金屬帶式汽車無級變速器傳動機構設計-CVT型【6張cad圖紙+文檔全套資料】

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SY-025-BY-3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 郭蕾 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程07-11班 指導教師姓名 安永東 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 金屬帶式汽車無級變速器傳動機構設計 一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義 1、研究現(xiàn)狀 近年來，隨著車輛技術的進步和道路上車輛密度的加大，汽車已經成為現(xiàn)代文明社會重要的組成部分，人們對汽車的各項性能也提出了更高的要求，特別是經濟性和動力性方面?，F(xiàn)在為了提高汽車的這些性能，人們嘗試了多項努力。本文就是在這背景下完成的。堅持以原有的傳動系統(tǒng)結構，采用新型的金屬帶式無級變速器(CVT)替代原有的有級變速裝置。金屬帶式無級變速器(CVT)作為汽車理想的變速傳動裝置，具有廣闊的發(fā)展前景和市場空間，與目前應用較廣的自動變速器(AT)相比，其性能優(yōu)良、結構簡單、可以實現(xiàn)汽車的無級變速。無級變速傳動系統(tǒng)匹配及控制是實現(xiàn)車輛性能的關鍵技術之一,通過合理地控制無級變速器，可以使汽車按駕駛員的意圖在汽車的行駛阻力和發(fā)動機輸出功率之間自動實現(xiàn)動態(tài)最佳匹配，保證發(fā)動機在理想的工況下運行, 以便把汽車的經濟性、動力性發(fā)揮到極限狀態(tài)。金屬帶式無級變速器越來越受到人們的重視并且獲得了較快的發(fā)展，世界上主要的汽車廠商也都在進行無級變速器的研發(fā)工作。 ⑴ 國外無級變速器的研究動態(tài) 金屬帶式CVT的裝車使用只有十幾年的時間,但是CVT技術的發(fā)展已有100多年的歷史，1886年，Daimler Benz 在首輛采用汽油機的汽車上裝上了橡膠帶CVT。1906年，美國卡特車裝用了簡單的金屬盤摩擦傳動無級變速器。1930年在Austin Sixteen車上，裝用了牽引式CVT。電子控制技術特別是計算機控制技術的發(fā)展，使得無級變速傳動得到應用與發(fā)展。20世紀60年代后期，荷蘭工程師Van Doorne研究出金屬帶CVT，并裝備于DAF公司制造的小型轎車上。但是由于橡膠帶式CVT存在一系列的缺陷，如傳遞功率有限、傳遞轉矩低、傳動帶和夾緊機構的能量損失較大、以及使用壽命短等，因而沒有被汽車行業(yè)普遍接受。1972年H.Van Doorne博士發(fā)明了金屬傳動帶，解決了橡膠帶使用壽命低、傳遞功率小的本質缺陷。1978年，意大利Fiat公司的汽車開始裝用Van Doorne CVT。1987年，美國Ford公司的汽車裝有這種CVT，很快引起汽車工業(yè)的關注。1997年上半年，日本日產公司開發(fā)了使用在2.0L汽車上的CVT。在此基礎上，日產公司在1998年開發(fā)了一款中型轎車，設計了包含一個手動換檔模式的CVT。新型CVT采用一個最新研制的高強度寬鋼帶和一個高效率液壓控制系統(tǒng)，這些新技術的應用使CVT可傳遞更大轉矩。日產公司研究開發(fā)的CVT電子控制技術，增加了發(fā)動機的制動模式，使汽車在下坡時可以一直根據(jù)車速實現(xiàn)發(fā)動機制動，而不是采用常規(guī)制動器限速，解決了長距離制動引起制動器發(fā)熱的問題。同時在濕滑路面上能夠平順地增加速比來防止打滑。日產公司計劃將它的CVT的應用范圍從1.0L擴大到3.0L的轎車。日本三菱公司選用CVT傳動技術與直噴式發(fā)動機組合，可以保證在所有速比下，實現(xiàn)發(fā)動機動力平順無間斷地傳遞。CVT根除了傳統(tǒng)的自動變速器換檔時動力不連續(xù)現(xiàn)象以及頓挫感，從而獲得更滿意的響應速度和控制性能。日本富士重工擁有15年開發(fā)CVT的經驗。1997年5月，富士重工將它的Vistro微型車裝配了E-CVT(設有六檔手動換檔模式的CVT)。1999年上半年，美國的福特公司和德國ZF公司合作，在巴達維亞和俄亥俄州合資建廠,為福特公司的轎車和輕型載貨車設計 CVT變速器，從2001年開始投入生產。除經典的前置前驅方式外，ZF公司還設計有發(fā)動機縱置前輪驅動、發(fā)動機縱置后輪驅動的CVT產品系列。經過10多年的不斷完善，CVT傳動技術由早期的小排量逐漸發(fā)展到大中排量轎車，其傳遞功率已超過150KW，轉矩已超過350Nm。目前，市場上的CVT有三種產品：P821型，采用電磁離合器作為起動裝置，機—液或電—液控制系統(tǒng)，以外齒輪泵作為液壓源，實用于發(fā)動機排量在1.3以下的小型轎車；P811型，實用于發(fā)動機排量在1. 8以下的中型轎車；P844型，采用新型金屬傳動帶，將液力變矩器與CVT綜合，全電子控制系統(tǒng)，實用于發(fā)動機排量在3. 3以下的豪華轎車。日本在研制CVT的初期，即將電子控制技術與CVT技術結合，成功地開發(fā)出電子控制技術的CVT，即ECVT，陸續(xù)裝在Rex，Sambar和Justy上。1990年美國生產出計算機控制的無級調速液壓自動變速器(CVT),此后日本、美國、德國等轎車生產商大多采用此項技術。 ⑵ 國內無級變速器的研究動態(tài) 國內對汽車無級變速器的研究最早可追述到60年代，清華大學的宋鏡滾教授對汽車橡膠帶無級變速器進行了研究，用傳統(tǒng)的Euler理論對橡膠V帶無級變速傳動進行了分析，對彎曲、拉伸所產生的帶應力及應力對帶疲勞壽命的影響進行了分析，并提出了相應結構上的改進措施，以及汽車車速——油門兩參數(shù)匹配控制的簡單原理。80年代中期哈爾濱工業(yè)大學載人航天器設計教研室的楊滌教授在美國作訪問學者期間，與美國California-Davis大學的Andrew A. Frank教授合作，從純控制理論的角度，對CVT非線性動力傳動系統(tǒng)進行了實驗和仿真研究。80年代末東北大學的程乃士教授從德國回國后，開始了CVT鋼帶的試制工作，并應用鍵合圖理論，推導了VDT公司P811 變速器液壓控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程，但沒有具體的參數(shù)和仿真結果。90年代初北京理工大學的姜正根教授在兵器工業(yè)部的資助下，開展了CVT的研究，在購買了國外的鋼帶后，設計制造了簡單的實驗裝置，但由于同為兵器工業(yè)部的長安集團對該項目不認可，CVT項目沒有進一步的進展。清華大學曾嘗試對金屬帶CVT進行研究，武漢工學院也試圖對汽車牽引式CVT進行研究。90年代初，華南理工大學黃向東教授從意大利學成歸國，在國家自然科學基金青年基金的資助下，開展了金屬帶CVT的研究，試制了H型金屬鋼帶，對CVT的匹配控制規(guī)律進行了研究，并推導了CVT過渡狀態(tài)的理想調速率，指出了速比調節(jié)的方向和速率，該調節(jié)規(guī)律申請了國家專利。上海交通大學花家壽教授在上海齒輪箱廠的資助下，以VDT公司的P811樣機為實驗件搭建了CVT傳動實驗臺。湖南大學以周云山教授和薛殿倫博士為首的CVT研發(fā)小組，具有多年從事無級變速器的研究經驗。多年的潛心研究，消化了國外的先進技術，已經掌握無級變速器與整車的動力匹配規(guī)律、速比控制方法、離合器起步過程控制以及液壓控制系統(tǒng)設計等關鍵技術?？偠灾?，從國內外對 CVT 的研究狀況來看，CVT是一項實踐性非常強的技術，國內外對金屬帶CVT的研究方興未艾。 金屬帶式無級變速器的結構、力學分析、傳動效率等，在國外已研究成熟，國外的研究熱點主要集中在CV T電液控制系統(tǒng)的控制策略上，如CVT電液控制系統(tǒng)的智能PID控制、魯棒控制、模糊控制、神經網絡控制等。金屬帶式無級變速器的結構、力學分析、傳動效率等研究在國內已取得很大的進展，但CVT電液控制系統(tǒng)的控制策略、實驗仿真等研究在國內剛剛起步。 2、目的、依據(jù)和意義 汽車界對CVT技術的研究開發(fā)日益重視，特別是在微型轎車中，CVT被認為是最佳的傳動裝置。隨著汽車電子技術的發(fā)展，電子技術與自動控制技術的不斷應用，使得CVT的總體性能比同類的AT更為突出。根據(jù)世界各汽車公司按不同的試驗標準對CVT進行試驗，結果表明，CVT與同類四檔自動變速器相比：加速性能可提高10%，燃油經濟性提高10%~15%，排放降低10%，平順性更好。 金屬帶式無級變速器是汽車理想的傳動系統(tǒng)，它可提高汽車的經濟性，改善汽車的動力性，便于操作是汽車的核心技術之一。金屬帶式無級變速器的結構、變速原理、受力情況等已經研究成熟，但國內CVT的關鍵技術——電液伺服系統(tǒng)控制方法的研究尚處于起步階段，國外研究得也不成熟。目前CVT控制策略的研究是CVT研究的熱點，隨著CVT控制策略研究的深入，金屬帶式無級變速器國產化的日子指日可待。金屬帶式無級變速器的試驗應包括專用臺架及路況試驗，CVT專用臺架技術由世界上少數(shù)幾個大公司壟斷，如ZF公司、Doorne公司等，CVT所有的動態(tài)實驗都能在專用臺架上進行，但專用臺架造價高，國內外研究人員研究CVT的動態(tài)特性時大多在自制的簡易實驗臺上并配合仿真進行。結合金屬帶式無級變速器，設計金屬帶式無級變速器的傳動機構，使變速機構實現(xiàn)迅速、準確的變速。 此次對金屬帶式汽車無級變速器傳動機構的計，其目的主要有： 一是重點培養(yǎng)學生的設計、團隊溝通協(xié)作能力，使學生能夠盡快適應企業(yè)需求，為企業(yè)挑選優(yōu)秀適用人才提供平臺； 二是通過設計交流創(chuàng)造學術競爭氛圍，為師生之間、同學之間提供良好的交流平臺，進而推動學科建設的提升； 金屬帶式汽車無級變速器傳動機構設計在提高和檢驗汽車行業(yè)院校學生的綜合素質，為汽車工業(yè)健康、快速和可持續(xù)發(fā)展積蓄人才,對增進產、學、研三方的交流與互動合作等方面具有十分廣泛的意義。 毫無疑問，對于對汽車的了解僅限于書本和個人駕乘體驗的大學生而言，能夠獨立的完成金屬帶式汽車無級變速器傳動機構設計，是一段非常富有挑戰(zhàn)的過程，同時也是一段受益頗豐的過程。在大腦一片空白的開始、興奮的初步設計、激烈的爭執(zhí)、無可奈何的妥協(xié)、令人抓狂的一次次返工、絞盡腦汁的解決難題之后，設計者能獲得的不僅僅是CAD、ANSYS等軟件的熟練運用以及對焊接、定位、機加工等技術特征的掌握,更有汽車工程師的基本素養(yǎng)和豐富實踐經驗。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內容 （1）研究汽車無級變速器的工作原理和結構特點； （2）根據(jù)設計參數(shù)并結合結構工藝性等要求確定無級變速器傳動方案； （3）根據(jù)無級變速器傳動方案確定無級變速機構的設計； （4）中間減速機構的設計按齒輪受力、轉速、噪聲要求等情況選擇齒輪的變位系數(shù)、壓力角、螺旋角、模數(shù)和齒頂高系數(shù)； （5）撰寫設計說明書并完成主要總成裝配圖，零件圖。 2、擬解決的主要問題 （1）金屬帶式無級變速器傳動摩擦副的共軛關系； （2）金屬帶式無級變速的金屬帶傳動的力分析； （3）金屬帶帶環(huán)的應力與強度分析，帶輪與摩擦片的接觸強度計算； （4）直母線錐盤導致的金屬帶偏斜及其影響； （5）金屬帶傳動的摩擦因數(shù)和傳動效率； （6）金屬帶傳動的傳動能力和帶輪軸向推力的確定； （7）摩擦傳動原理和摩擦因數(shù)； （8）離合器換向機構的設計要點，如倒檔行星機構的運動學設計和強度計算。 三、技術路線（研究方法） 市場調查，收集資料 理解金屬帶式變速器的工作原理和結構特點 主傳動部分的運動分析 無級變速機構的設計 中間減速機構的設計 對傳動機構進行校核分析 總體傳動方案的設計與選擇 繪制總體傳遞動力路線圖 繪制裝配圖以及相應零件圖 撰寫設計說明書，繪制總裝配圖及零件圖 最終形成研究成果 Y N 四、進度安排 1、進行文獻檢索，查看相關資料，對課題的基本內容有一定的認識和了解，并完成開題報告。第1-2周（2月28日～3月11日） 2、初步確定設計的總體方案，討論確定方案；對無級變速器的傳動機構進行初步設計。第3-6周（3月14日～4月8日） 3、提交設計草稿，進行討論，修定。第7周（4月11日～4月15日） 4、無級變速機構、中間減速機構的設計，繪制裝配圖及相應零件圖。第8-12周（4月18日～5月20日） 5、提交正式設計，教師審核。第13-14周（5月23日～6月3日） 6、按照審核意見進行修改。第15周（6月6日～6月10日） 7、整理所有材料，裝訂成冊，準備答辯。第16周（6月13日～6月17日） 五、參考文獻 [1] 陳家瑞.汽車構造[M].北京:人民交通出版社，2002，(08). 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