无级自动变速器的组成及工作原理

无级自动变速器的组成及工作原理 学校代码 10857 学 号 分 类 号 密 级 公 开 毕业设计(论文) 无级自动变速器的组成及工作原理 学历层次 大专 教学系名称 汽车工程系 专业名称 汽车电子技术 学生姓名 张源 指导教师 张永新 2014年 2 月 28 日 摘要 摘 要 自1885年德国的卡特?本茨制成第一辆现代汽车以来.白余年的汽车发展也始终贯穿着汽车变速器的发展史。汽车变速器开发发展到今天都从原来的机械固定轴式液压机械传动和金属皮带传动无级变速器类型。无级变速器(CVT)通过连续变化的传动比。在汽车驾驶条件和实现最佳匹配引擎负载。发动机运行在高效区。这个时候完全燃烧,排放减少污染,减少噪音和充分发挥发动机的潜力。提高汽车的燃油经济性。那辆车有一个理想的动态性能。 无级变速器传动比的连续改变，无换档跳跃，减缓了汽车变速过程中的换档冲击显然，无级变速适应了汽车经济性、动力性、舒适性的要求。同时,无级变速器也与当今先进的计算机技术,共同构成无级自动变速器。本文首先叙述了无级变速传动技术的发展与应用概况，然后，介绍了无级变速器的基本结构与工作原理，比较了其性能特点，最后，阐述了该项技术今后的发展趋势。 关键词:无级变速器;应用;组成;原理 I 北京信息职业技术学院 Abstract Since 1885, the German carter made since the first modern car Benz. White years of car development and always runs through the history of auto transmission. Auto transmission has been developed from the original mechanical until today in development of fixed axis type hydraulic mechanical transmission and metal belt transmission type stepless transmission. Stepless transmission (CVT) through the transmission ratio of continuous change. Outside the vehicle driving conditions and achieve the best match engine load. The engine running in high efficient area. At this time of complete combustion, emission pollution reduction, noise reduction and give full play to the potential of the engine. To improve the vehicle's fuel economy. That car has an ideal dynamic performance. Continuous stepless transmission ratio of the change, no shift jump, slowed the car speed in the process of shift impact obviously, stepless variable speed adapted to the car economy, power performance, comfort requirements. At the same time, the stepless transmission is also joint with today's advanced computer technology, constitute a stepless automatic transmission. This paper described the no level of development and applications of variable speed drive technology, then, the basic structure and working principle of this level of transmission, compares their characteristics, the analysis in the end, this paper expounds the development trend of this technology in the future. Key words:Stepless transmission; Application; Composition; The principle of II 目录 目 录 摘 要 ...................................................................................................................... ? Abstract ........................................................................................................................ ? 第1章 绪论 .............................................................................................................. 1 1(1引言 ................................................................................................................... 1 1(2CVT的发展历史与现状 ................................................................................... 2 1.2.1CVT的发展历史 ........................................................................................... 2 1.2.2CVT的发展现状 ........................................................................................... 3 第2章 无级自动变速器的组成及工作原理 ............................................................ 5 2(1无级变速器的组成 ........................................................................................... 5 2.2CVT的分类 .......................................................................................................... 6 2.2.1机械式 ......................................................................................................... 6 2.2.2液压式 ......................................................................................................... 6 2.2.3电动式 ......................................................................................................... 6 2.3无级变速传动的特性对比 .................................................................................. 7 2.3.1经济性 ......................................................................................................... 7 2.3.2动力性 ......................................................................................................... 7 2.3.3传动效率 ..................................................................................................... 7 2.3.4可靠性与寿命 ............................................................................................. 7 2.3.5排放 ............................................................................................................. 8 2.3.6成本 ............................................................................................................. 8 2.4金属带式CVT的结构及传动机理 .................................................................... 8 2.4.1带轮 ........................................................................................................... 10 2.4.2钢传动带 ................................................................................................... 10 2.4.3行星齿轮总成 ........................................................................................... 11 2.5液压系统 ............................................................................................................ 12 3.结论 ........................................................................................................................... 14 致谢 .............................................................................................................................. 15 主要参考文献 .............................................................................................................. 16 III 绪论 第1章 绪论 1(1引言 随着世界范围内汽车行业的飞速发展，全球汽车保有量得到了大幅度的提高。早在2005年,全球汽车保有量已经达到了8亿份。全球人均计算,每八人中有一个拥有汽车。据预测,2010年全球汽车保有量将超过10亿马克。另一方面,汽车工业协会公布的数据显示2009年,中国的汽车生产和销售超过1300万辆,客流量首次超过1000万辆,使中国成为世界电力生产和销售。全球汽车所有权的规模不仅显示了在全球汽车工业的蓬勃发展,更多的诞生新一代的汽车技术开发和提供了一个有利的机会。 节能环保,它已成为汽车技术发展的新时代的主。作为汽车最重要的一个部分,传输性能好坏直接影响到汽车性能是好还是坏。传统机械手动变速箱(MT)已远远不能满足新社会的要求,因此,为了达到节约能源和减少污染物排放的目的,提高驾驶员的操作方便和舒适性的乘客,各种各样的新型自动变速器技术已迅速发展,主要是在自动变速器(在),双离合器无级变速器(DCT)和无级变速器(CVT)。由于连续可以实现无级传动比的变化,因此,最佳匹配发动机的实际工作条件,提高车辆的性能和经济,提高驾驶的舒适性等等,所以无级变速器越来越受到科研机构和制造商的注意。 无级变速器是汽车传动系统的理想,白色汽车自诞生以来,它就一直追求的目标。无级变速传动(CVT)有共同的变速传动无法相比的优势,它可以控制汽车发动机的操作总是运行在最佳的目标区域,并显著提高汽车的经济效益,提高动力性能,不仅可以减少汽车转变冲击,也可以降低司机的劳动强度。无级变速器是在1890年代,自1930年代开始发展,由十个因素如机械发展水平,材料质量和土壤土壤条件的限制,如艺术,进展非常缓慢。在1950年代,特别是自70年代以来,随着科学技术的发展,已经不能解决或难以解决的技术问题一个接一个的突破,加上越来越多的实际生产需求无级调速传动,无级变速器得到很大的发展,被广泛用于汽车等交通工具。 1 北京信息职业技术学院毕业论文 1.2 CVT的发展历史与现状 1.2.1CVT的发展历史 汽车用连续无级变速器(Continuously Variable Transmission简称“CVT")在近20年来,竞相开发和投入批量生产,并获得进一步发展近年来,成为汽车的主要发展方向传播,但CVT这个想法在车上的应用,可以追溯到19世纪。 1886年,奔驰和戴姆勒公司橡胶V带无级变速的汽车由汽油发动机驱动,实现无级变速。虽然没有申请成功,可以说是开始这一技术应用于汽车一个先例。很有名在美国在20世纪初,卡特,车车,花了一个非常简单的摩擦传动装置,该装置包括连接到一个更大的纤维轮壳金属轮盘赌,连续无级变速传动。在1930年代,大量的奥斯汀16车安装自动齿轮装置称为海耶斯。本设计基于双向循环球牵引原则,第一个由通用汽车公司在1920年代末的设计改进。1958年,中心冯一家荷兰VDT公司的创始人,介绍设备称为Variomatic和商业上的成功。这种传输是使用双橡胶V带的原理设计一种新型的结构。开始,它只能用于小功率车,但改进后的橡胶V带,能满足常用的1。41发动机的要求,51千瓦电力无级变速传动。自1958年推出以来,第一个应用程序的传输汽车工厂生产水仙花品牌汽车。使用沃尔沃从1975年(Volvo340系列)在公共汽车上,大约有120万辆装有Variomatic传输。也是中心冯一家提高自动变速器,它配备了一个金属带推杆式无级变速器。60年代,研究人员在荷兰VDT公司的调查和研究,目的是开发结构更紧凑、更简单的无级变速,使它可以匹配和大排量的发动机。他们首先开发了以金属推块- V带V型皮带(推式V带衬)。同时,与其它摩擦无级变速的刚体相比,这种类型的V带具有较高的传动功率和效率指数,甚至比自动变速器的水平。V带包括一些BoErPing钢圈特种钢,钢带是嵌入在一个V型块(以下简称“摩擦板)。此外,这种钢带每条钢之间彼此的公差范围很小,摩擦片充满了整个钢环,其厚度可以在3毫米，摩擦板6毫米可以自由滑动的钢圈,促进彼此传递转矩。这向前运动的一个重要特性是这种V形皮带。由于他们的要求的厚度,摩擦片的主要工作面必须精确的加工,生产成本是昂贵的。很多实际测试后,这个完全由金属V型皮带已经证明了在车里有着重要的使用价值。 2 绪论 1.2.2 CVT的发展现状 虽然传统的齿轮传动并不理想,但它的结构简单、效率高、大功率三个显著的优势仍然占据主流地位的汽车变速器。跨越三个世纪的一百多年后,这辆车还没有用于无级变速器的满足感。这是无助的,汽车的缺点。然而,人们总是努力实现理想的汽车变速器没有放弃寻找,各大汽车厂商无级变速器(CVT)表现出极大的热情,极端值的无级变速汽车领域的实践过程。这是世界上尚未从根本上解决这个问题,它是汽车变速器的研究的最终目标。 围绕汽车变速器五个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。 (1)摩擦传动CVT 金属(或链带类型)带式无级变速器的传动功率可以实现轿车实际需求,配备了金属带式无级变速器有超过100辆汽车。据报道:奥迪A6 2。8 l汽车配备链带式无级变速器Multitronic CVT的最大输入功率162千瓦,最大扭矩为310 nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。 另一种摩擦传动无级变速(称为Extroid CVT)是转盘。尼桑,把它放在一个概念车XVL首先在去年的东京车展上,新公爵(塞德里克)与无级变速汽车装载。超过3 l位移的马力引擎(XVL发动机输出功率330海里/ 194千瓦)搭配使用,汽车变速器,历史上的另一个重要进展。 从橡胶V带无级变速V金属带或链带式无级变速轮行星无级变速,摩擦传动无级变速的研究已经持续了整整一个世纪,尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到了很高的水平,装备也在公共汽车上达到的实际水平。但是齿轮传动仍占据一半本土和至少四个问题: (a)无级变速(CVT)是汽车变速器始终追逐的目标; (b)摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是比较困难的; (c)摩擦传动CVT传动效率离人们的期望还较远; (d)摩擦传动CVT的效率、功率与齿轮变速相比还有一段距离。 (2)液力传动 人们常把液压自动变速器(AT)和无级变速器(CVT)两个概念。事实上,两个完全不同的传输的工作原理。液压自动变速器噪声的手动变速箱和离合器踏板的频繁转移操作,使驾驶变得简单,节能。然而,液压自动变速器(AT)不是无限变速, 3 北京信息职业技术学院毕业论文 无级变速是自动控制,而不是满足传输要求。 从最初的橡胶带无级变速器现代无级调速传动,金属链轮行星无级变速,一百克:无级变速器是汽车变速器的最终归属,液压自动变速器只是一个过渡产品。 (3)电控机械式自动变速器 机械式自动变速器电子控制自动机械传动(简称“AMT”)和液压自动变速器(AT),不是无级调速传动,速度自动换档控制。特点是使用传统的机械传动部分步骤传输,但是太多的控制参数,自动控制是非常困难的。 (4)齿轮无级变速器 齿轮无级变速器(Gear Continuously Variable Transmission)这是一种全新的设计理念是使用齿轮传动实现无级变速传动的效率高、高功率。齿轮无级变速装置结构简单,不到20种非标准零件,51部分,比手动变速箱生产成本更低。进行加载试验。 齿轮无级变速器的优势表现为: (a)传动功率大，200KW的传动功率是很容易达到的; (b)传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的; (c)结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速器的1/10; (d)对汽车而言，提高传动效率，节油20%; (e)发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。 4 第2章 无级自动变速器的组成及工作原理 第2章 无级自动变速器的组成及工作原理 2(1无级变速器的组成 CVT由安装在一个灵活的v型轴承钢带楔块钢的马氏体时效钢环组成。无级变速的主要结构和工作原理如图1/2所示。电力驱动轮的输入,v形钢带后,驱动轮输出。相对滑动轮的两个部分,可以问钢带位于槽的两个部分。当紧滑轮两部分,窄槽,金属带位于带轮缘,最大的直径滑轮,现在工作。两个部分向相对滑动,槽越来越宽,钢带滑轮的中心,附近的工作直径最小。汽车刚刚开始,速度较低,工作主动轮直径小,传输可以得到大的传动比,使汽车有足够的动力来克服行驶阻力。处理速度的增加,驱动轮直径逐渐增加,驱动轮工作直径越来越小,速度比也相应减少。滑轮直径可以不断变化,所以这是无级调速,连续改变传动比,传动功率更稳定,动力性能和燃油经济性远高于白行星齿轮传动。CVT变速器液压控制的控制方法有两个点问的相对滑移,滑移(即传动比的数字)的大小取决于节气门打开和变速箱输出轴转速的结合。 5 北京信息职业技术学院毕业论文 2.2CVT的分类 无级变速器的种类很多，如表1所示。 表1 无级变速器分类表 2.2.1机械式 因为它是通过摩擦力矩,因此总有滑动的危险,在接触表面,产生热量和磨损。目前,只有金属皮带或链条输送机和牵引环具有实用价值。 2.2.2液压式 它与液压传动属于液体。除了和液压型(即。液力变矩器)也有类似的优点和缺点,和液压元件不适应高速度、高负载和速度变化频繁,工作条件差,与大型振动原因只对应用程序的推土机、装载机、汽车应用较少。 2.2.3电动式 内燃机的功率器件的优点很多,但在部分负荷效率低,产生有害物质,导致电力驱动的发展。为了满足匹配一个给定的电机,在单速传输(工作)的异步电动机,一些需要超过两个齿轮(永磁同步电动机),而其他人只需要一个文件(与汽车周围的源字符串匹配),为了达到设计的性能。 6 第2章 无级自动变速器的组成及工作原理 2.3无级变速传动的特性对比 根据数据表明,所有汽车常见的传输技术进行了对比试验。相似的汽车配有无级变速,机械传动,自动变速器和液压机械,在相同的条件下性能比较。 2.3.1经济性 由于连续无级变速可以实现传动比的变化,传播和发动机工作条件可以获得的最佳匹配,提高了车辆的燃油经济性。德国ZF测试结果:无级变速汽车的效率比4档自动变速器在汽车至少增加约10%,与5档手动变速箱(VT)汽车相当或略好。 2.3.2动力性 无级变速可以实现发动机的闭环控制,可以实现发动机工况的最佳匹配。无限变速的特点,获得最大传动比的备用电源,和更大的汽车备用电源,汽车的性能更好,CVT车辆加速度(0 ~ 199km/h)高出7.5% ~ 11.5%,速度较高时，加速性优于MT汽车。 2.3.3传动效率 CVT系统有很宽的传动比,在2.400到0.395之间,与传统的传播相比,具有较高的灵活性,加速更加顺畅。一般来说,无级变速传动功率传输速度快,减少损失,所以开始快,加速一致性很好,很光滑,没有突然的举动。传动效率稳定,高达94% ~ 94%。 2.3.4可靠性与寿命 无级变速工作主要取决于金属皮带传动部件和控制系统的可靠性和使用寿命,根据荷兰VDT公司的技术人员,现在设计的新技术,解决了目前存在的主要问题在过去,800000套无级变速试验结果在世界不同地区,只有200套的失败,失败率是0。025%。很明显,高质量和可靠的使用系统。高强度和高质量的材料,精密制造技术和设计方法的无限生活设计和制造金属颤抖的工作组件可以实现生命的引擎一样。 7 北京信息职业技术学院毕业论文 2.3.5排放 无级自动变速器实现闭环控制的引擎,有一个广泛的变化比速度,往往会使引擎在经济领域,运行速度降低排气污染。德国政府将与CVT加载测试,四装备自动变速器的汽车废气排放的10%左右。 2.3.6成本 无级变速系统结构简单,不如在许多的零件数量,一旦汽车制造商开始大规模生产,成本将小于无级变速。通过使用该系统可以节省燃料,大规模生产,材料和创新,无级变速部分的生产成本,将减少20% ~ 30%。目前,荷兰VDT公司是通过不断提高传输的结构零部件加工工艺过程,等措施来降低产品成本,提高产品竞争力。 2.4金属带式CVT的结构及传动机理 金属带无级变速器属于摩擦无级变速器,其无级结构如图3所示,图4为工作原理图。金属皮带安装在第二轮V,这一轮2 V保持固定的距离,液压系统产生的压力作用于“V”轮,形成轴向力。轴向力是可变的,为了调整与V型轮节圆半径。主从轮节圆半径的不断的变化,实现无级变化的比率。第五轮是由两部分组成,每个部分称为锥盘。金属腰带和锥板上的摩擦片表面接触。在操作,主动锥盘通过接触与摩擦表面的摩擦传动摩擦板,然后摩擦板,推动摩擦板之前,他们之间的压力,压力形成的开始接触弧,和终端逐渐增加。摩擦片与锥盘表面接触、摩擦传动驱动锥盘,权力从活动板滚筒。大部分的压力之间的摩擦片传递扭矩。 8 第2章 无级自动变速器的组成及工作原理 图3金属带和推块结构示意图 图4 无级变速传动原理图 有关金属带式无级变速器速比的重要参数如下: 速比 速比变化范围 式中，i——金属带式无级变速器传动比; R——从动带轮节圆半径; DN 9 北京信息职业技术学院毕业论文 R——主动带轮的节圆半径; DR R——无级变速器速比变化范围。 C 2.4.1带轮 简历丁:只有两个滑轮传动皮带轮和驱动轮。驱动轮和驱动轮的钢带在一起,皮带轮具有以下特点: •他们提供变量滑轮直径,从而使钢带的权力,根据各种各样的传动比。 •钢带的,他们保持足够的侧向压力,为了防止钢带打滑,因为打滑会破坏钢带和滑轮。 •主动带轮安装在输入轴上,在提出的条件,它在输入轴锁。 •在相反的位置,主动带轮以及向前旋转相反的方向。 •推动钢轮驱动驱动滑轮。 •驱动轮安装在直接驱动轮轴。 •每个滑轮只包含一个固定部分和一个活跃的部分。 •钢带安装在两个组件之间的每个滑轮。 •每个轮子装有弹簧,活动轮用于分压,使其接近皮带轮的固定部分。 •每个滑轮伯纳德液压系统液压压力的变化。 •由弹簧力和液压的作用,可以有效地改变每个滑轮的直径,改变带轮传动。 •带轮传动与发动机转速变化而变化,从而改变汽车传动比。 2.4.2钢传动带 钢带两个滑轮之间允许高扭矩。它由两组钢圈带,在每组有12层环形带,使用400钢组件/附件(03思域混合动力,图5)组装在一起。由于钢带是一种选择,所以钢组件/附件的实际数量可能会改变。钢带工件传动皮带轮和皮带驱动轮运动负荷下,压缩在一起,必须注意是:通过压缩组件,这种钢带结构会产生压缩,不像其他汽车带从:这些特性共同作用的是,增加了表面的摩擦轮,从而减少打滑。 10 第2章 无级自动变速器的组成及工作原理 图5 CVT钢带的组成 2.4.3行星齿轮总成 行星齿轮机构由太阳轮、齿圈和行星轮组成，它用于变换主动带轮轴的旋向，实现倒车操作。太阳轮通过花键与输入轴联接，并且，它构成了前进档离合器的内毅;行星轮安装在行星架上，单齿轮式行星齿轮架与太阳轮啮合，并形成倒档制动器的内毅;齿圈通过凸舌与前进档离合器鼓啮合;倒档制动器的外毅由变速器箱体构成。(图6) 图6 行星齿轮总成 11 北京信息职业技术学院毕业论文 2.5液压系统 CVT的液压操纵系统如图7所示，各液压油口代码的如表2。 图7 CV丁的液压操纵系统 表2 液压油口代码的说明 12 第2章 无级自动变速器的组成及工作原理 2.6金属带式CVT动力学模型 将无级变速传动系统简化为双旋转质量模型，动力传动系统的动态模型如图8。由动力学公式最终可以椎得: 式中， I——发动机转动惯量 e T——发动机转矩 e W——发动机角速度 e I——与整车平移质量等效的转动惯量及CVT输出轴后转动部分的等效转d 动惯量 T——换算到CVT输出轴处的损失转矩 loss T——换算到输出轴处的道路载荷转矩 R W——CVT输出轴转速 d 图8 CVT动力传动系统模型图 由公式(2-3)看出，装有无级变速器的汽车，当突然加速时，若换档速度过快，使得速比变化率过大，在汽车加速阶段反而出现负加速度现象。这一点，在对CVT进行控制系统研究时，应特别注意。 以公式(2-3)为基础，再结合其它部件的动力学模型，从而可以构建带无级变速器汽车的整车仿真模型，预测整车动力性和经济性。 13 北京信息职业技术学院毕业论文 结论 近几年来，随着高科技的发展及市场需要，CVT的机一液式控制系统已逐步被电一液式控制系统所取代，从而实现无级变速传动装置与发动机的灵活匹配，以满足多种控制模式的要求。对各种工况的控制策略也正在作更加深入的研究，以使CVT的优越性更大限度地发挥出来。目前，CVT的电子控制又进一步向智能化方向发展，如对湿式离合器的接合采用模糊控制来改善汽车的起动性能等。同时无级变速器的结构也越来越小巧和紧凑，加上对前轮驱动的无级变速器进行结构上的修改，使其可用于后轮驱动的汽车上，进一步增强了CVT的应用范围。本文在阅读国内外大量文献的基础上，概述了自动变速器的发展情况，分析了CVT的结构及其与其它变速器相比所具有的技术特性，介绍了国内外的发展和研究现状，介绍了金属带式无级变速器的总体构造，重点对金属带、主从动轮总成等关键部件进行分析，阐述了CVT的工作原理。 14 致谢 致谢 本论文的所有研究工作从论文的选题、实现条件到论文的写作等阶段都是在指导老师的悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，导师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向导师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 15 北京信息职业技术学院毕业论文 主要参考文献 [1]孙冬野，秦大同液力变矩器同无级变速器自动变速器汽车综合控制策略 研究.机械工程学报2013 (2) 15~17 [2]Get riebe GmbH, Gerhard Wagner.轿车中不同传动系组合的变速箱装 置的应用传动技术.2012. 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