润滑机制下基于最小作用量原理的CVT传动安全裕度优化研究

针对现有金属带式无级变速器(Continuously variable transmission, CVT)滑摩传动过程中润滑机制影响金属带传递安全性与效率的问题。以某国产自主研发CVT为研究对象,对CVT从动带轮与金属带摩擦片之间作用力和应力分布趋势的分析,建立金属带轮运动下的热弹流润滑模型。由于CVT运行过程中油膜状态在多变约束空间下具有临界极值的特性,提出润滑特性符合最小作用量原理的假设,构建符合最小作用量原理的CVT润滑特性Lagrange函数及最小作用量原理模型,推导出CVT润滑过程中实际作用量和理论最小作用量的数值,厘清变温环境下膜厚作用量的变化趋势,验证假设的合理性。求得金属带轮与摩擦片间宏观摩擦因数与微观油膜剪切力的函数表达式,结合CVT传动综合试验,分别测试摩擦因数、温度、传动效率与转矩比的工作关系,计算金属带最佳传递转矩数值。将运行特定工况参数范围得到的结果进行插值处理,确定CVT滑摩传动安全裕度,分析变速机构不同速比、输入转矩与转速在确定安全裕度下传动效率的变化特性。结果表明,基于最小作用量原理优化下的CVT传动效率可有效提升2.62%～3.76%。为解决CVT传...     

金属推型V-带无级变速箱损耗机理仿真部分1:带组摩擦造成的转矩损失

以推型金属带为基体的无级变速箱(CVT)的动力传递效率低于有级变速箱,大家已往认识到采用CVT改进发动机/负荷匹配新取得的燃料经济性的好处有被取消的趋势.本组三篇论文详细阐述了发生在作为第一级用来取得效率改进的带传动中损耗机理的研究.已经进行试验研究了涉及推型金属V-带CVT空载和低载的转矩损失.本第一篇论文述及发生在金属带CVT由于带推块和带间相对运动造成主要转矩损失的新分析方法.本研究考虑到其他研究中的新发现并改进了金属V-带的设计.本文中采用几种不同的试验方法提供的实验数据推荐了转矩损失的数字模型.本组第二篇论文阐述了由于带轮变形的许多附加转矩损失机理.在第三篇论文中阐述了根据本文的发现提出带滑动损失的分析.     

金属推型V-带无级变速箱损耗机理仿真部分1:带组摩擦造成的转矩损失

以推型金属带为基体的无级变速箱(CVT)的动力传递效率低于有级变速箱,大家已往认识到采用CVT改进发动机/负荷匹配新取得的燃料经济性的好处有被取消的趋势.本组三篇论文详细阐述了发生在作为第一级用来取得效率改进的带传动中损耗机理的研究.已经进行试验研究了涉及推型金属V-带CVT空载和低载的转矩损失.本第一篇论文述及发生在金属带CVT由于带推块和带间相对运动造成主要转矩损失的新分析方法.本研究考虑到其他研究中的新发现并改进了金属V-带的设计.本文中采用几种不同的试验方法提供的实验数据推荐了转矩损失的数字模型.本组第二篇论文阐述了由于带轮变形的许多附加转矩损失机理.在第三篇论文中阐述了根据本文的发现提出带滑动损失的分析.     

橡胶V带式无级变速器性能的测试与试验研究

首先给出了橡胶V带式无级变速器(CVT)的性能评价与试验方法;然后测试了一传递扭矩达120 N·m的橡胶V带式CVT的性能,给出了该CVT在不同输入转速与不同负载转矩下的传递效率、转矩损失、转速损失和速比的变化特性,并进行了分析;最后研究了橡胶V带式CVT主动轮限位弹簧的刚度、离心飞锤的质量以及从动轮的压扭弹簧的刚度对橡胶V带式CVT性能的影响,揭示了橡胶V带式CVT的结构参数对其性能的影响规律.     

金属推型V带无级变速箱损耗机理仿真部分2:带轮变形损失和总转矩损失的论证

以推型金属带为基体的无级变速箱(CVT)的动力传动效率低于有级变速箱,大家已经认识到采用CVT改进发动机负荷匹配所取得的燃料经济性的好处有被取消的趋势.本组三篇论文详细阐述了发生在作为第一级用来取得效率改进的带传动中损耗机理的研究.本第二篇文章是接上第一篇论文,其中进行了分析由于带轮和带的推块之间相对运动产生的损失.进行附加的实验研究表明在变速器的带轮上产生较大的变形,除第一篇文章讨论之外进一步推荐转矩损失模拟表明转矩损耗较小,但与带有关联的转矩损失仍较大.本研究考虑到其他研究中的新发现并改变金属V带的设计.本组中第三篇论文开发了许多模型,依据于第一篇论文中开发的力分布模型来预测变速器装置中带滑动的损失.     

基于Carreau流变模型的渐开线齿轮摩擦因数研究

结合载荷分担概念和弹流润滑理论,研究润滑剂的流变性对渐开线齿轮油膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响;分别采用Carreau流变模型和Doolittle-Tait自由体积黏度模型描述润滑剂的剪切稀化特性及黏压关系,研究齿轮载荷、转速、表面粗糙度和润滑剂压黏系数对摩擦因数的影响。研究结果表明:不同的润滑剂剪切稀化特性不同,因此油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均不同;摩擦因数随着转矩的增大先显著增大,当超过某一转矩值时,摩擦因数开始缓慢变化;摩擦因数随着转速的增加先显著减小,当转速增加至某一值时摩擦因数又随之增大;随着表面粗糙度和润滑剂压黏系数的增大,摩擦因数均明显增大。     

表面粗糙和带槽的湿式离合器接合的有限元模型

已经开发了一个有限元模型,研究表面粗糙和带槽纸质可渗透的湿式离合器的接合特性。采用有限元方法(Galerkin)离散修正雷诺和力平衡方程式,采用等参量方程式解所描述的有关内何学。通过Patir和Cheng(1978)的通用流量模型模拟表面粗糙度的影响。在表面粗糙状况下,采用Greenwond和William son(1966)方法计算负荷分配,采用开发的有限元模型研究所加负荷的影响,以及湿式离合器摩擦材料的渗透率和槽出入口尺寸的接合特性(即转矩、油压、接合时间和油膜厚度)。研究结果表明,所加负荷、摩擦材料渗透率和槽宽度对接合特性的影响显著。高的配合面压力增大了峰值和减少了接合时间但显著增大了峰值转矩,宽油槽减少峰值转矩和增加了接合时间。对于本模型油槽深度对接合特性的影响不太明显。     

表面粗糙和带槽的湿式离合器接合的有限元模型

已经开发了一个有限元模型,研究表面粗糙和带槽纸质可渗透的湿式离合器的接合特性。采用有限元方法(Galerkin)离散修正雷诺和力平衡方程式,采用等参量方程式解所描述的有关内何学。通过Patir和Cheng(1978)的通用流量模型模拟表面粗糙度的影响。在表面粗糙状况下,采用Greenwond和William son(1966)方法计算负荷分配,采用开发的有限元模型研究所加负荷的影响,以及湿式离合器摩擦材料的渗透率和槽出入口尺寸的接合特性(即转矩、油压、接合时间和油膜厚度)。研究结果表明,所加负荷、摩擦材料渗透率和槽宽度对接合特性的影响显著。高的配合面压力增大了峰值和减少了接合时间但显著增大了峰值转矩,宽油槽减少峰值转矩和增加了接合时间。对于本模型油槽深度对接合特性的影响不太明显。     

金属带式CVT力学仿真研究

在对金属带式CVT机构经典力学分析基础上,采用UG和ADAMS软件建立了针对CVT力学研究的金属带式CVT虚拟样机模型,仿真分析了CVT传动机构的部分力学特性,包括金属块间挤推力和金属环带张力变化规律.研究表明:所建金属带式CVT虚拟样机模型是合理、可行的;传动比和转矩比分别对金属块和金属环带的受力分布及大小影响作用不同.     

粗糙表面微凸体对液黏传动的影响

为研究液黏传动过程中粗糙表面的承载特性,将分形理论引入到两粗糙表面摩擦过程之中,分析传动过程中混合摩擦和边界摩擦两阶段的微凸体承载过程,考虑微凸体弹塑性变形,对M-B模型进行修正,建立修正的微凸体承载模型。建立基于修正M-B模型的微凸体承载模型。通过数值仿真得到有效面积系数、分形参数对液黏调速离合器传动过程的影响规律;对修正的微凸体承载模型的计算结果与M-B模型的计算结果进行对比分析。结果表明:微凸体接触载荷和传递转矩随着面积比的增大而增大,当有效面积系数与尺度系数增大时,接触载荷与传递转矩均有所增大;分形维数为1.5时,微凸体接触载荷与传递转矩最小且随面积比的变化最为缓慢;在整个接触区域内,弹性变形区域的面积、接触载荷以及传递转矩最大,其次是弹塑性变形区域,塑性变形区域最小;考虑弹塑性变形时,微凸体接触载荷与传递转矩均有所下降;修正M-B模型和M-B模型间的修正系数范围在25%以内,修正系数随着有效面积系数、尺度系数的增大而增大,随着分形维数的增大而减小。     

The influence of lubricating oil on the performance of a metal V‐belt‐type continuously variable transmission

The influence of lubricating oil on the torque capacity and the efficiency of a continuously variable transmission (CVT) of metal V‐belt type were experimentally investigated using a commercial CVT unit with a belt assembly and pulley. In order to analyse the friction characteristics of each of the contacting parts in the CVT, a block‐on‐disc type friction testing machine was used. The maximum torque capacity between the belt and pulley in the actual CVT correlated with the friction coefficient under high contact pressure (200 MPa) and relatively high sliding velocity (0.1 m/s) on the friction testing machine. The transmission efficiency decreased as the load decreased. The maximum difference in the efficiency between all the commercial automotive transmission and CVT fluids tested reached 6%. It was found that the requirements for the efficiency of transmission at a lower load were in contradiction with the maximum torque capacity.     

Steady state and transient characteristics of a rubber belt CVT with mechanical actuatiors

In this paper, thrust equations for a rubber belt CVT are derived by considering the geometry and mechanism of the mechanical actuators. In order to solve the thrust equations, an algorithm to calculate the speed ratio is suggested for the given driver speed and load torque based on the actuator characteristic equations and existing formula for the belt thrust forces. Experiments are performed to investigate the driver speed-load torque-speed ratio characteristics at a steady state. The speed and torque efficiencies are measured and used to modify the actuator equations. It is found that the modified equations well predict the steady state characteristics. In addition, the shift dynamic model for a rubber belt CVT is derived experimentally. Simulation results of the CVT shift dynamics are in good accordance with the experiments and it is noted that different coefficients are required to describe the CVT shift dynamics for the upshift and the downshift.     

无级变速器湿式离合器动态摩擦系数对转矩传递影响的研究

因研究湿式离合器接合特性的需要,通过分析无级变速器湿式离合器的机械结构,建立了湿式离合器机械传动的数学模型,运用建立的数学模型,研究了不同动态摩擦系数斜率对传递转矩的影响。研究结果表明,对于具有正斜率特性的摩擦系数,其传递的转矩是收敛的,而对于具有负斜率特性的摩擦系数,其传递的转矩是发散的。研究结果为进一步研究湿式离合器的传动特性提供了理论基础。     

基于汽车无级变速器最佳传动效率的夹紧力控制策略研究

影响汽车无级变速器传动效率的决定性因素是夹紧力控制。过小的夹紧力会导致金属带与带轮产生滑转,过度的滑动会使金属带与带轮接触面间磨损严重,同时有效转矩传递的可靠性也随之下降。过大的夹紧力不但会增加不必要的摩擦损失,而且会降低金属带及带轮使用寿命,所需较大的液压系统压力也会导致发动机消耗于油泵的能量增加。通过对滑转率的分析和研究可以合理确定夹紧力的数值使其大小适度并一直处于最佳夹紧状态,无级变速器的传动效率就可以得到效提高。     

液黏传动可控启动过程混合摩擦转矩特性研究

为了研究矿用重型刮板输送机可控启动装置中液黏传动可控启动过程混合摩擦阶段的转矩特性，基于雷诺方程建立了油膜承载力和剪切转矩数学模型，并根据G-W模型建立了微凸峰接触转矩模型，最终以刮板输送机实现S形曲线，得到了可控启动过程中摩擦副的承载特性和转矩特性。结果表明，可控启动过程中，摩擦副间油膜厚度按反S曲线随时间增大而减小；摩擦副的承载力和转矩不断增大，其中微凸峰为总承载力和转矩的主要承担部分，并且不断增大，而油膜承载力和转矩则只占据小部分并不断减小。研究结果为可控启动装置可控启动过程转矩特性预测和控制部分设计提供了理论依据。     

A study on regenerative braking for a parallel hybrid electric vehicle

In this paper, a regenerative braking algorithm is presented and performance of a hybrid electric vehicle (HEV) is investigated. The regenerative braking algorithm calculates the available regenerative braking torque by considering the motor characteristics, the battery SOC and the CVT speed ratio. When the regenerative braking and the friction braking are applied simultaneously, the friction braking torque corresponding to the regenerative braking should be reduced by decreasing the hydraulic pressure at the front wheel. To implement the regenerative braking algorithm, a hydraulic braking module is designed. In addition, the HEV powertrain models including the internal combustion engine, electric motor, battery, CVT and the regenerative braking system are obtained using AMESim, and the regenerative braking performance is investigated by the simulation. Simulation results show that the proposed regenerative braking algorithm contributes to increasing the battery SOC which results in the improved fuel economy. To verify the regenerative braking algorithm, an experimental study is performed. It is found from the experimental results that the regenerative braking hydraulic module developed in this study generates the desired front wheel hydraulic pressure specified by the regenerative braking control algorithm.     

金属带式无级变速器壳体的强度和刚度分析

通过对一种自行研制的车用金属带式无级变速器(continuously variable transmission,CVT)壳体的应力和变形情况进行ANSYS有限元分析,表明CVT壳体结构设计不仅对自身的强度而且对变速器的传动性能都十分重要。解决了由于传统设计时无法估算箱体变形而造成的传动隐患,使曲母线锥盘和摩擦片真正啮合,从而使轴向无偏的金属带传动成为可能,也为实现整个CVT系统的进一步优化和改进提供了必要的依据。利用Pro/Engineer平台构筑了复杂的CVT箱体模型,利用ANSYS有限元分析软件对该模型进行了较准确的强度和刚度分析。     

Axial forces of a V-belt CVT

A simple analytical formula is derived for the axial forces of a V-belt CVT drive. For the driver pulley axial force, belt tension is assumed to be constant by self-locking. For the driven pulley axial force, the whole arc of contact between the belt and the pulley is divided into two regions; (1) inactive and (2) active area. The sliding angle ø for the belt friction is approximated as ø=0 in the active area. It is found that the results of the new formula are in close agreement with the exact solution. The new formula is suggested for the V-belt CVT design due to its simplicity and sufficient accuracy.