【文章內(nèi)容簡介】 相對于傳統(tǒng)的變速箱,具有較高的靈活性,加速更加順暢。一般來說,CVT變速箱的動力傳輸快、流失少,所以起步快,加速連貫性非常好,相當順滑,沒有什么突兀感。傳動效率穩(wěn)定并高達94%～96%。CVT的可靠性與壽命主要取決于金屬帶傳動工作組件和控制系統(tǒng),據(jù)荷蘭VDT公司的技術(shù)人員稱,現(xiàn)在新的設(shè)計和技術(shù)已經(jīng)解決了CVT過去存在的主要問題,80萬套CVT在世界各地試用的結(jié)果,出現(xiàn)故障的只有200套,%?？梢?該系統(tǒng)質(zhì)量高、使用可靠。采用高強度優(yōu)質(zhì)材料、精密制造技術(shù)與無限壽命設(shè)計方法設(shè)計和制造的金屬顫抖工作組件可達到與發(fā)動機相同的壽命。5．排放無級自動變速器實現(xiàn)發(fā)動機的閉環(huán)控制,具有較寬的速比變化范圍,可使發(fā)動機經(jīng)常處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn),從而降低了排氣污染。德國ZF公司將自己生產(chǎn)的CVT裝車測試,其廢氣排放物比裝備4檔自動變速器的汽車減少約10%。6．成本CVT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,零部件數(shù)目比AT少很多,一旦汽車制造商開始大規(guī)模生產(chǎn),CVT的成本將會比AT小。由于采用該系統(tǒng)可以節(jié)約燃油,隨著大規(guī)模生產(chǎn)以及系統(tǒng)、材料的革新,CVT零部件的生產(chǎn)成本,將降低20%～30%。目前,荷蘭VDT公司正通過不斷地改進傳動零件的結(jié)構(gòu)及零部件加工工藝過程等措施,來降低產(chǎn)品成本,提高產(chǎn)品的競爭能力。]四、本課題研究的主要內(nèi)容及意義無級變速器技術(shù)作為新技術(shù)之一，當1987年，金屬帶式CVT速器在富士重工((Subaru)首次裝車時，國際競爭市場的有級式自動變速器(AT)已經(jīng)超過了50多年歷史，手動變速器(MT)也已經(jīng)具有100多年歷史，現(xiàn)在市場上銷售的汽車裝備的變速器有手動變速器、自動變速器和無級變速器，國產(chǎn)車中一汽的奧迪A4和A廣州本田的飛度、南京菲亞特的西耶那和奇瑞第4款上市的旗云也已經(jīng)相應(yīng)采用了CVT技術(shù) 。隨著中國加入世界貿(mào)易組織的步伐加快，開展這種新型變速器傳動的研究，對于提高我國汽車變速器設(shè)計水平和汽車的國際競爭能力有重要意義。近年來國內(nèi)外不少專家學(xué)者對金屬帶式無級變速器的傳動機理進行了理論上和實驗上的深入研究，并建立了一些力學(xué)模型，做了一些實驗研究和理論上的分析，也取得了一定成果，而對于使用虛擬樣機技術(shù)來進行無級變速器的研究也是近年來國內(nèi)外金屬帶式CVT研究領(lǐng)域的新趨勢。虛擬樣機技術(shù)(Virtual Prototype, VP)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計方法，它是一種基于產(chǎn)品的計算機仿真模型的數(shù)字化設(shè)計方法，通過模擬金屬帶式無級變速器運行時的工況以及各部件的受力條件，是一種十分有效的研究途徑，在虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品開發(fā)涉及到產(chǎn)品建模仿真、過程規(guī)劃仿真、設(shè)計思維過程和交互行為等仿真，對設(shè)計結(jié)果進行評價，實現(xiàn)設(shè)計過程的早期反饋，減少或避免實物加工出來后產(chǎn)生的修正，作為虛擬設(shè)計工具，還可以幫助選擇影響汽車性能的關(guān)鍵性參數(shù)，國外也有很多機構(gòu)對此作過一定的研究，但由于技術(shù)保密，在國內(nèi)有關(guān)資料比較少，目前用MATLAB/SIMULINK工具箱對CVT的建模與仿真相對較多，用ADAMS的則相對少些。本課題以金屬帶式CVT為研究對象，在前人實驗研究成果奠定的結(jié)構(gòu)設(shè)計與力學(xué)分析基礎(chǔ)上，利用Pro/E對金屬帶式CVT核心部件進行建模，并運用針對于傳動系的多體動力學(xué)運動分析軟件ADAMS對其進行動態(tài)仿真分析并驗證模型的可靠性，為今后的仿真分析提供基礎(chǔ)。五、本課題的研究現(xiàn)狀車輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動機，而且在很大程度上還依賴于變速器及變速器與發(fā)動機的匹配。隨著電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，自動變速器技術(shù)越來越完善，形式也多樣化，在越來越多的車輛上得到應(yīng)用，成為現(xiàn)代汽車與現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的標志之一。在汽車上使用的自動變速器大致有三類:液力自動變速器、電子控制機械自動變速器和無級變速器。前兩種變速器都是有級或分段無級自動變速。而無級變速器(Continuously Variable Transmission, CVT)避免了齒輪傳動比不連續(xù)和零件數(shù)量過多的缺點，具有傳動比連續(xù)、傳遞動力平穩(wěn)、操縱方便等特點，真正實現(xiàn)了無級變速。國內(nèi)外所進行的代表性的研究主要有：東北大學(xué)的盧錦奎于2008年，利用UG軟件對變速器的核心零部件金屬塊、金屬帶環(huán)及錐輪進行建模。在形成整體模型后運用Parasolid數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口一次性導(dǎo)出模型，然后將模型數(shù)據(jù)動力學(xué)分析軟件ADAMS中，進行約束、驅(qū)動及接觸力的施加，并對模型結(jié)構(gòu)進行適宜的調(diào)整，形成一個在ADAMS環(huán)境中所能運行的金屬帶式CVT核心虛擬樣機, 對模型運行運動學(xué)與動力學(xué)仿真。其所建立的虛擬樣機時所采用的方法為后續(xù)的虛擬仿真研究工作提供了參考，仿真所得的曲線圖為實際樣機的開發(fā)研制提供理論和試驗數(shù)據(jù)?！?2】天津大學(xué)的崔新濤于2004年，在基于虛擬樣機技術(shù)的變速器動力學(xué)仿真研究一文中，先在UG中創(chuàng)建變速器的裝配主模型，輸出為parasolid 格式，然后導(dǎo)入到 ADAMS 中，在 ADAMS 軟件中建立了變速器傳動系統(tǒng)的剛體仿真模型，進行變速器剛體動力學(xué)仿真分析。其中，詳細介紹了變速器傳動系統(tǒng)的剛體仿真模型的建立過程，值得借鑒?！?0】吉林大學(xué)的張永輝于2011年，在對無級變速器在國內(nèi)外研究的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀中，分析了其他構(gòu)造的無級變速器的特點，并且對金屬帶式無級變速器的優(yōu)越性以及不足進行了闡述。簡述金屬帶無級變速器的機械結(jié)構(gòu)以及各個零部件在其中的作用，分析金屬帶傳動的基本幾何關(guān)系，得到了金屬帶的帶長、錐輪包角、速比以及速比變化公式并闡述了金屬帶式無級變速器傳動的運動關(guān)系，分析說明了金屬帶式無級變速器的基礎(chǔ)理論和工作原理，為后期的ADAMS模型仿真參數(shù)的設(shè)定定下了理論基礎(chǔ)。針對于其金屬帶柔性化處理這個難題，作者采用了ANSYS有限元分析軟件進行處理，得到了柔性體中性文件，導(dǎo)入到ADAMS模型中，使其仿真更具準確性。【15】湖南大學(xué)的關(guān)平于2007年，采用MATLAB/Simulink分模塊完成金屬帶式無級變速汽車建模的工作，模塊分解包括駕駛員模塊、發(fā)動機模塊、CVT 的速比變化率控制模塊、CVT整車動力學(xué)模塊等。通過幾個典型工況的分析，找出最佳的速比變化率的控制參數(shù)。旨在建立一個比較完善的計算機仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以隨著改變車型參數(shù)和發(fā)動機參數(shù)進行不同車型的仿真研究，并且在整車模型的基礎(chǔ)上還加上了性能評價系統(tǒng)，可以初步評價裝配金屬帶式無級變速器的汽車的動力性和經(jīng)濟性?！?】吉林大學(xué)的馬志良于2005年，在國內(nèi)首創(chuàng)性的應(yīng)用 ADAMS 軟件建立了 CVT 系統(tǒng)的模型，進行無級傳動系統(tǒng)的多體動力學(xué)分析，并從動力學(xué)角度出發(fā)，分析了傳動系統(tǒng)對整車動力性和舒適性的影響。作者的研究思路可對于分析評價無級變速器的動力學(xué)研究和振動性分析具有很大的參考價值。【5】WenHsiang Hsieh在最近發(fā)表的一篇論文中，詳細論述了一種凸輪控制的行星輪系的設(shè)計過程，從理論上推導(dǎo)了其運動學(xué)方程，并通過實際例子計算加以驗證，同時還利用ADAMS軟件對之進行了運動學(xué)和動力學(xué)仿真，其仿真結(jié)果和理論計算相符合，進而驗證了該設(shè)計的可行性?！?9】ROBERT G. PARKER曾于2000年，研究了行星齒輪機構(gòu)的動力學(xué)特性，指出了太陽輪－行星輪、環(huán)－行星輪之間的復(fù)雜的、動態(tài)的作用力是產(chǎn)生振動的來源，并提出行星相位調(diào)整是一種有效的減少行星齒輪振動的方法，并對其進行了深入地研究?！?2】此外，有關(guān)機構(gòu)動力學(xué)方面的研究，筆者還查閱了相關(guān)的文獻資料以了解這方面的研究方法、范圍等。代表性的研究主要有：文獻[17][19]中介紹的，都是利用ADAMS 軟件中的Engine 模塊建立行星齒輪機構(gòu)和減速器的動力學(xué)模型,針對機構(gòu)的運動特性，進行了各機構(gòu)的動力學(xué)仿真分析。利用在ADAMS/Engine 中兩齒輪的嚙合主要是通過三相力( 嚙合一對齒輪的作用力) 實現(xiàn)的