钢带式无极变速器设计开题报告
文献综述
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二○一三年四月二十五日
一、轿车钢带无级变速器意义
采用无级变速器的汽车最大优势是能够实现发动机转速和扭矩沿着最经
济油耗线变化，并且在变速过程中无冲击，不必产生动力中断，因而大幅度改善了汽车的动力性能及乘坐的舒适性。目前对摩擦式无级变速传动机理研究的还并不充分，因此有待于进一步研究其机理和选择其机理和新的润滑剂，以进一步提高摩擦拖动率，尤其是研究具体结构的设计与优化问题，改善其传动性能，对于促进无级变速器在机械行业特别是在汽车行业中的广泛应用具有重要的推广意义。
金属带式无级变速器不仅能够满足传递较大功率、适应高转速等条件,还具有如下几方面的特性(1) 经济性：该变速器通过传动比的连续变化,使车辆外界行驶条件与发动机负载实现最佳匹配,使发动机在最佳工作区稳定运转从而充分发挥了发动机的潜力,燃烧完全,提高了整车的燃料经济性,减少了废气排放,有利于环境保护。(2) 动力性：在汽车起步、停止和变速过程中不至于产生冲击和抖动,减少了噪音,满足了汽车行驶多变的条件,使汽车在良好的性能状态下行驶(3) 舒适性：驾驶平稳!舒适,简化了操作,减轻了驾驶员的劳动强度,提高了行车安全,符合人们日益增长的舒适性要求(4) 可靠性：据1993年的统计,在装车的60万套金属带式CVT中,由于金属带传动系统出现故障返还的只有120套,占总数的0.02%,而在这120套中因为金属带本身有问题的只有40例,可见其故障率极低实践表明金属带CVT能达到与汽车相同的寿命。金属带式无级变速器本身就是一种自动变速器,而且它比目前在汽车上占主导地位的液力机械式自动变速器结构更加简单紧凑,更加节能,动力性能更加优良。它与目前流行的4档自动变速器(AT)相比,燃油消耗节约12%~17%,加速性能提高7.5%~11.5%,发动机排放减少10%,价格不比AT贵轿车钢。
二、无级变速器的相关知识
1、轿车钢带无级变速器基本结构
金属带式CVT，一般由行星齿轮机构、无级变速机构、差速器机构和控制系统组成。 a. 行星齿轮机构：CVT的行星齿轮机构用以实现前进档和倒档之
间的切换操作，采用双行星齿轮机构，行星架上固定有内、外行星齿轮，其中，
外行星齿轮和齿圈啮合，内行星齿轮和太阳轮啮合。前进档时，行星架和太阳
轮锁死，太阳轮主动旋转，行星架随太阳轮同速旋转，即整体同步旋转；倒档时，齿圈固定在机箱上不动，太阳轮主动旋转，通过双行星齿轮后，此时行星
架与太阳轮反向旋转。 b. 无级变速机构：无级变速机构由金属传动带、主动
轮组、从动轮组组成。其中，主动轮组和从动轮组都由可动锥盘和固定锥盘组成。 c. 差速器机构：普通差速器由行星齿轮、行星轮架、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。 d. 控制系统：控制系统是用来实现CVT传动比无级自动变化的，多采用机—液控制系统或电—液控制系统。因为
题目要求只需设计金属带式CVT的机械部分，故在本文中只对前三部分进行设计。
2 、金属带式CVT的工作原理
金属带式CVT主要是通过改变主、从动轮和金属带的接触半径来实现传动
比的连续变化的。主、从动轮组都由可动锥盘和固定锥盘组成，可动锥盘可以
在主、从动轴上沿轴向移动。可动锥盘与固定锥盘之间形成的V型槽与V型金
属带相啮合。主动轮组的油缸控制主动轮组的可动锥盘沿轴向移动时，主动轮
组一侧的金属带随之沿V型槽移动，由于金属带的长度固定，因此从动轮组一
侧的金属带则沿V型槽向相反的方向移动，从动轮组的油缸此时则控制从动轮
组的可动锥盘沿轴向移动，以保持金属带的张紧力，保证来自发动机的动力得
到高效可靠的传递。金属带沿V型槽方向移动时，其在主动轮组和从动轮组上
的回转半径发生变化，从而实现传动比的连续变化。
三、国内外关于钢带无极变速的相关研究
现代无级变速器开发技术水平最高的是采用金属链带机械式无级变速器，例如奥迪A6multitronic无级变速器就采用了金属链条这一形式。目前除了奥迪以外，福特和通用也投入上亿美元巨资研制了从1.3升~2.0升汽车发动机所配用的无级变速器。以荷兰生产的无级变速器著名厂家VDT公司为例，目前按照发动机排量
主要有以下类型：采用电磁离合器作为起动装置，机械－液压传动或电控－液压传动系统，以外啮合齿轮泵作为液压源，适用于发动机排量1.3升以下的小型轿车。采用湿式多片离合器作为起动装置，机械－液压传动，动力传送采用金属链条，适用于发动机排量1.8升以下的中型轿车。还有采用新型金属链条，液力变矩器与无级变速器结合，全电子控制，适用于3.0升以下较大排量的豪华轿车。世界最大的变速器制造企业德国ZF公司也采用VDT技术，生产用于1.5升~2.5升中排量轿车的无级变速器系列，计有CFT系列，适用于前轮驱动发动机横置的轿车；CTT
系列，适用于前轮驱动发动机纵置的轿车；CRT系列，适用于各轮驱动发动机纵置的轿车。据荷兰VDT公司介绍，现在新的设计和技术已经解决了无级变速器过去存在的主要问题，因V型带损坏而出现的故障发生率只有千分之2.5，比例很低。如果不考虑所用传送带的差异，各种型号无级变速器的主要差别集中在发动机动力传递到主动带轮的过程以及带轮半径和夹紧力的控制方法上。2007中国汽车CVT国际学术研讨会暨中国齿协CVT工作组成立大会上宣布，由重庆工学院重庆汽车学院自主研发的汽车金属带式无级变速器示范生产线已建成。这项技术获得EM-CVT国家专利。目前国际上应用的金属带式无级变速器只有荷兰研发生产，全世界有60多种汽车品牌采用CVT技术，国内全部靠进口，自主研发的CVT只实验于吉利和众泰两款汽车。重庆工学院重庆汽车学院自1996年起开始研发金属带式无级速器。据了解，该项技术比手动档节油10%~15%，自动变速最佳工作状态超过国外技术20公里
四、钢带式无极变速器变速机构设计
金属带无级变速传动装置由主动带轮、从动带轮和V形钢带组成。主、从动带轮都是由固定锥盘和移动锥盘两部分组成，V形钢带主要由楔形金属块和钢质环带组成，V形钢带在主、从动带轮之间传递动力。V形钢带无级变速传动装置在进行变速时，主、从动带轮轴之间的距离保持不变，主、从动带轮的移动锥盘相对于其固定锥盘进行移动，锥盘的移动通常靠液压装置完成，当主动带轮移动锥盘靠近其固定锥盘时，从动带轮的移动锥盘则相应的向离开固定锥盘的方向移动。这种移动会使V形钢带做整体平移，改变主、从动带轮与V形钢带的接触摩擦节圆直径，主动带轮的传动半径增大，从动带轮的传动半径减小，因而传动比变小。
