CVT带轮变形及金属带轴向偏置研究

摘要

金属带式无级变速器(CVT)是一种理想的车用变速器。它可以连续地调节速比去适应汽车不断变化的负荷，实现变速器与发动机的最佳匹配，提高了整车的动力性与燃油经济性。近年来，随着中国汽车市场的蓬勃发展，CVT车型所占市场份额越来越高，CVT已成为变速器发展的趋势。带轮与金属带是CVT的核心部件，承载着无级变速的关键功能，带轮变形以及金属带的轴向偏置使金属带产生偏磨，直接影响CVT的速比变化及传动效率。
　　 本文以国产CVT为研究对象，首先分析了该CVT的基本结构和工作原理，推导了其总体几何模型和力学模型，为后续研究提供了理论基础。其次，利用有限元方法分析了速比、轴向力及输入转矩对主动轮轴向变形的影响，并且通过实验数据，验证了有限元分析结果的有效性；根据分析结果，建立了实际运行工况中CVT主动带轮轴向变形量、速比以及输入转矩之间数学模型，为带轮的设计及效率分析提供了有效的依据。再者，分析了金属带轴向偏置原理，通过对当前金属带轴向偏置模型的对比，得到BOSCH偏置模型是计算金属带轴向偏置的最优方法，以此方法为基础，建立了考虑带轮变形的金属带轴向偏置模型，得到了不同轴向力作用下金属带轴向偏置曲线，并研究了带轮角度以及中心距变化对金属带轴向偏置的影响。最后，分析了金属片的受力情况，利用有限元软件对轴向偏置量最大情况下的金属片进行了强度分析，得出了应力分布云图，并与非偏置工况下的金属片进行了对比研究，有限元结果得到了实验的验证。这些分析结果对研究带轮及金属带的失效机理、优化带轮偏置曲线以及进一步提升CVT工作效率及寿命具有重要意义。