效率高达90％的新型无级变速器的CAD外形图

长期以来，无级调速变速器的滑差率一直很高，现在一种新型无级变速器方案可以把齿形啮合的机械式变速器的高传动效率和无级变速器的精确调节结合在一起。

变速器是指把动力输入端输入的转速和扭矩传送到动力输出端的机械部件。在齿形啮合的全机械式变速器中，包括了齿轮变速器、链传动变速器、齿形皮带变速器、摩擦轮变速器、锥盘无级变速器和CVT无级变速器等。它们之间的主要区别在于体积的大小、传动的功率密度、效率和传递动力时所使用的技术等几个方面。

无级变速器是依靠摩擦力来传递动力的。它具有按照任意传动比精确地把输入轴输入的动力传送到输出轴的能力。由于动力传递元器件之间有摩擦损失，其效率相对较低。

齿形啮合的多级变速器，例如齿轮变速器，能够以很高的效率在动力输入轴和输出轴之间传递动力，而且具有切断动力源（断开齿轮之间的连接）的能力。在相互啮合的齿轮副中，力量的传递是依靠“齿与齿”之间不间断的啮合来进行的，因此其传动效率很高。

无滑差的无级变速器

经过对摩擦式变速机构和齿形啮合式变速机构的技术特性以及与此有关的效率分析和比较后，得出的结论是：无级变速中始终存在着动力传动的损失。U.M.S.机床制造有限公司希望研发一种具有高效率无级变速的传动机构。也就是说，在无级变速过程中尽可能减小或消除滑差。最终，其研发出一种新型变速机构：具有零动力输出功能（驱动系统工作时从动系统不工作）的无级变速功能、承载启动功能、变速比在0~1:7之间且效率高达90％的变速机构。与现有无级变速方案相比，新的无级变速方案在动力输入端把旋转运动转换成了频率和振幅可以调节的振动脉冲，在动力输出端再次将这些振动脉冲转换为旋转运动。

图1  新型无级变速器原理示意图

振动脉冲发生器是变速系统的核心部件

这种新型无级变速系统的核心部件是振动脉冲发生器（图1）。脉冲由一根偏心位置可以调节的偏心轴①发出，经可旋转的调节杆②将产生的振动脉冲传递给一组自由轮③，经机械式的振动脉冲汇集器④汇集不连贯的振动脉冲，获得各个振动脉冲的汇总信息。驱动轴转速与从动轴转速之间的差异可通过调节偏心轴的偏心量来调整。为了能够利用输入与输出间的转速差异，由一套行星齿轮机构将输入轴与输出轴连接在一起，无级调节的转速经输出端输出。此动力传递解决方案中不存在滑差现象，因此能够实现没有滑差的高效率传动，从而大大提高了无级变速机构的输出功率。自由轮的结构设计可明显提高系统的功率密度并实现精确的功率调节。由于这一无级变速机构允许从“零”转速和满负荷工况下开始变速输出动力，因此，无需在输入轴与输出轴间采用离合器。另外，采用该结构设计的无级变速器在转速和扭矩输出状况方面与传统的齿形啮合变速器完全相同。也就是说，在恒定输入转速和恒定扭矩的工况下，输出轴在小传动比时能够低速旋转，输出较大的扭矩，具有齿形啮合传动系统低转速大扭矩输出的性能。反之，当变速比较大时输出的扭矩就会比较低(图2)。

图2  利用振动脉冲进行无级调速的变速器样机

适于工业化生产的无级变速器

新研发的无级变速器的主要用户是变速器生产厂和变速器终端用户，其可以满足用户特殊驱动解决方案的需要，如单件生产或小批量生产的需要。这一无级变速方案的主要应用领域包括机床制造、搅拌机类设备制造、传送设备、传送带、造纸机械、注塑机械（塑料挤出机）、移动炉篦生产制造、船舶驱动系统、轧钢厂的大型驱动动力设备及汽车驱动变速器等。此解决方案存在很多优点，例如简单、方便且经济的驱动部件，安装简单、无滑差的动力传动，很高的功率密度，可承载启动，效率高达90％，传动比范围为0~1:7，可在满负荷状况下变速等。

目前基于摩擦传动的解决方案受到了零部件磨损快、传动效率低、维护保养费用高、传动功率受限及生产制造比较复杂等诸多因素的限制。与目前的标准技术相比，新型变速解决方案将旋转运动转换为频率和振幅脉冲振动，从而可以对其进行准确调节。

这一创新的变速方案可以在现有的变速器解决方案中，如在CVT变速器、锥盘无级变速器、变速箱或者液压无级变速器中集成，从而有可能替代目前各功率等级中的有级变速和无级变速器。

新型无级变速器已在世界范围内申请了专利保护，并已制作出了演示用和试验用样品，其他样品也正在制作之中。现公司已经与Regensburg市技术学院建立了良好的合作关系，进一步的产品研发和试验可以利用高等院校现有的机床和设备及其他科技资源来进行。该产品可用于不同领域，目前正在寻找生产合作伙伴。但在广泛应用前还要进一步的研发、设计和小批量试生产以及大量的试验和测试。