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Bosch单环式推力钢带（SLB）结构介绍

2022-02-10 20:46:35·  来源：汽车动力总成  
　
一、CVT变速箱的悠久历史CVT变速箱技术的历史几乎与汽车的历史同步，从其发明至今已经有一百多年的历史，最早是由奔驰汽车于1886所生产的汽油发动机车辆上使用了
一、CVT变速箱的悠久历史
CVT变速箱技术的历史几乎与汽车的历史同步，从其发明至今已经有一百多年的历史，最早是由奔驰汽车于1886所生产的汽油发动机车辆上使用了V型橡胶带式CVT变速箱；之后荷兰的DAF公司开发的双V型橡胶带式CVT变速箱，成功销售了超过100万辆；在VDT公司的努力下，实现了由橡胶带式设计到柔性金属带的设计飞跃，使CVT变速箱的承载扭矩和效率及寿命得到大大提升； Bosch在售后VDT后成为CVT技术的主要推动者之一。

DAF公司首先使用了双V带式CVT变速箱
下面是CVT变速箱的发展历史：
1899年开始就出现了轴向可调锥盘宽V形胶带式无级变速箱。
1959荷兰的VanDoone的胶带式无级变速箱在DAF轿车搭载成功，总产量达到82.5万辆。
1969年，VanDoone开发轴向可调锥盘金属带式无级变速箱，1975年实现装车， 1990年以后开始推广到日本的日产、三菱、美国的福特等汽车。
1988年，日本NSK开始开发半环环盘滚轮式无级变速箱。
1992年，德国的ZF和LUK公司开发摆销链式无级变速箱，
1994年在摆销链式无级变速箱奥迪A4、A6轿车上搭载成功，开始批量生产。
1995年，Torotrak、NSK和MercedesBenz开发全环环盘滚轮式无级变速箱成功。
2006年装配CVT的汽车总产量已经达到250万辆。

Bosch CVT技术发展时间表
二、CVT的基本分类和CVT用推力钢带的基本结构
根据传动方式的不同，市面上常见的乘用车用CVT变速箱可以分为以下几类：橡胶带式CVT、钢环式CVT、推力钢带式CVT、钢链式CVT、全环面式CVT。

乘用车常见CVT变速箱技术分类
其中又以推力钢带式CVT和钢链式CVT变速箱的应用最为广泛。全环面式CVT变速箱由于价格高昂，仅用在部分小众品牌的高端车型上。除此之外，还有行星排式E-CVT和商用车或农用机械广泛使用的HCVT（液压传动式）。
推力钢带，顾名思义，动力是通过推力而非一般带传动的拉力来进行力的传递的。推力钢带主要由数百片首尾接触的钢片和嵌套在这些钢片两侧的两组钢环组成的。两个钢环组被限制在钢片和锥轮之间，对钢片起到支撑和导向的作用，而钢片通过使用一个主动和从动锥轮系统，通过相互推动来实现动力的传递。

推力钢带结构
推力钢带是目前乘用车CVT变速箱使用的主流技术方案，且仅能由Bosch和Aisin.AW等少数日本公司可以生产。目前国内的CVT变速箱公司依旧依赖于从Bosch采购该零件，例如万里扬（变速箱技术来自原奇瑞精机）以及江麓容大（现属于重庆金康）等。
相比其它类型的变速箱，CVT变速箱具有无级变速，无变速冲击，零部件少，结构简单等优点；但也由于其传动原理的局限性，导致变速箱体积和重量较大、固定速比传动效率低于齿轮传动、易磨损，承载扭矩低、不适合激烈驾驶等。
各类变速箱的优缺点对比
三、单环式推力钢带结构及其特点
Bosch的推力式钢带得到了大批量的生产和使用验证，在行业中具有领先地位，但Bosch没有停止对新结构的研究，而是不断的进行改进和革新。在2017法兰克福车展上，Bosch首次展出了一种新型的推力式钢带结构，由于这种钢带在结构上与传动钢带的明显区别是只包含一组钢环，故被称之为SLB型钢带，即Single Loopset Belt---单环式推力钢带。
Bosch在2017年法兰克福车展上展出的SLB单环式推力钢带
左侧为SLB单环式推力钢带
右侧为传统的双环式推力钢带
1970年，VDT的创始人Hub van Doorne博士开发了柔性金属带。在最早的专利中，金属带采用的就是单组钢环设计，但由于当时所使用的钢环材料疲劳强度的限制以及加工工艺和结构设计上的限制，导致其可承载的功率扭矩都比较有限。最终柔性金属带在1985年量产时采用了双钢环组的设计，就像今天在绝大多数CVT变速箱中看到的推力钢带那样。

1970年时的推力钢带专利图至1985年量产时的设计演变过程
从1970年开始，VDT公司和之后的Bosch针对钢环材料和制造工艺进行了不断研究和革新，开发了一种新的钢环材料并大大的提高了材料的疲劳强度，同时对热处理和冲压工艺进行了改进，最终使得单环式钢带具备了被重新提出的条件，目前这种钢带已经可以承载最高400Nm的扭矩。
下图展示了传统推力钢带和SLB单环式推力钢带的截面对比。其中的主要变化点在于:
1. 单环式结构；
2. 减少了鞍面和钢片摆线之间的距离；
3. 降低了片组的整体高度；
4. 调整了钢片侧面特征及特征范围；
5. 降低了钢片的重量；
传统推力钢带和SLB单环式推力钢带的对比
相比传统推力钢带的结构，为了实现单环式钢带组与钢片之间的装配，以及钢带组不易与钢片组之间的解体，需要将钢片设计成左右不对称的结构，以实现装配上的可行性，如下图所示。
SLB单环式推力钢带单片钢片结构
SLB单环式推力钢带左右手/侧钢片对比
SLB单环式推力钢带左右手/侧钢片叠片及与钢环组组合示意图
组装完成的SLB单环式推力钢带
SLB单环式推力钢带局部
单环式推力钢带的设计优点在于：
效率和速比范围。
单环式结构有利于钢片大小和钢片允许旋转角度的进一步优化，这两个参数对于CVT的效率有很大的影响。通过下图可以发现，传统传统推力钢带由于受到结构的限制，其在CVT变速箱的锥轮之间的工作范围相比SLB单环式推力钢带要小，而较大的工作范围可以带来更为宽泛的变速比，可以进一步提高动力总成的综合传动效率。通过试验对比发现，SLB单环式推力钢带在不改变变速箱锥轮角度的前提下可以提高变速比范围大约15%。
传统推力钢带和SLB单环式推力钢带在允许工作范围对比
变速箱的重量和成本。
由于SLB单环式推力钢带的使用，可以进一步减小无级变速机构中主动和从动锥轮的大小和中心距，进而降低变速箱的尺寸和重量。根据计算，相比传统设计，SLB单环式推力钢带可以带来大约12%的体积降低和6%的中心距减少，对变速箱重量和成本的影响则分别是10%和3%。

搭载传统推力钢带和SLB单环式推力钢带的带轮系统体积对比
传统推力钢带和SLB单环式推力钢带中心距和重量/成本的对比
扭矩承载能力。
钢片侧面与锥轮系统接触面积的增加以及形状的优化可以为系统带来更高的承载能力，而不用对CVT变速箱的其它系统进行设计上的改变。

SLB单环式推力钢带钢片侧面的优化对比结果
稳健性的提升。
由于新的设计中，钢片组完全包裹在钢带组的外侧，比传统设计能够更好的防止钢带组件的解体，提高了钢带总成在运输、抓取和装配过程中的稳健性。
四、单环式推力钢带的应用范围展望
SLB单环式推力钢带无论从结构上还是性能上，都是一种极具潜力的新型钢带结构，单从2017年公开展示至今，尚未看到有成功量产的车型应用，但从Bosch推动E-CVT的努力来看，SLB单环式推力钢带一定会在某个合适的时间点，开始批量生产。根据Bosch的公开资料，SLB单环式推力钢带将会和传统双环式推力钢带一同作为Bosch的全新CVT核心零部件，提供给市场。

Bosch CVT用推力钢带技术演化
SLB单环式推力钢带应用扭矩范围
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