无级变速器·CVT是否能通过「两条钢带」提升可承受最大输入扭矩？

#老司机聊汽车知识#趣味问题：众所周知无级变速器是通过锥形轮与钢带组合传递动力，以摩擦为基础的传动无法承受过大的扭矩，那么能否通过增加钢带提高可承受输入扭矩呢？解析这个问题首先要了解这种变速器的传动原理，否则总也找不到准确答案。所谓“无级变速”概念指没有固定的速比，也就是固定齿轮比的前进挡概念；在设定的传动比范围内，这种机器可以有无数个前进挡。原因在于换挡的结构是依靠两组由液压力控制的锥形轮夹住一条钢带或钢链，通过液压缸控制锥轮夹角的同步变化而改变钢带的夹角。也许这种描述不是很好理解，那么咱们看一组动态模拟图吧。图1：传统齿轮结构的变速箱1挡齿轮比，状态是由发动机驱动小齿轮，带动齿轮大齿轮运转；小齿轮转很多圈大齿轮才能转一圈，而小齿轮没转一圈就等于输出一次扭矩，那么大齿轮转一圈等于输出了很多倍的扭矩，低速前进档是在放大“爆发力”。

图2：5挡齿轮比是发动机驱动大齿轮带动小齿轮运转，状态为大齿轮转一圈，则小齿轮与车轮可以转很多圈；假设大齿轮的转速就是发动机的转速，此时则不需要很高的转速即可实现高车速。数字越大的前进挡放大车速的能力就会越大，说白了就是发动机驱动的齿轮越来越大，而从动齿轮越来越小。

图3：无极变速器由发动机驱动的是「动力锥轮」，推动钢带带动从动锥轮运转；起步时主动锥轮被“拉到最宽”，从动轮被“推到最窄”，速度比则是动力轮等于小齿轮，从动轮等于大齿轮。高速挡则相反，也就是说CVT这种变速箱的速比概念是没有什么区别的，只是传动方式比较怪异而已；那么如果要加入两条钢带，尝试提升可承受扭矩要如何操作呢？

假设两种概念

1：单组锥轮两组钢带。有些汽车爱好者认为用两条钢带就能提升承受输入扭矩，且不论这种想法是对还是错，如果要用这种模式的话，两条钢带在同一组锥轮中只能重叠布局，也就是外部的钢带“包裹”内部的钢带。这种双钢带设计带来的问题是两条钢带的传动比不同，或者理解为内部钢带放大扭矩的倍率，与外部钢带的标准存在差异；以此方式似乎是提升了输出的扭矩，但似乎不同的传动比会通过放大主动轮的转速，让从动锥轮实现不同的转速吧。就像是发动机同时驱动1/2挡的两组齿轮，两个从动齿轮的转速会相同吗？结果反而会是从动锥轮因为两条钢带输入的动力差值而出现打滑与磨损。

2：两组锥轮加两条钢带。如果采用两组锥轮钢带串联的方式，能不能增加可承受的最大扭矩呢？也就是用核心换挡结构“×2”的结构布局。这种设想其实很容易理解，比如倒三轮摩托是发动机通过传动系将动力传递到后单轮驱动，用两组锥轮钢带就像是把三轮摩托变成四轮汽车；动力通过传动轴（CVT动力输入轴）传递到后桥，在通过差速器分动到两车车轮，在两轮的摩擦力相同的前提下，两车车轮输出的扭矩与轮上功率是相同的，这就等于分担了动力。无级变速器用一根输入轴带动两组摩擦相同的锥轮钢带，锥轮承受的扭矩也会“一分为二”，此时能否增加发动机的输入扭矩呢？答案是肯定的。

两组锥轮承受的输入扭矩变小，但是材料承受的最大输入扭矩不变；那么将输入扭矩提升一倍之后，每组锥轮仍旧会在可承受的极限边缘，这样的组合似乎能让无级变速器的极限升高很多。不过可以确定没有哪个厂家会这么设计这种变速箱，原因首先是没有必要性，其次是与产品定位并不匹配；无级变速器号称“一次性变速器”，其特点或者标签只能用四个字来概括——廉价机型，这种机器没有任何升高极限的价值，为什么这么说呢？

提升承受扭矩的基础

使用双钢带锥轮可以提升扭矩，但最简单的提升的方式其实是「增大接触面的粗糙程度」。锥轮钢带是依靠滚动摩擦传动，摩擦是在两个物体都有一定形变能力的前提下，在发生有趋势的相对运动时，接触面会出现阻碍相对运动的力，也就是分子相互碰撞的摩擦力。想要提升摩擦力首先要提高压力，其次就是增加表面的粗糙性；越光滑的表面摩擦力越低，而无级变速器的锥轮钢带又必须足够平滑，否则磨损问题则无法控制。这就像抛光粗糙金属会磨掉很多金属屑，但抛光平整金属就会很少，钢带锥轮即使设计为粗糙也持续不了多久；那么想要提升摩擦力就只有提高压力，而随着压力的增加摩擦中的磨损问题仍旧会比较严重，这个是死循环。

问题：无级变速器的磨损问题无法避免，严重磨损到从滚动摩擦，出现滑动摩擦而过量损耗扭矩后，这种机器就算报废了。而作为变速器最核心的结构一旦报废，基本代表了总成报废。所以使用这种机器要做到更换总成的觉悟，那么为什么这种耐用性很差的机器还会小范围普及呢？原因在于这种机器的制造成本很低，不需要复杂的齿轮结构，也不需要结构复杂的电磁阀；便宜的变速器装备在汽车上则能让车辆价格更低，荷兰人范多明斯发明这种机器的初衷，正是为了让自动挡汽车更便宜——买的便宜用的便宜才是「CVT·CAR」的定义，所以无级变速器没有去升级匹配高性能发动机的价值或意义，齿轮结构的变速箱可不是摆设。

原因：无级变速器最多不过承受400N·m的最大扭矩，以日系汽车为首的廉价汽车最多不过100-250牛米而已；某些所谓的大排量六缸日产汽车使用的CVT，要知道这些发动机的最大扭矩也才300牛米左右而已，优秀的1.5T直喷增压机都有这个标准了，所以落后的大排量的发动机只是看起来唬人实际很弱。那么在这一标准上即使通过两组钢带锥轮的方式进行放大，似乎标准不过是200-800N·m的水平而已；但是不论承受的扭矩有多大，这种滚动摩擦的结构都会存在磨损，双结构等于两组都在以相同的速度和程度磨损，动力体验有提升但更换总成的代价基本也要“×2”，维护车辆的成本无法控制，谁还会选择这种破机器呢？

参考：齿轮结构的变速箱是不用考虑这些问题的，因其换挡是依靠齿轮结合传动，说白了就是齿轮“别着劲”而不是拿钢材摩擦传动；那么只要齿轮材料承受的扭矩足够大，使用到整车报废也不会因磨损而需要去更换齿轮组。很显然这种结构是耐用性远超无级变速器的，而且升高可承受最大输入扭矩的方式简单且成本更低，通过材料和传动比设计来升级即可。所以需要最大扭矩动辄超过2000N·m的重型货车或牵引车只会选择这种变速箱，即使超负荷载重加速也没有问题；然而无级变速器即使连成一串去放大扭矩，结果不还是的在相当短的周期内更换这一串的锥轮钢带吗？所以这种机器真的没有升级的价值，入门级车辆用一用就好，超过10万级别的任何车辆都没有使用这种机器的理由。

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