金属带式无级变速器锥盘母线的优化设计

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1、分类号密级注1UDC学位论文注2:金属带式无级变速器锥盘母线的优化设计作者姓名刘彩燕注3指导教师姓名张伟华副教授机械工程与自动化学院申请学位级别硕士专业名称机械设计及理论论文提交日期论文答辩日期学位授予单位和日期答辩委员会主席评阅人2000年1月6日注1：注明UDC《国际十进分类法》的类号。2：注明题名和副题名。3：注明导师的职务﹑职称﹑学位﹑单位名称及地址。摘要随着经济的发展、人口的增加、交通路况的改善，汽车的应用日益普遍，其数量逐年增加。而研制理想的汽车传动系便成了日益迫切的问题。由于金属带式无级变速

2、器与传统的多档齿轮箱相比，具有更高的经济性、动力性、及安全舒适性，因而引起了广泛的注意力，世界各大汽车公司纷纷投巨资研制。本文介绍了金属带式无级变速器的发展历史、研究现状及发展趋势。对其组成部分及基本结构做了深入剖析，给出了关键部件的尺寸设计参数，并简略地说明了各部分的功能及作用。通过对其工作过程的分析，进一步说明了金属带式无级变速的变速原理决定了该变速装置的先进性和优越性。文中从运动学和动力学两方面详细介绍了金属带式无级变速器的传动原理，作出了基本假设，建立了传动系统的简化的数学模型。通过扩展传统的平带

3、传动理论，分析了复合金属带特有的传动特点。详细分析了在恒速及调速两种状态下，钢片与钢带随传动比和输入扭矩的变化而变化的力学性能及运动趋势，介绍了金属带传动中的滑差理论及滑差率的定义。并且单独分析了金属带环组每一层薄带的受力情况以及单元摩擦片所受的各个力，分别建立了钢带拉应力及摩擦片挤压力的数学表达式，直观地表达了这些力与金属带的结构参数、材料参数等相互间的关系。由于在无级变速器中，带传动装置是核心部分，而工作带轮又是带传动装置的关键部件，它直接影响着传动质量、传动效率及变速器的寿命和成本。现有的直母线锥盘

4、在传动比不为1时，由于两个可动锥盘的轴向移动量不同，导致了金属带的偏移和扭转，使带的寿命急剧下降。本文取摩擦片为圆弧形，在控制主从动锥盘的轴向移动量相同的条件下，对原有的锥盘廓线进行改进。对锥盘和摩擦片的变速运动进行解析，求得内外啮合点处的摩擦片与锥盘的啮合运动关系式。由于钢片与锥盘间的接触应力直接影响着变速器的承载能力，因而把接触应力作为优化设计的目标函数，利用降维原则将锥盘母线的优化设计问题转化为以内外锥面上啮合点处的半楔角为设计变量的二维问题。根据已分析的带拉力及摩擦片挤压力的数学表达式，将与锥盘形

5、状相关的挤压力作为强度约束条件；对于与之无关的环带，单独探讨了环带拉应力最小时环带组的设计方法。本文以可动锥盘的轴向移动量作为步长迭代，从初始啮合点开始，应用序列无约束极小化方法下一个啮合点处的接触应力最小时半楔角的大小，并根据啮合关系式求出该啮合点的坐标值。根据求出的数值解作出的锥盘廓线，是对原有锥盘形状做的改进。既满足了调速过程中主从动锥盘轴向移动量相同的要求，又使锥盘与摩擦片间的接触应力最小，提高了无级变速器的承载能力，具有一定的实际意义。关键词：无级变速传动可动锥盘锥盘廓线优化设计第一章概述1.1

6、引言随着现代经济、工业的飞速发展，汽车在人们的生活中占据了越来越重要的地位。由于人口的增加、经济的发展、交通运输的需要，汽车的数量不断增加，其中私人购车的比例数日渐提高，从而数以千万计的非职业司机对汽车的质量、性能、操作简便等提出了迫切的要求。又根据1998年美国国家科学院（NAS）发表的报告，地球的大气温度正在逐年升高。因而改进燃油消耗、减少车辆的CO2排放便成了十分紧迫的任务。那么如何在不同的路况及速比变化条件下将发动机的动力理想地传递给车轮，以使汽车在行驶过程中操作便捷安全可靠，同时又节约能耗、排放

7、洁净，便成了汽车技术发展中的核心问题。而要解决上述问题就必须开发理想的汽车变速传动系，这是因为：在环境保护方面，发动机的输出影响显著；在安全性方面是传动装置零部件的疲劳问题；在舒适性及简便性方面则与变速器的质量及性能密切相关。所以，研制高效节能的变速系统必将提高汽车的整体性能，促进汽车技术的发展，减少交通事故的发生，降低环境污染的程度，具有深远的社会意义和巨大的经济效益。1.2传动系无级变速的概述1.2.1传动系无级自动变速的优越性传动系统是发动机动力与车轮负载之间的传动装置，它通过变换其传动比，以调节或

8、变换发动机特性，将动力有效而可靠地传递到驱动车轮上，以适应使用上对汽车性能的要求。而无级自动变速（ContinuousVelocityTransmission即AT）则是指它在完成上述任务的过程中，其传动比变换是连续自动地进行的。目前国内汽车上广泛应用的仍是传统的手动有级式齿轮变速器（Manual[1][3][37]Transmission即MT），与手动换档变速相比，无级自动变速具有以下显著的优点：（1）简化操纵，减轻了司机