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原文传递轿车用金属带式CVT传动效率的影响因素及机理研究

论文题名：	轿车用金属带式CVT传动效率的影响因素及机理研究
关键词：	金属带式无级变速器;CVT传动效率;带轮转速;传动比
摘要：	金属带式无级变速器(MetalBeltContinuouslyVariableTransmission)具有诸多优点，在轿车上应用已经取得了一定的成就。本文通过研究各因素造成的能量损失来揭示金属带式CVT传动效率的影响规律。通过试验台测试确定某负载时的带轮转速和传动比，以及带轮轴向推力和传动比的关系。主要研究成果和工作如下。　　(1)确定了金属带式CVT的基本尺寸、主要相关参数和传动比变化范围等。对金属带CVT各部件间作用力关系进行分析，同时对关键部件进行数值计算，得出了带轮轴向推力随传动比的变化规律，以及传动比不同时金属块挤压力和钢带环张紧力的解析解。通过试验得出传动比整个变速范围内主、从动轮轴向推力与传动比的关系，并对试验结果和理论结果进行比较，说明理论的可靠性。通过虚拟样机得出金属块间挤压力的仿真数据，仿真与计算结果的一致性说明所建的模型正确可靠。　　(2)揭示了金属带式CVT在变速过程中金属带偏斜的基本原理。使用“几何法”和“偏斜法”对金属带带长和偏斜量进行数值计算，对比确定了“偏斜法”较为实用。分析直母线带轮情况下，轴向偏斜对变速器功率损失的影响;分析复合母线在消除金属带轴向偏斜方面的优点和缺点，同时指出其存在的问题;应用共轭曲线原理消除金属带轴向偏斜，以渐开线为例求解与之共轭的带轮母线族:研究参数的变化对所得带轮母线形状的影响，以及母线形状对系统的影响。　　(3)建立了金属带式CVT钢带环伸长模型。在圆弧段上将钢带环组简化为组合圆筒模型，在直线段上简化为单向拉伸模型。得出的钢带环组伸长模型计算结果包括:钢带环的应力应变、位移、伸长量、应变能和由此造成的功率损失等，同时分析了带轮轴向推力和工作半径对其影响规律。　　(4)分析了金属带式CVT工作过程中的摩擦功率损失情况。其中包括钢带环与金属块间的摩擦滑动功率损失、带轮与金属块间的变形磨损功率损失以及钢带环间的滑动功率损失，同时确定了各项功率损失的数学模型，通过算例分析各项功率损失，明确了总的摩擦功率损失和效率随传动比的变化规律。当转矩比小于0.4时，由于输入扭矩较小，金属块与带轮为弹性流体动压润滑状态，以牛顿流体模型和Eyring模型来计算弹性流体动压润滑时的摩擦力。当转矩比大于0.4时，计算摩擦系数μ=0.04和μ=0.10时的功率损失。　　(5)采用解析解和数值解两种方法对带轮变形导致的功率损失进行研究。将其简化为厚壁圆筒模型，对其锥面上的应力应变和位移进行了分析。采用规则六面体对模型进行网格划分，得出了当作用力和模型约束不变时，网格细化对变形没有影响的结论。以数值解中各单元应变能为基础，得出主、从动轮总应变能的变化规律，结合带轮工作半径和轴向推力等因素，揭示其对带轮应变能的影响机理，进而得出功率损失与传动比的关系。两种方法所得结果有较好的一致性。　　(6)对金属带式CVT效率进行研究。得出了变速器效率的变化范围，以及影响变速器效率的主要因素及所占的比重。同时将效率的理论结论与试验结果相比较，说明了本研究结论的正确性。
作者：	张武
专业：	车辆工程
导师：	刘凯
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文