角度控制就像我们转动自行车把一样，非常轻松，仅需要低功率的伺服电机

变速箱实体模型当中的控制架和锥环，还可以看到控制架的滑轨和限位器

这里面就是控制架的伺服电机

◆传动效率保障：胀紧机构、变速箱润滑

--机械式自胀紧机构，摩擦传动部分使用特殊润滑油

锥环式的动力传输结构与CVT一样，都不是使用传统的齿轮或链条等连接方式传递动力，而是依靠接触摩擦来传递动力，所以需要胀紧机构为接触部分提供压力，以避免接触摩擦部位打滑而造成的动力流失。

工程师们在输出滚锥的轴承上设计了一套自胀紧结构，当锥环带动输出滚锥转动时，与轮端相连的输出轴端的阻力使胀紧机构发生扭转，这种扭转力使胀紧机构内的滚珠沿着斜槽运动，将胀紧机构推开，迫使输出滚锥向右侧移动，这样一来其与输入滚锥的间隙变小，锥环所承受的压力增加，提升锥环和滚锥之间的摩擦力，保证动力传输效率。据了解，目前的KRG样机变速箱的传动效率可以接近90%左右，可承受的发动机扭矩为180牛米左右，并且主要是针对横置引擎前驱车开发。工程师表示可以承受400牛米扭矩的KRG变速箱目前也在研发当中。

胀紧机构能够减小两个滚锥之间的间隙，增加二者间锥环的接触压力，保证动力传递效率