開題報告.pdf

新型滾輪平盤式無級變速器傳動裝置設(shè)計 一 課題來源、目的、意義國內(nèi)外的現(xiàn)狀與發(fā)展 課題來源：本課題來源于湖北汽車工業(yè)學院科研處。 CVT概述：CVT (Continously Variable Transmission),直接翻譯就是連續(xù)可變傳動，就是沒有明確具體的檔位操作上類似自動變速器，但是傳動比的變化是；連續(xù)的不同于自動變速器的跳檔過程因此動力傳輸持續(xù)而順暢。多數(shù)變速器提供了37個不同的速比,例如當快速加速時你希望車子連續(xù)地往扭力峰值點工作僅是由于固定的速比的原因你會不斷地經(jīng)過這一點從而造成動力損失和時間延遲,而CVT變速器沒有傳統(tǒng)的齒輪，沒有速比，這就允許車子連續(xù)加速而發(fā)動機保持在峰值扭矩，發(fā)揮了發(fā)動機的最高效率。 CVT變速器優(yōu)點很多 但扭矩輸出受到限制，CVT式的傳動系統(tǒng)理論上檔位可以無限多，檔位設(shè)定更為自由傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)傷腦筋的疏齒比、密齒比設(shè)計，引擎性能、耗油、廢氣排放的最佳控制，都更容易達到。CVT傳動的機械效率、省油性比傳統(tǒng)手排變速器的齒輪傳動低了約 5 個百分點但是還是大大優(yōu)于自動變速器，此外其體積比傳統(tǒng)變速器小也是一個重要的優(yōu)點。 國內(nèi)外CVT現(xiàn)狀：當前市場3種主要形式CVT變速器,像本田的思域HX使用了2個帶V形槽的帶輪發(fā)動機連接在一個帶輪上用鋼質(zhì)V帶傳輸扭矩到另一帶有輸出軸的帶輪。帶輪分成左右兩半通過V形槽兩半的靠近和分開來改變帶輪的直徑兩個帶輪之間產(chǎn)生從“大 ：小”到“小 ：大”的傳動比變化從而線性地改變輸出速比。V帶由數(shù)百片扁平的小鋼片組成一片推著一片將扭矩從輸入軸傳到輸出軸、最大輸出扭矩極限是200Nm。 鋼帶式 CVT 變速器的核心部件 鋼帶由數(shù)百片扁平的小鋼片組成 2002年奧迪 A6 2.8配備的Multitronic。變速器使用了鏈條來傳輸扭矩從而使速比變得更廣泛、從12.7：1到2.1：1，其輸出扭矩是280Nm。它與5速手動變速器相比0100kmh加速只少0.1秒城市油耗僅高2。于是于它就趕走了 Tiptronic變速器。但 CVT A6要貴 100美元。 馬自達和日產(chǎn)則避開了鋼帶和鏈條使用了環(huán)面形的錐盤輪在壓力的作用下一個滾輪連接著這兩個錐盤輪并傳輸扭矩。通過滾輪接觸點的改變速比隨之改變。當滾輪在某一位置時在滾輪接觸點輸出錐盤輪和輸入錐盤輪的半徑比就是此時速比。日產(chǎn)CVT能夠傳遞 206kW和 384Nm。 它使用了變扭器比標準4速變速器要貴2500美元宣稱燃油經(jīng)濟性提高了10。其加速靈敏沒有打滑現(xiàn)象。只是有些客戶反映加速時發(fā)動機保持在一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速減少了駕駛樂趣。 由于鋼帶和鏈條CVT變速器的承載能力有限，我們要開發(fā)一種新型的能傳動大扭矩和大功率的CVT變速器來滿足輕型載貨汽車對CVT變速器的需要。CVT變速傳動形式有很多種， 無級變（調(diào)）速傳動的分類大致如表一。 奧迪multitronic變速器的剖視圖 奧迪鏈條傳動式CVT 鏈條傳動式CVT的 核心部件擺銷鏈 汽車對傳動的要求不僅是傳動大扭矩和高轉(zhuǎn)速，而且還要求傳動效率高。電磁無級調(diào)速采用發(fā)電機電動機機組對電動機進行調(diào)速。低輸出轉(zhuǎn)速時效率極低、發(fā)熱嚴重，在汽車上不適用。液壓無級調(diào)速的基本特點是：體積緊湊、慣性小、降速調(diào)速范圍大、零件自潤滑壽命長、易于實現(xiàn)自動化、布局靈活、可吸收沖擊和防止過載；但制造精度要求高、容易泄漏、噪聲大，傳動效率不高。機械無級變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、價廉、傳動效率高（有的高達95）、適用性強、傳動比穩(wěn)定性好（有的誤差小于 0.5）、工作可靠、維修方便等優(yōu)點，特別是某些機械無級變速器可以在很大的變速范圍內(nèi)具有恒功率的機械特性，這是電氣和液壓無級變速所難以達到的。不少機械無級變速器還有振動?。ㄈ穹∮?15微米）和噪音低的特點。表一無級變速傳動的分類 一交流電動機調(diào)速（變頻、調(diào)壓等） 一電磁的一直流電動機調(diào)速（調(diào)磁通或電樞電壓等） 一電磁滑差和磁粉離合器、磁力傳動 一液力的液力變矩器 一液體粘性傳動 一流體的一一液壓的節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和復合調(diào)速 一氣壓的 一無中間元件的 一有剛性中間元件的 一摩擦式一一有撓性中間元件的 一耗能制動的（摩擦離合器等） 一機械的一 一連桿機構(gòu)單向超越離合器的組合 一脈動式一一凸輪機構(gòu)單向超越離合器的組合 齒輪機構(gòu)單向超越離合器的組合 無 級 變（調(diào)） 速 傳 動 二. 進行可行性分析及系統(tǒng)設(shè)計方案 對于機械式無級變速器本體來講，要擴大其傳動功率，則必需采取多接觸區(qū)分匯流傳動型式、接觸區(qū)綜合曲率?。ㄇ拾霃酱螅┑慕Y(jié)構(gòu)。并通過選擇適當?shù)臐櫥停ㄓ刑砑觿┑模⒈砻鎺缀涡螤?、滾動體尺寸等以建立起油膜進行傳動。 汽車對傳動的要求傳動效率高。為了提高傳動效率，應(yīng)力求做到： （1）減少幾何滑動，使相交軸線的兩滾輪錐頂盡量重合或接近（錐頂重合原則）。如果兩滾動體軸線平行，應(yīng)使接觸線盡量與軸線平行。 （2）如果是初始線接觸，應(yīng)盡量減少接觸線的長度；就某一意義上講，初始點接觸優(yōu)于線接觸，同時點接觸對滾動體裝配、制造誤差不敏感，有利于生產(chǎn)。如果是初始點接觸，應(yīng)使其接觸區(qū)橢圓的長軸沿著運動的方向。 （3）采取自動加壓裝置，以保證壓緊力與負載相適應(yīng)，有較小的和不變的傳動系數(shù)k；值。 （4）提高軸承效率，采取卸荷結(jié)構(gòu)，使傳動元件和加壓裝置上的各個力在本身內(nèi)部平衡（例如多盤式和FU型變速器等），以盡可能降低軸承載荷。 （5）保證大的剛度，特別是滾動體、軸、軸承和箱體。以減少變形，接近理想接觸狀態(tài)。 同理，滾動體材質(zhì)要有高的彈性模量和高的硬度，并使?jié)L動體有很高的表面光潔度。 CVT的主要形式 新型滾輪平盤式無級變速器應(yīng)滿足以上要求。新型滾輪平盤式無級變速器 下簡稱為RCVT。汽車對傳動的RCVT結(jié)構(gòu) 上采用四滾輪兩平盤，在滾輪兩側(cè)加壓，滾輪為主動件平盤為從動件，動力分八路傳遞。這樣的結(jié)構(gòu)符合多接觸區(qū)分流的要求，使?jié)L輪的接觸區(qū)傳遞的功率降低。由于要求大功率普通的干式摩擦無級變速傳動發(fā)熱量大、磨損嚴重，所以RCVT外圓表面為球形。在盡量減少滾輪與平盤的幾何滑動的同時，又不使接觸區(qū)的綜合曲率過高。采用油膜牽引傳動。 三. 系統(tǒng)達到的功能要求和技術(shù)指標 東風汽車有限公司 東風汽車有限公司 車型：EQ140載貨汽車 車型：EQ1092F19DJ載貨汽車 發(fā)動機：EQ6100-1 發(fā)動機：YC6105QC 額定功率：99/3000(kW/rmin-1) 額定功率：105/2800(kW/rmin-1) 最大扭矩：353/12001600（Nm/rmin-1） 最大扭矩：402/16001900（Nm/rmin-1） 各檔速比 各檔速比 1檔/7.31, 2檔/4.31, 3檔/2.45, 4檔/1.54, 5檔/1.00, 1檔/7.31, 2檔/4.31, 3檔/2.45, 4檔/1.54, 5檔/1.00, 倒檔/7.66, 主減速比/6.33 倒檔/7.66, 主減速比/6.33 鄭州宇通客車有限公司 河南少林汽車股份有限公司 車型：ZK6790H客車 車型：SLG6850CF客車 發(fā)動機：CA4113Z 發(fā)動機：6BTA、YC4112ZLQ 額定功率：103/2600(kW/rmin-1) 額定功率：132/2500、132/2300 (kW/rmin-1) 最大扭矩：450/15001700（Nm/rmin-1） 最大扭矩：617/1500 、 660/14001600（Nm/rmin-1） 各檔速比 各檔速比 1檔/6.446, 2檔/3.841, 3檔/2.290, 4檔/1.477, 5檔/1.000, 6檔/0.802,倒檔/7.66, 主減速比/6.33 1檔/5.606, 2檔/3.627, 3檔/2.313, 4檔/1.487, 5檔/1.000, 6檔/0.790,倒檔/4.990, 主減速比/4.333 一汽紅塔汽車有限公司 上海申沃客車有限公司 車型：CA1050K31L載貨汽車 車型：SWB6105HDP-3城市客車 發(fā)動機：YC4108Q 發(fā)動機：YC6108 額定功率：75/3000 (kW/rmin-1) 額定功率：132/2600 (kW/rmin-1) 最大扭矩：268/19002200（Nm/rmin-1） 最大扭矩：560/15001800（Nm/rmin-1） 各檔速比 各檔速比 1 檔/5.591, 2檔/2.870, 3檔/1.607, 4檔/1.00, 5檔/0.742,倒檔/5.045, 主減速比/5.571 1檔/6.446, 2檔/4.171, 3檔/2.659, 4檔/1.709, 5檔/1.00,倒檔/5.802, 主減速比/6.5 RCVT結(jié)構(gòu)簡圖 車型主要參數(shù) /0.742,倒檔/5.045, 主減速比/5.571 /1.00,倒檔/5.802, 主減速比/6.5 牡丹汽車股份有限公司 牡丹汽車股份有限公司 車型：MD6790BDJG城市客車 車型：MD6873A1DJ1城市客車 發(fā)動機：YC4112LQ、CA4110ZL1 發(fā)動機：YC4110ZQ 額定功率：125/2300 (kW/rmin-1) 額定功率：100/2800 (kW/rmin-1) 最大扭矩：630/1500、560/1500（Nm/rmin-1） 最大扭矩：392/16001900（Nm/rmin-1） 各檔速比 各檔速比 1檔/4.76, 2檔/2.80, 3檔/1.59, 4檔/1.00, 5檔/0.75,倒檔/4.99, 主減速比/4.33 1檔/4.76, 2檔/2.80, 3檔/1.59, 4檔/1.00, 5檔/0.75,倒檔/4.99, 主減速比/4.33 從以上幾種常見的載貨汽車和客車的主要參數(shù)可知其發(fā)動機功率：100132kW、最高轉(zhuǎn)速：23003000rmin-1、最大扭矩： 268660 Nm。載貨汽車變速器的變速比7.3，客車變速器的變速比6.4。 鋼帶式CVT變速器最大傳遞扭矩極限是200Nm。奧迪 A6 2.8配備的CVT變速器使用了鏈條來最大傳遞扭矩是280Nm。日產(chǎn)弧錐環(huán)輪式CVT能夠傳遞 206kW和 384Nm。 通過以上數(shù)據(jù)我們不難看出無論是鋼帶式CVT、鏈條式CVT還是弧錐環(huán)輪式CVT都不能滿足載貨汽車和客車的要求。 本設(shè)計的目標是設(shè)計一種能夠滿足載貨汽車和客車要求的CVT。通過大量的分析和計算。在盡量發(fā)揮RCVT的性能的前提下我把設(shè)計數(shù)據(jù)定為： 車型：城市客車 發(fā)動機： CA4110ZL1 額定功率：125/2300 (kW/rmin-1) 最大扭矩：560/1500（Nm/rmin-1） 變速比： 6.4 四新裝置、關(guān)鍵技術(shù) RCVT采用自動加壓裝置，以保證壓緊力與負載相適應(yīng)，在低負載時有效地減小滾輪的滾動阻力。從而提高RCVT的經(jīng)濟性和壽命。RCVT是油膜牽引傳動，所以要求采用高牽引系數(shù)牽引油。也就是說牽引油的質(zhì)量對RCVT的傳動性能有很大影響。 五設(shè)計重點和難點 1RCVT采用油膜牽引傳動其實也是摩擦傳動，施加在摩擦副間的法向壓緊力高達其所傳遞的有效圓周力的2075倍。所以其接觸區(qū)的接觸應(yīng)力很高，應(yīng)重點計算接觸區(qū)的接觸應(yīng)力，并選擇適當?shù)牟牧虾驼龎毫?。采取自動加壓裝置，以保證壓緊力與負載相適應(yīng)，有較小的和不變的傳動系數(shù)k；值，所以自動加壓裝置的設(shè)計是重點。 2加在平盤上的力非常大，而且平盤的轉(zhuǎn)速也很高，所以對軸承的承載的能力、極限轉(zhuǎn)速和壽命有很高的要求。 3RCVT的滾輪是主動件，動力從發(fā)動機出來分為四路傳到四個滾輪上。在這個傳動過程中要使用錐齒輪。主動錐齒輪的直徑就會有些偏大再加上發(fā)動機的轉(zhuǎn)速比較高，這樣就導致錐齒輪的線速度過高。這是本設(shè)計的一個難點。改進的方法一是將錐齒輪直徑減小，方法二是選擇低轉(zhuǎn)速發(fā)動機，方法三是改變傳動形式。 4由于幾何尺寸受到限制導致RCVT的變速比不能太大，單靠RCVT的變速比是不能滿足汽車的要求。改進的辦法一是與定軸輪系并聯(lián)然后用差動輪系進行運動疊加，這樣雖然能提高變速比，但是在RCVT中會產(chǎn)生封閉功率流。辦法二是用機械有級變速器與RCVT串聯(lián)。 六RCVT的經(jīng)濟效益 RCVT的傳動效率高于鋼帶式CVT,傳動的最大扭矩比以前的機械式CVT有較大提高?？梢栽谳d貨汽車和客車得到應(yīng)用。使其發(fā)動機始終處于最佳工況下工作，使得車輛的動力性與發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性獲得最優(yōu)匹配。其燃油經(jīng)濟性提高15%20%。 七. 畢業(yè)設(shè)計計劃安排 周次 所