乘用车无级变速器液压系统毕业设计

摘要

液压控制系统是通过控制金属带轮的夹紧力来实现无级自动变速器速比调节的,其设计方法是开发无级变速传动系统的关键技术之一.在分析了金属带式无级变速器的结构特征和力学关系的基础上,通过对汽车典型行驶工况的仿真分析,提出了无级自动变速液压控制系统关键参数—速比变化率的设计方法,完成了液压系统的结构参数设计,并进行了仿真验证,从而为无级自动变速汽车的研制开发奠定了基础.

针对无级变速器电液控制系统的工作要求，应用数字比例控制技术设计了可用作无级变速器中夹紧力控制阀的数字调压阀。介绍了该数字调压阀的结构以及驱动器的设计方法，并对其进行了静态特性、动态特性试验。试验结果表明，该数字调压阀的控制精度及可靠性高，能满足金属带式无级变速器电液控制系统的要求。

关键词:无级变速传动；液压系统；无级变速器；电液控制系统；数字调压阀

ABSTRACT

The design method on the hydraulic control system is one of the key technologies of a metal V-belt continuously variable transmission(CVT).It can change the ratio of the transmission system by adjusting thepu-Shing force of the pulley.By analyzing the structure characteristics andForce relationgs,the design method of an important parameter of the CVTHydranlic system and the rate of transmission ratio are put forward by Simulation to the emblematical driving models. The structure parametersOf hydraulic system is gotten and validated by simulation on specific Driving model. An effective design method is provided to develop the co-ntinuously variable transmission system.

In terms of working requirements of the electric-hydraulic controlSystem of continuous variable transmissions,the ditital pressure regulator valve,which can be used as the clamping force valve of CVT,is designed with the digital proportional control technology .The st-Ructure of the digital pressure regulator valve and design method forDrivers is introduced. Tests of static characteristics and dynamic cha-racteristics of digital pressure regulator valve is high, it can meetrequirements of the electric-hydraulic control system of system of metalv-belt type continuous variable transmission.

Key words:Continuously variable transmission；Hydraulic system；Electric-hydraulic control system；Digital pressure regulator valve

目录

摘要............................................................... I Abstract........................................................... I I 第1章绪论. (1)

1.1 课题背景研究目的及意义 (1)

1.2 乘用车无级变速器液压系统的发展历史和发展趋势 (2)

1.3 设计的主要工作 (3)

1.3.1主要设计内容 (3)

1.3.2主要技术指标、要求 (3)

第2章乘用车无级变速器液压系统方案设计 (4)

2.1 液压系统概述 (4)

2.1.1 液压系统的组成和型式 (4)

2.1.2 液压系统的类型和特点 (4)

2.1.3 液压传动与控制的优缺点 (4)

2.2 液压系统设计 (5)

2.2.1 明确设计要求 (5)

2.2.2 总体规划、确定液压执行元件 (5)

2.2.3 确定系统的工作压力 (6)

2.2.4 方案选择 (6)

2.3 本章小结 (6)

第3章无级变速器液压系统传动部分设计 (7)

3.1 金属带式无级变速器带传动部分的设计 (7)

3.2 轴的设计计算 (12)

3.2.1 主动轴的设计 (12)

3.2.2 从动轴的设计 (13)

3.3 轴和轴承的校核 (14)

3.2.1 轴的校核 (14)

3.3.2 轴承的校核 (17)

3.4 箱体的结构设计 (20)

3.5 本章小结 (20)

第4章液压缸的设计与计算 (21)

4.1 油缸选型确定 (21)

4.2 液压缸主要尺寸的确定 (21)

4.2.1液压缸工作压力的确定 (21)

4.2.2液压缸内径D (22)

4.2.3液压缸壁厚和外径的计算 (22)

4.2.4液压缸工作行程的确定 (23)

4.3 液压缸的强度和刚度校核 (24)

4.3.1钢筒壁厚的校核 (24)

4.4 液压缸的结构设计 (25)

4.4.1缸体与缸盖的连接形式 (25)

4.4.2密封装置 (25)

4.4.3液压缸的缓冲装置 (25)

4.4.4液压缸的排气装置 (26)

4.5 本章小结 (27)

第5章数字调压阀的设计 (28)

5.1 数字调压阀的理论基础 (28)

5.1.1液阻网络系统概述 (28)

5.1.2 π桥液阻网络 (28)

5.2 数字调压阀的结构和工作原理.................错误！未定义书签。

5.3 数字调压阀的结构设计.......................错误！未定义书签。

5.3.1 几何尺寸确定：.......................错误！未定义书签。

5.4 数字调压阀驱动装置的选择...................错误！未定义书签。

5.5 数字调压阀的试验系统设计...................错误！未定义书签。

5.6 本章小结...................................错误！未定义书签。第6章液压系统控制元件及辅助元件的选择.....错误！未定义书签。

6.1 液压泵的选用...............................错误！未定义书签。

6.2 方向控制阀的选择...........................错误！未定义书签。

6.3 压力控制阀.................................错误！未定义书签。

6.4 流量控制阀的选择...........................错误！未定义书签。

6.5 液压辅助元件的选用.........................错误！未定义书签。

6.5.1油箱.................................错误！未定义书签。

6.5.2滤油器...............................错误！未定义书签。

6.5.3管件及接头...........................错误！未定义书签。

6.6 本章小结...................................错误！未定义书签。结论..............................................错误！未定义书签。参考文献.........................................错误！未定义书签。致谢..............................................错误！未定义书签。附录..............................................错误！未定义书签。

第1章绪论

1.1课题背景研究目的及意义

随着工业技术的进步，人类生活节奏的加快，活动空间的迅速增加，汽车已经深入到人类社会的各个方面，成为现代化文明社会不可缺少的东西。汽车工业历经百余年取得了巨大的发展，究其原因，主要有两点：首先是科学技术的不断进步，给汽车工业的发展提供了必要的物质条件；其次是汽车工业本身为了不断适应各个时期的社会背景（能源危机和环境污染等），满足人们对汽车使用性能的更高要求，在技术上不断改革、创新。因此汽车的发展历史，间接的记录了科学技术的发展，社会背景的改变和人类不断实现完美追求的历史。汽车是人类文明发展的标志，它的发展必须符合人类社会的发展要求。

节约能源，保护环境已经成为人类发展的主题。而全球数以千万计的汽车已经成为能源消耗和环境污染的一个主要的因素。迫于能源危机和环境污染的压力，世界许多国家或地区都制定了严格的法规，力图降低汽车的排放和提高燃油经济性。因此采取措施，应用新技术，降低汽车能源消耗和减少废气排放已成为汽车

的发展方向之一。汽车传动系设计性能的好坏直接关系到整车主要的性能指标，所以,为了达到节能与降低排放的目的，研究与改进汽车传动系统，大力发展和应用速比能够连续变化且具有等功率供应特性的无级变速液压系统（CVT）将不失为一种理想的选择。

无级变速器(CVT)液压系统由液压泵供油、系统的压力由压力控制阀(比例溢流阀)调节，它直接作用在从动轮液压缸内，变速器的速比由速比控制阀(位置伺服阀)调节，调节主动轮液压缸内的压力。在控制系统中，主、从动轮液压缸内的压力由压力传感器测量，测量信号经过A／D转换输入给单片机，单片机输出的控制信号经D／A、驱动放大去控制比例溢流阀，从而控制主、从动轮液压缸内的压力变化，该控制系统的输入信号为发动机节气门开度、发动机转速，输出信号为两个液压缸的位移，控制规律由单片机产生，液压系统的比例溢流阀、减压阀、位置伺服阀、液压缸、安全阀等液压元件全部集成在阀体上，输入信号经过信号处理、模数转换、传至单片机，单片机产生控制规律控制主、从动轮液压执行缸的位移，以便改变带轮的传动比。位移及压力传感器将信号反馈到输入端与输入信号进行比较形成负反馈控制，该系统为多输人多输出系统。其结构见

图1.1[1]。

图1.1

1.2 乘用车无级变速器液压系统的发展历史和发展趋势

无级变速器(CVT)的装车使用只有十几年的时间，但是CVT技术的发展已有100多年的历史。目前，市场上的CVT有三种产品：P821型，采用电磁离合器作为起动装置，机一液或电一液控制系统，以外齿轮泵作为液压源，实用于发动机排量在1.3L以下的小型轿车；P811型实用于发动机排量在1.8L以下的中型轿车；P844型，采用新型金属传动带，将液力变矩器与CVT综合，全电子控制系统，实用于发动机排量在3.3以下的豪华轿车。日本在研制CVT的初期，即将电子控制技术与CVT技术结合，成功地开发出电子控制技术的CVT，即ECVT，陆续装在Rex，Sambar和Justy上[3]。

我国对无级变速液压系统的研究工作是近几年才开始的，而且是针对金属带式无级变速器液压系统进行的研究，目前尚处于理论研究阶段。北京理工大学对金属带传动机理的研究做了一些研究，但是还只是停留在定传动比的稳态分析阶段；东北大学致力于金属带的研究与开发；华南理工大学对CVT的液压系统控制进行了一些理论研究；吉林大学在金属带的传动机理、传动系的匹配规律、金属带式无级变速器的特性分析及液压控制等方面的研究取的了初步的进展，并与东风汽车集团公司合作开发出了国内第一台CVT装置，并成功的在吉林大学自主开发的CVT实验台架上进行了一系列的液压系统的台架实验，取得了一些实验数据。

1.3 设计的主要工作

1.3.1主要设计内容

本设计的主要工作是在众多的无级变速器液压系统的方案中选择一种能够适应于乘用车无级变速器的液压系统。

（1）查阅、分析相关资料，熟悉汽车变速器液压系统的工作原理及各项参数，选出适合轿车的无级变速器液压系统。结合变速器的传动方式和给定设计参数，论证分析确定最优传动方案。

（2）依据给定参数设计金属带式无级变速器液压控制系统，包括：动力部分、控制部分、执行部分和辅助部分。

1）带传动所需夹紧力的计算；2）液压元件的选用；3）执行元件的设计；4）调压阀的设计

（3）应用AUTOCAD2007软件对整个无级变速器的液压系统设计过程进行辅助设计。

1.3.2主要技术指标、要求

额定功率：75/6000（1KW/r min ）；最大扭矩：135/4500（-1N m/r min ）；

调压阀的性能参数：公称压力：6Mpa 、卸荷压力：0.4Mpa 、公称流量：60L/min 、调压范围：0.5-6Mpa 。

第2章乘用车无级变速器液压系统方案设计

2.1液压系统概述

2.1.1液压系统的组成和型式

为实现某种规定功能，由液压元件构成的组合，叫液压回路。液压回路按给定的用途和要求组成的整体，叫做液压系统。液压系统通常由三个功能部分和辅助装置组成，见表2-1。液压系统按液流循环方式有开式和闭式两种。

表2-1[4]液压系统的组成

动力部分控制部分执行部分辅助装置

液压泵

用以将机械能转换成液体压力能，有时也将蓄能器作为紧急或辅助动力源各类压力、流量，方

向等控制阀[2]

用以实现对执行元件

的运动速度、方向、

作用力等的控制，也

用于实现过载保护、

程序控制等

液压缸、液压马达

等

用以将液体压力转

换成机械能

管道、蓄能器、过滤

器、油箱、冷却器、

加热器、压力表、流

量计等

2.1.2液压系统的类型和特点

表2-2[5]

液压系统的类型特点

按主要用途分液压传动系统以传递动力为主

液压控制系统注重信息传递，以达到液压元件运动参数的准确控制为主

按控制方法分开关控制系统系统由标准的或专用的开关式液压元件组成，控制元件运动参数的控制精度较低

伺服控制系统传动部分或控制部分采用液压伺服机构的系统，执行元件的运动参数能够精确控制

比例控制系统传动部分或者控制部分采用电液比例元件的系统

数字控制系统控制部分采用电液数字控制阀的系统

2.1.3液压传动与控制的优缺点

（1）优点

1）同其他传动方式比较，传动效率相同，液压传动装置的重量轻，体积紧

凑。

2）可实现无级变速，调速范围大。

3）运动件的惯性小，能够频繁迅速换向：传动工作平稳：系统容易是实现缓冲吸震，并能自动防止过载。

4）与电气配合，容易实现动作也操作自动化：与微电子技术和计算机结合，能实现各种自动控制工作。

5）元件已基本上系列化、通用化和标准化，利于CAD技术的应用，提高工效，降低成本。

(2)缺点

1）容易产生泄露，污染环境。

2）因有泄露和弹性变形大，不易做到精确的定比传动。

3）系统内容易混入空气，会引起爬行，噪声和振动。

4）适用的环境温度比机械传动小

5）故障诊断与排除要求较高技术。

2.2液压系统设计

液压系统就是液压设备的一个组成部分，它与主机的关系密切。其设计要求，一般是必须从实际出发，重视调查研究，注意吸收国内外先进技术，力求做到设计出的系统重量轻、体积小、效率高、工作可靠、结构简单、操作和维护保养方便、经济性好。设计步骤大致如下。

2.2.1 明确设计要求

（1）明确主机用途、操作过程、周期时间、工作特点、性能指标和作业环境的要求。

（2）明确液压系统必须完成的动作，运动形式，执行元件的载荷特性和对速度的要求。

（3）动作的顺序、控制精度、自动化程度和连锁要求。

（4）防尘、防寒、防爆、噪声控制要求。

（5）效率、成本、经济性和可靠性要求等。

2.2.2 总体规划、确定液压执行元件

液压执行元件的类型、数量、安装位置和与主机的连接关系，对主机的设计有很大的影响，所以，在考虑液压设备的总体方案时，确定液压执行元件与确定主机整体结构布局是同时进行的。