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無錫克維斯:金屬帶式CVT的理論研究
作者:無錫市克維斯傳動機械有限公司    發布于:2013-12-10 09:29:24    文字:【】【】【
摘要:無錫克維斯:金屬帶式CVT的理論研究
變速器是汽車的傳動部件,它能在變速范圍內改變速比,平衡發動機輸出動力和行駛阻力。傳統的機械式變速器通過階躍變化的速比來達到此目的,不能完全平衡驅動力和行駛阻力。因此,汽車上需要有一種能夠連續改變速比的變速裝置。CVT 就是這樣的一種裝置,其形式多種多樣,無論金屬帶式 CVT 應用最為廣泛。

  1 金屬帶式 CVT 的工作原理

  CVT 的變速原理所示。變速部分由主動帶輪、V 型金屬帶和從動帶輪組成。每個帶輪都由兩個半錐輪組成,其中一個半錐輪固定,另一個半錐輪可以通過液壓缸控制其軸向移動。半錐輪間軸向相對位移是根據駕駛員的操作意圖和汽車的行駛工況,由 CVT 電子控制裝置自動控制的。兩個帶輪的軸距是固定的,金屬帶的周長也是定值,則變速時速比公式為DR DN DR r n i =(1)式中iDCVT 的速比;DR n,DN nD主動輪與從動輪轉速;DR r,DN rD主動輪與從動輪工作半徑。

  當主動輪工作半徑DR r較小時(半輪間的距離較寬),從動輪工作半徑DN r則較大(半輪間的距離較窄),此時的傳動比較大,相當于汽車低擋行駛;反之,相當于高擋行駛。通過控制DR r和DN r的連續變化,就能實現汽車的無級變速,即通過控制主從動帶輪可動錐輪的軸向移動,來改變金屬帶的回轉半徑,從而得到連續變化的速比??蓜渝F輪的軸向移動由與之相連的液壓缸壓力或者位移決定。因此,CVT 根據汽車所處工況的要求來實時改變速比的關鍵是對主從動缸進行液壓控制。

  2 CVT 的液壓控制

  CVT 的穩定工作是靠一套復雜、完整的液壓系統來實現的。液壓系統主要由主動缸液壓控制、從動缸液壓控制、液力變矩器控制、換向機構控制、潤滑系統和冷卻系統組成。其中,主動缸控制 CVT的速比變化,從動缸控制夾緊力。

  2.1 主動缸的液壓控制

  CVT 的速比變化就是調節主從動輪的工作半徑。

  由于金屬帶的長度一定,所以主從動帶輪工作半徑的改變也必須協調。體現在液壓控制方面就是控制主從動缸的液壓協調關系。

  速比是通過控制主動缸的壓力來實現的。當從動輪的工作壓力(軸向夾緊力)確定以后,通過主P可動錐輪+ =活塞控制油腔控制油壓動壓實際液壓液壓油缸動缸壓力改變傳動速比的過程為:從動輪的夾緊力通過金屬帶轉化為主動缸的軸向負荷,在金屬帶為定長的約束條件下,只需改變主動缸的壓力,即可實現協調主從動缸壓力的目的,從而連續改變主從動輪節圓半徑比,進而實現 CVT 的無級變速。

  2.2 從動缸的液壓控制

  汽車發動機的扭矩要按照汽車行駛的要求,通過變速器傳遞到驅動輪上。金屬帶式 CVT 發動機的扭矩通過金屬帶和帶輪的摩擦力傳遞。CVT 所傳遞的扭矩大小由從動輪缸的壓力決定,從動帶輪的軸向壓力按照如下關系確定)2 /(cos DN e DN A R T P =μαβ(2)DN PD從動缸壓力(金屬帶的夾緊力);e TD發動機扭矩;βD扭矩儲備系數,一般取β=1.21.3;αD帶輪錐角,一般取α=11;μD帶輪與金屬帶間的摩擦系數;DR RD主動帶輪的工作半徑;DN AD從動缸工作面積。

  為了使 CVT 可靠的傳遞動力,從動缸壓力應滿足式(2)。從動缸液壓控制的主要目標是保證金屬帶的夾緊力能讓 CVT 可靠地傳遞發動機的扭矩。依據(2)式確定的從動缸壓力,可以保證不至于因為夾緊力不足令金屬帶打滑,加重金屬帶的磨損,使其壽命縮短;也不至于由于夾緊力過大造成金屬帶傳動效率明顯下降。

  CVT 速比和夾緊力控制分別由主從動缸的液壓控制實現。由于各自的功用不同,所以主動缸和從動缸的半徑也不同。另外,在 CVT 工作過程中,主從動缸高速旋轉,其內部的液壓油會由于離心力而產生動壓。

  3 輪缸動壓的產生

  當 CVT 工作時,主從動缸隨發動機高速旋轉,其內部的液壓油在離心力作用下產生的動壓力為30(2 1 2 1 2 d R n P=πρ(3)式中d PD離心力產生的動壓;ρD液壓油的密度;nD油缸的轉速;2 RD油缸外徑;I RD油缸內徑。

  某裝備 CVT 的汽車各總成的參數是:發動機最高轉速 n e_max =6000r/min,CVT 速比變化范圍是2.4320.443.按這組數據計算,從動輪的轉速n DN_max =13544r/min,從動缸外徑 R 2 =0.055m,內徑I R =0.0175m,ρ=860kg/m 3。由式(3)計算得從動缸的動壓d P =2.067MPa,這相當于從動缸控制油壓的變化范圍。

  對于主動缸,輪缸的最高轉速為發動機最高轉速 6000r/min,主動缸外徑 R 2 =0.0785m,內徑 R 1 = 0.0175m,由式(3)計算得主動缸的動壓d P =0.994 MPa.

  由上述分析可知,由于離心力的作用,CVT 的主從動油缸都在不同程度上產生動壓,其大小是隨轉速變化的,這對液壓控制是十分不利的,必須采取措施對動壓進行補償。

  4 動壓補償方法

  雖然主動缸缸徑較大,但在 CVT 工作的整個過程中主動缸轉速基本與發動機相同,故離心力在主動缸上產生的動壓較?。ㄍǔ2粫哂?1MPa),對速比控制影響不是很大,可以在主動缸控制方案中加入補償措施得到解決。

  對于從動缸,其轉速隨發動機轉速和 CVT 速比變化,因此從動缸的動壓變化幅度較大,接近從動缸的壓力變化范圍,這對于夾緊力的精確控制影響很大,必須采取相應的措施消除動壓帶來的影響。

  最有效的方法是在從動缸的活塞外側加一個與從動缸底面積相等的動壓補償油缸。

  控制油壓產生動壓的同時,補償油壓也產生動壓,二者大小相等,方向相反,相互疊加后,僅存控制油壓,這樣就克服了動壓對控制油壓的影響。

  依據這種方法設計的 CVT 從動軸結構所示。動壓補償油腔在從動缸活塞的外側采用專門的補償油道供油,補償油腔的壓力與系統的潤滑和冷卻壓力相同。運用此方法建立的動壓補償油腔不僅可以有效地解決從動缸的動壓平衡問題,而且在結構和功能方面并未影響 CVT 的其它性能。

  動壓+控制油壓補償油壓控制油壓控制油壓 P補償油壓 P 0可動錐輪活塞動壓補償油腔控制油腔液壓油缸可動錐輪控制油腔活塞動壓補償油腔從動油缸固定錐輪動壓補償油道控制油道5 結束語

  分析了 CVT 的主從動缸動壓產生的原因,并介紹了平衡動壓的方法。這種方法在 CVT 上的成功應用,給其它類似液壓機械的動壓不平衡問題的解決提供了一個參考。

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