摩托车V带无级变速器与发动机的匹配设计方法

摩托车V 带无级变速器与发动机的匹配设计方法

杨新桦

1,2

李朝晖2 杨 英

1

(1-重庆工学院重庆汽车学院 重庆 400050 2-华中科技大学机械科学与工程学院)

摘 要:通过对采用离心球控制的皮带传动的摩托车无级变速器的分析,得到了可以确定移动盘内锥面压力角的方法。根据该方法,只要给出期望的发动机转速与变速比的匹配曲线,就可以设计出相应的内锥面压力角,从而使CVT 按给定的发动机转速输出速比。该方法可以用于离心球控制的摩托车皮带传动无级变速器相关参数的选型和设计。关键词:离心球 无级变速器 发动机匹配

中图分类号:TK414.4 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2008)04-0047-03

M atchi ng Design forM otorcycle V -belt Conti nuously -variable Trans m ission Syste m and Engine

Yang X inhua 1,2

,L iZhaohui 1

,Yang Y ing

1

1-Chongqing Auto m ob ile Co ll e ge ,Chongqi n g I nstitute o fTechno logy (Chongq i n g ,400050)2-Schoo l o fM echan ica l Sc ience and Eng i n eering ,H uazhong U niversity of Science and Tec hno l o gy Abst ract :The m otorcycle V-be lt conti n uousl y -variab le trans m issi o n controlled by centrif u ga l ba ll is analyzed ,and the m et h od to obta i n the pressure ang le o f the w i m b le surface on the m oving disk is ga i n ed .B ased on t h is

m ethod ,w e can work out the pressure ang le as long as g iving the m a tch curve o f the an ticipant eng i n e speed and the trans m issi o n rati o .Consequen tl y the C VT output the w anted speed ratio accord i n g to the g i v i n g eng ine speed .The m ethod also can be used to choose and desi g n the para m eters of the m o torcycle V-belt CVT con -tro lled by the centrifuga l bal.l K eyw ords :C entrifugal ba l,l CVT,Eng i n e m atch i n g

引言

离心球控制的摩托车皮带传动无级变速器是踏板式摩托车常采用的无级变速器控制方式。这种变速器传动平稳,结构简单,采用了基于发动机转速的变速器传动比控制策略,即根据当前发动机转速确定当前的传动比。但是其与发动机匹配设计方法国内没有相关文献报导。文献[1]对这种无级变速器进行了静力学分析,建立、给出了主从动轮轴的轴向移动量的关系,但是并没有提出变速器与发动机匹配设计的方法。本文建立了离心球的稳态动力学方程,分析了发动机转速与离心球位移之间的关系,提出了主动盘内锥面压

力角与离心球位移之间的关系。根据这种方法可以设计出按照给定发动机匹配策略的离心球控制的无级变速器。

1 离心球控制的皮带传动无级变速器工作原理

V 带无级变速器的基本结构如图1所示。主动轮轴1通过皮带2带动从动轮盘3,从而将扭矩传递到从动轴输出。主动轮轴的旋转同时带动离心球4旋转,当离心球的离心力大于一定值时,离心球克服斜坡板5和主动轮可动锥盘6的阻力,沿斜坡板5向外移动,推动主动轮可动锥盘6向右移动,从而增大了主动

作者简介:杨新桦(1976-),男,在职博士,主要从事无级变速器与发动机匹配、控制方法、控制策略与控制器方面的研究。

第37卷 第4期2008年8月小型内燃机与摩托车

S MALL I N TERNAL COM B UST I O N ENG I N E AND MOTORCYCLE Vo.l 37No .4

Aug .2008

轮盘皮带的传动半径,进而减小传动比。主动盘皮带的传动半径的增大,导致从动盘皮带的传动半径减小,使得从动盘可动锥盘向右移动,增大了弹簧的压力。当离心球的离心力不足以推动主动盘移动的时候,从动盘在弹簧的作用下推动从动轨盘动盘向左移动,增大皮带传动半径,

传动比增大。

图1 摩托车V 带无级变速器的基本结构

2 系统分析

2.1 离心球的受力分析

离心球的受力分析如图2所示,根据静力平衡,得

到x 轴的受力平衡方程如下:

0=F 离#si n B -F 1#cos(B -A )

(1)

其中:F 离=m #(r 0+x #si n B )#10-3

#(X #

P 30

)2

;B 为斜坡板与水平线的夹角;F 1为主动锥盘内锥面对离心球的作用力;A 为主动轮盘内曲面对离心球的作用力与水平线的夹角,

即可动锥盘内锥面压力角。

图2 离心球的受力分析

2.2 皮带的受力分析与几何关系

由于皮带在轴向上受力平衡,因此作用在离心球

上的F 1在轴向的投影与作用在从动盘上的弹簧力平衡,有:

F 1cos A =F 弹=F 0+k +$x 2(2)其中:F 0为弹簧初始压紧力;k 为弹簧刚度;$x 2为从动盘的轴向位移量。

假设皮带不受拉变形,根据带传动的几何关系,可以推导出从动盘位移与主动盘位移的关系:

$x 1=2(R 1-R 10)tg <(3)$x 2=2(R 2-R 20)tg <

(4)

L =2d 0+P (R 1+R 2)+(R 1-R 2)

2

d 0

(5)

其中:<为锥盘夹角;R 10、R 20为主动盘和从动盘初始传动半径;L 为皮带长度;d 0为主动轴与从动轴的中心距。

离心球位移量x 与主动盘位移量$x 1的关系为:

$x 1=x t g B

(6)变速器传动比为i =R 2/R 1

(7)

3 发动机与变速器匹配方法

从上面的推导可以看出,若给出希望的发动机的转速控制策略,就可以得到发动机转速与变速器传动比的函数关系,设该函数为i =f(n )。根据给定的目标传动比可以按公式(5)和(7)计算出希望的主动盘传动半径,进而根据公式(3)确定主动锥盘的位移量,从而根据公式(6)确定离心球的位移量x 。同理可以计算出从动盘可动锥盘位移量$x 2,然后计算出从动盘回位弹簧压力F 弹,将其换算为作用在离心球上的力F 1,然后将F 1和x 代入(1)式就可以得到该传动比下主动锥盘内锥面与水平线的夹角A 。按照这种方法就可以确定主动盘内锥面的曲线函数。

4 匹配实例

某离心球控制的摩托车皮带传动无级变速器的基本参数如下:

L =762mm,d 0=230mm ,k =4170N /m,B =33b ,<=30b ,R 10=32mm,R 20=64mm,m =0.077kg ,r 0=42.5mm,i m in =0.4256,i m ax =2.35。

将理想的发动机转速与变速器速比匹配曲线拟合为三次曲线,为使曲线平滑,要求在起点一阶导数为零,其关系式为:

i =i max n

i =a #n 3

+b #n 2

+c #n +d n 1

i =i m in n >n 2

设目标匹配曲线如图3所示,按照前面所述方法得到主动盘移动盘内锥面压力角与位移的关系曲线,结果如图4。图中两条曲线为采用不同从动盘压紧弹

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小 型 内 燃 机 与 摩 托 车 第37卷

簧初始压紧力的不同计算结果,这两条曲线表明,若初始压紧力较小,内锥面压力角的初始角度A 较大,这样才能提供足够大的力与初始离心力平衡。

5 结论

通过对采用离心球控制CVT 传动比的摩托车无级变速器的分析,得到了可以确定移动盘内锥面压力角的方法。根据该方法,只要给出期望的发动机转速与变速比的匹配曲线,就可以设计出相应的内锥面压力角,从而使C VT 按给定的发动机转速输出速比。根据该设计计算方法,对某款摩托车皮带传动CVT 进行了实例分析,计算结果说明该方法可以用于离心球控制的摩托车皮带传动无级变速器相关参数的选型和设计。

参考文献

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3 张则曹,胡德甫编.摩托车构造[M ].北京:人民交通出版

社,1999

(收稿日期:2007-07-20)

(上接第46页

)

图5 节气门角度、转速的速度及输入控制信号

以上仿真结果验证了即使在有外部干扰情况下,

采用非线性电子控制节气门系统,节气门转速角度和发动机转速都能达到理想转速值。证明了非线性电子控制节气门系统在燃油机非线性工况下,仍然有很强的稳定性。

4 结论

研究中,给燃油机构建非线性电子节气门系统,通过滑动模型分析监测非线性发动机工况的状态量来控制节气门开度,使空然比能在理想状态下工作。检验

并验证了怠速工况下,无负荷和有负荷情况下的两种仿真结果。总之,验证了非线性电子控制节气门系统对于控制非线性燃油机工况是有效的,提高了燃油机的经济性,优化了燃油机的性能。

参考文献

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(收稿日期:2007-09-18)

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第4期杨新桦等:摩托车V 带无级变速器与发动机的匹配设计方法