1、毕业设计(论文)设计论文题目： 混合动力汽车动力耦合器及 金属带传动结构设计 混合动力汽车动力耦合器及金属带传动结构设计摘要迫于环境污染和石油资源短缺的压力,致力于可持续发展战略,混合动力汽车成为21 世纪汽车工业的一大发展方向.国内外专家基本上达成共识;混合动力电动汽车的使用不只是电动汽车的一个过渡阶段,而是汽车工业即将面临的一场新的革命.然而如何负责将混合动力汽车的各个机械动力组合在一起.实现多动力源间合理的功率分配,并把动力传给驱动桥,实现混合动力汽车的各种工作模式,在混合动力开发中处于重要地位, 目前较成功的混合动力系统有:丰田汽车公司的 THS(Toyota Hybrid Syste
2、m)混合动力系统等.本文就混合动力汽车关键部分之一-动力耦合系统进行原理分析,并对CVT 传动特性作出了研究分析，通过不同工况下功率,扭矩,转速的分析计算，完成了一个基于 CVT 的混合动力汽车动力耦合系统的设计。在原有车型的基础上，进行了整车的改装设计。通过计算，确定了包括驱动和能源部件的参数设计和选型、关键零部件的选择及设计，以及所有部件在整车中的安装布置。无极变速器(Continuously Variable Transmission,CVT) 是目前汽车上最先进的自动变速器技术。它与普通自动变速器有较大的区别, 省去了复杂而又笨重的齿轮组合, 只用 2 组带轮, 通过改变驱动轮与从动轮
3、传动带的接触半径, 实现连续变速传动。由于它的诸多优点, 可认为是最理想的汽车变速器。金属带式 CVT 是汽车传动系统中实现无级变速的最重要部分，发动机输出的动力传递到无级变速器的主动轮后，再通过金属带式无级变速单元进行无级变速，之后通过中间减速器、主减速器，通过差速器传递给车轮。金属带式 CVT 由于结构的不同与其它带式 CVT 在运动学、动力学上有所不同，本章将分析金属带式 CVT 的工作原理、运动学分析.本文对作了金属带选型并设计了钢球滑道,主从动可动锥轮和主从动固定锥轮轴等主要部件,并绘制了 CVT 零件图和 CVT 总装图的二维图(CAD)和主动,从动锥轮的三维图(UG).关键词 混
4、合动力 CVT 耦合器 金属带 锥轮英文摘要目 录1 绪论 1.1 研究基于 CVT 的 HEV 汽车动力耦合装置的重要意义及必要性1.2 混合动力汽车动力动力耦合结构分类41.2.1 串联式 HEV 动力耦合结构 41.2.2 并联式 HEV 动力耦合结构 51.2.3 混联式 HEV 动力耦合结构 61.3 混合动力系统结构选型依据 71.3.1 性能要求 71.3.2 使用环境 71.4 基于 CVT 的发动机转速调节 72 混合动力汽车动力耦合器原理和设计2.1 混合动力汽车动力耦合器简介及设计方案提出2.1.1 混合动力动力耦合系统简介92.1.2 动力藕合系统的基本功能92.1.3
5、 动力耦合系统方案的分析92.2 基于 CVT 的混合动力汽车动力耦合器2.2.1 耦合器在各种行驶工况下的转速转矩分析112.2.2 耦合器总体布置设计142.2.3 混联式混合动力汽车用电动机选型152.2.4 混合动力汽车用储能元件选型153 金属带传动结构设计3.1 金属带式 CVT 的无级变速原理 183.2 金属带式 CVT 的关键部件183.2.1 金属带183.2.2 金属钢环组193.2.3 金属块203.2.4 主、从动带轮213.3 金属带式 CVT 的运动学分析3.3.1 速比及速比范围213.3.2 各运动区段的划分及其之间的几何关系233.4 CVT 主要部件设计结
6、构设计和金属带的选型3.4.1 钢球滑道结构设计243.4.2 可动主动锥轮的设计263.4.3 金属带的选型73.4.4 主动锥轮轴的结构设计83.4.5 可动从动锥轮的设计303.4.6 从动固定锥轮结构设计314 结论致谢参考文献 331 绪论1.1 研究基于 CVT 的 HEV 汽车动力耦合装置的重要意义及必要性随着油价的大幅攀升，各类能源的短缺和环境污染对社会带来的压力，提高车辆燃油经济性和废气排放性能成为汽车工业发展的紧要任务.目前内燃机汽车已经不能满足在这方面的要求，混合动力车型是在当前条件下最合适的发展策略，也响应了目前的发展趋势。各个汽车企业对于新能源汽车的开发热潮也是一浪高
7、过一浪。在全球市场范围内，混合动力车型的生产和销售已经颇具规模。面对这种情况，汽车厂商也一直在进行新能源汽车的开发。很多家企业都在进行混合动力汽车的研发，但混合动力与 CVT 技术的融合开发目前国内所做的研究相对较少。由于 CVT 可以连续改变速比，使得汽车在任意行驶工况下，都可以按驾驶员的操作意图实现发动机和电机工作点与变速器的最佳匹配(最佳经济匹配或最佳动力匹配)，从而可降低排放，提高整车的燃油经济性、动力性、操作性以及乘坐舒适性，使整车综合性能达到最佳。如果能把混合动力技术和 CVT 技术融合，那么在混合驱动模式下，由于电机助力的存在，在满足发动机在最佳经济性曲线运行的同时大大会提高系统
8、的动力性能，可很好解决传统 CVT 传动动力性与经济性不能兼顾的问题. 1.2 混合动力汽车动力动力耦合结构分类目前，混合动力汽车动力动力耦合结构主要有串联式布置（Series Schedule 又称 SHEV）并联式布置（Parallel Schedule 又称 PHEV）以及混联式布置（Series-Parallel Combined Schedule）等三种类型。1.2.1 串联式 HEV 动力耦合结构 串联式驱动系统的总成结构示意图如图 1-1 所示。图 1-1 串联式系统总成结构图它主要由发动机、发电机、蓄电池组、控制器、电动机、减速装置等构成。电动机是汽车唯一的机械动力源。发动机产
9、生的动力只用来驱动发电机，发电机向电动机供电驱动汽车，同时向蓄电池充电。在汽车高负荷运转时，蓄电池和发电机组共同对电动机供电。由于蓄电池的蓄能作用，不管汽车处于何种工作状态，发动机都避免在怠速和其它不经济的工况下工作，这就明显减少排气污染并提高燃油经济性。串联式混合动力汽车的这种布置形式和控制思路使之具有以下特点：优点:（1） 在特定区域可实现“零排放”行驶； （2）作为辅助动力的发动机运行范围窄，因而可控为高效、低排放；（3） 电动机的驱动形式可十分灵活，满足较为广泛的运用（包括特种军用车辆）； （4） 控制系统相对简单，便于向纯电动汽车过渡；缺点：（1）需要配置一台较大功率的发动机和发电机
10、组，增大了车的额外负荷和制造成本；（2） 能量转换环节多，降低了动力系统综合效率。1.2.2 并联式 HEV 动力耦合结构并联式耦合器结构的总成示意图如图 1-2 所示；图 1-2 并联式系统总成结构图和串联混合动力系统布置不同的是，并联式布置保留了发动机及其后续传动系统的机械连接，由电池组-电动机所提供的动力在原驱动系统的某一处和主动力汇合，或者发动机和电动机产生的力完全分开用以驱动不同的驱动桥，即汽车可由发动机和电动机共同驱动或者各自单独驱动。并联式混合电动汽车的结构形式更像是附加了一个电动机驱动系统的普通内燃机汽车。并联混合动力系统同串联混合动力系统的布置比较起来，其结构相对复杂，实现形
11、式也趋多样化。一般来说，并联式混合动力系统的控制策略是，当汽车在低速等小功率工况行驶时，通过控制发动机转速来调节发动机功率，而在汽车加速或高速行驶，发动的功率不足以满足汽车行驶所需功率时，由控制器控制电动机协助驱动。并联式混合动力汽车的这种布置形式和控制方式使之具有以下特点.（1）由于发动机保持了与机械驱动系统的机械连接，与串联驱动系统相比，并联驱动系统的发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，其能量的利用率相对较高，这使得并联式的燃油经济性一般比串联的要高；同时，发动机与驱动系统之间的机械连接，使得发动机的运行工况要受到汽车行驶工况的影响，当汽车行驶工况复杂时，发动机可能较多地在不良工况下运行，
12、因此，并联驱动的排放比串联驱动的要差。（2）发动机与电动机两大动力总成的功率可以互相叠加起来满足汽车行驶的最大功率要求，因而，系统可采用较小功率的发动机与电动机，使得整车动力总成尺寸小，质量也较轻。但发动机和电动机两动力总成的机械复合连接使得机械装置较复杂，增加了整车布置的难度。1.2.3 混联式 HEV 动力耦合结构混联式驱动系统的总成结构示意图如图 2.3 所示 .图 1-3 混联式系统总成结构图混联式混合动力系统的布置方案是串联式布置和并联式布置的综合。发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能由控制器控制，输送给电动机或者电池，电动机产生
13、的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。混联式混合动力系统的控制模式是，控制器根据油门踏板的开度，一方面控制电子油门的开启程度，另一方面确定发动机的动力用于直接驱动汽车部分和用于发电部分之间的分配比例，准确控制并协调发动机和发电机驱动力，如果蓄电池电量下降，控制器控制发电机发电为蓄电池充电。这种比串联布置和并联布置都更为复杂的布置和控制模式使之具有以下特点：（1）该系统适合各种行驶条件，具有良好的燃油经济性和排放性能，且不需外界充电，续驶里程与内燃机汽车相当，是最理想的混合电动方案。（2）由于发动机和发电机、电动机以机械方式连接，机械装置较复杂，整车布置有一定难度。1.3 混合动力系统结构选型
14、依据基于以上对 HEV 动力系统的分析，在动力系统选型中着重考虑以下几个因素：1.3.1 使用环境HEV 的动力系统一般基于特定工况进行设计，这是因为多数动力系统对工况比较敏感，不同工况性能差别很大，只有在特定的工况下才能充分发挥低油耗、低排放的优点。我们要设计的是轿车.对工况很敏感,且要节能减排不失动力性.1.3.2 性能要求不同类型的 HEV 之间性能差异十分明显，在选型时必须注意由动力系统结构引发的性能差异。如果对加速性能要求高，就有必要选择配有峰值功率调节器的结构型式。如果对经济性要求苛刻，并联式可以成为合适的选择。而我们设计的是轿车,既要有一个的起步加速能力,又要有足够的超车加速能力,特别是在城市交通拥挤的时候,而且最重要的是节能节能减排,也就是说它的经济性要好.并且我们设计的是要 CVT 匹配的混合动力车. 一般的混联式混合动力系统其控制系统技术含量高，控制元器件价格高，整车价格较高,但 CVT 正是一个控制性高的一个传动系统,这样的话在某些方面二者可以协同设计,协同控制.1.4 基于 CVT 的发动机转速调节当节气门的开度一定，发动机部分负荷特性中的功率与燃油消耗曲线如图 1-4 所示。
