【正文】 ................................................... 44 初選軸的直徑 ............................................................................................. 44 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 ............................................................................................. 45 軸承的選擇及花鍵的可靠性分析 ....................................................................... 53 本章小結(jié) ................................................................................................................ 55 結(jié)論 ...................................................................................................................................... 56 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 57 致謝 ...................................................................................................................................... 59 附錄 A .................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 B .................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 第 1章 緒 論 概述 近些年來(lái) ， 汽車技術(shù)有了很大發(fā)展，汽車的性能不斷提高，汽車變速器對(duì)汽車的性能有較大的影響。目前，自動(dòng)變速器技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是，現(xiàn)在應(yīng)用的自動(dòng)變速器基本上都是有級(jí)變速器，對(duì)汽車無(wú)級(jí)變速器還處在研究、實(shí)驗(yàn)階段。在歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)有很多大的汽車制造商把無(wú)級(jí)變速器應(yīng)用于轎車，節(jié)能減排已經(jīng)成為世界對(duì)于汽車的一種追求，在我國(guó)汽車無(wú)級(jí)變速器的研究更是處于起步階段。 設(shè)計(jì)一種能夠適用于轎車的機(jī)械無(wú)級(jí)變速器已經(jīng)顯得越來(lái)越重要。本設(shè)計(jì)結(jié)合金屬帶式無(wú)級(jí)變速器，設(shè)計(jì)金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的分析，對(duì)整個(gè)無(wú)級(jí)變速器的各級(jí)傳動(dòng)部分的傳動(dòng)方式進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展 由于內(nèi)燃機(jī)工作特性的限制，為了發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)的能力和降低油耗，人們采用了變速器，而最佳的選擇是無(wú)級(jí)變速器。 二十世紀(jì)七十年代中期，荷蘭 Van Doorne39。s Transmissie 公司（簡(jiǎn)稱 VDT 公司）開(kāi)發(fā)出一種金屬帶式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，稱為 VDTCVT（ Continuously Variable Transmission） 。這種無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器克服了以前其它傳動(dòng)形式的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。 VDTCVT 自 1987 年商品化以來(lái)，到目前為止，世界上幾乎所有的汽車生產(chǎn)廠家，都接受了這項(xiàng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出自己的 CVT。 CVT 的適用范圍也從最初的 升，發(fā)展到目前的 升。 2021 年，中國(guó)的程乃士教授開(kāi)始研發(fā)無(wú)偏斜曲母線錐盤金屬帶式無(wú)級(jí)變速器，2021 年研發(fā)無(wú)偏斜復(fù)合母線錐盤金屬帶式無(wú)級(jí)變速器， 2021 年研發(fā)無(wú)偏斜等強(qiáng)共軛曲母線無(wú)級(jí)變速器，并于 2021 年在吉利汽 車公司實(shí)現(xiàn)裝車； 2021 年研發(fā)平盤非對(duì)稱直母線無(wú)偏斜金屬帶式無(wú)級(jí)變速器， 2021 年在眾泰汽車公司實(shí)現(xiàn)裝車。 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器是汽車?yán)硐氲膫鲃?dòng)系統(tǒng)，它可提高汽車的經(jīng)濟(jì)性，改善汽車的動(dòng)力性，便于操作是汽車的核心技術(shù)之一。金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)、變速原理、受力情況等已經(jīng)研究成熟。金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的試驗(yàn)應(yīng)包括專用臺(tái)架及路況試驗(yàn)，CVT 專用臺(tái)架技術(shù)由世界上少數(shù)幾個(gè)大公司壟斷，如 ZF 公司、 Doorne 公司等， CVT所有的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)都能在專用臺(tái)架上進(jìn)行，但專用臺(tái)架造價(jià)高，國(guó)內(nèi)外研究人員研究CVT 的動(dòng)態(tài)特性時(shí)大多在自制 的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)臺(tái)上并配合仿真進(jìn)行。結(jié)合金屬帶式無(wú)級(jí)變速器，設(shè)計(jì)金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)迅速、準(zhǔn)確的變速。 2 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的優(yōu)點(diǎn) 汽車界對(duì) CVT 技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)日益重視，特別是在微型轎車中， CVT 被認(rèn)為是最佳的傳動(dòng)裝置。根據(jù)國(guó)內(nèi)外一些文獻(xiàn)資料和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，將其優(yōu)點(diǎn)歸納為以下幾個(gè)方面： 1. 速比無(wú)級(jí)調(diào)節(jié) 由計(jì)算機(jī)控制速比連續(xù)的變化， 駕駛員無(wú)需考慮換檔，消除了人為換檔技術(shù)的影響， 不會(huì)出現(xiàn) MT 的換檔時(shí)速比的跳躍， 使汽車駕駛平順、舒適。故在簡(jiǎn)化了汽車行駛過(guò)程中的操作同時(shí)，也減輕了駕駛員 的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了行車的安全性，使汽車易于駕駛，有利于汽車的普遍使用。 2. 提高燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性 采用液力變矩器的無(wú)級(jí)變速器，由于其工作原理是用油作為動(dòng)力傳動(dòng)的介質(zhì)，許多能量消耗在油的內(nèi)摩擦上，傳動(dòng)效率低，通常為 80%～ 85%，比傳統(tǒng)的 MT 和 AT大約費(fèi)油 10%～ 20%，而且液力變矩器轉(zhuǎn)差越大，效率越低。通常減速比不大于 2，只能再增加 2～ 3 檔有級(jí)變速，每?jī)蓹n中間用液力變矩器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 由于無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)與車速無(wú)關(guān)，根據(jù)不同的需要可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)在最經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)或最佳動(dòng)力工作點(diǎn)工作， 依 靠變速器無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)適應(yīng)汽車的各種速度，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒最好，排氣污染最小，達(dá)到節(jié)油的目的。 因此無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)比其它傳動(dòng)方式表現(xiàn)出更高的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。 目前據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用 CVT 的汽車比采用AT 的汽車節(jié)油 7%～ 15%。同樣， ZF 公司進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：在美國(guó)環(huán)境保護(hù)局城市和公路循環(huán)工況下，裝備 CVT 的汽車比 4 檔 AT 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性提高 10%；0~60 mph 加速試驗(yàn)中，裝備 CVT 的汽車比 AT 汽車少用 1 秒多。 隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)的不斷應(yīng)用，使得 CVT 的總體性能比同類的 AT 更為 突出。 對(duì)于典型的 5 檔 AT，不同檔位的傳動(dòng)效率有很大的差異，平均傳動(dòng)效率為 6%。一般的 MT 的傳動(dòng)效率為 97%。盡管金屬帶式無(wú)級(jí)變速器為摩擦傳動(dòng)，但它的傳動(dòng)效率，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定達(dá)到 90～ 97%之間，與 MT 的傳動(dòng)效率差不多。 根據(jù)世界各汽車公司按不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì) CVT 進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明， CVT 與同類四檔自動(dòng)變速器相比：加速性能可提高 10%，燃油經(jīng)濟(jì)性提高 10%～ 15%，排放降低 10%，平順性更好。 3. 降低有害物質(zhì)的排放 由于無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)能使速比連續(xù)變化，而且具有較寬的速比變化范圍，這樣就能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在理想?yún)^(qū)域 內(nèi)處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)在不穩(wěn)定工況工作的時(shí)間，從而減少?gòu)U氣中有害物質(zhì)的排放量，減輕了對(duì)環(huán)境的污染。 ZF 公司通過(guò)試驗(yàn)測(cè) 3 定汽車在裝備 CVT 后，其有害物質(zhì)的排放量比裝備 4 檔 AT 的汽車減少 10~15%。若進(jìn)一步優(yōu)化的控制方法， CVT 汽車的排放還可進(jìn)一步降低。 4. 實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制 在電子控制技術(shù)高速發(fā)展的今天，采用 CVT 電液控制系統(tǒng)的汽車，通過(guò)電子控制裝置， 將發(fā)動(dòng)機(jī)和無(wú)級(jí)變速器結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制，可以使無(wú)級(jí)變速的優(yōu)越性體現(xiàn)的更為顯著。發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在某一轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生很大 的轉(zhuǎn)矩變化范圍；也可以在某一轉(zhuǎn)矩下，產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)速變化范圍。這樣通過(guò)調(diào)節(jié)速比變化和發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與汽車驅(qū)動(dòng)輪上的功率平衡，就能夠使燃油經(jīng)濟(jì)性與汽車性能達(dá)到最佳水平。采用 CVT 傳動(dòng)系統(tǒng)的汽車，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊、CVT 控制模塊、 ABS 控制模塊之間交互通訊。不僅可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系一體化控制，而且可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)汽車系統(tǒng)的綜合控制，使得控制效果得到極大的改善。 ，成本低，可靠性高 產(chǎn)品成本與可靠性依賴于產(chǎn)品的技術(shù)含量、材料、制造工藝等因素。金屬帶式無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由金屬帶 — 工 作帶輪組和控制系統(tǒng)構(gòu)成，傳動(dòng)零件數(shù)（約 300 個(gè)）遠(yuǎn)少于自動(dòng)變速器（約 500 個(gè)），因此變速器的重量輕，體積小。核心部件金屬帶由荷蘭 VDT 公司生產(chǎn)，以前價(jià)格比較昂貴（在 1995 年約占 CVT 成本的 30%）。為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力， VDT 公司近幾年在金屬帶零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料和加工工藝上都進(jìn)行了合理改進(jìn)，產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)大幅度降低。 簡(jiǎn)而言之，由于金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，關(guān)鍵零部件采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)材料與無(wú)限壽命設(shè)計(jì)方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造。因此該系統(tǒng)質(zhì)量高，使用可靠，與汽車具有相同的壽命。 4 第 2章 金屬帶式無(wú)級(jí) 變速器傳動(dòng)的基本原理 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的基本組成 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器主要是由起步離合器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和中間減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成 ，如圖 所示 。 1— 倒檔離合器 2— 前進(jìn)離合器 3— 雙排行星輪 4— 行星架 5— 中間減速機(jī)構(gòu) 6— 主減速器 7— 半軸殼 8— 從動(dòng)移動(dòng)錐盤 9— 從動(dòng)固定錐盤 10— 從動(dòng)缸 11— 主動(dòng)固定錐盤 12— 主動(dòng)移動(dòng)錐盤 13— 主動(dòng)缸 圖 金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的基本組 成 起步離合器 汽車無(wú)級(jí)變速器中的前進(jìn)、倒擋離合器是一種濕式多片離合器。離合器靠液壓缸1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 9 5 活塞壓力進(jìn)行傳遞轉(zhuǎn)矩。當(dāng)泄壓時(shí)，活塞靠回位彈簧返回。多片式離合器因能獲得較大的摩擦面積，所以能夠傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)離合器摩擦片的數(shù)量，很容易改變其所傳遞的轉(zhuǎn)矩的能力。 離合器摩擦材料以紙基摩擦材料為主，它是以石棉、碳纖維素等纖維或棉、木材、合成纖維作為母體材料，添加無(wú)機(jī)、有機(jī)的高摩擦材料，并在進(jìn)行攪拌的基礎(chǔ)上，浸漬酚醛類樹(shù)脂硬化而成。將其粘在鋼片上，這種材料的特點(diǎn)是多孔、網(wǎng)狀，具有彈性，摩擦因數(shù)高，高壓，高 溫，高圓周速度時(shí)的穩(wěn)定性好。 行星齒輪機(jī)構(gòu) 無(wú)級(jí)變速器的行星齒輪機(jī)構(gòu)采用雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星架上固定有內(nèi)、外行星齒輪和右支架，其中右支架是通過(guò)螺栓固定在行星架上，外行星齒輪和齒圈嚙合，內(nèi)行星齒輪和太陽(yáng)輪嚙合。它們可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和倒檔。 行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)倒檔操作，倒檔的旋轉(zhuǎn)方向是通過(guò)行星齒輪系改變的。 行星傳動(dòng)是一種常嚙合傳動(dòng)，與定軸式相比，能減少換向的沖擊，使換向平穩(wěn)柔順。明顯縮小變速器軸向尺寸，此外多點(diǎn)嚙合的對(duì)稱性，不僅使徑向力相互平衡，且使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抗沖擊和抗振動(dòng)能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)。通過(guò)增減行星 齒輪的數(shù)目，可以改變行星機(jī)構(gòu)的承載能力。 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu) 如圖 所示， 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)由金屬傳動(dòng)帶和主、被動(dòng)工作輪組成。金屬傳動(dòng)帶由兩百多個(gè)金屬片和兩組金屬環(huán)組成，每個(gè)金屬片的厚度為 ，在兩側(cè)工作輪擠壓力作用下傳遞動(dòng)力。每組金屬環(huán)由 9 或 12 片厚度為 的帶環(huán)疊合而成，金屬環(huán)的功用是提供預(yù)緊力，在動(dòng)力傳遞過(guò)程中，支撐和引導(dǎo)金屬片的運(yùn)動(dòng)，有時(shí)承擔(dān)部分轉(zhuǎn)矩的傳遞。 摩擦片的作用是傳遞轉(zhuǎn)矩，錐盤母線應(yīng)與摩擦片側(cè)邊共軛，以保證變速時(shí)金屬帶不發(fā)生軸向偏斜，使金屬帶不承受附加側(cè)向彎曲應(yīng)力的作用。 主、被動(dòng)工作輪由可動(dòng)和不動(dòng)錐盤兩部分組成。 在金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的工作過(guò)程中，主、從動(dòng)帶輪的中心距是固定的，根據(jù)傳動(dòng)比的要求，主、從動(dòng)軸上的移動(dòng)錐盤作軸向移動(dòng)，改變帶輪的工作半徑，從而改變傳動(dòng)比。由于帶輪的工作半徑可以連續(xù)變化，所以可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 無(wú)偏斜金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，不僅避免了對(duì)稱直母線錐盤傳動(dòng)由于偏斜產(chǎn)生的附加的摩擦損失，而且由于不偏斜，可以加大傳動(dòng)工作半徑，擴(kuò)大傳動(dòng)比的范圍，提高傳動(dòng)能力。 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速器系統(tǒng)傳動(dòng)比無(wú)級(jí)自動(dòng)變化的。在無(wú)級(jí)變速器系統(tǒng) 6 中，采用機(jī) －液控制系統(tǒng)或電－液控制系統(tǒng)。它主要由油泵（齒輪泵和滾子葉片泵）、液壓調(diào)節(jié)閥（速比和帶與輪間壓緊力的調(diào)節(jié)）、傳感器（油門和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）和主、從工作輪的液壓缸及管道組成，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速的調(diào)節(jié)。速比控制、夾緊力控制和起步離合器的控制是無(wú)級(jí)變速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。 ` 1— 主動(dòng)輪可動(dòng)錐盤 2— 主動(dòng)輪固定錐盤 3— 從動(dòng)輪可動(dòng)錐盤 4— 從動(dòng)輪固定錐盤 5— 鋼片環(huán)帶組 6— 摩擦片 圖 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)組成 汽車的運(yùn)行工況經(jīng)常處于變化之中， CVT 速比的控制，對(duì)應(yīng)于不同的區(qū)域有不同的控制策略。在汽車起步區(qū)，離合器處于滑轉(zhuǎn)階段，控制系統(tǒng)的目標(biāo)是提供足夠大的驅(qū)