带式无级变速器的设计说明书

目 录摘 要IIAbstractIII1 绪论42 汽车无级变速的种类和特点52.1宽V带式无级变速器52.2动力滚子环盘无级变速器52.3摆销链式带式无级变速器52.4 金属带式无级变速器62.5 CVT汽车能节油的原理72.6 无级变速器使用的注意事项72.7 CVT变速箱将来的发展方向83 CVT变速箱的工作方式93.1 金属带式无级变速器的组件93.2 CVT的几何联系和基本参数103.3 金属带式无级变速器传动参数设计133.3.1 输入轴参数设计133.3.2 金属带轮参数设计144 金属带式无极变速器传动和载重量检查164.1 摩擦传动原理和摩擦因数164.1.1 摩擦传动原理164.1.2 摩擦因数174.2 金属带传动的力分析174.2.1 金属带上的作用力即各力的关系174.3 带环的强度计算194.3.1 带环的静强度计算194.3.2 带环的疲劳强度计算205 金属带式无级变速器的内部参数设计215.1 汽车传动系的结构组成与任务215.2 无级变速器运动参数设计215.2.1 变速比Rb215.2.2 发动机最小燃油消耗特性215.2.3 汽车齿轮减速比和CVT传动比226 双行星轮行星变档设计246.1 换向机构组成及工作原理246.2 前进、倒档离合器246.3双行星齿轮参数设计25结 论29参考文献30致 谢32II带式无级变速器设计摘 要无级变速器是使用动力传动的带以及改变工作直径来传传输动力的主动轮和从动轮组合起来的。当汽车的发动机处于完美工作速度时，会使空气完全进入或放出发动机气缸，燃油消耗降低并且排放污染也会降低。但是，速度不是这个时，排气不彻底、燃油消耗和尾气污染会增加等问题会接踵而来。无级变速器在这方面的潜力还是很明显的，再看看其他自动变速器差距还是很大的，无级变速器具有变矩器和无级机械无级变速器的共同的优点：操作简单、坐车的人舒服、传动效率较高等。更重要的是，它可以调整发动机负荷并协调车辆行驶时的最优行驶状态，使汽车在牵引特性的方面得到最佳平衡，无需阻断动力源即可实现速度的调控，发动机的潜在性能得到体现，很好的降低了汽车的燃油费用。本文首先对金属带式无级变速器的类型、特点、研究状况和发展趋势进行了介绍；并介绍了带与带轮的几何关系，并对其传动参数进行设计，然后通过简要介绍摩擦传动原理的一些相关知识，阐述了金属带式无级变速器的工作状况；由于相对简单的工作原理和控制原理，CVT变速箱能比（AT）变速箱更紧凑，更轻，成本更低。最后确定传动方案，零件结构，以及对金属带传动的力分析，带环带轮的应力分析计算，从而设计出传输效率高，运动转矩好的金属带式无级变速器。关键词：无级变速器；金属带；CVT；摩擦传动IIMetal V-belt CVT(Continuously Variable-Transmission)AbstractContinuously variable transmission is a combination of driving wheels and driven wheels which use power transmission belts and change working diameters to transmit power.When the automobile engine is in perfect working speed, air will enter or exit the engine cylinder completely, fuel consumption will be reduced and emission pollution will also be reduced. However, when the speed is not this, problems such as incomplete exhaust, increased fuel consumption and exhaust pollution will follow. The potential of continuously variable transmission in this respect is still obvious, and look at the gap between other automatic transmissions. continuously variable transmission has the common advantages of torque converter and continuously variable mechanical transmission: simple operation, comfortable ride and high transmission efficiency. More importantly, it can adjust the engine load and coordinate the optimal running state when the vehicle is running, so as to make the vehicle get the best balance in terms of traction characteristics, and speed can be adjusted and controlled without blocking the power source; the potential performance of the engine is reflected, and the fuel cost of the vehicle is well reduced.This paper firstly introduces the types, characteristics, research status and development trend of metal belt CVT. The geometric relationship between belt and pulley is introduced, and its transmission parameters are designed. then, by briefly introducing some related knowledge of friction transmission principle, the working condition of metal belt CVT is expounded. Because of the relatively simple working principle and control principle, CVT transmission can be more compact, lighter and cheaper than AT transmission.Finally, the transmission scheme, part structure, force analysis of metal belt transmission and stress analysis and calculation of belt pulley are determined, thus designing a metal belt CVT with high transmission efficiency and good movement torque.Key words: Continuously variable transmission; Metal belt; CVT; FrictionIII1 绪论现在家家户户基本都有了汽车，而且交通也变得发达，大多数人已经不喜欢以前的手动挡和自动挡车辆，在市区开车，手动挡汽车的不停换挡，非常麻烦，弄不好会发生碰撞1；常见的燃料消耗问题在自动变速器中广受批评，因此无级变速器已经慢慢的进入了人们的生活，比比皆是的就是金属带式无级变速器了，若是跟有级自动挡汽车与手动挡汽车比的话，手动挡在动力方面、燃油量方面、操控方面和乘坐体验方面都有明显的优势2；此外，无级变速器相比于其他变速器，结构简单、传动链少、零件数少、从而使变速器所占空间较小、动力损耗较少、车体重量更轻；由于生产量大，成本也不是非常高。而且设计金属带式无级变速器在提高汽车的行驶性能和优化汽车尾气排放具有重要的现实意义，有待进一步的研究和改进4。汽车中最重要的就是变速器了，变速器的质量如何，会最主观得体现出它的使用性能，并且会影响动力传输和燃油消耗。就如变速箱的齿轮吧，变速器的扭矩由它直接传递和输入，工作环境非常的艰难，还很有可能会让齿轮轮齿断裂，降低其寿命，会让变速箱在运作是有较大的噪音等有害因素。变速器的作用就是让汽车的速度还有转矩得到改变，让其可以倒车或者空档依靠惯性行走等。要使汽车的烧油减少、动力充足，变速器的每个不同参数都是不可缺少的。如果一个性能好的发动机，但是和他相配合的是一个性能很差的变速器，那么就算再好的发动机也无济于事，也发挥不出很好的效果。所以，选择变速器的结构和各项参数等就会是个非常值得慎重考虑的地方8。早在1965年初，有家荷兰公司就为小型车使用了宽V带，但胶带的耐热性差、抗拉性弱所以投入使用的寿命短、传输率非常低，CVT很快取而代之。金属带式无级变速器最早是由范多尼斯发明的，他是荷兰VDT公司的，现在的发展速度是越来越快，年产量到了400w台。然而由金属带强度极限受限，现在金属带式无级变速器主要只用于排量低于2.0升，最大扭矩是25O（牛米）的车辆。此外，它Ra比只有5.5左右,变速度只在20至110公里/小时里，大多数人对此还不是太满意。所以在对其的探讨和科研方面还要加油，改善金属带的传动效率、增加变速器的传动比、增大金属带的最大承受转矩和使用寿命是未来研究和研发的主要努力方向7。82 汽车无级变速的种类和特点2.1宽V带式无级变速器荷兰DAF公司在1965前生产的就是这个带式无级变速器，大量运用在微小型汽车上，共生产了80w辆汽车。由于它的使用年限和传输性能不好，从而要对金属带式无级变速器进行探求与开拓。2.2动力滚子环盘无级变速器英国特罗特拉克发明环盘滚式无级变速器，如图2.1所示。通过摩擦力把输入盘的运动和动力传递到动力滚针，动力滚子传递运动和动力到输出托盘。当滚轮沿轴旋转，使动力滚子在两盘环上的贴合点不停改动，让输入锥盘与输出锥盘的工作转动半径改变，来进行无级变速。图2.1滚子无级变速器工作原理图2.3摆销链式带式无级变速器图2.2是由luk公司成功用在奥迪汽车上的。差异于金属带式无级变速器的是它的连续可变传动只能是低档位，由于链传动里，多边形效应将造成较大的振动、噪声和一些应力。因此在新的结构中，链板的安装可以减少振动和噪音。但由于较低的传输速率，大的轴向力和传递扭矩会使液压系统油液压力加大（约8至9MPa），而摩擦盘离合器对油的压力要求不高，该液压系统就不会太简单。因此，若是将多边形效应在原有的基础上减少，会很好地提高传输性能，并且结构设计会简单化，成本也会降低。图 2.2 Multitronic的3D解析图2.4 金属带式无级变速器金属带式无级变速器是荷兰VDT范多尼斯的研究成果，金属带式传动能很好地增加了传输效率、稳定性和金属带的使用年限，在30至40年的研发后，这已经成为一个成熟的技术，在无级变速汽车发展中都是举足轻重的，现在的发展速度是越来越快，年产量到了400w台。其主要部件是由一些组件组成的一个金属带。如图2.3所示，它的的组件是9至12个堆叠的钢带环和350至400的金属钢片。这个钢环材料，是最麻烦的制造工艺，为了达到高强度（ 2000MPa），带环各层之间没有间距。图2.4所示其工作方式，主、从动两对锥形盘夹紧金属带输入动力与摩擦扭矩。为了得到不断变化传动比，主、从动锥齿轮动锥盘的轴向运动让带的径向工作半径不断改变，这就是无级变速。 1-刚带环 2-钢片图2.3 金属带组件图2.4 CVT的重点零件2.5 CVT汽车能节油的原理当汽车的发动机处于完美工作速度时，会使空气完全进入或放出发动机缸，燃油消耗降低并且排放污染也会降低。但是，速度不是这个时，排气不彻底、燃油消耗和尾气污染会增加等问题会接踵而来。速度对于车辆来说是没有固定值的，MT与AT的档位基本都是凭借于引擎转速来适应在车辆行驶各种速度，所以很难得到最佳工作条件；外洋数据表明，使用无极变速器的车的燃油消耗会减少百分之7至百分之153。2.6 无级变速器使用的注意事项驾驶CVT无级变速器的车要留意：1、开车时不要让主动齿轮换档杆置于“N”。2、把车由向前变向后时，绝对不要让车移动，紧紧地刹车后再换挡。3、走陡的地方时档位一定要低，让发动机发挥制动。5、CVT大多数控制都是由液压油控制的，那么必然要在规定的时间检查无级变速器油质，油量并及时对油的进行更换。4、为了使燃油降低，自动模式下的CVT最好，这可能是发动机和变速箱都保持最佳的关键。6、金属带式无级变速器，相关的元件或电路维修均为特殊的程序，能使CVT运动设置在正常工作状态，要到专门的地方维修。2.7 CVT变速箱将来的发展方向以后CVT技术的进步可以从下面几个地方剖析：1.CVT部件由于传递扭矩容量和独特性又更上一层的推式传动带和传动链，因为生产得越来越多，而且大部分都是机械化生产，生产耗费会下降。皮带轮系统的优化设计不仅可以使质量与成本变小，又能保证最大传递转矩的主、从动轮和传动带。微处理器和测试设备电子操纵方式是不同的，因此研究耗费资金很高，但是可通过电液控制系统模块化设计和产品的大量需求来降低。因此，把功能灵活和成本不高结合了起来。2.CVT变速器非常多不同的布局也许会呈现，不仅因为开车的差异和要求（前轮、后轮驱动，四轮驱动），但也因为传动比恒定覆盖需求的增加。带来的速率、压力和扭矩需要更大的速度和更无误的控制，确保发动机和变速箱很好地匹配，提供各种驾车体验，如运动、自动和适意模式，为人们提供好的行车快感。3.发动机与CVT的集成控制更确切地说，CVT控制将以更快的速度，和发动机控制融入整个传输管理系统，让燃油和对空气污染更深一步地降低。首个集成发动机管理单元的CVT传动系还实行驾车不断调试。4.混合动力CVT传动系CVT对飞轮储能装置的混合动力驱动系统的设计具有重要的影响。具有混合动力无级变速传动系统的电动车辆燃料消耗会下降30%，对空气污染会降低50%的潜力9。3 CVT变速箱的工作方式3.1 金属带式无级变速器的组件如图3.1所示基本是一驱动轮、从动轮、金属带、增压调速装置，其重点部分是金属带与主、从动锥轮，靠带与锥轮斜面的摩擦来传递运动17。图3.1 CVT传动部分的组成 主动和从动锥轮是由1个轴向固定的锥盘与可轴向移动的锥盘组合。2个锥盘产生了V字形状，这是放金属带的，金属带又有很多组件，它组件是一百个约2毫米厚的V形钢片和嵌在钢片马鞍座面内的两组金属钢带环。每一组钢环组是由多个特制的钢环组成一起，带的宽度和层数可根据不同的传递转矩的增加或减少。钢带在整个变速器工作过程中不仅可以通过摩擦改变锥盘的运动，而且可以调节金属带承受的的拉力。主锥和从动锥的主要作用是传递扭矩。通常金属带式无级变速器运行过程当中，主、从动锥盘的相对位置是不变的，即中心距不变，根据变速器运行时对于传动比的需求，通过轴向移动主、从动动锥盘，实现了两锥型盘的工作半径连续变化，最后，完成传动比的不断变动，就可以达到无级变速的目的11。如图3.2所示金属带式无级变速变速箱总传动过程，包括泵、离合器、转换机构（正向和反向）、主动轴、输出轴、锥盘和主减速器等等，工作程序是：一般车量开动时，离合器输入动力，驱动轮带动从动轮通过一金属带，然后由主减速器，差动器传递给车轮；操纵的正向和反向的转换机构，按照传输线，能完成向前或向后运动；当离合器切断发动机在无负荷的情况下运转时，也就是空挡；主动移动滑轮与从动移动滑轮上都会装液压缸，基于路面阻力与小的发动机燃料耗损来改变液压缸的压力，这改变了主、从动锥轮的工作半径达到所需速度比。图3.2金属带式无级变速箱的构造3.2 CVT的几何联系和基本参数根据金属带独特的组件见图3.3确定，钢片的摆动边缘与两个锥盘的包角连续接触16。因为钢片根纸片差不多，在带轮的拐角部分连线接近于圆弧见图3.4。 根据带的运动状态,我用这四个部分来说明，就是主动锥轮包角ab，主动锥轮出口至从动锥轮入口的直线部分bc，从动锥轮包角cd，从动锥轮出口至主动锥轮入口的直线部分da。钢片的摆动边缘的线速度Vb在驱动锥轮包角ab和驱动锥轮的直线部分bc与从动锥轮连续21。不看钢片在驱动轮上的滑动，钢片滑动边缘的Vb如下 （3.1） 图3.3 锥轮、钢带和钢片的定位图3.4 CVT无级变速器的几何联系理论传动比： (3.2)公式， 、角速度（主、从动锥轮）(弧度/秒)、节圆半径，（主、从动锥轮） (mm) 。如图2.5所示当从动锥轮以最大节圆半径运行时，主动锥轮以最小节圆半径运行，最大传动比为 （3.3）如图2.5所示当主动锥轮的半径最大时，从动锥轮以最小节圆半径运行，传动比最小。 （3.4）图2.5 无级变速器变速原理最大传动比imax和最小传动比imin定义齿轮传动比的比值Rb同时是传输距离传动，即 （3.5）变量的最大工作半径比Rb的大小取决于主动和从动锥轮还有最小半径。当生成的传动和减速对称分布，主、从盘的大小是一样的，传动比Rb为 （3.6）在锥轮轴颈中心距离有一定增长放缓的情况下，对称分布，最大传输速率。 金属带的传动比为i时，（3.7）（3.8）（3.9）公式确定节圆半径14。 （3.7） （3.8） （3.9） 公式，R1、R2主、从动锥轮节距圆半径（mm）；、主、从动带轮包角；摆动边缘距马鞍表面高度 （mm）；L金属带工作长度，刚带环周长 （mm）；A金属带传动中心距（mm）。3.3 金属带式无级变速器传动参数设计3.3.1 输入轴参数设计1) 车辆参数：发动机 118kw 最高车速 216kmh整备质量 1610kg 最大功率转速45006200rmin最大扭矩 250Nm 最大扭矩转速 15004500 rmin轮胎规格 22555R16总质量ma=1610+654+104=1910kg2) CVT参数:中间齿轮副传动比:1.35 传递效率:97主减速器的传动比:4.05 传递效率:96CVT传动比:0.40732.4548 带轮传递效率:92行星齿变向传动比：1 传输效率：95%汽车轮胎转速 汽车高速行驶时，最大功率转速45006200rmin，所以发动机为6200rmin因 （3.10）n2max=6200r/min=103r/s i1min=n2/n1=5.7n2min=820r/min=13.7r/s i1max=n2/n1=34.2所以，驱动力矩=2502.45481.354.050.920.970.960.95=2730.9Nm驱动力=2730.90.327=8351.3N汽车行驶阻力=191010sin16.7+1910cos16.70.015=5762N式中滚动阻力系数=0.015，所以故参数可取。3) 输入轴设计(1)选材：35SiMn合金钢（根据机械设计手册P192）(2)估算最小轴径d （3.11）3.3.2 金属带轮参数设计(1)确定金属滑轮的最小工作半径前轴进行设计时，因为它是个阶梯轴所以取d=40mm则带轮工作半径最小为e1=45mm，为了避免运动干涉，因此，节圆半径 （3.12）=34mm(2)中心距的确定CVT传动比： 因为 因此，最大节圆半径外径式中e=810mm所以中心距 （3.13）（3）金属带环长的确定得到L=463.03mm整理得最大工作半径68.5mm最小工作半径28mm中心距155.5mm带长463mm（4） 带轮锥面夹角的确定金属式无级变速器的锥轮，锥角范围目前公认为10度至12度，设计选择11度。如图3.6所示图3.6锥角剖面图（5）主动定锥盘参数设计D1=30mm L1=28mmD2=35mm L2=138mmD3=40mm L3=51mmD4=40mm L4=5mmD5=35mm L5=27mm（6）从动定锥盘参数设计D1=21mm L1=21mmD2=40mm L2=133mmD3=64mm L3=21mmD4=40mm L4=48mm D5=35mm L5=101mm164 金属带式无极变速器传动和载重量检查4.1 摩擦传动原理和摩擦因数4.1.1 摩擦传动原理摩擦传动的工作原理如图4.1所示。摩擦副可以传递的摩擦载荷就是摩擦传动的承载能力。定义：根据组件的摩擦力来传递运动原理：经摩擦副挤压，因为其面不可能光滑，会有细小的切合，就能传输动力和转矩。特点：无级变速中摩擦传传动是最常见的，轴距大也无所谓，偶尔可能滑动，但是能有效地保护机构，所以传动比不准确，大的输入输出不适用于它。即 （4.1）图4.1 摩擦传动的工作原理式中 F计算摩擦载荷（N）； F0名义摩擦力（N）； N法向摩擦力（N）； f接触表面的滑动摩擦因数或润滑油的牵引系数； K可靠性系数，动力传动取K=1.21.5。摩擦或牵引系数和摩擦面副的接触强度是决定摩擦传动的承载能力的主要参数13。4.1.2 摩擦因数摩擦系数是CVT变速器承载能力设计的计算依据，也是摩擦机构的特征值。无级变速器有两种类型的干湿传动，其摩擦机制不同。湿摩擦驱动有两种摩擦状态：油膜牵引和混合摩擦。CVT无级变速器是混合摩擦传动。液体摩擦、固体摩擦和液体固体一起的摩擦都是混合摩擦力10。4.2 金属带传动的力分析4.2.1 金属带上的作用力即各力的关系为了简化模型方便分析，作如下假设:1）无论金属环组内环的滑动和摩擦如何，金属带的层压金属环都被视为钢带环。2）金属带在由锥轮运行变成的圆形轨道上运动，并且锥轮上的金属带中心与锥轮的中心重合。3）不考虑带轮的弹性变形。4）得出钢带环和钢片的离心力要根据Vb。在金属带工作期间，分别承载锥轮V形槽内的金属带和压力钢片作用力如图4.3（i1）和图4.4（i1）所示。1）马鞍面法向力PA主、PB从：若锥轮在轴向推力下轴向受压，压力钢片可能会径向向外移动，它是钢带环的张力，在压力钢片鞍面和钢带环之间接触形成正压。2)钢带环张力TA主、TB从：张紧时环的横截面上产生的张力。3）马鞍面会产生的摩擦力Frba、Frbb（钢带环r，钢片b）：它俩会相对的滑移，产生摩擦。当锥轮处于最大工作半径，在锥轮Vb处会产生相反的摩擦力。当锥轮处于最小工作半径，在锥轮Vb处会产生同向的摩擦力。4)钢带会有推压力EA、EB：钢片的推压而形成的力。5）锥轮法向力NA、NB：2个锥轮产生的斜面与钢片结合，锥轮沿轴运动时，锥轮斜面会与钢片侧面接合而形成的压力。6）切向摩擦力FpbA、FpbB（带轮p，钢片b）：锥轮的斜面与钢片的形成的力，Fpb就是传输扭矩的力。7）径向摩擦力FRA、FRB锥轮斜面与钢片的俩侧形成的径向阻力。8）带环的离心力FcrA、FcrB:钢带缠绕在锥轮上后，由钢带的圆周运动形成的离心力。9）钢片离心力FcbA、FcbB：钢片缠绕在锥轮上后，形成圆周运动产生的离心力。从驱动轮出口到从动轮入口的直线部分（bc段）上的压力钢片之间的压力是常数E2；从主动轮入口到从动轮出口的直线部分（ad段）上的压力钢片没有力因为它是对称的，所以只要看半个金属带的力，就能看出每个力的关联5。驱动轮上第k个半压力钢片根它马鞍座面上的钢带环形成力的关系为1）钢带环的切向力平衡方程为 （4.1）2）钢带环的径向平衡方程为 （4.2）3）半个压力钢片片的切线方向力平衡方程为（4.3）图4.3 锥轮斜面金属带的作用力（i1）图4.4 锥轮斜面金属带的作用力（i1）4）半个压力钢片的径向力平衡方程为 （4.4） 5）半个压力钢片的轴向力平衡方程为 (4.5)上式中，i1时，=1；i1时，=-1。若能确定钢环张力TA、TB，则可解决其他的力。4.3 带环的强度计算4.3.1 带环的静强度计算图4.3、4.4当扭矩传输一样，钢环弯曲应力、拉伸应力和最大应力与传动比间的关系，可以看出，当传动比恒定时获得最大值，并且当传动比最大时，、三者都是最大值，因此，钢环的静态强度应根据最大传动比计算。钢带环的静强度的校核式（4.6）（4.7）(4.8)为 (4.6) （4.7）(4.8)由钢带环材料的强度极限，估算材料的屈服极限采用安全系数为1.95，钢环所允许静强度的应力为 4.3.2 带环的疲劳强度计算假定金属带式传动装置的范围内的传动比使用率相同，那么要求出钢环疲劳强度的应力，考虑到多层钢环1.05的负荷非均匀系数，有必要平均以下传动比：i=imax与i=112。钢带环的疲劳强度校核式（3.9）(3.10)(3.11)为 (4.9) (4.10) （4.11）根据实验，测量了单层钢带环的疲劳极限，安全系数为1.40。带环允许的疲劳强度应力 下图4.5为-N曲线4.5 -N曲线205 金属带式无级变速器的内部参数设计5.1 汽车传动系的结构组成与任务 FF、FR、MR是现在车辆的比较流行驱动方式。但主流还是FF驱动器，由半轴、万向节轴驱动前轮，此安装简单，不仅重大空间而且传输性能也会提升。 传动系的工作是根据车辆运行条件的要求传输发动机和主输入轮之间的运动和运动，按照车辆工作状态运动速度和转矩会一直变化，达到人们需要的各种速度。倒车性能好也是人们需要的，百公里加速快与低油耗也很重要。5.2 无级变速器运动参数设计 工作的发动机会给主输入轮提供动力，这是无级变速装置的基本功用，为什么叫无级变速呢？因为它在变速当中是一种无级的变速。各个位置的齿轮的减速比是相当重要数据。也是其中比较重要的数据之一，这些数据对车辆产生的油耗与动力都是举足轻重的，下面具体得出这些参数。5.2.1 变速比RbRb能表现无级变速器传动比的上下浮动限度，就是上限传动比除以下限传动得到的结果。Rb最大时，2个锥体相互对称，并且中心距恒定。CVT的主要作用之一就是车辆在一定速度行驶时，车能处于最好的状态。Rb高的话，那变速范围大同时油耗也低；不过中心距要适当加大，这也会让发动机在车里的空间变大，现在常见的Rb在68之间取，排量在2.0L以下的车用得最多。5.2.2 发动机最小燃油消耗特性最好的发动机工作状态是跟据负载的变化，耗油量不高，并是在不同节气门开度条件下的速度，这是设计无级变速器的重要参考指标。这个数据要在实际使用情况下测得。5.1表反应了这些数据表5.1 发动机的实验数据节气门开度（）最低燃油消耗率转速/（r/min）最低燃油消耗率/g/（kWh转矩/（Nm）功率/k10100036347.004.9020150030580.0012.3930200029889.9918.3940225029293.6222.29502500286100.0026.29602750290102.00 29.31702750291102.30 29.69802750290103.50 29.30903000302106.30 33.40100 3250 303 108.0036.395.2.3 汽车齿轮减速比和CVT传动比目前,减速是手动变速器和自动变速器主要变速方式，ig为0.74的是手动变速器的速比22。对于无级变速器的变速箱部分，设计了以下加速和减速部分来进一步增加速比： (5.1) （5.2）式中 ib无级变速器传动比； ibmin无级变速器最小传动比； Ibmax无级变速器最大传动比； Rb无级变速器变速比。无级变速器的齿轮减速箱的减速比，里面有中间齿轮减速比与主减速比为 无级变速器的总传动比为 最小传动比为 最大传动比为 总传动比为 设计CVT运动和动力参数，来达到良好的发动机转速，实现人们所需的最高转速。由于无级变速摩擦驱动连续变化，车轮与地方接触速度和车轮中心速度的比值最大为=14。计算速度所采用的类型为: （5.3）式中 ua车速（km/h）； npe发动机曲轴转速（r/min）； dr车轮滚动直径（mm）；钢带与锥轮斜面的滑动率； it无级变速器总传动比。当满足汽车最高车速uamax时，则有在无级变速器的设计，通常控制在n2max90009500r/min。这时齿轮减速比为 （5.4）结论：1）变速区间是根据Rb的比例控制的。2）输出轴轴承的最高速度转动和车速上限是变速传动如何得到总减速比的重要参数；要想得到省油的车速，减速比是很重要的。3）要使发动机的燃油消耗特性最小一定要根据功率（转矩）在转速变化下而变化曲线，如果想更好得驾驭CVT，以发电机负荷的大小为变量是理想的。4）因为负载的变化与打滑有一定关系，所以理论和实际还是有差距的。236 双行星轮行星变档设计6.1 换向机构组成及工作原理换向机构的输入轴就是行星架输入轴，通过花键和惯性盘连在一起，共有3组行星轮在行星架上，第一个行星齿轮与齿圈内齿和第二个的行星齿轮啮合，第二个行星齿轮还会与太阳轮啮合。如图5.1所示。齿圈的外部和后退离合器的摩擦片用花键连接。行星架和前进离合器的摩擦片也一起花键连接。摩擦片压板安装在前进离合器和后退离合器摩擦片之间，分别由前进离合器液压缸和后退离合器液压缸操纵啮合与分开6。齿圈反转时，后退离合器液压操纵油缸，就是将壳体和齿圈贴合。双行星轮齿轮运作后，随着汽车向前移动，输出轴的方向发生变化；随着汽车向前移动，离合器的组合将行星架与太阳轮连接在一起，这意味着动力直接传到太阳轮并传到输入轴。6.2 前进、倒档离合器CVT的前进和后退离合器使用湿式多片离合器。 离合器通过缸的活塞压力传动扭矩。压力释放后，活塞由复位弹簧复位。可以通过增加或减少摩擦片数或摩擦板面积多片离合器转矩有效传输可以是可以调整的，多片离合器传递的扭矩可以由以下公式计算： (6.1)式中 M离合器所传递的转矩（Nm）。 z离合器摩擦片片数。 D1离合器摩擦片直径。 D2离合器摩擦片的外径。p在离合器摩擦片的作用在压力。离合器内外径有如下关系：由于其摩擦系数（= 0.15）、压力稳定性、温度和良好的圆周速度，离合器摩擦片类型的选择是纸基摩擦片。由上述公式可选取相关参数如下：z=4 p=13.5N6.3双行星齿轮参数设计如图6.1所示图6.1 双行星轮行星机构我们现在要确定该行星齿轮的特性参数a，即齿圈和太阳轮的总齿的比值15。初选a可以知道模数是一样的，因此其值可以通过节圆直径的比例来估算：a=118/48=2.458理论上，双行星轮行星的内部力矩关系 （6.2）式中 Mt太阳轮转矩； Mq内齿圈转矩； Mj行星架转矩。 Mj=250Nm所以Mt=250/（2.458-1）=171470Nmm齿轮参数设计1） 要确定行星轮，第一个就是选材然后选热处理方式和精度等级材料选40Cr（有高的传输效率），热处理用淬火加高温回火加表面淬火。精度8级18。2）初步计算齿轮传动主要尺寸 由于所需齿面坚硬并且要有好的抗点蚀能力，我们设计时要按齿根据弯曲强度。 （6.3）（1）式中参数为：传递转矩T1=Mt=171470Nmm；（2）初选Z1=33，Z2=19；（3）根据机械设计M表8.6，找到了齿宽系数=0.5；（4）初选螺旋角=15；根据机械设计M图8.21，找到了重合度系数Y3=0.74；（5）由 （6.4） =1.406；根据机械设计M图8.26找到了螺旋角系数YB=0.87；（6）初选 Kt=1.3（7）齿形系数YE和应力修正系数YB 当量齿数 根据机械设计M图8.19查找了得齿形系数=2.48，=2.79；根据机械设计M图8.20找到了应力修正系数Y=1.65，Ys2=1.54；（8） 许用应力由 算得 （6.5）根据 机械设计M图8.18（h）找到了弯曲疲劳极限应力=360MPa；根据机械设计M表8.9找到了安全系数SF=1.25根据机械设计M图8.27找到了YN1=YN2=1.0；故许用弯曲应力=1.0360/1.25=288MPa；（9）初算法面模数 （6.6）所以取3）计算传动尺寸（1）计算载荷系数k由机械设计M表8.3查得使用系数KA=1.75（其中 n1=（a-1）nj=6561r/min）由机械设计M图8.7中找到了载系数kv=1.25，由图8.11查得齿向载荷分布系数kB=1.32，由表8.4查得齿间载荷分配系数ka=1.2 则k=kv+kB+ka=1.98（2）圆整为2.0。（3）计算传动尺寸中心距圆整为50mm。修整螺旋角=15.9416所以同理，d232 取 （4）校核齿面接触强度满足 （6.7）主要参数总结=16 =2Z1=33 Z2=19 Z3=2Z1+Z2=72d1=68mm d2=32mm d3=145mmb1=32mm b2=30mm b3=32mmda1=72mm da2=36mm da3=141mm df1=63mm df2=27mm df3=150mm29结 论这次的毕业设计，让我对这么多年来学的机械知识进行了一个全方位的复习，提高了我解决问题和自我探索的能力。此次设计的带式无级变速器对我来所还是一个极大的挑战，虽然我很努力得做了。这种设计主要侧重于机械结构。在此次设计中，我去图书馆找了大量的资料，看了我们4年来相关的教科书，同时也向老师请教了一些问题。此次设计我希望它的结构紧凑，同时满足速度和扭矩要求。结构简单，我画的CAD可以清楚得看出它的结构。因为只有1个多月，图中没有清晰地展现液压回路。希望通过这次毕业设计，能够让我的学习和解决问题的能力得到进步，在以后工作中有一定的基础。参考文献1王文玺,吴凤林,张东浩.金属带式无级变速汽车原理与传动效率的研究J. 机械传动.2013(08)2蔡源春.湖南大学.金属带式无级变速器燃油经济性及系统可靠性关键技术研究D. 20113刘兰剑,宋发苗.国内外新能源汽车技术创新政策梳理与评价J. 科学管理研究.2013(01)4潘国扬,石晓辉,郝建军,郭栋.新型无级变速器(CVT)技术解析J. 重庆理工大学学报(自然科学).2015(02)5 王云霞,漆小敏.汽车无级变速器多层金属带力学分析与研究J.机械传动.2016(09)6 李启海,宋永吉,葛德.CVT行星齿轮系统动力学特性研究J.长春理工大学学报(自然科学版).2015(06)7 梁焰贤.关于汽车无级变速器(CVT)的技术与运用J.广东职业技术教育与研究.2015(04)8张武,郭卫,路正雄,曹建波.一种新型金属带式无级变速器设计与分析J. 机械传动.2015(09)9秦大同,陈斌,杨阳,邓涛.考虑CVT效率的混合动力汽车再生制动控制策略J. 世界科技研究与发展. 2012 (06)10陈诗芒,袁野,张海源,韩亚涛.浅谈汽车CVT无级变速器技术J. 黑龙江科技信息.2015(16)11 张飞铁,周云山,薛殿伦,蔡源春,张军.无级变速器金属带滑移特性试验研究J.机械工程学报.2015(02)12谭拥军，石晓辉，程乃士，等.金属带环疲劳实验研究J.汽车工艺与材料，2006（11）：14-1813张伟华，谢里阳，程乃士.金属带无级变速器摩擦因数和传动效率的实验研究J.机械设计，2006（12）：41-4314阮忠唐.机械无级变速器设计与选用指南M，化学工业出版社，1999.915大连理工大学工程画教教研室.机械制图M.大连理工大学工程画教教研室 高等教育出版社 199016王栋梁.机械基础M.中国劳动出版社，198817程乃士，等.汽车金属带式无级变速器CVT原理与设计M.北京：机械工业出版社，2008.18黄鹤汀.机械制造技术M.机械工业出版社，198819成大先. 机械设计手册M .4版.北京:化学工业出版社,2002.20濮良贵，纪名刚. 机械设计M .北京:高等教育出版社,2001.21 Hendriks E,Heegd P,Prooijen T.Aspscts of a metal pushing V-belt for automotive car applicationC.SAE Paper Series,881734,1998.22 Fujii T,Kurokawa S.A study on a metal Pushing V-belt type CVT-part3:what force act on metal blocks? J.SAE Tech.Paper series,950671,1995.31致 谢四年的大学学习，让我对机械设计的相关知识有了充分得认知。毕业设计是我们学习的一个重要的实践部分，是一项非常全面设计任务，以后我们工作就有了很好的开始，也不不至于到公司力毫无头绪。为了能更好地完成毕业设计，我花了很长设计阅读资料做了很充足的准备。首先，我对此次毕业设计的研究方向进行认真思考，然后经过老师的细心指导，按照任务书，到图书馆查阅资料整理笔记。再然后就是对设计的整体框架进行构思了，一步一步地进行设计。虽然毕业设计已经结束了，但是我想起了我所学到的知识，遇到的困难，仍然记忆犹新。它让我明白，新产品的设计，还是旧产品的改造，是一个复杂的技术过程，一点也不含糊。设计师应首先了解设计的目的，并理解产品的价值和实用性。第二，设计产品的设计来决定整个程序，获取信息，最后是设计规范的准备。我的老师是一个认真负责的好老师。真的非常感谢老师对我的细心指导，我对所有的老师都很有信心，共创美好南京软件科技大学。32