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原文传递 CVT齿轮传动系统的动力学分析及NVH性能研究

论文题名：	CVT齿轮传动系统的动力学分析及NVH性能研究
关键词：	汽车无级变速器;齿轮传动系统;动力学建模;噪声源
摘要：	随着自然环境恶化，能源危机加剧及汽车尾气排放双积分政策的实施，如何采取一定措施来进一步提高车辆燃油经济性变得尤为重要。金属带式无级变速器(Continuously Variable Transmission，CVT)作为一种速比可连续变化的车用传动装置，可使发动机、电机等动力源时刻处于在最优工作点，从而提高整车燃油经济性。CVT是通过金属带与带轮锥来传递扭矩和转速的机构，在结构上具有一定的独特性，但同样具有诸如齿轮、轴承等一系列通用传动部件。然而在实际工况下，无论倒挡还是前进挡，CVT中均存在振动、啸叫等NVH（Noise、Vibration、Harshness）问题，严重影响整车的舒适性，降低产品的整体品质。针对齿轮振动与噪声问题的研究，国内外学者做出了很大的贡献，并形成了一系列的分析方法。但是，金属带、齿轮安装方式以及CVT的扭矩时变特性对齿轮传动系统非线性动力学性能的影响均未进行详细分析。因此，本文以提高CVT传动系统的NVH性能为目的，依托国家国际科技合作专项和国家自然科学基金项目，开展金属带式CVT齿轮传动系统的动力学建模、试验及NVH性能研究。结合理论分析及试验测试，识别CVT的主要噪声源，对其进行动力学分析与优化，提高其NVH性能。主要研究工作如下：　　（1）通过理论分析与试验，识别CVT齿轮传动系统啸叫噪声源。以CVT齿轮传动系统为研究对象，综合考虑了CVT结构、变速箱振动噪声产生的原因及振动噪声的分析方法，结合理论计算和振动噪声测试试验，确定了该CVT传动系统前进挡及倒挡中振动与啸叫噪声源。基于阶次跟踪分析法，分析了不同工况下齿轮副的阶次振动加速度，研究了前进挡和倒挡中CVT齿轮传动系统的动态性能及振动噪声情况。　　（2）考虑属带张紧力的影响，对齿轮副的修形参数进行了优化和试验验证。针对前进挡中啸叫噪声源齿轮副，建立了CVT传动系统的动力学模型，分析了金属带和被动带轮轴受力情况，研究了不同速比下被动带轮轴上的弯矩变化规律，揭示了该对齿轮的受载情况；并进行了齿轮啮合斑试验，验证了动力学模型的准确性。同时，以齿轮副的接触载荷密度为优化目标，齿廓最大修形量、修形长度、螺旋角与鼓形修形量为变量，应用快速非支配排序遗传算法，对该对齿轮副的修形参数进行了优化。对比分析了修形优化前后CVT传动系统动力学模型中该齿轮副的啮合情况，测量了修形后实车工况下变速箱的振动加速度和噪声值，验证了修形优化的有效性。　　（3）提出了基于近似回归公式和斜齿轮切片法的时变啮合刚度计算方法，计算了恒定与渐变扭矩下斜齿轮副的时变啮合刚度。并建立了整车动力学模型，结合整车试验，验证了整车模型的正确性；同时，基于此整车动力学模型，研究了全油门加速工况下齿轮副啮合刚度的时变特性。分析了输入转矩、转速与时变啮合刚度的关系。此外，建立了前进挡齿轮副A的非线性动力学模型，结合计算得到的不同恒定扭矩与渐变扭矩下该齿轮副的时变啮合刚度，分析了该对齿轮副的非线性动力学特性。　　（4）针对CVT倒挡啸叫噪声问题，研究了倒挡双级行星系对变速箱NVH性能的影响。建立倒挡双级行星系的非线性动力学模型，结合转矩变化下斜齿轮啮合刚度的计算方法，计算了恒定和渐变转矩下各齿轮副的啮合刚度，分析了该行星轮系的非线性动力学特性。同时，研究了不同油门开度下该行星齿轮系各齿轮副时变啮合刚度及动力学特性，测量了不同油门开度时倒挡加速工况下CVT的振动与噪声情况，对比分析了这些工况下的理论计算结果与试验测试数据，验证了非线性动力学模型以及动力学仿真分析结果的的可靠性。　　（5）考虑花键联接方式，研究了齿轮-花键系统的动力学及变速器NVH性能。结合有限单元法计算了不同装配方式（大径定心，键侧定心及无花键）下齿轮-花键系统的时变啮合刚度，并基于此时变啮合刚度建立了齿轮-花键系统的动力学模型，分析了不同装配方式及大径定心时不同过盈量下齿轮-花键系统的非线性动力学特性，同时，通过实车前进挡加速及减速工况下的振动和噪声测试试验，研究该系统齿轮副的阶次振动情况，并与理论仿真结果对比分析，验证了动力学模型及分析结果的正确性。　　综上所述，以车用CVT齿轮传动系统为研究对象，针对前进挡和倒挡中齿轮的振动与啸叫问题，结合动力学理论与振动噪声试验，研究了CVT传动系统产生啸叫的主要原因以及影响其NVH性能的重要因素，探索了该传动系统减振降噪的优化方法，为改善CVT振动噪声特性，提高整车NVH性能而提出的一系列分析方法、理论依据等，可应用于实际CVT研发，为国产CVT性能的提升做出一定的贡献。
作者：	胡哓岚
专业：	机械工程
导师：	周云山
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2019
正文语种：	中文