【项目推介】CVT大扭矩疏链式变速机构简介-晨雅暮俗
一、无级变速器现状
当今国内外动力传输过程大多需要解决变速问题。
民用车辆、工程车辆、军用车辆（坦克车、装甲车）、船舶、纺织机械、机床以及其他机械中的机械传动都需要变速，而无级变速又是当前变速器领域的佼佼者。
目前采用的无级变速器技术解决方案是锥盘式摩擦变速（无级变速器—Continuously variable transmission）技术，它在许多方面优于以往的电力变速（电磁、变频）技术和液压变速技术，是目前全球在用车辆的主流无级变速器技术。
其工作原理如图1所示。由于它的包角只有约1π三峡房市网，所以包角对传动力的贡献甚小，其传动力主要靠轴向的夹持力F获得，即通过轴向作用的液压装置向传动带的推片或传动链的销轴施加压力，形成摩擦。

以车用为例，无级变速器构成的传动系统有以下优点：
1、操作简捷化；
2、经济性良好：由于实现了传动系统与发动机工况的最佳匹配，比自动变速器节油约10%以上，与手动变速器相当或稍优；
3、动力性提高：爬坡能力和加速能力优于自动变速器（AT）和手动变速器；
4、排放减少：由于发动机保持最佳工况，有害废气的排放明显减少；
5、成本降低：零件数比自动变速器少40%，生产成本显著降低，整车重量有所减轻；
6、驾乘舒适：驾驶平顺，没有顿挫感。
但同时，当前的无级变速器也存在一些难以克服的缺陷：
1、主要由其中的核心--变速机构的先天性、原理性缺陷所致（以下对比分析中的“当前无级变速器”指向的实为其中的变速机构--以对应于本项目的变速机构）。
靠轴向夹持力形成摩擦力的传动方式有明显的局限性，不可能无限增大，当前的锥盘式无级变速器的工作上限仅为300多牛米，相当于不高于3.5 L排量的小型轿车辆的扭矩，超过此上限就会发生打滑、传动失效现象。
日本的无级变速器，曾有输出扭矩为318Nm的记录，国内亦曾有过400Nm以上的无级变速器试验机的报道（但未见产品面世），种种事实说明无级变速器的发展已遇到难以克服的障碍。
2、结构复杂，用材苛刻，重量大，制造难度大。
3、成本高，产品价位高。
4、部分核心技术在国外（如传输钢带等），受专利和其他因素的限制使用代价高，造成国内企业产品成本高，进一步发展受限。
无级变速器的性能优势与它的现状以及应用需求之间存在着巨大反差，业内对无级变速器尚有很高的期待。
二、本项目简介
1、概述
1）本项目的研发对象为无级变速器中的核心--大扭矩疏链式变速机构。
2）本项目已获得两项国家发明专利授权（专利号ZL200910136244.1和ZL201010196571.9），和美国专利（US9574641B2），在德国申请的该国专利正在审理中。
3）从国家专利申报审批过程中的查新结果表明，本项目的技术解决方案属国际首创，且技术领先。
4）本项目的技术解决方案完全颠覆了当前无级变速器的技术思路洛克比空难，采用全新技术路线，避开了当前无级变速器的技术瓶颈，是无级变速器领域的重大革命，是世界范围内无级变速器领域发展的一次巨大变革和重大发展机会。
2、本项目的主要创新点
考虑到锥盘式无级变速器是一种沿用多年的传统产品，且主要核心技术均为国外忘我，在该设计理念下可自主发掘的潜力已经有限，故我们放弃了原有的技术模式，寻求新的设计理念。
如前所述，既然对传输钢带的轴向夹持力与传输钢带的推片或销轴的强度是一对矛盾，所以本发明放弃轴向力，而改用径向的抱合力，也就是通过合理设定包角解决锥盘式无级变速器打滑的问题。

若摩擦系数取钢材的摩擦系数0.15，且包角表示为kπ弧度，则上式可改写为：

表1的关系如图2的曲线所示。

图2
由表1可见：
1）当前的锥盘式无级变速器仅仅利用1π弧度的包角是非常不利的；
2）要解决打滑问题即提高有效张力可以增大松边张力和增加包角；
3）当松边张力为定值时，随着包角增大，有效张力近乎按指数规律增长；
4）当松边张力为一合理数值时，包角达到一定数值即可使有效张力大于链的破断强度，则此包角值可视为实用上限，再继续增大虽非不允许，但已无意义。
例如设计输出100000Nm的无级变速器，设从动辊φ=600mm，则可选配破断载荷约50T的传动链，选定k=9，则松边张力大于4900N即可，这些参数在技术上都是可实现的。
可见采用新的原理魔幻天使，可预期的上限能轻易达到当前锥盘式无级变速器的数十倍乃至数百倍，这样的前景正在被实物样机一步一步地证实。
虽然增大包角可有效解决打滑问题，但当包角大于2π时必发生传动链的“叠压”现象，即后绕上去的传动链压在原有的传动链上面，使之不易拉出。我们经过大量实验探索，通过两个途径解决了这个问题。
1）采用“对辊”机构（大扭矩对辊式定比/无级变速器，专利号200910136244.1）。用两个同步运行的辊等效一个单体辊，且两辊的轴成一特定的空间角度（或异面直线）。
2）采用“疏链器”（大扭矩疏链式定比/无级变速器，专利号201010196571.9）。主动辊和从动辊平行配置，且各配有一组疏链器。
3、本项目变速机构的结构
从上述原理出发，本项目的变速机构由两部分构成：
1）变径部分；
2）传动部分。
图3所示为变径部分，轴1上滑配合且同相地套入一对锥盘2，锥盘（锥盘结构见图4）的槽内嵌入数十个桁杆3，桁杆沿周向均布且与轴平行，如此一对锥盘间的轴向距离即与桁杆的外廓直径（即辊径）形成对应关系。河北辛集中学滑套4受控于杠杆5，杠杆5可绕轴6摆动，调速丝杠7通过螺母8控制杠杆5，由于丝杠7一端是正扣，另一端是反扣，使得两个杠杆只能对称地摆动，保证主动轮的一对锥盘和从动轮的一对锥盘互补动作，也就是实现二者的互补变径。


图4 椎盘

图5
图5所示为传动部分，1、2为桁杆构成的辊、3、4为传动链、5为疏链器。其中3为紧边，4为松边。传动链与主动辊或从动辊接触的部分纳入包角计算，传动链与疏链器接触的部分不纳入计算。
4、本项目变速机构的技术优势
1）扭矩大：当前锥盘式无级变速器的输出扭矩最高只有300多牛米，超负荷容易打滑，也不能应用到大扭矩传输需求的车辆上。
本项目变速机构由于采用了全新的传动原理，根除了打滑现象，传递扭矩可达数万牛米乃至数十万牛米，是当前无级变速器的数十倍甚至数百倍，这在无级变速器领域是一个重大突破，在摩擦传动领域也是一个重大突破。
2）速比宽：当前无级变速器的调速范围（即速比）比较狭窄，以车用锥盘式无级变速器为例，其速比通常不超过6：1，不能满足大部分应用的需求，所以常常与定比变速器配套使用；本项目变速机构的速比可达15：1甚至更高，因此对于大部分应用已不再需要增加定比变速器蒙牛冠益乳。
3）对传动件无特殊要求：一个更现实的问题是，当前的车用无级变速器对传动链或传动钢带都有较高的工艺和质量要求，而我国目前不具有该类传动件的自主知识产权和工艺技术，必须依赖进口，难免受制于人。
本项目变速机构由于采用了全新的传动模式，对传动件没有任何特殊要求，如三角皮带、平皮带、钢带、钢丝绳、各种工业链条、普通环链等在本变速器中都可以用作传动件，也就是说可使用几乎所有常规传动件的标准件（根据不用应用领域的具体要求选用）。
4）适用范围宽：
①定比变速和无级变速--本项目变速机构既可以实现无级变速也可以实现定比变速，当用于定比变速时，它可以取代当前的齿轮变速器，但比齿轮变速器运行更平稳、输出扭矩更大、工作寿命更长、噪音更低、维护要求更低、维护周期更长。
②极强的耐用性--齿轮的工作面即齿面有极苛刻的要求，稍有损坏即造成齿轮失效。本项目变速机构则不然，对工作面的精度、光洁度、硬度没有过高的要求，工作面的磨损或伤痕对其正常运行影响甚小，所以可适应恶劣的使用条件，如：可以长时间在无润滑的条件下干运行；可以采用开放结构（无机箱），包括在有沙尘、泥浆、盐雾的恶劣环境下开放运行，而常规运行则可降低维护条件、延长维护周期。
5）造价低：本项目变速机构只需满足基本强度要求的普通材料即可（或根据应用需要选用易获得的特种材料），对加工精度亦无特殊要求，故生产成本较低，本项目定比系列变速机构约比同功率定比齿轮变速器的造价低25%甚至更多。
另外，由于本项目变速机构的传动链可采用廉价的标准件，造价将显著降低。
6）完全自主知识产权：本项目变速机构具有原创性、源头型的自主创新特征，具有国际先进性和与国外技术垄断抗衡的实力。
我国当前小型车用无级变速器几乎完全依赖进口，而进口的无级变速器中所配套的传输钢带和传动链，更是被国外一两家公司所垄断。
若本项目变速机构得以应用，可以扭转我国无级变速器依赖进口的局面，更能使上述传送钢带和传动链的国外厂商失去垄断地位。
本项目变速机构具有完全自主知识产权，它的普及推广将强力提升我国无级变速器行业的设计制造能力和国际地位狮龙电动车，将有力增强我国汽车及其它工程机械产品的国际竞争力何引忘川，进一步强化我国机械制造业的核心竞争力。
7）后续研发应用潜力大：本项目变速机构具有后续研发与应用的巨大潜力，包括在国防军备领域的应用。
5、应用领域
由本项目变速机构为核心构成的无级变速器应用领域宽泛。
目标应用领域包括：民用乘用车辆领域、大型工程车辆领域、船舶舰艇领域、坦克车装甲车领域、机床领域、纺织机械领域、铁道机车领域、港口机械、风电领域、农业机械领域、矿山机械领域、流体机械领域以及其他需要机械传输的通用机械。
总之，凡是需要机械传输，尤其是大扭矩机械传输的领域，均为由本项目变速机构为核心构成的无级变速器的应用领域。
凡是摩擦传动（皮带轮等）不能胜任的任务，由本项目变速机构为核心构成的无级变速器可完成之。
凡是啮合传动（齿轮）能完成的任务，由本项目变速机构为核心构成的无级变速器可替代之。
理论分析表明：本项目变速机构的负荷上限远大于传统啮合传动机构的负荷上限。
6、产业（市场）优势
当前和未来的各个领域，对无级变速器尤其是大扭矩无级变速器的市场需求，就是本项目变速机构的市场需求。
1）市场需求：事实上，市场对无级变速器的需求是非常广泛的，但由于当前无级变速器不能传输大扭矩，所以只在有限的范围获得应用。
以汽车为例，只有中小排量的汽车可以使用当前的无级变速器，大排量汽车及重载卡车、大客车都不可能采用无级变速器。对于更大功率的应用，例如内燃机车或船舶，虽有无级变速的需求但没有适配的无级变速器可供选用，一般都是采用电力拖动，即所谓“全电推”方案：用柴油机带动发电机产生电力，通过调压柜组驱动电动机再经减速带动负荷，这种变速方案看起来先进，实则环节多、系统可靠性差、效率低、造价高、占据空间大、仍难实现特大扭矩传输。
一个明显的缺陷是，对于机械变速，必要时会牺牲速度换取数倍高的扭矩，但在“全电推”方案中，电机具有恒转矩特性，要想获得大扭矩，除非设计之初按照极端负荷选配电机。
由此看来所谓“全电推”，其实是在没有大功率无级变速器情况下的一种无奈选择。
本项目变速机构的推出，必将大范围取代全电推系统。
船舶的另一种变速方案是改变螺旋桨的桨距。其实在某一特定转速下，合理的、机械效率较高的桨距只包括很窄的范围，桨距超出此范围必导致效率下降，可见此法实际上是在牺牲效率的前提下实现变速，同样是在没有大功率无级变速器情况下的一种无奈选择，必导致能源的浪费。
2）市场容量：由于本项目变速机构也属于通用机械，可广泛适用于一切需要变速传动的领域，又由于它还可以实现定比变速，仅从低噪声来看，它就有理由取代当前的许多定比减速箱，所以它的潜在市场是非常巨大的。
3）对市场的促进作用：一个新产品的问世，必带来一系列新的可能性，由此派生出更多的新事物。
由于本项目变速机构与当前无级变速器或定比减速机相比体现了质的突破，所以它对传动领域、对传动机械市场、对节能减排工作，都会有持久的贡献偷窥镜。
由于本项目变速机构具有以上优点，我们有理由相信本产品必将在世界范围取代陈旧的定比变速器、有级变速器或无级变速器乃至全电推系统，并将引领变速器行业技术创新的潮流安乡偎麻雀。
4）符合国家发展战略：目前我国正在部署“中国制造2025”国家发展中战略，需要具有国际领先水平、具有自主知识产权、具有基础技术领域创新效应、具有关键装备制造领域重大突破意义的研发项目及其产业化。
本项目与上述需求恰好吻合。一旦研发成功并产业化，将彻底颠覆当前无级变速器行业，孟照国带动一片新型装备制造业的兴起，推动无级变速器应用产业的巨大变革。
如果能在坦克等重型军用车辆上得到应用，将对国防装备的现代化和国际领先水平起到积极作用阿撒兹勒。
7、项目状态
目前，该项目经过前后八代原理样机的研制和测试，已完全原理验证，以证明所采取的技术路线的可行性、正确性和可靠性，完全实现了设计目标。
对已有样机的测试，是在有限资金和条件下进行的，不能完全展现出样机的特点，但从当前测试数据看，仍能说明本发明的技术优势。
图6为第7代试验样机，该机轴径φ24，外廓尺寸340×233×252 mm，设计扭矩94Nm酷q机器人，设计功率24.6kw。
输出扭矩静态测试结果与式1严格吻合。最大曾加码到117Nm，超过设计值24%，尚不是极值，如此可推算出输出功率应不小于30kw。

图6 原理样机

图7 测试中的原理样机
动态测试（图7）由于所用测试台的原动机只有3kW，远未达到本机所需的30kW，所以尚不能得出有价值的结果。该测试台最高输入转速1343rpm，最大输入扭矩22.61Nm，最大输入功率2.98kw，由本机输出最大扭矩49Nm，平均传动效率83.6%。尚需改造测试台后继续测试。项目持有人对提高效率、缩小体积均有后续改进措施。
当前无级变速器由于传输钢带在两锥盘形成的楔形内楔入、拉出时有滑动摩擦的成分，故其效率偏低，而本项目变速机构全部是滚动摩擦，无滑动摩擦成分，所以理论上应比无级变速器效率高些。总体来说动态测试运行平稳无异常，仍可继续增大负荷。
图8为第八代样机。轴径54mm，外廓尺寸780×470×500mm，设计扭矩1500Nm齐良末，设计功率390kw，静态测试传动效率90%。

图8 第八代样机
三、项目特征及合作诉求
1、结合上述简介可知，本项目变速机构在技术层面的优势为：
1）在功率传输量级上，使得摩擦传动首次超过啮合传动，并实现超大扭矩传输。
2）由本项目变速机构为核心构成的无级变速器，能使诸如坦克车、装甲车、载重车等需要大扭矩机械传输的应用场合实现无级变速（填补国际空白）；能替代当前机动车及其他需要变速的机械传动领域中在用的无级变速器，具有国际领先的前瞻性和引领性。
3、本项目已完成原理样机研发和测试验证，正处于向工程样机研发的过渡阶段躯壳的读音。
4、本项目的“军民融合”特征明显。
具备利用“军民融合”产业政策，具有获取相应政府资助的条件。
5、从本项目变速机构研发成功到将其应用在无级变速器总成中，再到无级变速器总成应用在终端产品上，存在较长的过程。
因此，若从这个角度看去，本项目的产业化回报周期很长。但若从核心技术研发和基础装备制造角度审视，本项目借助完全自主知识产权和国际领先的技术优势，以完成变速机构为项目目标，并利用其成果争取包括国家扶持在内的利益回报的机会是存在的。
6、所需资金500万元。
资金主要用于充实研发团队、工程样机设计制作、测试验证、评估论证等。
7、本公司让渡一定股权给予投资方。
四、后续研发及机会
1、本项目工程样机研发阶段的目标
完成本项目变速机构的结构优化、材料优选，针对无级变速器总成需求进行初步的适宜性设计，以使本项目变速机构具备与周边装置配套的基本条件。
1）结合前序研发和测试结果，制作新一轮样机（第一代工程样机），以使其在结构上、材料上得到进一步优化，并可能产生新的专利。
2）对新制作的样机进行台架测试验证（重点验证最大传输扭矩、传输效率、变速性能、加工工艺等）。
3）必要时，进行多轮工程样机的设计和制作，并完成台架测试验证。
4）完成上述任务的周期预计不超过12个月。
5）结合无级变速器总成所需的现有成熟技术（如操控机构、换向机构、输入和输出端的适配等），设计相应的适应性配套方案尊主恕罪，条件许可时进行无级变速器总成的工程样机研制和测试验证。
2、后续机会
本阶段研发目标实现后罗泳娴，可有两种运作方案（机会）：一是利用现有成熟技术自主进行无级变速器总成的工程样机及商品化样机（实用样机）的研发设计；二是作为无级变速器产业的核心技术方案提供商与他人（如无级变速器总成专业厂商）合作。
五、研发心得
近年来，金融、资本、互联网等热潮导致我国整个产业界脱实趋虚严重，机械装备技术及其产业受到了极大冷落，大有掏空我国工业产业基础之危机。
分析当前机械装备产业的基本态势，我们不得不承认一个现实问题：
1）具有我国自主知识产权的源头性、原创性、基础性、高附加值和具有规模产业效益潜质的项目十分稀少；
2）许多重要或关键的中高端机械装备技术或产品大多由国外公司所垄断；
3）国内市场需求越多，国外公司收益越高。对国外公司的依赖性越强，后续发展的风险性越高；
4）即使存在实现国产化（实际是组装过程）的案例，但不排除某些关键知识产权、关键材料或部件仍控制在国外公司手中；
5）即使某些技术或产品可以完全由我们自主控制，但受精密加工技术和工艺水平的限制，也较难实现产业化或大规模应用。
6）国防领域的某些需求受到限制。
好在经过一段时间的周折，从中央到地方已经在沉痛反思，重新意识到了包括机械装备尤其是基础性机械装备技术及其产业在国民经济发展战略中的重要性--脱虚就实的基本趋势正在逐步形成。
中央及各地政府纷纷出台的扶持中高端装备制造业的优惠政策，积极支持企业家或投资人寻找相关项目在本地落地。这些都为优质机械装备技术研发和产业化提供了难得的机会。
对于有心在重要或关键的中高端机械装备领域发展的企业家或投资人，当前需要的此类项目应具备以下特征：
1）具有完全自主知识产权；
2）具有源头性、原创性、基础性特征；
3）具有高附加值潜质；
4）具备实现规模效益（经济效益、社会效益）的可行性和易行性；
5）摆脱传统技术路线和技术框架的束缚（颠覆性，弯道超车）；
6）完全摆脱国外公司的垄断，尤其是摆脱对上游关键材料、部件和加工装备以及工艺技术的依赖；
7）可兼顾国防领域应用（爱国情怀）。
本公司希望与同样认同上述特征和价值观，且对国家基础性装备和前瞻型技术有战略眼光的投资方或合作者合作，共同参与到本项目的后续研发中。
六、说明
1、本说明书是一份对项目的梗概性介绍，仅供了解和认识项目所用，为合作商谈提供依据。