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金属带式无级变速传动动态特性的理论及实验研究

杨为  
【摘要】:金属带式无级变速传动能显著地提高和改善汽车的燃油经济性及动力性能,是一种理想的传动方式。开展金属带式无级变速传动系统传动机理和动态特性的研究,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文在国家自然科学基金重点项目(资助号:59835160)资助下,对金属带式无级变速传动系统的传动机理、系统动态特性等进行了系统深入的理论分析和实验研究,取得了创造性成果。 以库仑摩擦理论为基础,在考虑了带轮夹紧力、轴向力、挤推力和金属环张力的基础上,建立了金属带传动的力学模型。应用数值方法计算了不同工况下各弧段金属环、金属块的受力情况,分析了各元件参数、速比对载荷分配的影响规律,揭示了该传动是靠金属块间挤推力和金属环张力来共同传递载荷的机理,得出了在传动过程中带轮轴向力、转矩、速比之间的变化规律等重要结论。 首次提出并建立了金属带式无级变速传动系统动态特性的理论研究体系,建立了包含主动轴、主动带轮、从动轴、从动带轮及金属块、金属环在内的传动系统模型。提出了节点──节点离散杆单元模型,对不同工况下系统的动态特性进行了理论研究。研究结果为金属带式无级变速传动系统动态优化,提高传动系统的承载能力,进行系统动力响应分析和疲劳寿命预估奠定了理论基础。 首次对传动的关键部件──金属带子系统进行了试验模态研究,得到了子系统的固有频率、阻尼比及固有振型,解决了传统计算模态研究中子系统边界条件难以正确确定的问题,为降低运行时的振动和噪声提供了重要理论依据。 系统深入地研究了环境激励下试验模态的原理和方法,在车辆传动实验台上,首次通过测量运动状态下金属带式无级变速传动系统的加速度信号,直接识别机械结构的模态参数,解决了常规试验模态分析方法所不能解决的问题。试验结果与理论解吻合良好,证明了理论研究的正确性。 首次研究了金属带式无级变速传动系统在瞬、稳态下的振动特性,从时频域的角度研究了不同输入转速、转矩、速比对系统振动特性的影响规律;在系统地研究瞬态传动机理的基础上,用定时间间隔三维功率谱阵,研究了不同输入转速和转矩工况下,传动系统在升降速过程中频率成分的分布规律、速比变化率与输入转速及转矩比间的相互关系,为减振降噪,提高汽车的乘座舒适性提供了重要的理论依据。 本文提出的理论研究体系和试验分析方法,为金属带式无级变速传动系统动态优化,提高传动系统承载能力,进行系统的动力响应分析和疲劳寿命预估奠定了理论基础。


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