變速器畢業(yè)論文---混合動力汽車動力耦合器及金屬帶傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)</b></p><p>　　2009年 月 </p><p>　設(shè)計論文題目：混合動力汽車動力耦合器及 </p><p>　金屬帶傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　

2、學生姓名：</p><p>　學生學號：</p><p>　專業(yè)班級：</p><p>　學院名稱：機械與運載工程學院</p><p>　指導(dǎo)老師：</p><p>　學院院長：</p><p>　　混合動力汽車動力耦合器及金屬帶傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b&

3、gt;　　摘要</b></p><p>　　迫于環(huán)境污染和石油資源短缺的壓力,致力于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,混合動力汽車成為21世紀汽車工業(yè)的一大發(fā)展方向.國內(nèi)外專家基本上達成共識;混合動力電動汽車的使用不只是電動汽車的一個過渡階段,而是汽車工業(yè)即將面臨的一場新的革命.然而如何負責將混合動力汽車的各個機械動力組合在一起.實現(xiàn)多動力源間合理的功率分配,并把動力傳給驅(qū)動橋,實現(xiàn)混合動力汽車的各種工作模式,在混合動

4、力開發(fā)中處于重要地位, 目前較成功的混合動力系統(tǒng)有:豐田汽車公司的THS(Toyota Hybrid System)混合動力系統(tǒng)等.本文就混合動力汽車關(guān)鍵部分之一----動力耦合系統(tǒng)進行原理分析,并對CVT傳動特性作出了研究分析，通過不同工況下功率,扭矩,轉(zhuǎn)速的分析計算，完成了一個基于CVT的混合動力汽車動力耦合系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　在原有車型的基礎(chǔ)上，進行了整車的改裝設(shè)計。通過計算，確定了包括驅(qū)動和

5、能源部件的參數(shù)設(shè)計和選型、關(guān)鍵零部件的選擇及設(shè)計，以及所有部件在整車中的安裝布置。</p><p>　　無極變速器(Continuously Variable Transmission,CVT) 是目前汽車上最先進的自動變速器技術(shù)。它與普通自動變速器有較大的區(qū)別, 省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合, 只用2組帶輪, 通過改變驅(qū)動輪與從動輪傳動帶的接觸半徑, 實現(xiàn)連續(xù)變速傳動。由于它的諸多優(yōu)點, 可認為是最理想的汽車變

6、速器。</p><p>　　金屬帶式CVT 是汽車傳動系統(tǒng)中實現(xiàn)無級變速的最重要部分，發(fā)動機輸出的動力傳遞到無級變速器的主動輪后，再通過金屬帶式無級變速單元進行無級變速，之后通過中間減速器、主減速器，通過差速器傳遞給車輪。金屬帶式CVT 由于結(jié)構(gòu)的不同與其它帶式CVT 在運動學、動力學上有所不同，本章將分析金屬帶式CVT 的工作原理、運動學分析.本文對作了金屬帶選型并設(shè)計了鋼球滑道,主從動可動錐輪和主從動固定錐輪

7、軸等主要部件,并繪制了CVT零件圖和CVT總裝圖的二維圖(CAD)和主動,從動錐輪的三維圖(UG).</p><p>　　關(guān)鍵詞 混合動力 CVT 耦合器 金屬帶 錐輪</p><p><b>　　英文摘要</b></p><p><b>　　目 錄</b></p>

8、<p><b>　　1 緒論 </b></p><p>　　1.1研究基于CVT的HEV汽車動力耦合裝置的重要意義及必要性………………………</p><p>　　1.2混合動力汽車動力動力耦合結(jié)構(gòu)分類………………………………………4</p><p>　　1.2.1串聯(lián)式HEV動力耦合結(jié)構(gòu) ……………………………………………………4&

9、lt;/p><p>　　1.2.2并聯(lián)式HEV動力耦合結(jié)構(gòu) ……………………………………………………5</p><p>　　1.2.3 混聯(lián)式HEV動力耦合結(jié)構(gòu) ……………………………………………………6</p><p>　　1.3混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型依據(jù) ………………………………………7</p><p>　　1.3.1性能要求 ………………

10、………………………………………………………7</p><p>　　1.3.2使用環(huán)境 ………………………………………………………………………7</p><p>　　1.4基于CVT的發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) …………………………………………7</p><p>　　2 混合動力汽車動力耦合器原理和設(shè)計</p><p>　　2.1混合動力汽車動力耦合器

11、簡介及設(shè)計方案提出</p><p>　　2.1.1混合動力動力耦合系統(tǒng)簡介…………………………………………………9</p><p>　　2.1.2 動力藕合系統(tǒng)的基本功能……………………………………………………9</p><p>　　2.1.3 動力耦合系統(tǒng)方案的分析……………………………………………………9</p><p>　　2.2基于C

12、VT的混合動力汽車動力耦合器</p><p>　　2.2.1耦合器在各種行駛工況下的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩分析………………………………11</p><p>　　2.2.2耦合器總體布置設(shè)計…………………………………………………14</p><p>　　2.2.3混聯(lián)式混合動力汽車用電動機選型…………………………………15</p><p>　　2.2.4混合

13、動力汽車用儲能元件選型……………………………………15</p><p>　　3 金屬帶傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　3.1金屬帶式CVT 的無級變速原理……………………………………………… 18</p><p>　　3.2金屬帶式CVT 的關(guān)鍵部件…………………………………………………………18</p><p>　　3.2.1金屬帶……

14、…………………………………………………………………18</p><p>　　3.2.2 金屬鋼環(huán)組……………………………………………………………………19</p><p>　　3.2.3 金屬塊…………………………………………………………………………20</p><p>　　3.2.4 主、從動帶輪…………………………………………………………………21</p&

15、gt;<p>　　3.3 金屬帶式CVT 的運動學分析</p><p>　　3.3.1 速比及速比范圍………………………………………………………………21</p><p>　　3.3.2 各運動區(qū)段的劃分及其之間的幾何關(guān)系……………………………………23</p><p>　　3.4 CVT主要部件設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計和金屬帶的選型</p><

16、;p>　　3.4.1鋼球滑道結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………24</p><p>　　3.4.2可動主動錐輪的設(shè)計…………………………………………………………26</p><p>　　3.4.3金屬帶的選型…………………………………………………………………7</p><p>　　3.4.4 主動錐輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………

17、…………………8</p><p>　　3.4.5可動從動錐輪的設(shè)計…………………………………………………………30</p><p>　　3.4.6從動固定錐輪結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………31</p><p>　　4 結(jié)論………………………………………………………………………</p><p>　　致謝…………………………………………

18、……………………</p><p>　　參考文獻 …………………………………………………………………………33</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1研究基于CVT的HEV汽車動力耦合裝置的重要意義及必要性</p><p>　　隨著油價的大幅攀升，各類能源的短缺和環(huán)境污染對社會帶來

19、的壓力，提高車輛燃油經(jīng)濟性和廢氣排放性能成為汽車工業(yè)發(fā)展的緊要任務(wù).</p><p>　　目前內(nèi)燃機汽車已經(jīng)不能滿足在這方面的要求，混合動力車型是在當前條件下最合適的發(fā)展策略，也響應(yīng)了目前的發(fā)展趨勢。各個汽車企業(yè)對于新能源汽車的開發(fā)熱潮也是一浪高過一浪。在全球市場范圍內(nèi)，混合動力車型的生產(chǎn)和銷售已經(jīng)頗具規(guī)模。面對這種情況，汽車廠商也一直在進行新能源汽車的開發(fā)。</p><p>　　很多家企

20、業(yè)都在進行混合動力汽車的研發(fā)，但混合動力與CVT技術(shù)的融合開發(fā)目前國內(nèi)所做的研究相對較少。由于CVT可以連續(xù)改變速比，使得汽車在任意行駛工況下，都可以按駕駛員的操作意圖實現(xiàn)發(fā)動機和電機工作點與變速器的最佳匹配(最佳經(jīng)濟匹配或最佳動力匹配)，從而可降低排放，提高整車的燃油經(jīng)濟性、動力性、操作性以及乘坐舒適性，使整車綜合性能達到最佳。如果能把混合動力技術(shù)和CVT技術(shù)融合，那么在混合驅(qū)動模式下，由于電機助力的存在，在滿足發(fā)動機在最佳經(jīng)濟性曲線

21、運行的同時大大會提高系統(tǒng)的動力性能，可很好解決傳統(tǒng)CVT傳動動力性與經(jīng)濟性不能兼顧的問題. </p><p>　　1.2混合動力汽車動力動力耦合結(jié)構(gòu)分類</p><p>　　目前，混合動力汽車動力動力耦合結(jié)構(gòu)主要有串聯(lián)式布置（Series Schedule 又稱SHEV）并聯(lián)式布置（Parallel Schedule 又稱PHEV）以及混聯(lián)式布置（Series-Parallel Combi

22、ned Schedule）等三種類型。</p><p>　　1.2.1串聯(lián)式HEV動力耦合結(jié)構(gòu) </p><p>　　串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的總成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1 所示。</p><p>　　圖1-1 串聯(lián)式系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　它主要由發(fā)動機、發(fā)電機、蓄電池組、控制器、電動機、減速裝置等構(gòu)成。電動機是汽車唯一的機械動力源。發(fā)動機產(chǎn)

23、生的動力只用來驅(qū)動發(fā)電機，發(fā)電機向電動機供電驅(qū)動汽車，同時向蓄電池充電。在汽車高負荷運轉(zhuǎn)時，蓄電池和發(fā)電機組共同對電動機供電。由于蓄電池的蓄能作用，不管汽車處于何種工作狀態(tài)，發(fā)動機都避免在怠速和其它不經(jīng)濟的工況下工作，這就明顯減少排氣污染并提高燃油經(jīng)濟性。串聯(lián)式混合動力汽車的這種布置形式和控制思路使之具有以下特點：</p><p><b>　　優(yōu)點:</b></p><p

24、>　?。?） 在特定區(qū)域可實現(xiàn)“零排放”行駛； （2）作為輔助動力的發(fā)動機運行范圍窄，因而可控為高效、低排放；</p><p>　?。?） 電動機的驅(qū)動形式可十分靈活，滿足較為廣泛的運用（包括特種軍用車輛）； （4） 控制系統(tǒng)相對簡單，便于向純電動汽車過渡；</p><p><b>　　缺點：</b>

25、;</p><p>　　（1）需要配置一臺較大功率的發(fā)動機和發(fā)電機組，增大了車的額外負荷和制造成本；（2） 能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，降低了動力系統(tǒng)綜合效率。</p><p>　　1.2.2并聯(lián)式HEV動力耦合結(jié)構(gòu)</p><p>　　并聯(lián)式耦合器結(jié)構(gòu)的總成示意圖如圖1-2所示；</p><p>　　圖1-2并聯(lián)式系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)圖</p>

26、<p>　　和串聯(lián)混合動力系統(tǒng)布置不同的是，并聯(lián)式布置保留了發(fā)動機及其后續(xù)傳動系統(tǒng)的機械連接，由電池組-電動機所提供的動力在原驅(qū)動系統(tǒng)的某一處和主動力匯合，或者發(fā)動機和電動機產(chǎn)生的力完全分開用以驅(qū)動不同的驅(qū)動橋，即汽車可由發(fā)動機和電動機共同驅(qū)動或者各自單獨驅(qū)動。并聯(lián)式混合電動汽車的結(jié)構(gòu)形式更像是附加了一個電動機驅(qū)動系統(tǒng)的普通內(nèi)燃機汽車。并聯(lián)混合動力系統(tǒng)同串聯(lián)混合動力系統(tǒng)的布置比較起來，其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，實現(xiàn)形式也趨多樣化。一般來

27、說，并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的控制策略是，當汽車在低速等小功率工況行駛時，通過控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)發(fā)動機功率，而在汽車加速或高速行駛，發(fā)動的功率不足以滿足汽車行駛所需功率時，由控制器控制電動機協(xié)助驅(qū)動。并聯(lián)式混合動力汽車的這種布置形式和控制方式使之具有以下特點.</p><p>　?。?）由于發(fā)動機保持了與機械驅(qū)動系統(tǒng)的機械連接，與串聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)相比，并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)動機通過機械傳動機構(gòu)直接驅(qū)動汽車，其能量的利用率相對較

28、高，這使得并聯(lián)式的燃油經(jīng)濟性一般比串聯(lián)的要高；同時，發(fā)動機與驅(qū)動系統(tǒng)之間的機械連接，使得發(fā)動機的運行工況要受到汽車行駛工況的影響，當汽車行駛工況復(fù)雜時，發(fā)動機可能較多地在不良工況下運行，因此，并聯(lián)驅(qū)動的排放比串聯(lián)驅(qū)動的要差。</p><p>　?。?）發(fā)動機與電動機兩大動力總成的功率可以互相疊加起來滿足汽車行駛的最大功率要求，因而，系統(tǒng)可采用較小功率的發(fā)動機與電動機，使得整車動力總成尺寸小，質(zhì)量也較輕。但發(fā)動機和

29、電動機兩動力總成的機械復(fù)合連接使得機械裝置較復(fù)雜，增加了整車布置的難度。</p><p>　　1.2.3 混聯(lián)式HEV動力耦合結(jié)構(gòu)</p><p>　　混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的總成結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.3 所示 .</p><p>　　圖1-3混聯(lián)式系統(tǒng)總成結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的布置方案是串聯(lián)式布置和并聯(lián)式布置的綜合。發(fā)動機發(fā)出

30、的功率一部分通過機械傳動輸送給驅(qū)動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。發(fā)電機發(fā)出的電能由控制器控制，輸送給電動機或者電池，電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動橋?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)的控制模式是，控制器根據(jù)油門踏板的開度，一方面控制電子油門的開啟程度，另一方面確定發(fā)動機的動力用于直接驅(qū)動汽車部分和用于發(fā)電部分之間的分配比例，準確控制并協(xié)調(diào)發(fā)動機和發(fā)電機驅(qū)動力，如果蓄電池電量下降，控制器控制發(fā)電機發(fā)電為蓄電池充電。這種比串聯(lián)布置和并聯(lián)布

31、置都更為復(fù)雜的布置和控制模式使之具有以下特點：</p><p>　?。?）該系統(tǒng)適合各種行駛條件，具有良好的燃油經(jīng)濟性和排放性能，且不需外界充電，續(xù)駛里程與內(nèi)燃機汽車相當，是最理想的混合電動方案。</p><p>　?。?）由于發(fā)動機和發(fā)電機、電動機以機械方式連接，機械裝置較復(fù)雜，整車布置有一定難度。</p><p>　　1.3 混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型依據(jù)</p

32、><p>　　基于以上對HEV動力系統(tǒng)的分析，在動力系統(tǒng)選型中著重考慮以下幾個因素：</p><p>　　1.3.1 使用環(huán)境</p><p>　　HEV的動力系統(tǒng)一般基于特定工況進行設(shè)計，這是因為多數(shù)動力系統(tǒng)對工況比較敏感，不同工況性能差別很大，只有在特定的工況下才能充分發(fā)揮低油耗、低排放的優(yōu)點。我們要設(shè)計的是轎車.對工況很敏感,且要節(jié)能減排不失動力性.</p&

33、gt;<p>　　1.3.2 性能要求</p><p>　　不同類型的HEV之間性能差異十分明顯，在選型時必須注意由動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)引發(fā)的性能差異。如果對加速性能要求高，就有必要選擇配有峰值功率調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式。如果對經(jīng)濟性要求苛刻，并聯(lián)式可以成為合適的選擇。而我們設(shè)計的是轎車,既要有一個的起步加速能力,又要有足夠的超車加速能力,特別是在城市交通擁擠的時候,而且最重要的是節(jié)能節(jié)能減排,也就是說它的經(jīng)濟性

34、要好.并且我們設(shè)計的是要CVT匹配的混合動力車. 一般的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)其控制系統(tǒng)技術(shù)含量高，控制元器件價格高，整車價格較高,但CVT正是一個控制性高的一個傳動系統(tǒng),這樣的話在某些方面二者可以協(xié)同設(shè)計,協(xié)同控制.</p><p>　　1.4基于CVT的發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)</p><p>　　當節(jié)氣門的開度一定，發(fā)動機部分負荷特性中的功率與燃油消耗曲線如圖1-4所示。</p>&

35、lt;p>　　圖1-4 發(fā)動機部分特性曲線中的功率和耗油率曲線</p><p>　　在圖中的功率和燃油消耗率曲線上各有一個特殊的點A,B，它們分別是發(fā)動機在該條件下的最佳經(jīng)濟點（最低耗油率點）和最大功率點。從大到小連續(xù)改變節(jié)氣門開度，就得到發(fā)動機一條最佳經(jīng)濟線和一條最大功率線。把這兩條曲線在（α，ne）兩維平面上繪制出來，就得到發(fā)動機最佳動力曲線S和最佳經(jīng)濟曲線E（圖1-5）。</p><

36、;p>　　圖 1-5 發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性</p><p>　　它們分別表示發(fā)動機節(jié)氣門開度與發(fā)動機轉(zhuǎn)速關(guān)于發(fā)動機最佳動力性，最佳經(jīng)濟性的調(diào)節(jié)特性曲線。這兩條曲線對應(yīng)無級變速器兩種常用的不同工作模式。如當節(jié)氣門開度連續(xù)變化時，通過無級變速器自動改變速比使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速按E線滑動，這就是CVT的所謂的E模式（經(jīng)濟模式）。當節(jié)氣門開度連續(xù)變化時，通過無級變速器自動改變速比使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速按S線滑動,這就是CVT的所

37、謂的S模式（動力模式）。傳統(tǒng)的CVT非混合動力汽車不得不在E、S模式之間求折中，往往滿足了經(jīng)濟性但當前工況下動力性要求卻滿足不了。由于對于某一特定節(jié)氣門開度,發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的一一對應(yīng)性,我們又可以把經(jīng)濟曲線同比例標在在發(fā)動機萬有特性圖上(如圖1-6所示).</p><p>　　圖1-6 發(fā)動機經(jīng)濟性動力性曲線</p><p>　　由圖我們不僅可以看出不同工況下發(fā)動機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速,亦可知道

38、當前發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩的大小,由此可判斷出是否需要助力,還需要多少轉(zhuǎn)矩才可以滿足動力性要求.</p><p>　　2 混合動力汽車動力耦合器原理和設(shè)計</p><p>　　2.1混合動力汽車動力耦合器簡介及設(shè)計方案提出</p><p>　　2.1.1混合動力動力耦合系統(tǒng)簡介</p><p>　　混合動力汽車(Hybrid Electric Veh

39、icle,HEV)具有串聯(lián)式,并聯(lián)式,混聯(lián)式以及復(fù)合式四種典型的結(jié)構(gòu),對于并聯(lián)式HEV機電動力耦合系統(tǒng)負責將混合動力汽車的各個機械動力組合在一起.實現(xiàn)多動力源間合理的功率分配,并把動力傳給驅(qū)動橋,實現(xiàn)混合動力汽車的各種工作模式,在混合動力開發(fā)中處于重要地位,合理的設(shè)計動力耦合系統(tǒng)對于提高混合動力汽車的動力性,燃油經(jīng)濟性,降低排放等具有重要意義.</p><p>　　2.1.2 動力藕合系統(tǒng)的基本功能</p&

40、gt;<p>　　混合動力汽車動力耦合器應(yīng)該具有以下四個基本功能.</p><p>　　動力的合成功能,它應(yīng)該能將來自不同的動力源的動力進行合成,實現(xiàn)混合動力汽車的混合驅(qū)動工作模式.</p><p>　　動力輸出不干涉功能,耦合系統(tǒng)應(yīng)該能保證來自不同動力源的動力單獨地輸出或者讓多個動力共同輸出以驅(qū)動整車行駛,彼此之間不發(fā)生運動干涉,不影響傳動效率.</p>&l

41、t;p>　　動力分解與能量回饋功能,動力耦合器應(yīng)該允許發(fā)動機的全部或一部分傳遞給電動機,電動機以發(fā)電模式工作,為儲能裝置充電,還可以在整車制動時,實現(xiàn)再生制動,回收制動能量.</p><p>　　輔助功能, 動力耦合系統(tǒng)最好能充分發(fā)揮電動機低速大轉(zhuǎn)矩的特點來啟動HEV,利用電動機的反轉(zhuǎn)來使HEV的倒車,從而取消驅(qū)動系統(tǒng)的倒檔機構(gòu).由于發(fā)動機和電動機的機械輸出特性不同,動力耦合系統(tǒng)還應(yīng)該滿足其他多項復(fù)雜的動力

42、合成,分解以及功率匯流,動態(tài)特性的合理匹配等要求.</p><p>　　2.1.3 動力耦合系統(tǒng)方案的分析</p><p>　　動力耦合系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)是它的布置方案,不同結(jié)構(gòu)的動力耦合系統(tǒng)將導(dǎo)致HEV的適用條件和使用要求各不相同,開發(fā)的難度也相差很大.總之,如果一輛混合動力汽車的動力耦合系統(tǒng)設(shè)計合理,就能已最低的能量消耗獲得良好的動力性,經(jīng)濟性和最低的排放,得到良好的社會效益和經(jīng)濟效

43、益.早期的動力耦合裝置主要有皮帶式和固定軸齒輪嚙合式兩種形式.由于皮帶輪傳動滑動損失較大,固定軸齒輪嚙合傳動有過于剛性,所以出現(xiàn)了許多新的形式.目前,動力藕合裝置的機構(gòu)主要集中在固定軸齒輪式和行星齒輪式兩種形式上,較成功的混合動力系統(tǒng)有:豐田汽車公司的THS(Toyota Hybrid System)混合動力系統(tǒng),華沙工業(yè)大學開發(fā)的并聯(lián)式HEV用單行星齒輪機構(gòu)動力耦合系統(tǒng),本田汽車公司研發(fā)的IMA(Integrated Motor As

44、sist)動力系統(tǒng).</p><p>　　基于以上分析和研究我們設(shè)計出了雙離合器耦合器（見圖2-1）。</p><p>　　圖2-1 耦合器結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　表1；動力模式切換和離合器,制動器控制</p><p>　　圖2-2 耦合器速度關(guān)系圖</p><p>　　2.2基于CVT的混合動力汽車動力耦合器&

45、lt;/p><p>　　2.2.1耦合器在各種行駛工況下的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩分配</p><p>　　(1)純電動驅(qū)動模式</p><p>　　整車在起步時由電機驅(qū)動，此時控制離合器結(jié)合,離合器傳遞的力矩由離合器壓力及電機的輸出轉(zhuǎn)矩共同決定.</p><p>　　當電機運行轉(zhuǎn)速小于l 000r／min時，為保持整車有足夠的驅(qū)動力，此時CVT的速比為最大速比

46、。當電機轉(zhuǎn)速大于1 000r／min時，為更好地實現(xiàn)電機模式與發(fā)動機模式平穩(wěn)銜接和過渡，使切換完成后，CVT目標速比不發(fā)生突變，將電機等效為發(fā)動機運行模式，并使其運行在等效發(fā)動機最佳經(jīng)濟油耗狀態(tài)，此時，速比按如下方式確定:</p><p>　　== (2-1)</p><p><b>　　(2-2)</b></

47、p><p>　　式中為電機轉(zhuǎn)速為一定節(jié)氣門開度下經(jīng)濟轉(zhuǎn)速。為目標速比， 為車速。</p><p>　　圖2-3 耦合器速度關(guān)系圖 </p><p>　　(2)純電動模式切換到發(fā)動機模式</p><p>　　發(fā)動機油門開度較大且達到一定車速時，系統(tǒng)由電機驅(qū)動模式開始切換到發(fā)動機運行模式。由雙行星齒行星輪系速度方程可知:</p>&l

48、t;p>　　(-)/(-)=1/ (2-3) </p><p>　　式中為發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速,為行星架轉(zhuǎn)速，為齒圈轉(zhuǎn)速，為太陽輪與齒圈齒數(shù)比。在發(fā)動機未啟動前，CVT輸入軸轉(zhuǎn)速等于電機轉(zhuǎn)速，發(fā)動機轉(zhuǎn)速=0，如圖3線①所示。當電機運行到發(fā)動機高效轉(zhuǎn)速區(qū)間時，啟動發(fā)動機，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，齒圈轉(zhuǎn)速也隨之升高并逐漸接近行星架轉(zhuǎn)速并出現(xiàn)==見圖3線②。此時離合器主

49、從動片轉(zhuǎn)速差為0，若進行離合器控制可實現(xiàn)最平穩(wěn)方式結(jié)合。從而可得到由電機模式切換到發(fā)動機模式的最佳車速點。</p><p>　　=0．377／（) (2-4) </p><p>　　式中為輪胎半徑，為電機轉(zhuǎn)速(約1500r／min)，為主減速比，為車速，為當前CVT速比。</p><p>　　由行星齒輪運動平衡

50、方程可知</p><p>　　/ (2-5)</p><p>　　=-=(1-)/ (2-6)</p><p>　　=- (2-7)</p>&

51、lt;p>　　+=- (2-8)</p><p>　　式中為齒圈輸出力矩，為發(fā)動機輸入力矩，為離合器C2傳遞力矩，為行星架上傳遞力矩, 為齒圈等效轉(zhuǎn)動慣量，為齒圈等效阻尼系數(shù)。如果忽略齒圈轉(zhuǎn)動慣量及阻尼系數(shù)影響，則==/通過控制C2離合器的結(jié)合壓力可以調(diào)節(jié)和控制發(fā)動機的輸出負載轉(zhuǎn)矩和整車的輸出轉(zhuǎn)矩。在離合器處于滑動狀態(tài)時，==并滿足式(3)。當處于結(jié)合狀態(tài)時，整

52、個系統(tǒng)為一個剛體，此時。=.</p><p>　　(3)混合驅(qū)動模式及驅(qū)動發(fā)電模式</p><p>　　當汽車上坡、急加速或發(fā)動機節(jié)氣門開度大于80％時，系統(tǒng)進入混合驅(qū)動模式，此時Cl、C2均結(jié)合，系統(tǒng)為一剛體。此時CVT輸入轉(zhuǎn)矩為:</p><p>　　= + (2-9)</p><

53、;p>　　當電池SOC過低，且發(fā)動機在高效區(qū)且有富余功率輸出時，系統(tǒng)進入驅(qū)動發(fā)電模式，此時</p><p>　　= - (2-10)</p><p>　　在混合驅(qū)動模式下，由于電機助力的存在，從而滿足發(fā)動機在最佳經(jīng)濟性曲線運行的同時大大提高系統(tǒng)的動力性能，可很好解決傳統(tǒng)CVT傳動動力性與經(jīng)濟性不能兼顧的問題，CVT速比仍

54、可按式(17)方式確定。當節(jié)氣門僅>80％時，為防止發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的惡化，此時前電機加入驅(qū)動，發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速保持不變，目標速比為:</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p><b>　　(4)驅(qū)動發(fā)電模式</b></p><p>　　當整車進入驅(qū)動發(fā)電模式時，優(yōu)先調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩使發(fā)動機工作在

55、最佳經(jīng)濟曲線，當通過的調(diào)節(jié)不能使其工作在最佳運行區(qū)域時，調(diào)節(jié)CVT的速比來滿足發(fā)動機最佳油耗的關(guān)系，CVT目標速比可按純發(fā)動機模式下關(guān)系確定.</p><p>　　(5)減速，制動模式</p><p>　　減速時離合器分離，離合器接合 ,旋轉(zhuǎn)著的CVT輸入軸對電機充電，對能量進行回收。減速制動時當車速度較高時, ,均接合.</p><p><b>　　(6

56、)倒車模式</b></p><p>　　離合器接合，分離電機反轉(zhuǎn)，和純電機模式類似，由電機反向驅(qū)動，CVT此時速比最大。</p><p>　　2.2.2耦合器總體布置設(shè)計</p><p><b>　　一,布置方案</b></p><p>　　整車參數(shù)及動力性指標本設(shè)計是以威樂轎車為原型車，將其改裝為裝備無級自

57、動變速器CVT混聯(lián)式混合動力汽車。</p><p><b>　　1.整車參數(shù)</b></p><p>　　滿載總質(zhì)m=1715kg,空載總質(zhì)量=1200kg(含電機,電池組的質(zhì)量),長/寬/高4185/1660/1510mm,空氣阻力系數(shù)=0.36,迎風面積,車輪滾動半徑，傳動效率=0 .9,滾動阻力半徑系數(shù).</p><p>　　對于裝備的C

58、VT，金屬帶參考速比范圍約2.432-0.442</p><p><b>　　發(fā)動機參數(shù)如表:</b></p><p><b>　　2.動力性指標</b></p><p>　　(1 ) 最大車速>=178km/h(純發(fā)動機驅(qū)動)。</p><p>　　(2 ) 在車速v=90km/h時爬坡度i

59、> 5% (純發(fā)動機驅(qū)動)。</p><p>　　圖2-4 耦合系統(tǒng)在整車中的布置方案圖</p><p>　　2.2.3混聯(lián)式混合動力汽車用電動機選型</p><p>　　在混合動力汽車上,電動機的選用原則為:(1)高性能、低自重和小尺寸;(2)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的效率;(3)電磁輻射盡量小;(4)成本低:(5)維護方便。另外,對電動機的選用還應(yīng)綜合考慮

60、其控制系統(tǒng)的特點，要求能盡可能實現(xiàn)雙向控制，對制動能量可以回收。目前混合動力汽車使用的電動驅(qū)動系統(tǒng)主要有直流電機驅(qū)動系統(tǒng)和交流電機驅(qū)動系統(tǒng)兩種。</p><p>　　直流電動機的優(yōu)點是機械性能好，調(diào)速方便而且性能好。通常采用晶體管斬波器寬脈沖調(diào)制方法實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由于直流電機驅(qū)動系統(tǒng)具有成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點，曾在電動汽車上得到廣泛應(yīng)用，但由于直流電動機在運行過程中需要電刷和換向

61、器換向限制了電機轉(zhuǎn)速的進一步提高(最高轉(zhuǎn)速6,000-8,000r/min)，另外，電機本身效率較低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積大、重量大、價格高、維護不方便決定了它必然會被其他先進的電機比如交流電機所取代?；?合 動 力汽車上用交流電機驅(qū)動系統(tǒng)主要有采用異步電機的驅(qū)動系統(tǒng)和永磁電機的驅(qū)動系統(tǒng),也有部分電動機采用了開關(guān)磁阻電機組成的交流驅(qū)動系統(tǒng)。交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)主要選用三相鼠籠異步電動機，該電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、轉(zhuǎn)速極限極高，采用

62、先進的控制技術(shù)，其動態(tài)性能可與直流電機調(diào)速相媲美。隨著電力電子技術(shù)、控制理論的發(fā)展以及感應(yīng)電動機變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，阻礙使用交流異步電機的控制技術(shù)已不存在。永 磁 電 機驅(qū)動系統(tǒng)主要選用永磁無刷同步電機，該電機沒有激磁銅耗、效率較高(最大效率可達95%)、功率因數(shù)高、體積小、功率密度大，其主要不足是永磁材料</p><p>　　本論文采用交流感應(yīng)式異步電機，額定轉(zhuǎn)矩90N·m，額定功率17kw，峰值功

63、率30kw.</p><p>　　2.2.4混合動力汽車用儲能元件選型</p><p>　　在混合動力汽車中,儲能元件起著向電動機供能以及向動力傳動系輸出峰值功率的作用，另外還接收制動再生能量并將其存儲起來。能量回收對提高混合動力汽車的總效率是非常有意義的，據(jù)文獻介紹，對應(yīng)EPA混合燃油循環(huán)，能量回收制動可減少車輛驅(qū)動能量需求的14%。因此在混合動力汽車上要求儲能裝置應(yīng)在長時間內(nèi)能夠接收制

64、動功率，為使儲能裝置不致太龐大和過重，要求其應(yīng)具有比較高的比功率和比能量。同時混合動力汽車上的儲能元件需要頻繁地充放電，因此還要求它的充放電特性較好，自放電率較低，輸出效率較高，其使用壽命即循環(huán)充放電的次數(shù)應(yīng)較長。另外為降低整車的價格，儲能元件的成本亦不能太高。目前 應(yīng) 用 較為廣泛的儲能裝置有飛輪電池、超級電容、電化學電池、燃料電池四種。飛輪電池具有2-4kw/kg的比功率和125wh/kg的比能量并且?guī)缀趺饩S護，具有較低的壽命周期成

65、本，使之十分適合作重型卡車混合動力傳動系的儲能元件，目前，飛輪電池難以推廣應(yīng)用的原因是其昂貴的價格以及使用過程中的安全可靠性能。超級電容由于其比能量較低，只適合于比能量需求較低的輕度混合動力汽車，俄羅斯有關(guān)專家也指出在輕度混合動力汽車采用電容儲能器將更加合理。</p><p>　　鉛酸電池是汽車儲能動力源中較為成熟的一種，它的比能量一般為30-40wh/kg，比功率一般為150-200w/kg，循環(huán)使用壽命一般為

66、500700次。它具有可靠性高、原料易得、價格便宜等優(yōu)點,比功率也較高，基本上能滿足混合動力汽車加速度和爬坡要求。但常規(guī)的鉛酸電池比能量低、難于快速充電、使用壽命不夠長。另外,過放電和過充電時,鉛酸電池的使用壽命將顯著縮短，深度放電以及環(huán)境溫度也對電池性能影響很大。這限制了它在混合動力汽車上的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　綜上我們選取的電池為NiMH電池，標稱容量16A．h，總電壓288V：</p>

67、<p>　　2.2.5主減速器速比的確定</p><p>　　對于裝備CVT的并聯(lián)式混合動力汽車，原則上應(yīng)盡可能選取較大的主減速器速比, 越大，汽車的加速和爬坡能力越強，所需的電機、電池組容量就越小。的大小要滿足以下兩個限制條件。</p><p>　　(1)保證發(fā)動機按最小燃油消耗特性運行</p><p>　　當汽車在純發(fā)動機驅(qū)動工況勻速行駛時，的最大

68、值應(yīng)能保證當CVT速比調(diào)到最小值時，發(fā)動機在最低限制轉(zhuǎn)速時也能按最小燃油消耗特性工作。由于無論當汽車空載或滿載時均要求使發(fā)動機按照最小燃油消耗特性來工作，所以汽車阻力功率按空載工況計算。設(shè)發(fā)動機轉(zhuǎn)速n=1500r/min所對應(yīng)的功率等于車速為時的阻力功率，則得到以下不等式:</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　式中為發(fā)動機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速

69、=1500r/min. 為CVT最小速比.</p><p><b>　　車速由下式?jīng)Q定:</b></p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　(2) 保證純發(fā)動機驅(qū)動工況的最高車速設(shè)汽車以最大速比原地起步加速，油門全開,當發(fā)動機運行到最大功率點B時(如圖3.2)所示，控制發(fā)動機保持在最大功率點工作

70、,并減少CVT速比使車速增加，直至達到最高車速C點。i0的大小應(yīng)能保證當CVT速比調(diào)到最大值時，汽車的計算車速不低于設(shè)計所要求的最高車速，即:</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　式中: 為發(fā)動機最大功率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速. 最后配合程序計算的主減速器的速比為=4 .045.</p><p>　　3 金屬帶傳動結(jié)構(gòu)

71、設(shè)計</p><p>　　3.1 金屬帶式CVT 的無級變速原理</p><p>　　金屬帶式CVT 主要由金屬帶和主、從動輪組成，主、從動帶輪均為組合結(jié)構(gòu)，都是由可動錐盤和固定錐盤組成，與油缸靠近的一側(cè)可動錐盤可以在軸上移動。另一錐盤與軸固定。可、從動錐盤都是楔形面結(jié)構(gòu)，當動力傳到主動輪上，液壓缸在控制下對主動帶輪可動錐盤產(chǎn)生軸向夾緊力，金屬帶的V 型金屬塊的側(cè)邊接觸產(chǎn)生摩擦力向前帶動金

72、屬塊，這樣使后面的金屬塊擠壓前面的金屬塊，在二者之間產(chǎn)生擠推力，由于金屬帶的帶長一定，在金屬帶張力的作用下，金屬帶推動從動帶輪可動錐盤，產(chǎn)生軸向移動，從而改變了金屬帶在主、從動輪上作用半徑，實現(xiàn)無級變速傳動。如圖3-1 所示。</p><p>　　圖3-1 金屬帶式CVT 的無級變速原理</p><p>　　3.2 金屬帶式CVT 的關(guān)鍵部件</p><p><

73、;b>　　3.2.1金屬帶</b></p><p>　　金屬帶式CVT 的快速發(fā)展得益于金屬帶制造技術(shù)的成熟，在金屬帶式CVT 中，金屬帶-帶輪是其核心部分。金屬帶要允許兩個帶輪之間進行高扭矩傳遞，金屬帶組件因承受主動輪和從動輪的運動載荷而被壓縮在一起，金屬帶的組件將產(chǎn)生擠推作用,而不像其它傳動帶那樣產(chǎn)生的是拉伸作用，這種結(jié)構(gòu)的效果就是，增加了帶輪表面的摩擦力，減少打滑。金屬帶是一套非常精密的組

74、件，金屬塊和金屬環(huán)的加工制造都有嚴格的精度和性能要求。金屬帶中的金屬鋼環(huán)組的各層金屬環(huán)應(yīng)均載，否則會出現(xiàn)一層斷，整體斷的嚴重事故，另外形位公差、尺寸公差和配合公差的要求相當高，所以加工精度高，材料、工藝要求苛刻，綜合成本極高，只有少數(shù)國家可以生產(chǎn).</p><p>　　目前金屬帶(圖3-2)一般由厚度為1.5mm-2.2mm 寬度為24mm或30mm的300-400片鋼片以及兩匝各6-12層的鋼環(huán)構(gòu)成.</

75、p><p>　　圖3-2 目前金屬帶的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2.2 金屬鋼環(huán)組</p><p>　　兩束金屬鋼環(huán)組夾在金屬塊兩側(cè)的狹槽內(nèi)，其中每層金屬環(huán)是厚度為0.2mm的無縫環(huán)帶。金屬鋼環(huán)組的功能一是引導(dǎo)V 型的金屬塊運動，二是承擔金屬帶中的全部預(yù)緊力。</p><p>　　金屬鋼環(huán)組要承受一個相當高的張力，當金屬帶工作在相對較小半徑

76、時，將產(chǎn)生較大彎曲應(yīng)力，這極大的降低金屬帶的壽命，因此金屬鋼環(huán)組通常采用多層薄金屬環(huán)組成以降低彎曲應(yīng)力的影響。金屬環(huán)的最小厚度還受到加工條件的限制。金屬環(huán)要有較高的韌性，須能抗數(shù)億次彎曲循環(huán)次數(shù)，此外金屬鋼環(huán)組中的各層金屬環(huán)還必須均載，即上層金屬環(huán)的內(nèi)徑和下層金屬環(huán)的外徑公差應(yīng)在0.01～0.02mm，且兩個連續(xù)金屬環(huán)之間的應(yīng)力差不超過30～60MPa，最里層與最外層金屬環(huán)之間的應(yīng)力差為30～60MPa，否則金屬帶在傳動中極易損壞，嚴重

77、影響CVT的壽命。金屬環(huán)的層數(shù)和尺寸對V 型金屬帶的韌性和傳遞轉(zhuǎn)矩起著重要作用，特別是金屬環(huán)的厚度是非常重要。見表2</p><p>　　金屬環(huán)的材料通常采用高強度合金，抗沖擊，冷軋收縮量等符合要求的馬氏體時效鋼帶，屬很純的低碳鋼，約含18%的Ni 及Co、Mo 等，例如采用薄鋼板馬氏體鋼帶，厚度是0.4mm，經(jīng)退火后被冷軋到0.18mm.</p><p><b>　　3.2.3

78、 金屬塊</b></p><p>　　如下圖所示為V 型金屬塊的幾何尺寸圖，其楔角為11，金屬塊鞍座面到搖擺棱的高度為1.1mm。V 型金屬塊的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩，由于高效、低噪音的要求，金屬塊必須能夠保持在金屬環(huán)張力引起的預(yù)緊力下工作。</p><p>　　V型金屬塊之間的接觸面是曲面，金屬塊側(cè)面槽里的支撐面是雙曲面?；趶椥蕴匦浴姸燃暗驮胍舻囊?，金屬塊的厚度一般在2.0

79、～2.2mm. 凸凹和孔結(jié)構(gòu)能防止金屬塊的偏移，在傳動帶直線部分的凸凹可以防止金屬塊之間相互錯位，當傳動帶回轉(zhuǎn)在曲線部分（帶輪之間），因為金屬塊間相互自由位移，上述的錯位也因此不會產(chǎn)生。金屬塊的材料采用是滾動軸承鋼。</p><p>　　3.2.4 主、從動帶輪</p><p>　　金屬帶式CVT 中只有兩個工作帶輪：主動帶輪和從動帶輪[。兩者之間是通過金屬帶連接在一起，帶輪應(yīng)具有如下功能

80、：</p><p>　?。?）提供可變的帶輪直徑，從而允許金屬帶按各種速比進行動力傳遞。</p><p>　?。?）對金屬帶保持足夠的側(cè)向壓力，以防止金屬帶打滑，因為打滑將會損壞金屬帶及帶輪。</p><p>　?。?）保證金屬帶與帶輪的接觸面必須有足夠的硬度，以便抗擠壓和磨損。</p><p>　?。?）每個帶輪包含一個固定錐盤和一個活動錐

81、盤。主動錐盤與輸入軸固定，從動錐盤直接安裝在從動輪軸上并能沿軸向移動。</p><p>　?。?）液壓系統(tǒng)向每只可動錐盤施加連續(xù)變化的液壓。</p><p>　?。?）通過彈簧力、液壓、金屬帶的共同作用，有效地改變帶輪的工作半徑，實現(xiàn)速比連續(xù)變化。</p><p>　　圖3-3 金屬帶輪結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　帶輪中固定錐盤與軸做成一體，

82、可動錐盤通過花鍵聯(lián)結(jié)與軸同步旋轉(zhuǎn)，并且能在軸上做軸向移動，在液壓控制系統(tǒng)的作用作軸向移動，可連續(xù)地改變主、從動輪的工作半徑，實現(xiàn)無級變速傳動，這就是稱之為無級變速器的原因所在，在速比改變時，主、從動輪的可動錐盤的移動方向相同，速比由大變小時，主動輪的工作半徑由小增大，而從動輪的工作半徑由大減小。</p><p>　　3.3 金屬帶式CVT 的運動學分析</p><p>　　3.3.1 速比

83、及速比范圍</p><p>　　最大速比和最小速比是影響汽車動力性和燃油經(jīng)濟性的重要參數(shù)，最小速比與汽車的最高車速有關(guān)，一定程度上，較小的速比有利于汽車百公里油耗的降低，而最高速比與車輛的加速性能、爬坡性能和最小穩(wěn)定車速有關(guān)，在一定程度上，增大最大速比有利于汽車動力性的改善。最大速比和最小速比是影響汽車動力性和燃油經(jīng)濟性的重要參數(shù)，最小速比與汽車的最高車速有關(guān)，一定程度上，較小的速比有利于汽車百公里油耗的降低，而

84、最高速比與車輛的加速性能、爬坡性能和最小穩(wěn)定車速有關(guān)，在一定程度上，增大最大速比有利于汽車動力性的改善。</p><p>　　無級變速器的速比是由主、從動輪的工作半徑確定的，速比范圍是金屬帶式CVT 的最重要的幾何參數(shù)之一。</p><p>　　圖3-4金屬帶幾何變速圖</p><p>　　如圖3-4，CVT 的速比可定義為：</p><p>

85、;<b>　　(3-1)</b></p><p>　　則 (3-2)</p><p><b>　　通常 </b></p><p>　　帶輪工作半徑與速比的關(guān)系可用圖3-5 表示</p><p>　　圖3-5帶輪工作半徑與速比的關(guān)系</p>&

86、lt;p>　　速比范圍是指主動輪最大角速度和從動輪最小角速度的比值，變速范圍越寬，發(fā)動機最經(jīng)濟油耗區(qū)的使用范圍越寬，變速器就能在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)發(fā)動機與外界載荷的最佳匹配，實現(xiàn)車輛最佳的經(jīng)濟性或動力性。速比范圍用公式表示是：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　可以看出速比范圍的大小取決于主、從動輪工作的最大半徑和最小半徑。最大半徑

87、又受兩錐輪中心距的限制，最小半徑則受主、從動軸的軸徑尺寸的限制。</p><p>　　當主、從動輪的結(jié)構(gòu)尺寸相同時，采用對稱結(jié)構(gòu)，即</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　, (3-5)</p><p><

88、b>　　(3-6)</b></p><p>　　通常 一般在5左右，本文CVT 采用等尺寸的主、從動輪，速比在金屬帶參考速比范圍約在2.432～0.442。根據(jù)此式，在給定帶輪工作最小半徑后，即可求出帶輪節(jié)圓的最大半徑：</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　變速范圍決定了無級變速器主要元件封閉容

89、積的大小，如果將調(diào)大，其代價是增大了變速器的整體尺寸，因此的取值要兼顧受力和結(jié)構(gòu)尺寸的要求，一般=30mm。</p><p>　　3.3.2 各運動區(qū)段的劃分及其之間的幾何關(guān)系</p><p>　　金屬帶在運動過程中，其有效作用線是金屬塊的搖擺棱（節(jié)圓線見圖3-6），在運轉(zhuǎn)平面內(nèi)投影點的連線，金屬帶的運行部分沿此線方向是連續(xù)的，線速度即為帶速。由于金屬塊很薄，在帶輪部分連接搖擺棱的線近視于

90、圓弧。根據(jù)金屬帶的運動狀態(tài)，可將整條帶劃分為四個不同的區(qū)段（圖3-6），即主動帶輪部分a-b、主動帶輪至從動帶輪直線部分b-c、從動輪部分c-d 和從動輪直線至主動輪直線部分d-a。由于金屬帶的長度L（一般指搖擺棱上的長度，也即節(jié)圓上的長度）和主、從動輪的中心距為定值，根據(jù)圖3-6 可建立如下幾何關(guān)系：</p><p>　　圖3-6金屬帶式CVT 運動區(qū)段及幾何關(guān)系圖</p><p>&l

91、t;b>　　(3-8)</b></p><p>　　式中：,分別為主、從動輪包角；</p><p>　?。盒毕蚪牵? 2π-γ，=π+2γ；</p><p>　　RDR、RDN：分別為主、從動輪的節(jié)圓半徑；</p><p><b>　　A：軸距。</b></p><p>　　在

92、速比為最大或最小的極限速比位置時：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　由=π-2γ，=π+2γ 可得：</p><p>　　= (3-11)</p>&l

93、t;p>　　式中：，為速比變化范圍</p><p>　　由于A>，顯然λ>1，可見隨著速比范圍的增大而增大，隨著A的增大而減小. 考慮結(jié)構(gòu)方面的限制，不能太小，一般限定,所以,</p><p>　　3.4 CVT主要部件設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計和金屬帶的選型</p><p>　　3.4.1鋼球滑道結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　1.鋼球,

94、滑道結(jié)構(gòu)和滑道截面形狀</p><p>　　CVT主動輪,從動輪中的可動輪都是通過鋼球與相應(yīng)軸連接的,可動半輪在相應(yīng)軸上可滑動,同時通過鋼球進行轉(zhuǎn)矩的傳遞.滑道鋼球和球槽間根據(jù)工作狀況必須滿足下列要求:</p><p>　　向滑動帶輪平穩(wěn)傳遞轉(zhuǎn)矩.</p><p>　　滑動帶輪平滑滑動.為了確保這樣的特性,鋼球直徑要滿足相反的要求:</p><p

95、>　　為了滑動帶輪平穩(wěn)地傳遞扭矩,球和球槽間 不能有間隙,必須安裝直徑較大的鋼球.</p><p>　　為了隨滑動帶輪平滑移動,必須安裝直徑較小的鋼球.</p><p>　　上述分析表明,鋼球和球槽間的配合間隙至關(guān)重要.要合理的選擇配合精度和滾道界面形狀.</p><p>　　本文采用目前較常使用的弧形截面,截面上有三排滑道,主動帶輪和從動帶輪上的鋼球數(shù)目是一

96、樣的,都是3個,如圖3-7所示 </p><p>　　圖3-7 鋼球-滑道結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.鋼球-滑道的尺寸設(shè)計</p><p>　　主動輪,滑動輪上有內(nèi)卡環(huán),固定軸上有卡環(huán),鋼球位于兩卡環(huán)之間:</p><p>　　(1)最大速比狀態(tài)時,兩卡環(huán)距離:</p><p><b>　　(3-12)

97、</b></p><p>　　式中: Z ---鋼球數(shù)目</p><p>　　d ----鋼球直徑</p><p>　　c----鋼球與卡環(huán)的間隙值</p><p>　　(2) 最小速比狀態(tài)時兩卡環(huán)之間的距離:</p><p><b>　　(3-13)</b></p>&

98、lt;p>　　式中: ----可動輪的最大位移量,由公式計算.</p><p>　　圖3-8鋼球-滑道最大速比狀態(tài)時尺寸圖</p><p>　　圖3-9鋼球-滑道最小速比狀態(tài)時尺寸圖</p><p>　　因此,設(shè)計時滑動輪最大滑移處應(yīng)有限位結(jié)構(gòu),有效滑道長度至少大于,同時兩卡環(huán)的設(shè)計應(yīng)滿足鋼球的運動要求,通常把兩卡環(huán)分別設(shè)計在固定輪軸和滑動輪上對應(yīng)于最小運轉(zhuǎn)半

99、徑?？紤]結(jié)構(gòu)方面的限制，不能太小，一般限定。</p><p>　　3.4.2金屬帶的選型</p><p>　　金屬帶是由幾百個金屬塊及兩束多層金屬鋼環(huán)組組成，金屬帶式CVT在傳動過程中，金屬塊與金屬環(huán)在工作中受力及的作用是不一樣，因而對其要求也不一樣。如果由于某個金屬塊或某層金屬環(huán)損壞將影響金屬帶的傳動，甚至導(dǎo)致使金屬帶的徹底報廢。所以有必要對其強度進行分析，掌握其應(yīng)力分布情況,便于正確合

100、理設(shè)計。</p><p>　　由式3-11知CVT的性轉(zhuǎn)速范圍約為2.432 ～0.442時, 即約為5.5,為了滿足,我們可以達到軸距允許的范圍,根據(jù)耦合器輸出功率P和轉(zhuǎn)速n,最終采用了VDT—CVT公司的901050型金屬帶，其主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　表3: 901050型CVT金屬帶的主要參數(shù)表</p><p>　　3.4.3 可動主動

101、錐輪的設(shè)計</p><p>　　該零件一般采用類比法設(shè)計,但要滿足:</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　式中為保證扭轉(zhuǎn)強度的最小軸徑, 為主動帶輪油缸與錐輪固定點處螺釘中心孔徑向位置.以上式子計算結(jié)果為: ; ,</p><p><b>　　最后:</b><

102、/p><p><b>　　. =44mm</b></p><p>　　所設(shè)計的可動主動錐輪外形尺寸如下圖:</p><p>　　圖3-10 主動可動錐輪的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.4.4 主動錐輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是確定軸的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。但軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

103、上應(yīng)滿足如下要求：</p><p>　　1)軸上零件有準確的位置和可靠的相對固定；</p><p>　　2)良好的制造和安裝工藝性；</p><p>　　3)形狀、尺寸應(yīng)有利于減少應(yīng)力集中；</p><p><b>　　4）尺寸要求。</b></p><p>　?。ㄒ唬┹S上零件的定位和固定<

104、/p><p>　　軸上零件的定位是為了保證傳動件在軸上有準確的安裝位置；固定則是為了保證軸上零件在運轉(zhuǎn)中保持原位不變。作為軸的具體結(jié)構(gòu)，既起定位作用又起固定作用。</p><p>　　1、軸上零件的軸向定位和固定：軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母和止退墊圈、彈性擋圈、螺釘鎖緊擋圈、軸端擋圈以及圓錐面和軸端擋圈等。</p><p>　　2、軸上零件的周向固定：銷、鍵、花鍵、過盈配

105、合和成形聯(lián)接等，其中以鍵和花鍵聯(lián)接應(yīng)用最廣。</p><p>　　（二） 軸的結(jié)構(gòu)工藝性</p><p>　　軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸應(yīng)盡量滿足加工、裝配和維修的要求。為此，常采用以下措施：</p><p>　　1、當某一軸段需車制螺紋或磨削加工時，應(yīng)留有退刀槽或砂輪越程槽。</p><p>　　2、軸上所有鍵槽應(yīng)沿軸的同一母線布置。</p&

106、gt;<p>　　3、為了便于軸上零件的裝配和去除毛刺，軸及軸肩端部一般均應(yīng)制出45º的倒角。過盈配合軸段的裝入端常加工出帶錐角為30º的導(dǎo)向錐面。</p><p>　　4、為便于加工，應(yīng)使軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。</p><p>　　（三）提高軸的疲勞強度</p><p>　　軸大多在變應(yīng)力下工

107、作，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中，以提高其疲勞強度。</p><p>　　1、結(jié)構(gòu)設(shè)計方面 軸截面尺寸突變處會造成應(yīng)力集中，所以對階梯軸相鄰軸段直徑不宜相差太大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。盡量避免在軸上開橫孔、凹槽和加工螺紋。在重要結(jié)構(gòu)中可采用凹切圓角、過渡肩環(huán)，以增加軸肩處過渡圓角半徑和減小應(yīng)力集中。為減小輪轂的軸壓配合引起的應(yīng)力集中，可開減載槽。</p><p>　　2、制

108、造工藝方面 提高軸的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度，對軸表面采用碾壓、噴丸和表面熱處理等強化方法，均可顯著提高軸的疲勞強度。</p><p>　　（四）選取軸的材料，初步計算軸徑</p><p>　　查教材P196：選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。</p><p>　?。ㄎ澹└鬏S段的直徑和長度的確定</p><p><b>　　1、各軸

109、段直徑確定</b></p><p>　　a) 按扭矩估算所需的軸段直徑d min</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p>　　由上式可得軸的直徑計算公式：</p><p><b>　　(3-16)</b></p><p>　　式中 A—

110、計算常數(shù)，與軸的材料和承載情況有關(guān)</p><p>　　根據(jù)45鋼[τ] 一般為30~40 ,相應(yīng)的A值取118~107,根據(jù)發(fā)動機輸出的功率和轉(zhuǎn)速情況最后</p><p>　　計算得 14.5 mm 所以取=17mm</p><p>　　b) 按軸上零件安裝、定位要求確定各段軸徑。</p><p>　　確定軸承座端

111、面位置,軸右端面至軸承座端面的距離=C1+C2</p><p>　　C1為和耦合器輸出軸齒輪相嚙合的齒輪寬度一般為 20mm C2主動帶輪軸卡簧厚為1.5mm。</p><p>　　確定軸承蓋厚度及位置查手冊選用軸承6207-2RS(357217),因為要和該軸承型號內(nèi)徑匹配,故該段軸徑和長度隨之確定.</p><p>　　根據(jù)式3-12和圖3-9 得: =25

112、mm </p><p>　　從右到左,根據(jù)所設(shè)計的可動錐輪內(nèi)徑和主動帶輪活塞,并考慮定位和加緊要求,可以相繼確定剩下各段尺寸如下圖:.</p><p>　　圖3-11主動錐輪軸的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.4.5可動從動錐輪的設(shè)計</p><p>　　但因為從動油缸工作油壓相對要大一些,故外徑應(yīng)偏大,內(nèi)經(jīng)偏小</p&

113、gt;<p><b>　　最后:</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　圖3-12從動可動錐輪的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　3.4.6從動固定錐輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　選取軸的材料，初步計算軸徑</p><p>　　材