新型活齿CVT传动系统动力学特性研究

作     者：黄洪印 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯能莲;李全强

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080203[工学-机械设计及理论] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：新型活齿CVT 传动波动 动力学建模 模态分析 

摘      要：变速器作为汽车的重要部件,对发动机最佳性能的发挥有着直接的影响。无级变速器(CVT,)作为变速器的一种,因其具有良好的燃油经济性、操控性以及驾驶平顺性等优点,而逐渐得到各大汽车厂家的青睐。CVT主要分为带式CVT和链式CVT,但是这两种CVT都是依靠夹紧力来摩擦传动,其传动效率不是很高,传递转矩的大小也受到限制,因此仅适用于小排量的轿车上。针对传统的带式CVT和链式CVT所存在的问题,本文提出一种采用活齿啮合传动的新型活齿无级变速器(iMCVT,innovative movable-teeth CVT),其在实现无级变速的同时,可以传递大转矩,且传动效率较高,是无级变速传动领域一项新技术。本文以iMCVT传动机构为对象,对iMCVT传动机构主要部件的设计进行详细的分析,并阐述其调速机理和啮合机理,在此基础上,为了分析iMCVT传动机构的特点,搭建用于测试iMCVT传动机构性能的试验平台,测试结果表明:iMCVT可以实现大转矩传递动力,最大传递转矩大约为670N.m,并且传动效率较高,在传动比为1时,其在稳定阶段的传动效率达到93%。针对iMCVT在传递动力时存在波动问题,分析其波动机理,并建立iMCVT样的动力学模型,通过改变张紧力的大小,来研究在定传动比和变传动比情况下,对传动波动的影响规律,仿真结果表明:在一定范围内,输出轴的转速波动量随着张紧力的增加而减少,张紧力继续增加,输出轴的转速波动量趋于平稳;相比于传动比为1时,传动比增大或者减小,转速波动量趋于平稳所需要的最小张紧力都在减小,此外,随着传动比的增加,转速波动量也在增加,这说明转速的波动量还与输出轴转速的大小有关;采用正交试验,对iMCVT传动波动的影响因子进行显著性研究,结果表明,传动比影响最大,其次是转速和张紧力。本文首次提出“无隙速比的概念,并通过公式推导,得到“啮合齿隙与活齿外形以及传动比的关系式,并通过改变活齿厚度的大小,得到啮合齿隙与传动比的变化曲线图,结果表明:活齿厚度越小,iMCVT传动过程越平稳。基于有限元分析软件ANSYS WORHBENCH,对iMCVT传动机构的金属齿形链在受到最大拉力下的静力学特性进行研究,并得到链节和链销在实际传递动力过程中应力以及应变云图,通过观察云图分析其应力以及应变的大小和分布,结合链节以及链销在实际工程中所用的材料,来评估金属齿形链的强度和刚度设计的合理性。同时,为了研究iMCVT传动机构的振动特性,通过ANSYS WORKBENCH模态分析得到金属齿形链的固有频率和模态振型,并与外部激励频率进行对比,评估金属齿形链传动过程的稳定性。