1、CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY开 题 报 告设计题目： 金属带式无级变速器试验台设计 学生姓名： 田世鹏 学院名称： 机电学院 专业名称： 机械设计制造及其自动化 班级名称： 机制 0742 学 号： 04 指导教师： 陈志红 教师职称: 硕士 学 历： 年 月 日开 题 报 告1、课题研究的目的与意义促进我国汽车工业，跟踪世界新技术，填补我国电控无级变速汽车的空白在汽车技术方面，无级变速传动技术在汽车变速传动装置发展史上具有变革意义，而我国作为世界最有发展潜力的汽车市场，研究开发无级变速器具有重要的经济意义和社会意义，也是汽车历史发展的必然趋势。对金属带式
2、 CVT 的核心部分即液压系统及控制系统的研究开发，对提高我国轿车的自主开发能力、缩短与发达国家的差距具有重要的现实意义2、文献综述（相关课题国内外研究的现状）金属带式无级变速器国内外的研究领域金属带式无级变速器的结构、力学分析和传动效率等，在国外已经研究成熟，国外的研究热点主要集中在 CVT电液控制系统的智能 PID 控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制等。金属带式无级变速器的结构、力学分析和传动效率等研究已在国内取得很大进展，但 CVT 电液系统的控制策略、实验仿真等研究在国内刚刚起步。金属带式无级变速器传动效率的分析传动效率是无级变速器的一项重要性能,通过分析无级变速器传动过程中的各项
3、功率的损失,认为在不同的转矩比情况下金属带与锥盘之间的功率损失形式是不同的.在小载荷的情况下(转矩比 r0.4),主要损失的形式是金属带进出带轮时的功率损失,此时传动效率比较低,而且上下变动差距比较大;在大载荷的情况下(转矩比 r0.4),主要功率损失的形式是金属带与锥盘之间的摩擦损失,其传动效率比较高,在 9094之间变化,而且相对比较稳定. 通过分析金属带式 CVT 装置传动过程中金属块、金属环和带轮的工作原理和受力关系，导出了求解金属块挤推力、金属环张力及带轮轴向力的数学式。给出了带轮最小轴向力的求解方法，对不同工况下金属环张力、金属块挤推力和带轮轴向力的大小进行了求解，获得了相应的载荷
4、分配及受力规律。钢环组是金属带的关键组件之一,它承担着金属带中的全部张力,它的承载能力受多方面因素的影响,包括带轮直径、钢环厚度、钢环配合关系等. 通过对金属带式无级变速器的核心部件钢环组进行力学分析,对其静态和传动状态建立了钢环组的力学模型,得出了应力分布规律;引入了予应力概念,使各层钢环均载,得到了钢环在传动过程中不同速比下每个运动循环周期内的应力变化规律;并通过测量钢环组最外层钢环的应力变化验证了这一规律.金属带式无级变速器传动性能的试验和仿真研究运用键合图理论，建立了金属带式无级变速传动系统的键合图分析模型。为了提高常规控制下速比变化时传动系的响应及减少发动机转矩响应滞后，提出了发动机
5、转矩控制的一种新的补偿方式。仿真结果表明：补偿算法能够有效降低速比变化时的发动机转矩滞后现象，可以改善传动系统的动态响应。用试验研究的方法,对金属带无级变速器的传动性能以及影响因素进行了研究.设计制造了专用的 CVT 传动试验装置和电液控制变速系统,搭建了传动性能测试试验台,并进行了性能试验.试验结果表明,传动比、输入转矩和带轮油缸压力对传动性能有较大影响,输入转速对 CVT 传动效率也有较大影响.金属带式无级变速器的力学分析文献6、7奠定了金属带式无级变速器的力学分析基础，该文的在金属 V 带推块型 CVT 上，测出了主、从动带轮的传递扭矩和推力以及两带轮间的轴向力，绘出了不同速比下主、从动
6、带轮间相对于转矩比的推理线图并作相互比较，发现推力比与速比几乎和带轮转速及正常转矩下的最大可传递扭矩无关，该推力比是速比的函数，它和扭矩比及推块与带轮间的摩擦系数有关，导出了带轮推力经验平衡方程式，该式以先函数的形式表示。文献【7】基础上建立了钢环组的力学模型，还得到了钢环应力的求解公式，并分析了钢环的应力变化规律，为金属带的设计提供了理论依据。文献【4】论述了金属带式无级变速器的力学模型，建立的金属环、金属块的力学分析模型，对金属块张力和金属块推力进行了分析计算，并得出了结论。金属带式无级变速器电液控制系统控制策略研究金属带式无级变速器的液压控制系统机制分为机液控制系统和电液控制系统，由于多
7、输入多输出系统的复杂话，一般将控制系统分为速比控制、夹紧力控制和起步离合控制，通过发动机模型或实验数据，建立发动机节气门开度、发动机转速与发动机扭矩之间的关系，该关系可以用图表的形式存于单片机中或通过数值拟合，建立关系，根据发动机的最佳经济性和最佳动力性得到发动机的最佳换挡曲线，在某一节气门的开度下，为获得最小燃油消耗或最大功率有唯一对应的转速，这样速比就可以确定，这一过程可以有单片机完成。文献【8】详细分析了液压机械式控制系统的工作原理和控制方式，并作了实验台架。速比控制系统和夹紧力控制系统之间的耦合关系较弱，可将其看成单独的单输入单输出控制系统。文献【9】分析了速比变化率对汽车动态特性的影
8、响，建立了液压控制系统的设计与开发提供了理论依据。(1)金属带式无级变速器电液控制系统 PID 控制。文献【6】对速比控制系统和夹紧力控制系统采用了 PID 控制方法，夹紧力控制阀、速比控制阀据有很强的非线性，采用了抗回绕的 PID 控制器，控制方案为力-位置控制方案，输入的目标值与滤波后的检测值进行比较形成偏差，偏差信号经 PID 控制器处理，输出到 PWN 信号发生器，最终形成夹紧力控制阀、速比控制阀的控制信号，调节带轮油缸内的压力，从而实现传动比的变化。 （2）金属带式无级变速器电液系统模糊控制，文献【10】研究了无级变速电液控制系统的速比控制，建立了系统各个环节的非线性模型，仿真研究中
9、采用了模糊控制器，并指出了高精度的模糊控制器的控制精度更高。3、采用的设计方案（基本原理）与技术路线所谓无级变速，顾名思义就是在一定传动比范围内能线性的调节传动比，理论上相当于有无数个档位。它的结构很简单，由两个锥型盘和一个钢片链条组成。锥型盘就是把两个圆锥型的盘片组合在一起形成一个带 V 型槽的驱动盘。CVT 传动系统里，传统的齿轮被一对滑轮和一只钢制皮带所取代，每个滑轮其实是由两个椎形盘组成的 V 形结构，引擎轴连接小滑轮，透过钢制皮带带动大滑轮。玄机就出在这特殊的滑轮上：CVT 的传动滑轮构造比较奇怪，分成活动的左右两半，可以相对接近或分离。锥型盘可在液压的推力作用下收紧或张开，挤压钢片
10、链条以此来调节 V 型槽的宽度。当锥型盘向内侧移动收紧时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动，相反会向圆心以内运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化。因此，无及调速得以实现。金属带式无级变速器（VDT-CVT）的主要部件1金属带金属传动带是由多个(280400 片)金属片和两组金属环组成。2工作轮液压泵所谓无级变速，顾名思义就是在一定传动比范围内能线性的调节传动比，理论上相当于有无数个档位。它的结构很简单，由两个锥型盘和一个钢片链条组成。锥型盘就是把两个圆锥型的盘片组合在一起形成一个带 V 型槽的驱动盘。有人会问，仅凭钢片链条与 V 型槽的摩擦力能够带
11、得动重达一吨多的汽车吗？其实，汽车用 CVT 的核心技术就在钢片链条上。它不是普通的链条。它是由许多特殊形状的小钢片组合而成的传动带。下图为奥迪 A6L 上的钢条。CVT 系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成 V 型槽来与 V 型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到 CVT 的主动轮，然后通过 V 型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动
12、盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与 V 型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速通过建立一个金属带无级变速实验台来研究金属带无级变速的可靠性、耐久性和控制效率.4、可能存在的问题1. 金属块与金属带轮（锥轮盘）相互接触面理论上为局部线接触，且结合分离点有滑移磨损，存在多边形脉动效应（金属链型较大）。2.金属带在调速时（传动比发生改变时）发生轴向移动，受力不好，有磨损。3.功率：50200kw（几乎已达极限值，一般都在 100kw 以下，如
13、：日本富士重工 SUBARU J10 轿车 最大功率：40.4kw（6000r/min），最大扭矩：79. 5N.M（3600r/min）；美国福特 fiesta 轿车 最大功率：78kw（6000r/min），最大扭矩：140N.M（2800r/min）；只能满足一般中小排量高速低扭矩轿车，无法向更大功率领域迈进。4.金属带（层层间应力必均匀，否则会出现一层断，整体断的严重事故，导致层层配合公差精度要求相当高、计量精度极高，加工精度高，材料、工艺要求苛刻，综合成本极高，目前只有少量国家可以生产。5.加压力的波动可能引起传动比的波动、传动效率的下降，滑动率、磨损增大。6.采取电控液压调速、辅助
14、机件多、系统复杂，成本高！故障率增大，可靠性低；7. 仅仅是对传统技术的完善，改进，没有突破传统无级变速设计理论障碍，潜在生命力不足！8. 调速不方便，静止态无法调速，稳定性差，磨损影响传动比；9只能连续逐级变速，无法实现大幅度跳档调速；10. 金属带的金属推力块的传动链长度大，等效为：多个压力、弹力的叠合传动，弹性变形、滑移有累加现象；而金属环正是金属推力块的运动轨道，调速时金属环的平移可能引起金属推力块的推压偏移，产生偏向不平衡受力；11.加压兼调速的功能混合，不符合现代设计理念功能独立原则，调速时会出现加压力波动而导致传动效率、功率流量出现跳动（而不是调速不中断动力流），且造成加压力波动
15、、微磨损影响传动比精度；微量轴向位移就会引起大的传动比变化，精密控制难度比较大。12.采取电控液压调速、辅助机件多、系统复杂，成本高！故障率增大，可靠性低；5、参考文献1方泳龙，王红岩，秦大同。车辆无级变速器传动系统匹配策略的仿真【J】2 程乃士，刘温，郭大忠。金属带式无级变速器传动效率的实验研究【J】3 孙得志，谭振江，郭大忠等。金属带式无级变速器传动效率的分析【J】4 郭毅超，何维廉。金属带式无级变速器的力学分析【J】5 胡建军，秦大同，孙东野等。金属带式无级变速器传动系统仿真与控制研究及仿真【J】6 付铁军，周云山，张宝生等。金属带式无级变速器电液控制系统的实验研究【J】7刘俊普，李来平。金属带式无级变速器钢环组力学模型的建立【J】 【8】 方泳龙，张伯英，董秀国。金属带式无级变速器液压控制系统【J】【9】王红岩，方泳龙，周云山等。金属带式无级变速器传动系统的传动特性的仿真分析【J】【10】王幼民，姚宏志。电液位置伺服系统二次优化【J】 2、答辩组论证结论（1）方案可行，技术路线清晰 （2）方案可行，技术路线基本清晰 （3）方案基本可行，技术路线不很清晰 （4）方案和技术路线不很清晰 （5）方案和技术路线不清晰 3、指导教师意见： 教研室主任意见：指导教师（签名）： 教研室主任（签名）：年 月 日 年 月 日
