輕型商務(wù)車變速器設(shè)計

第一章.緒論1.1課題背景及其意義無級變速器，也稱連續(xù)可變變速器[15]。無級變速是一個比較古老的說法,最先取得成功和應(yīng)用的是十八世紀(jì)德國Daimlar-Benz公司制造的汽油發(fā)動機，它是一種V形橡膠皮帶無級變速器，但是，由于其傳輸轉(zhuǎn)矩容量、可靠性、使用壽命等各方面的條件限制下，其應(yīng)用范圍非常有限。因此，自輕型商務(wù)車問世百余年來，其最基礎(chǔ)的傳動方式就是有級齒輪。但在1970年代中期，荷蘭VanDoorne'sTransmissieB.V公司研發(fā)了一種金屬皮帶式的無級變速傳動裝置，并將其簡稱為VDT-CVT。該無級自動變速器解決了以往各種傳動方式的不足，使其達(dá)到了真正的無級變速。VDT-CVT自1987年正式上市被使用后，至今已被全球各大車企采用，并自行研發(fā)。無級變速技術(shù)是目前最先進(jìn)的輕型商務(wù)車傳動技術(shù)之一，CVT技術(shù)正逐步被各國輕型商務(wù)車廠商所重視。目前，CVT的車型有奧迪A6，奧迪A4，南京菲亞特。CVT的綜合性能優(yōu)于手動變速器（MT）和自動變速器（AT)，可以與發(fā)動機進(jìn)行更好的動力匹配，因此，CVT成為當(dāng)前輕型商務(wù)車發(fā)展的主要方向之一。第二章．無極變速器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理2.1無級變速機構(gòu)它包括一個金屬傳動帶，一個主動輪組，一個被動輪組。其中，主動輪和被動輪組均為活動圓錐盤和靜止圓錐盤。如圖2-1圖2-1無極變速機構(gòu)示意圖2.2CVT的總體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。發(fā)動機扭矩由飛輪阻尼或扭矩變換器傳輸至CVT。在前進(jìn)擋的倒擋上，每個后擋都有一個多片離合CVT，它可以用行星齒輪和兩個離合器來完成前進(jìn)和后退。CVT是通過調(diào)整主錐輪和從動錐輪壓室的壓力來驅(qū)動可滑動錐輪，從而達(dá)到變速和變速的目的，并確保在較低的壓力下錐輪斜面與鋼帶之間的接觸壓力達(dá)到充分的接觸壓力。如圖2-3所示圖2-2CVT的總體結(jié)構(gòu)圖2-3無極變速器剖面VT2-VT3包括許多部件，按照各自的功能可以分成三類。第1類一機械傳動裝置該部分的作用是提供機械驅(qū)動和扭矩傳送。第2類一控制系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相關(guān)的部件，根據(jù)負(fù)載狀況和行駛需求，在一定時間內(nèi)，控制系統(tǒng)必須確保變速器能夠傳輸功率，并且在一定時間內(nèi)改變傳動比。第3類一外部連接裝置和與傳動裝置的外部相連的部件。在這些部件中，有的在變速箱里面，有的和變速箱相連接，還有一些部件是整個體系的一部分，但它們分散在車身的其它地方。其工作原理如圖所示圖2-4CVT基本工作原理2.3CVT的特點由上述CVT的組成及工作原理，不難得出它具有以下特點:（1）CVT能夠在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速，使其與發(fā)動機工作狀態(tài)相符合，從而改善輕型商務(wù)車的經(jīng)濟性。（2）輕型商務(wù)車的爬坡性能和加速性能取決于輕型商務(wù)車的后備功率，備用動力越多，車輛的動力性能也就越好。CVT具有無級變速特性，使其具有最大的備用功率，因此CVT的動力性能要比其他類型的變速器好很多。（3）CVT具有較大的速比工作范圍，可以在最優(yōu)狀態(tài)下運行，提高燃燒性能，減少尾氣排放。（4）因為CVT的速度比一直在變化，因此車輛的加速度和減速都很平穩(wěn)，并且很安全。（5）CVT沒有常規(guī)變速箱的傳動齒輪，也就沒有常規(guī)的變速器進(jìn)行換檔階段的跳躍，所以CVT輕型商務(wù)車在換檔時的頓挫也會隨之消失。CVT變速箱的線性輸出使得駕駛者在實際駕駛CVT車輛時會有很好的動力輸出，這也符合當(dāng)今消費者對駕駛舒適性的需求[1]。（6）CVT系統(tǒng)的構(gòu)造相對來說比較簡單，CVT零件的數(shù)量（大約200個）比AT（500個）要少將近300個，因此CVT傳動系統(tǒng)的總質(zhì)量要輕一些，生產(chǎn)成本也要低一些，當(dāng)然，它的重量也會相應(yīng)地減輕，在減少車身重量的情況下，車輛的燃油消耗會減少，加速度也會增加[1]。缺點：（1）CVT在傳遞扭矩的時候，主要是由鋼皮驅(qū)動，對鋼材的強度和剛度都有很高的要求，但目前的材料限制，在一定的韌性下，鋼帶所能承受的最大拉力和扭矩都是有限的。通常情況下，輕型商務(wù)車在排量大于2.8升或扭矩大于280Nm時，很難安裝CVT。(2)為了使CVT達(dá)到最優(yōu)的傳動比，需要采用精密的電控和液壓控制。這種改變滑輪工作半徑的主要是由液壓來控制錐盤的夾持力。(3)盡管CVT零部件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)比較簡單，但CVT一旦發(fā)生故障通常會非常嚴(yán)重，所以維護(hù)起來花費很大。(4)CVT屬于摩擦傳動，所能傳遞的最大功率收摩擦力矩的限制，由于是摩擦傳動，所以它的傳動效率也不高，這些也是帶式無級變速器的現(xiàn)有技術(shù)瓶頸。由于受所能傳遞的最大功率的限制，目前CVT多用在排量比較小的輕型商務(wù)車上。2.4CVT和傳統(tǒng)Auto的區(qū)別CVT與傳統(tǒng)的Auto相比，有兩個最大的不同：首先，該系統(tǒng)省卻了繁瑣、笨拙的齒輪組合變速裝置，僅采用兩組圓錐齒輪進(jìn)行換檔。傳動機構(gòu)主要依靠主、從動輪、金屬皮帶、輥子等實現(xiàn)無級變速。其次，其速度比率是連續(xù)的，是一組連續(xù)的數(shù)值。此使用該種變速器有以下這些優(yōu)勢:（1）當(dāng)車輛速度不變時，引擎的速度就會降低。（2）改善排放控制/減少燃油消耗量（3）NVH(噪音、振動、刺耳聲)相對比較低的。（4）加速比較平穩(wěn)。（5）在山區(qū)道路上能夠駕駛靈活。（6）結(jié)構(gòu)更簡單，體積更小。第三章．輕型商務(wù)車無級變速器的類型無級變速器的種類按照不同的形式可以分很多種,因此，根據(jù)其運行模式和驅(qū)動方式，可以分為三種類型：機械式、電動式、流體式三大類。圖3-1無極變速器制式介紹3.1電傳動式無級變速器的應(yīng)用此類無級變速系統(tǒng)由發(fā)電機、控制系統(tǒng)和牽引馬達(dá)三部分構(gòu)成。它具有傳輸功率大、易于控制、傳動效率高、噪音分貝小、環(huán)境污染少、自動化程度相對高、元件配置簡單、可以用燃料電池代替原動機等優(yōu)點[2],特別是在當(dāng)前，能源與環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻的今天。各國都在致力于解決環(huán)保與能源問題上的各種研發(fā)，由此加快點傳動式無極傳動系統(tǒng)的發(fā)展速度。但是，由于它的體積大、造價高，特別是在手動控制的情況下，控制器的結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，因此，當(dāng)前電傳動式無級變速器只適合用在礦山自卸車、大型鏟運機和輪式裝載機。3.2流體式無級變速器的應(yīng)用液體型CVT有兩類，一種是液力CVT，另一種是液壓CVT。廣泛應(yīng)用于轎車，公交車，商用車，重型車，工程車等。3.2.1液力無級變速器液壓機械式無級變速是目前發(fā)展最成熟、使用范圍最廣、綜合性能最好的一種[2]。一般的液壓傳動系統(tǒng)由三個部件構(gòu)成：泵輪、渦輪和導(dǎo)輪。在原動機的作用下，泵輪轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生動力，將機械能轉(zhuǎn)化成油液，產(chǎn)生一定動能的油液，將它轉(zhuǎn)化為機械能，通過與渦輪連接，驅(qū)動輕型商務(wù)車。渦輪機在輕型商務(wù)車運行工況的改變中發(fā)揮了轉(zhuǎn)矩的作用，并相應(yīng)地改變了車速?？稍谳^大的范圍內(nèi)持續(xù)地改變輸出速度，構(gòu)成液力機械無級變速。由于液壓傳動系統(tǒng)的變速范圍很小，通常會在后邊加入一階機械傳動，液力無級變速又稱為變矩器，通過液壓油的動能來傳輸能量，利用離合器的功能，也能使轉(zhuǎn)速、力矩連續(xù)地改變，因此，致使輕型商務(wù)車起步平穩(wěn)，加速更加迅速柔和，并具有良好的阻尼特性，能夠很好地適應(yīng)外部負(fù)荷的頻繁變動[10]。它的主要缺陷：結(jié)構(gòu)比較繁瑣，成本較大，效率不高。它的主要優(yōu)勢：使用簡便、駕駛員換擋次數(shù)少、傳動比轉(zhuǎn)換性好、持續(xù)、平滑、舒適度好、排放污染小、減少駕駛員疲勞、為駕駛員增加安全性。3.2.2液壓無級變速器液壓機械無級變速器（HMT），采用靜力無級調(diào)速器，行星減速輪系和分流匯流機構(gòu)所構(gòu)成的[11]44-48。液壓CVT的變速范圍廣，易于控制，使其達(dá)到最優(yōu)的穩(wěn)定性，尤其適合于復(fù)雜工作環(huán)境的工程車輛。所有，液壓式CVT已被普遍應(yīng)用在各樣的機械行業(yè)，特別是在工程機械方面。但是，目前輕型商務(wù)車液力驅(qū)動還面臨著兩個主要問題：一是傳動效率不高，以目前的液壓技術(shù)程度來看，其最大效率僅為75~85%，在一些工作條件下僅為50%~70%。在輕型商務(wù)車啟動或者低功率運行時，它的效率將會越來越低，二是由于高功率的油泵和電機難以生產(chǎn)，所以更加難以實現(xiàn)高精度的加工[10]12-14。液壓無級變速器有著以下特點：（1）能適應(yīng)不斷變化的外部負(fù)載，并且能實現(xiàn)連續(xù)無級變速。確保引擎處于最佳的動力點或節(jié)能點，從而改善了輕型商務(wù)車的動力性、經(jīng)濟性以及操作效率。（2）采用油液作為傳輸媒介，起到減振作用，減少動力系統(tǒng)的動態(tài)負(fù)荷，預(yù)防引擎過載、熄火，延長有關(guān)部件的使用年限。（3）具有良好的緩沖性能，能有效地降低震動，降低噪音，改善乘坐舒適度。（4）低穩(wěn)速運行可以改善輕型商務(wù)車在惡劣的條件下的通過率和低轉(zhuǎn)速工作品質(zhì)。（5）它具有輕巧、容易實現(xiàn)自動控制的特點，減輕了人工的勞動強度。與機械式無級變速器做比較的話,它具有傳動功率大、使用壽命長、體積小、質(zhì)量輕、慣性低、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等優(yōu)點。綜上所述,可以得出,液壓機械無級變速傳動在工程車輛等大功率傳動領(lǐng)域還是有著明顯的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景。3.3機械式無級變速器機械式無級變速變速器是在一般機械傳動的基礎(chǔ)上，加入微電腦控制的電液伺服自動變速裝置，目前已在一些低檔轎車，局部卡車和商業(yè)車輛中使用。機械式無級變速器有著組成結(jié)構(gòu)簡單，相對來說可靠性比較高，無級調(diào)速比較簡單等許多優(yōu)點。下章著重介紹一下機械式無極變速器。第四章．機械式無級變速器4.1輕型商務(wù)車機械式無級變速器的工作原理機械式無級變速器是一種傳動機構(gòu)，它包括三個部件：變速、調(diào)速、壓力和輸出機構(gòu)。它的工作原理是利用一種以聯(lián)軸器（或凸輪）裝置為脈沖發(fā)生器，把輸入軸的等速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成搖臂的往復(fù)運動，然后，利用單向超越離合器，把搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)化成一個單向的脈動轉(zhuǎn)動，無級變速主要是利用變速機構(gòu)來改變桿機構(gòu)中各個桿的大小比例，讓搖臂的擺角及其平均擺動速率持續(xù)變化[8]。它的作用特點就是：當(dāng)輸入速度恒定時，可以使輸出軸的速度在某一特定的區(qū)間內(nèi)不斷地改變，用來適應(yīng)各種運行條件下機械或生產(chǎn)系統(tǒng)的需要。當(dāng)與減速齒輪相配合時，可以使變速范圍和轉(zhuǎn)矩得到更大的擴展，從而達(dá)到提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、滿足產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的要求、節(jié)能、自動化等各方面的要求。因此，機械式無級變速器是一種普遍使用的傳動部件，已經(jīng)被普遍地使用在各個行業(yè)[4]。4.2輕型商務(wù)車機械式無級變速器的發(fā)展機械式無級變速裝置誕生于十九世紀(jì)七十年代，但因材料、工藝等因素的制約，其發(fā)展相對緩慢。直至二十世紀(jì)七十年代以后,70年代之后，首先，由于先進(jìn)的熔煉、熱處理、精密加工、數(shù)控機床等技術(shù)和牽引傳動理論以及潤滑油的產(chǎn)生和發(fā)展，才逐漸克服了制約因素；其次在達(dá)到機械化、自動化以及提高機械工作性能的同時，我們生活中對無級傳動系統(tǒng)應(yīng)用的需求也日益增多。所以，在這樣的情況下，機械式的無級變速傳動以飛快上升的趨勢迅速發(fā)展。日本，德國，意大利，美國，俄國等是機械式無級變速器研制開發(fā)的幾個核心大國。4.3輕型商務(wù)車機械式無級變速器的優(yōu)點二十世紀(jì)八十年代開始發(fā)展起來的輕型商務(wù)車機械無級變速器是一種新型的傳動形式，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)組成簡單，傳動效率較高，并且相對其他變速器來說環(huán)境適應(yīng)性較強，傳動穩(wěn)定十分可靠，操作和維修都比較方便[6]。與原來廣泛使用的MT和AT相比，其優(yōu)勢也是顯而易見的。（1）輕型商務(wù)車機械式無級變速器的發(fā)展是順應(yīng)了輕型商務(wù)車傳動系統(tǒng)從手工到自動化的發(fā)展趨勢。實現(xiàn)了無級變速器的自動平滑，操作簡單，避免了MT、AT在換擋過程中產(chǎn)生的跳動和撞擊，它減少了人工作業(yè)的工作量，減少了噪音，增加了駕駛的舒適度和安全可靠性。（2）輕型商務(wù)車機械無級變速器是有著恒定的功率特性，其輸出扭矩與速度呈反比關(guān)系，特征曲線呈雙曲線，以滿足車輛傳動系統(tǒng)的恒定輸出功率需求；與MT、AT的分檔變速箱相比，CVT的變速是連續(xù)的，它的速度快、平穩(wěn)，所以它能夠更好地滿足車輛在不同的道路條件下的行駛需求。（3）因為輕型商務(wù)車機械的無級變速器可以根據(jù)不同的行駛條件，及時地調(diào)節(jié)變速，這樣它就可以達(dá)到最優(yōu)的工況，達(dá)到最優(yōu)的性能，同時不會產(chǎn)生任何的碰撞和動力損失，達(dá)到最優(yōu)的燃油經(jīng)濟性；由于燃燒充分，尾氣排放量降低，對環(huán)境友好（比AT節(jié)省10%~17%的燃油消耗，降低10%左右的廢氣）。另外，CVT的特點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低，維護(hù)操作簡單，效率可高達(dá)90%，工作也比較穩(wěn)定。所以，可以說無級變速器是目前最先進(jìn)的一種新型變速器。目前，全球有數(shù)百萬輛不同型號的車輛都使用了這種技術(shù)，在未來的發(fā)展中，它將會是轎車傳動的主要類型，并且可以得到更好的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。4.4輕型商務(wù)車機械式無級變速器的類型機械式無級變速按其驅(qū)動方式可分為摩擦式、鏈?zhǔn)健胶兔}沖式四大類，按結(jié)構(gòu)可分成三十多類結(jié)構(gòu)形式。現(xiàn)在主要是著重介紹一下四大類無級變速器，其結(jié)構(gòu)特征和用途各有不同[5]。4.4.1摩擦式無級變速器摩擦式無級變速器指的是利用主和從動剛性部件（或者其它類型的可達(dá)N=(150-175)kW）的輸出速度，通常為n1=(750,150,3000)r/分鐘；一種傳動裝置，其輸出轉(zhuǎn)速可以正、反轉(zhuǎn)、加速或減速，最小轉(zhuǎn)速可以由中間元件降到零），在接觸面上產(chǎn)生的摩擦和油膜牽引，并且可以在接觸點上改變工作半徑來實現(xiàn)連續(xù)換擋。摩擦型無級變速傳動系統(tǒng)包括三個部件：摩擦變速傳動，傳遞動力；確保產(chǎn)生摩擦力所必需的壓力裝置；一種能使速度發(fā)生變化的速度調(diào)節(jié)器。優(yōu)點：摩擦式無級變速器具有運行平穩(wěn)，噪音小，可廣泛使用在食品、電子、輕工、化工、包裝等眾多的領(lǐng)域。缺點：摩擦型無級變速器具有較高的副接觸特性，傳動力矩低、使用壽命短[7]。4.4.2鏈?zhǔn)綗o級變速器鏈?zhǔn)綗o級變速器是一種以鏈輪和鋼制柔性鏈為傳動件進(jìn)行運動與傳遞動力的機械換檔設(shè)備。該變速器是一種應(yīng)用較廣、開發(fā)較早的普通傳動裝置。鏈?zhǔn)綗o級變速傳動系統(tǒng)包括三大部件：鏈輪、鏈條、調(diào)速機構(gòu)、鏈張緊加壓機構(gòu)，通過主、從動鏈輪的兩對圓錐圓盤的軸向運動來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。優(yōu)點：它與帶式無級變速器相比，結(jié)構(gòu)更加緊湊的原因是因為鏈?zhǔn)綗o級變速器具有更高的功率和耐磨性，使用壽命周期長；鋼鏈因其彈性遠(yuǎn)比V型皮帶大得多，因而具有較低的滑力和精確的調(diào)速。與剛性摩擦變速器相比，相對于剛性摩擦變速器來說，鏈條更具有彈性，能夠在不損壞齒輪表面的細(xì)小缺陷的情況下無損地通過；不像剛性摩擦變速器那么靈敏，不會在接觸表面產(chǎn)生局部腐蝕，從而導(dǎo)致傳動軌跡被破壞。其不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作難度大，至今尚無正規(guī)的產(chǎn)品。4.4.3帶式無級變速器其變速傳動機構(gòu)類似于鏈?zhǔn)阶兯倨?，由兩對從動帶輪和張緊帶構(gòu)成，其工作原理是：通過將驅(qū)動皮帶的左右兩側(cè)與圓錐圓盤相接觸后產(chǎn)生摩擦，并通過改變圓錐圓筒的軸向間距來調(diào)節(jié)其與驅(qū)動皮帶的接觸位置及工作半徑，達(dá)到無級變速。目前最常用的是無級變速器，它能讓三角皮帶工作在徑向上運動[14]。優(yōu)點：它的結(jié)構(gòu)簡單，易于無級變速，工作穩(wěn)定，能吸收震動，并有過載保護(hù)功能，成本低和更換操作簡單等。缺點：外觀尺寸比較大，變速局限性較大，起步等低速度，轉(zhuǎn)矩工況等仍然需要使用扭矩轉(zhuǎn)換器或啟動離合器[9]。其他傳動的廣泛使用在金屬切削機床、紡織機械、造紙機械、印刷機械上以及化工和食品方面的相關(guān)領(lǐng)域。4.4.4脈動式無級變速器脈沖式無級變速器的三大主要部件構(gòu)成分別是傳動機構(gòu)，輸出機構(gòu)和速度控制機構(gòu)。優(yōu)點：它的特點與摩擦式無級變速器相比，它的傳動裝置是一種幾何閉合式的低副機構(gòu)，工作具有很高的可靠度、承載性能高、速度變化性能比較平穩(wěn)。除此以外它的組成結(jié)構(gòu)簡單，體積小，制造比較容易，價格低廉等優(yōu)點。缺點：但由于連桿在運動過程中的慣性力很難達(dá)到均衡，而超越離合器是傳動系統(tǒng)中的一個薄弱環(huán)節(jié)，因此限制了它的使用。雖然國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，但是還存在一些問題：（1）動力學(xué)特性(振動、噪聲等)較差,附加動載荷以及速度波動脈動值大,傳動效率低。（2）在帶有滑動子的機械裝置（例如脈動發(fā)生器）中，會有著許多對誤差敏感、妨礙穩(wěn)定運行的過度限制。由于過約束體系的阻尼和超靜定特性，會造成各部件和各運動副元件在運行時發(fā)生強迫變形，從而使各機構(gòu)的受力大幅增加，從而降低機械效率，加速齒輪的磨損，由此降低機械工作的可靠性、精度要求和使用周期。（3）目前對此變速器的關(guān)鍵組件：超速離合器的承載性能、工作過程、動力學(xué)特性的相關(guān)問題上匱乏對系統(tǒng)的理論分析[12]11-112。在世界范圍內(nèi)，德國、美國、日本等國家，技術(shù)先進(jìn)，主要是德國GUSA和美國ZERO-MAX系列[16]。當(dāng)前這類變速器普遍適用于低功率、中低轉(zhuǎn)速、對旋轉(zhuǎn)均勻度要求不高的情況，廣泛用于紡織，化工，輕工，建筑，塑料，造紙，食品，制藥等行業(yè)，以及各類機械設(shè)備的輸送設(shè)備。在起重機機械和一些機床的進(jìn)給箱中也有應(yīng)用，還可用于吊車、某些機床的送料盒。此類變速器具有許多優(yōu)點，因此它的應(yīng)用范圍將會越來越廣，對這類變速器的需求量也會越來越大[16]。4.5輕型商務(wù)車機械式無級變速器的改進(jìn)措施通過查閱相關(guān)CVT的資料可知道機械式無級變速器最主要的缺點有以下幾類：（1）金屬帶材料的材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)和參數(shù)都有待進(jìn)一步改善和完善，其傳遞扭矩的能力也有待進(jìn)一步提去改進(jìn)提高。（2）在傳動時，皮帶的軸向位移會造成主、從動帶輪的中心平面不在一個水平面上，造成帶在運行時的變形，造成帶的進(jìn)、出兩個方向的碰撞，噪聲大，傳動不平穩(wěn)，帶的使用壽命會大幅度降低?，F(xiàn)有的改進(jìn)設(shè)計方法是將帶輪與金屬帶接觸時的圓錐形狀改為圓錐，而使主、從動帶輪沿對稱方向轉(zhuǎn)動，使兩個帶輪的中心平面不發(fā)生偏移。（3）在實際操作中，也存在一些不足之處，比如在啟動和低速時，總會有一種無級變速器獨一無二的滯澀、不流暢的感覺。在緊急停車后重新啟動，有時會出現(xiàn)低速不能啟動的情況。（4）控制系統(tǒng)也存在很多問題，主要問題有換檔調(diào)速器、傳動皮帶的夾持力和啟動控制等。針對上述的缺點本文主要就（1）和（2）兩條問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化改進(jìn)，從優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)對比上顯示達(dá)到一定優(yōu)化改進(jìn)效果。4.5.1對金屬V帶的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)當(dāng)前已經(jīng)投入生產(chǎn)和廣泛使用的兩種傳動V帶，不管是VDT金屬V帶或者是傳統(tǒng)的多片鏈?zhǔn)絍帶都有著零件繁多，制造技術(shù)繁瑣，成本價格偏高，導(dǎo)致裝有無級變速器的輕型商務(wù)車比手動檔的輕型商務(wù)車要貴得多，不益于能更好的開發(fā)輕型商務(wù)車市場等相關(guān)問題。因此對現(xiàn)有的金屬V帶進(jìn)行結(jié)構(gòu)或材質(zhì)上的設(shè)計改進(jìn)，主要從本低廉、工藝操作簡單不復(fù)雜，、性能穩(wěn)定和實用等方面著手提出解決方案。傳統(tǒng)金屬片式V帶具有以下缺點：（1）一根V帶要200～300塊金屬片，每塊金屬片有5個工作面，一共就有300×5=1500個工作面，為了保持這1500個工作面的精度、粗糙度的一致，會導(dǎo)致加工量很大，造成成本支出過高。（2）金屬片V帶的重量較大，使用鋼材較多。這些問題，在金屬片V帶的基礎(chǔ)上，很難改進(jìn)，為此只能另找出路，經(jīng)過研究，提出柱繩式V帶的新結(jié)構(gòu)。柱繩式V帶由并列的鋼柱為經(jīng)線，鋼絲繩為緯線，將其編織在一起，再在外邊壓上橡膠而成。為了看清骨架結(jié)構(gòu)情況，圖中骨架用粗實線，外廓用細(xì)實線，首先，要承受皮帶輪V形槽面的正壓力，就要有一定強度的鋼制件，這里將原金屬片換成金屬柱，它的優(yōu)點是能承受較強的正壓力和摩擦力，但圓柱之間不接觸，因此對精度的要求就會很低。其次，為了將金屬柱連接在一起，用鋼絲繩像織布一樣編織起來。其結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1新型復(fù)臺鏈帶本新型鏈帶是由鋼柱1和鋼絲繩2組成，鋼柱兩頭端面銑為與帶輪楔角配合的圓錐面，鋼柱的中間部分尺寸減少，為鋼絲繩提供空間，然后用鋼絲繩均勻地將鋼柱纏繞起來，形成一根完整的型帶。傳動中，鋼柱受軸向壓力，而鋼絲繩承受縱向拉力。這種V帶，較前述V帶的優(yōu)點有：（1）圓柱不互相接觸，要求加工精度低，成本成倍下降；（2）一根V帶的圓柱數(shù)一般為50～60根，比前述V帶金屬片為250～300片少數(shù)倍，因此，重量輕數(shù)倍；（3）鋼絲繩的各向柔性比環(huán)形鋼帶好，不易疲勞，且為標(biāo)準(zhǔn)件，價格低下。查閱相關(guān)此優(yōu)化改進(jìn)型V帶，與傳統(tǒng)金屬V帶進(jìn)行有限元仿真對比分析，發(fā)現(xiàn)在CVT的性能改進(jìn)上有以下優(yōu)勢：（1）本新型V帶的單根的傳動功率在11Kw以上，最大滑差率為2.3%。（2）本新型V帶的可傳遞扭矩為200Nm以上，并能連續(xù)的運轉(zhuǎn)300小時以上，帶體無明顯的損壞，達(dá)到設(shè)計的性能要求。與傳統(tǒng)V待傳遞的扭矩增大了90%,同時運行可靠性程度也得到了極大的改善。4.5.2對帶輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)在轉(zhuǎn)矩傳遞時，由于傳動部件的結(jié)構(gòu)特殊，CVT在工作時帶輪會發(fā)生軸向形變，使得帶輪和金屬帶受力情況復(fù)雜,對整個CVT的傳動性和壽命都能產(chǎn)生很嚴(yán)重的影響，本文以從動帶輪（實物如圖4-2所示）的結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行說明。圖4-2從動帶輪實物圖對既有從動帶輪進(jìn)行CATIA三維建模并進(jìn)行有限分析得到其在不同場景下發(fā)生的形變程度，如相同軸向力不同轉(zhuǎn)速比下的軸向形變、相同轉(zhuǎn)速比不同扭矩下的軸向形變等，可得到傳統(tǒng)的從動帶輪存在的軸向變形的影響區(qū)域，仿真顯示帶輪包角中心位置的軸向變形量對帶輪傳動效率有很大影響。對于從動帶輪而言，在速比一定的情況下，帶輪等效剛度越大，轉(zhuǎn)矩?fù)p失越小，因此可將從動帶輪的等效剛度最大作為優(yōu)化目標(biāo)，同時為保證帶輪工作具有實時性、不會產(chǎn)生遲滯，需要保證帶輪的轉(zhuǎn)動慣量盡可能小。優(yōu)化后的從動帶輪結(jié)構(gòu)如圖4-3所示：圖4-3從動帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化示意對優(yōu)化后的從動帶輪進(jìn)行有限元仿真分析結(jié)果與既有的帶輪之間如下：（1）優(yōu)化后的帶輪軸向變形量得到了減小，當(dāng)軸向變形量減小，帶輪相應(yīng)的等效剛度增大，從而驗證了優(yōu)化結(jié)果的可靠性；（2）在相同等效剛度、不同轉(zhuǎn)矩下及相同轉(zhuǎn)矩、不同等效剛度下，優(yōu)化前后的帶輪的轉(zhuǎn)矩?fù)p失變化趨勢一致，因此優(yōu)化后的帶輪在轉(zhuǎn)矩?fù)p失上與優(yōu)化前基本無異；（3）帶輪發(fā)生軸向形變時會導(dǎo)致帶輪軸的撓曲，帶輪軸的撓曲進(jìn)而會影響齒輪與中間軸齒輪的嚙合產(chǎn)生偏載，優(yōu)化后的從動帶輪的撓曲效應(yīng)得到極大改善。第五章．結(jié)論由綜上所述可以得出在機械式、電動式及流體式三者相比較時,機械無級變速器其特點是輸出恒定的功率、高的傳動效率、大的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩、并且結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、維修操作方便簡單、成本費用低、類型也較多、其使用范圍的局限