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Bosch單環(huán)式推力鋼帶（SLB）結構介紹

2022-02-10 20:46:35·  來源：汽車動力總成  
　
一、CVT變速箱的悠久歷史CVT變速箱技術的歷史幾乎與汽車的歷史同步，從其發(fā)明至今已經有一百多年的歷史，最早是由奔馳汽車于1886所生產的汽油發(fā)動機車輛上使用了
一、CVT變速箱的悠久歷史
CVT變速箱技術的歷史幾乎與汽車的歷史同步，從其發(fā)明至今已經有一百多年的歷史，最早是由奔馳汽車于1886所生產的汽油發(fā)動機車輛上使用了V型橡膠帶式CVT變速箱；之后荷蘭的DAF公司開發(fā)的雙V型橡膠帶式CVT變速箱，成功銷售了超過100萬輛；在VDT公司的努力下，實現了由橡膠帶式設計到柔性金屬帶的設計飛躍，使CVT變速箱的承載扭矩和效率及壽命得到大大提升； Bosch在售后VDT后成為CVT技術的主要推動者之一。

DAF公司首先使用了雙V帶式CVT變速箱
下面是CVT變速箱的發(fā)展歷史：
1899年開始就出現了軸向可調錐盤寬V形膠帶式無級變速箱。
1959荷蘭的VanDoone的膠帶式無級變速箱在DAF轎車搭載成功，總產量達到82.5萬輛。
1969年，VanDoone開發(fā)軸向可調錐盤金屬帶式無級變速箱，1975年實現裝車， 1990年以后開始推廣到日本的日產、三菱、美國的福特等汽車。
1988年，日本NSK開始開發(fā)半環(huán)環(huán)盤滾輪式無級變速箱。
1992年，德國的ZF和LUK公司開發(fā)擺銷鏈式無級變速箱，
1994年在擺銷鏈式無級變速箱奧迪A4、A6轎車上搭載成功，開始批量生產。
1995年，Torotrak、NSK和MercedesBenz開發(fā)全環(huán)環(huán)盤滾輪式無級變速箱成功。
2006年裝配CVT的汽車總產量已經達到250萬輛。

Bosch CVT技術發(fā)展時間表
二、CVT的基本分類和CVT用推力鋼帶的基本結構
根據傳動方式的不同，市面上常見的乘用車用CVT變速箱可以分為以下幾類：橡膠帶式CVT、鋼環(huán)式CVT、推力鋼帶式CVT、鋼鏈式CVT、全環(huán)面式CVT。

乘用車常見CVT變速箱技術分類
其中又以推力鋼帶式CVT和鋼鏈式CVT變速箱的應用最為廣泛。全環(huán)面式CVT變速箱由于價格高昂，僅用在部分小眾品牌的高端車型上。除此之外，還有行星排式E-CVT和商用車或農用機械廣泛使用的HCVT（液壓傳動式）。
推力鋼帶，顧名思義，動力是通過推力而非一般帶傳動的拉力來進行力的傳遞的。推力鋼帶主要由數百片首尾接觸的鋼片和嵌套在這些鋼片兩側的兩組鋼環(huán)組成的。兩個鋼環(huán)組被限制在鋼片和錐輪之間，對鋼片起到支撐和導向的作用，而鋼片通過使用一個主動和從動錐輪系統(tǒng)，通過相互推動來實現動力的傳遞。

推力鋼帶結構
推力鋼帶是目前乘用車CVT變速箱使用的主流技術方案，且僅能由Bosch和Aisin.AW等少數日本公司可以生產。目前國內的CVT變速箱公司依舊依賴于從Bosch采購該零件，例如萬里揚（變速箱技術來自原奇瑞精機）以及江麓容大（現屬于重慶金康）等。
相比其它類型的變速箱，CVT變速箱具有無級變速，無變速沖擊，零部件少，結構簡單等優(yōu)點；但也由于其傳動原理的局限性，導致變速箱體積和重量較大、固定速比傳動效率低于齒輪傳動、易磨損，承載扭矩低、不適合激烈駕駛等。
各類變速箱的優(yōu)缺點對比
三、單環(huán)式推力鋼帶結構及其特點
Bosch的推力式鋼帶得到了大批量的生產和使用驗證，在行業(yè)中具有領先地位，但Bosch沒有停止對新結構的研究，而是不斷的進行改進和革新。在2017法蘭克福車展上，Bosch首次展出了一種新型的推力式鋼帶結構，由于這種鋼帶在結構上與傳動鋼帶的明顯區(qū)別是只包含一組鋼環(huán)，故被稱之為SLB型鋼帶，即Single Loopset Belt---單環(huán)式推力鋼帶。
Bosch在2017年法蘭克福車展上展出的SLB單環(huán)式推力鋼帶
左側為SLB單環(huán)式推力鋼帶
右側為傳統(tǒng)的雙環(huán)式推力鋼帶
1970年，VDT的創(chuàng)始人Hub van Doorne博士開發(fā)了柔性金屬帶。在最早的專利中，金屬帶采用的就是單組鋼環(huán)設計，但由于當時所使用的鋼環(huán)材料疲勞強度的限制以及加工工藝和結構設計上的限制，導致其可承載的功率扭矩都比較有限。最終柔性金屬帶在1985年量產時采用了雙鋼環(huán)組的設計，就像今天在絕大多數CVT變速箱中看到的推力鋼帶那樣。

1970年時的推力鋼帶專利圖至1985年量產時的設計演變過程
從1970年開始，VDT公司和之后的Bosch針對鋼環(huán)材料和制造工藝進行了不斷研究和革新，開發(fā)了一種新的鋼環(huán)材料并大大的提高了材料的疲勞強度，同時對熱處理和沖壓工藝進行了改進，最終使得單環(huán)式鋼帶具備了被重新提出的條件，目前這種鋼帶已經可以承載最高400Nm的扭矩。
下圖展示了傳統(tǒng)推力鋼帶和SLB單環(huán)式推力鋼帶的截面對比。其中的主要變化點在于:
1. 單環(huán)式結構；
2. 減少了鞍面和鋼片擺線之間的距離；
3. 降低了片組的整體高度；
4. 調整了鋼片側面特征及特征范圍；
5. 降低了鋼片的重量；
傳統(tǒng)推力鋼帶和SLB單環(huán)式推力鋼帶的對比
相比傳統(tǒng)推力鋼帶的結構，為了實現單環(huán)式鋼帶組與鋼片之間的裝配，以及鋼帶組不易與鋼片組之間的解體，需要將鋼片設計成左右不對稱的結構，以實現裝配上的可行性，如下圖所示。
SLB單環(huán)式推力鋼帶單片鋼片結構
SLB單環(huán)式推力鋼帶左右手/側鋼片對比
SLB單環(huán)式推力鋼帶左右手/側鋼片疊片及與鋼環(huán)組組合示意圖
組裝完成的SLB單環(huán)式推力鋼帶
SLB單環(huán)式推力鋼帶局部
單環(huán)式推力鋼帶的設計優(yōu)點在于：
效率和速比范圍。
單環(huán)式結構有利于鋼片大小和鋼片允許旋轉角度的進一步優(yōu)化，這兩個參數對于CVT的效率有很大的影響。通過下圖可以發(fā)現，傳統(tǒng)傳統(tǒng)推力鋼帶由于受到結構的限制，其在CVT變速箱的錐輪之間的工作范圍相比SLB單環(huán)式推力鋼帶要小，而較大的工作范圍可以帶來更為寬泛的變速比，可以進一步提高動力總成的綜合傳動效率。通過試驗對比發(fā)現，SLB單環(huán)式推力鋼帶在不改變變速箱錐輪角度的前提下可以提高變速比范圍大約15%。
傳統(tǒng)推力鋼帶和SLB單環(huán)式推力鋼帶在允許工作范圍對比
變速箱的重量和成本。
由于SLB單環(huán)式推力鋼帶的使用，可以進一步減小無級變速機構中主動和從動錐輪的大小和中心距，進而降低變速箱的尺寸和重量。根據計算，相比傳統(tǒng)設計，SLB單環(huán)式推力鋼帶可以帶來大約12%的體積降低和6%的中心距減少，對變速箱重量和成本的影響則分別是10%和3%。

搭載傳統(tǒng)推力鋼帶和SLB單環(huán)式推力鋼帶的帶輪系統(tǒng)體積對比
傳統(tǒng)推力鋼帶和SLB單環(huán)式推力鋼帶中心距和重量/成本的對比
扭矩承載能力。
鋼片側面與錐輪系統(tǒng)接觸面積的增加以及形狀的優(yōu)化可以為系統(tǒng)帶來更高的承載能力，而不用對CVT變速箱的其它系統(tǒng)進行設計上的改變。

SLB單環(huán)式推力鋼帶鋼片側面的優(yōu)化對比結果
穩(wěn)健性的提升。
由于新的設計中，鋼片組完全包裹在鋼帶組的外側，比傳統(tǒng)設計能夠更好的防止鋼帶組件的解體，提高了鋼帶總成在運輸、抓取和裝配過程中的穩(wěn)健性。
四、單環(huán)式推力鋼帶的應用范圍展望
SLB單環(huán)式推力鋼帶無論從結構上還是性能上，都是一種極具潛力的新型鋼帶結構，單從2017年公開展示至今，尚未看到有成功量產的車型應用，但從Bosch推動E-CVT的努力來看，SLB單環(huán)式推力鋼帶一定會在某個合適的時間點，開始批量生產。根據Bosch的公開資料，SLB單環(huán)式推力鋼帶將會和傳統(tǒng)雙環(huán)式推力鋼帶一同作為Bosch的全新CVT核心零部件，提供給市場。

Bosch CVT用推力鋼帶技術演化
SLB單環(huán)式推力鋼帶應用扭矩范圍
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