金属带式无级变速器设计说明

. . . 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 郭蕾 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程07-11班 指导教师姓名 安永东 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 金属带式汽车无级变速器传动机构设计 一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义 1、研究现状 近年来，随着车辆技术的进步和道路上车辆密度的加大，汽车已经成为现代文明社会重要的组成部分，人们对汽车的各项性能也提出了更高的要求，特别是经济性和动力性方面。现在为了提高汽车的这些性能，人们尝试了多项努力。本文就是在这背景下完成的。坚持以原有的传动系统结构，采用新型的金属带式无级变速器(CVT)替代原有的有级变速装置。金属带式无级变速器(CVT)作为汽车理想的变速传动装置，具有广阔的发展前景和市场空间，与目前应用较广的自动变速器(AT)相比，其性能优良、结构简单、可以实现汽车的无级变速。无级变速传动系统匹配及控制是实现车辆性能的关键技术之一,通过合理地控制无级变速器，可以使汽车按驾驶员的意图在汽车的行驶阻力和发动机输出功率之间自动实现动态最佳匹配，保证发动机在理想的工况下运行, 以便把汽车的经济性、动力性发挥到极限状态。金属带式无级变速器越来越受到人们的重视并且获得了较快的发展，世界上主要的汽车厂商也都在进行无级变速器的研发工作。 ⑴ 国外无级变速器的研究动态 金属带式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，1886年，Daimler Benz 在首辆采用汽油机的汽车上装上了橡胶带CVT。1906年，美国卡特车装用了简单的金属盘摩擦传动无级变速器。1930年在Austin Sixteen车上，装用了牵引式CVT。电子控制技术特别是计算机控制技术的发展，使得无级变速传动得到应用与发展。20世纪60年代后期，荷兰工程师Van Doorne研究出金属带CVT，并装备于DAF公司制造的小型轿车上。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷，如传递功率需要全套设计qq1537693694有限、传递转矩低、传动带和夹紧机构的能量损失较大、以及使用寿命短等，因而没有被汽车行业普遍接受。1972年H.Van Doorne博士发明了金属传动带，解决了橡胶带使用寿命低、传递功率小的本质缺陷。1978年，意大利Fiat公司的汽车开始装用Van Doorne CVT。1987年，美国Ford公司的汽车装有这种CVT，很快引起汽车工业的关注。1997年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，日产公司在1998年开发了一款中型轿车，设计了包含一个手动换档模式的CVT。新型CVT采用一个最新研制的高强度宽钢带和一个高效率液压控制系统，这些新技术的应用使CVT可传递更大转矩。

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日产公司研究开发的CVT电子控制技术，增加了发动机的制动模式，使汽车在下坡时可以一直根据车速实现发动机制动，而不是采用常规制动器限速，解决了长距离制动引起制动器发热的问题。同时在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。日产公司计划将它的CVT的应用范围从1.0L扩大到3.0L的轿车。日本三菱公司选用CVT传动技术与直喷式发动机组合，可以保证在所有速比下，实现发动机动力平顺无间断地传递。CVT根除了传统的自动变速器换档时动力不连续现象以及顿挫感，从而获得更满意的响应速度和控制性能。日本富士重工拥有15年开发CVT的经验。1997年5月，富士重工将它的Vistro微型车装配了E-CVT(设有六档手动换档模式的CVT)。1999年上半年，美国的福特公司和德国ZF公司合作，在巴达维亚和俄亥俄州合资建厂,为福特公司的轿车和轻型载货车设计 CVT变速器，从2001年开始投入生产。除经典的前置前驱方式外，ZF公司还设计有发动机纵置前轮驱动、发动机纵置后轮驱动的CVT产品系列。经过10多年的不断完善，CVT传动技术由早期的小排量逐渐发展到大中排量轿车，其传递功率已超过150KW，转矩已超过350Nm。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—液或电—液控制系统，以外齿轮泵作为液压源，实用于发需要全套设计qq1537693694动机排量在1.3以下的小型轿车；P811型，实用于发动机排量在1. 8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。1990年美国生产出计算机控制的无级调速液压自动变速器(CVT),此后日本、美国、德国等轿车生产商大多采用此项技术。 ⑵ 国内无级变速器的研究动态 国内对汽车无级变速器的研究最早可追述到60年代，清华大学的宋镜滚教授对汽车橡胶带无级变速器进行了研究，用传统的Euler理论对橡胶V带无级变速传动进行了分析，对弯曲、拉伸所产生的带应力及应力对带疲劳寿命的影响进行了分析，并提出了相应结构上的改进措施，以及汽车车速——油门两参数匹配控制的简单原理。80年代中期哈尔滨工业大学载人航天器设计教研室的杨涤教授在美国作访问学者期间，与美国California-Davis大学的Andrew A. Frank教授合作，从纯控制理论的角度，对CVT非线性动力传动系统进行了实验和仿真研究。80年代末东北大学的程乃士教授从德国回国后，开始了CVT钢带的试制工作，并应用键合图理论，推导了VDT公司P811 变速器液压控制系统的状态方程，但没有具体的参数和仿真结果。90年代初北京理工大学的姜正根教授在兵器工业部的资助下，开展了CVT的研究，在购买了国外的钢带后，设计制造了简单的实验装置，但由于同为兵器工业部的长安集团对该项目不认可，CVT项目没有进一步的进展。清华大学曾尝试对金属带CVT进行研究，武汉工学院也试图对汽车牵引式CVT进行研究。90年代初，华南理工大学黄向东教授从意大利学成归国，在国家自然科学基金青年基金的资助下，开展了金属带CVT的研究，试制了H型金属钢带，对CVT的匹配控制规律进行了研究，并推导了CVT过渡状态的. . .

理想调速率，指出了速比调节的方向和速率，该调节规律申请了国家专利。上海交通大学花家寿教授在上海齿轮箱厂的资助下，以VDT公司的P811样机为实验件搭建了CVT传动实验台。湖南大学以周云山教授和薛殿伦博士为首的CVT研发小组，具有多年从事无级变速器的研究经验。多年的潜心研究，消化了国外的先进技术，已经掌握无级变速器与整车的动力匹配规律、速比控制方法、离合器起步过程控制以及液压控制系统设计等关键技术。总而言之，从国内外对 CVT 的研究状况来看，CVT是一项实践性非常强的技术，国内外对金属带CVT的研究方兴未艾。 金属带式无级变速器的结构、力学分析、传动效率等，在国外已研究成熟，国外的研究热点主要集中在CV T电液控制系统的控需要全套设计qq1537693694制策略上，如CVT电液控制系统的智能PID控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制等。金属带式无级变速器的结构、力学分析、传动效率等研究在国内已取得很大的进展，但CVT电液控制系统的控制策略、实验仿真等研究在国内刚刚起步。 2、目的、依据和意义 汽车界对CVT技术的研究开发日益重视，特别是在微型轿车中，CVT被认为是最佳的传动装置。随着汽车电子技术的发展，电子技术与自动控制技术的不断应用，使得CVT的总体性能比同类的AT更为突出。根据世界各汽车公司按不同的试验标准对CVT进行试验，结果表明，CVT与同类四档自动变速器相比：加速性能可提高10%，燃油经济性提高10%~15%，排放降低10%，平顺性更好。 金属带式无级变速器是汽车理想的传动系统，它可提高汽车的经济性，改善汽车的动力性，便于操作是汽车的核心技术之一。金属带式无级变速器的结构、变速原理、受力情况等已经研究成熟，但国内CVT的关键技术——电液伺服系统控制方法的研究尚处于起步阶段，国外研究得也不成熟。目前CVT控制策略的研究是CVT研究的热点，随着CVT控制策略研究的深入，金属带式无级变速器国产化的日子指日可待。金属带式无级变速器的试验应包括专用台架及路况试验，CVT专用台架技术由世界上少数几个大公司垄断，如ZF公司、Doorne公司等，CVT所有的动态实验都能在专用台架上进行，但专用台架造价高，国内外研究人员研究CVT的动态特性时大多在自制的简易实验台上并配合仿真进行。结合金属带式无级变速器，设计金属带式无级变速器的传动机构，使变速机构实现迅速、准确的变速。 此次对金属带式汽车无级变速器传动机构的计，其目的主要有： 一是重点培养学生的设计、团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台； 二是通过设计交流创造学术竞争氛围，为师生之间、同学之间提供良好的交流平台，进而推动学科建设的提升； 金属带式汽车无级变速器传动机构设计在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,对增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。 . . .

毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，能够独立的完成金属带式汽车无级变速器传动机构设计，是一段非常富有挑战的过程，同时也是一段受益颇丰的过程。在大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、需要全套设计qq1537693694激烈的争执、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，设计者能获得的不仅仅是CAD、ANSYS等软件的熟练运用以及对焊接、定位、机加工等技术特征的掌握,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。 二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 1、研究的基本内容 （1）研究汽车无级变速器的工作原理和结构特点； （2）根据设计参数并结合结构工艺性等要求确定无级变速器传动方案； （3）根据无级变速器传动方案确定无级变速机构的设计； （4）中间减速机构的设计按齿轮受力、转速、噪声要求等情况选择齿轮的变位系数、压力角、螺旋角、模数和齿顶高系数； （5）撰写设计说明书并完成主要总成装配图，零件图。 2、拟解决的主要问题 （1）金属带式无级变速器传动摩擦副的共轭关系； （2）金属带式无级变速的金属带传动的力分析； （3）金属带带环的应力与强度分析，带轮与摩擦片的接触强度计算； （4）直母线锥盘导致的金属带偏斜及其影响； （5）金属带传动的摩擦因数和传动效率； （6）金属带传动的传动能力和带轮轴向推力的确定； （7）摩擦传动原理和摩擦因数； （8）离合器换向机构的设计要点，如倒档行星机构的运动学设计和强度计算。