机械电子式无级变速器调速负载特性研究

论文摘要

金属带式无级变速器（CVT）因其结构简单、成本低廉、使用寿命长以及容易实现动力传动系的综合控制,能够充分地发挥发动机的特性,更好地提高汽车的燃油经济性、动力性、驾驶舒适性及行驶平顺性,所以一直是备受推崇的变速箱产品种类。然而,目前的无级变速器均采用液压系统对锥盘加压实现变速控制,在该产品的生产使用实践中,存在着三个主要问题：（1）液压系统的高能耗；（2）液压系统的高成本；（3）液压系统的低可靠性。本文所研究的是一种新近开发的具有自主完全知识产权的机械电子式无级变速器（Electronic Mechnical Continuously Variable Transmission）,这种新型的无级变速器抛开了高能耗的泵、阀、液力变矩器,用能耗低的电机、齿轮、碟形弹簧加压对EMCVT调速。本课题来源辽宁省科学技术计划工业攻关重点项目资助,项目编号：2009220015,该项目名称是“车用无级变速器实验与控制关键技术攻关”。本文的主要工作是：通过现场试验充分了解EMCVT的调速机构,对其进行受力分析,研究影响调速负载的各种因素,建立调速负载的数学模型；利用有限元软件Ansys分析调速机构的核心元件-—碟形弹簧的力学特性,并分析不同转速条件下对碟形弹簧力学特性的影响；建立调速负载simulink的仿真模型,得出其特性曲线,定量或定性地分析不同因素对调速负载的影响程度,为以后的控制策略、方法的研制提供一些理论指导；提出调速负载的优化模型,并利用复合型法对其优化,得出优化后碟形弹簧的参数以及优化结果；提出新的CVT的速比变化率与汽车加速度的关系表达式和研究它们关系的分析方法,在现有研究的基础上提出一个关于汽车加速度与速比变化率之间关系的猜想,并且建立了EMCVT下速比变化率的数学模型,求解了该EMCVT的各个时刻的速比变化率。通过本文工作得出了如下重要结论：在所选定的有效工作范围内,变速箱转速对碟形弹簧的力学性能影响很小,可以不做考虑；求解的调速负载的特性曲线不是很合理,由此提出调速负载的优化模型,优化结果对比以前调速性能有比较明显的优化作用,同时该优化思想可以应用到EMCVT的结构设计上；本文提出新的CVT的速比变化率与汽车加速度的关系表达式更简洁更合理有利于分析它们之间的关系。所提出的关于车加速度与速比变化率之间关系的猜想以及求解的EMCVT的速比变化率,为EMCVT控制策略中的速比控制实践提供一定的理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无级变速器的类型及发展历史
• 1.2.1 无级变速器的类型
• 1.2.2 金属带式无级变速器的发展历史
• 1.2.3 金属带式无级变速器的发展趋势
• 1.3 金属带式无级变速器的调速机构
• 1.3.1 机液控制方式金属带式无级变速器的调速机构
• 1.3.2 电液控制方式金属带式无级变速器的调速机构
• 1.3.3 节能的CVT新成果——EMCVT
• 1.4 研究现状
• 1.5 本文主要的研究内容和研究意义
• 1.5.1 主要的研究内容
• 1.5.2 本文的研究意义
• 第二章 EMCVT机械结构及影响调速负载因素分析
• 2.1 EMCVT机械结构及变速原理
• 2.1.1 EMCVT的机械结构
• 2.1.2 EMCVT传动速比
• 2.1.3 EMCVT调速机构
• 2.2 EMCVT调速策略分析
• 2.2.1 EMCVT总的控制任务
• 2.2.2 EMCVT速比的控制策略分析
• 2.2.3 对调速电机的控制策略分析
• 2.3 影响EMCVT调速负载因素分析
• 2.3.1 调速机构在调速过程中各部件的运动情况
• 2.3.2 调速机构在调速过程中各部件的受力情况
• 2.3.3 影响EMCVT调速负载因素分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 EMCVT调速负载的数学模型
• 3.1 建立总的EMCVT的调速负载的数学模型
• 3.2 克服调速机构由转动惯量产生的负载的数学模型
• 3.2.1 调速电机轴的角加速度
• 3.2.2 等效到调速电机轴的等效转动惯量
• 3.3 电机推动主动轴动锥盘运动所需负载的数学模型
• 3.3.1 调速过程中调速螺母端扭矩
• 3.3.2 调速过程中调速螺母对主动轴动锥盘的轴向推力
• 3.3.3 金属带对主、从动轴锥盘的轴向推力比
• 3.3.4 主、从动轴碟形弹簧在调速过程中产生弹簧力
• 3.4 本章小结
• 第四章 碟形弹簧的特性
• 4.1 碟形弹簧概述
• 4.2 普通碟形弹簧特点
• 4.2.1 普通碟形弹簧的结构形式
• 4.2.2 普通碟形弹簧的特点
• 4.2.3 普通碟形弹簧的载荷与变形呈非线性关系
• 4.3 普通碟形弹簧的计算
• 4.3.1 普通碟形弹簧的载荷——变形计算
• 4.3.2 单片普通碟形弹簧的载荷特性曲线
• 4.4 普通碟形弹簧的组合形式与计算
• 4.4.1 对合组合碟簧
• 4.4.2 叠合组合碟簧
• 4.4.3 复合组合碟簧
• 4.4.4 不同厚度的组合碟簧
• 4.4.5 不同片数的组合碟簧
• 4.5 本章小结
• 第五章 锥盘加压碟形弹簧的有限元分析
• 5.1 有限元法与ANSYS
• 5.1.1 有限元分析法概述
• 5.1.2 ANSYS软件简介
• 5.2 ANSYS非线性结构分析
• 5.3 有限元模型的建立
• 5.3.1 单元、材料的设定
• 5.3.2 网格划分
• 5.3.3 边界条件
• 5.3.4 设置求解控制
• 5.3.5 求解并查看结果
• 5.4 有限元分析结果验证
• 5.5 不同转速下有限元分析数据的对比
• 5.6 基于最小二乘法确定型号碟形弹簧力学特性的拟合方程
• 5.6.1 最小二乘法
• 5.6.2 在MATLAB中对确定型号碟形弹簧力学特性曲线的进行拟合
• 5.7 本章小结
• 第六章 EMCVT调速负载特性分析以及调速性能研究
• 6.1 EMCVT调速负载特性分析
• 6.1.1 调速电机的控制
• 6.1.2 EMCVT的调速负载模型
• 6.1.3 EMCVT调速负载特性分析
• 6.1.4 EMCVT调速电机的机械特性
• 6.2 基于锥盘加压碟形弹簧的调速负载的优化设计
• 6.2.1 从动轴碟形弹簧优化问题
• 6.2.2 主动轴碟形弹簧优化问题
• 6.2.3 优化前后结果对比
• 6.3 EMCVT调速性能的理论研究
• 6.3.1 速比变化率对汽车变速性能的影响
• 6.3.2 EMCVT速比变化率的分析计算
• 6.3.3 本节小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢