功率分流式无级变速器一轴设计
目 录
1 绪论 1
1.1功率分流式无级变速器的概述1
1.2本课题研究的意义和目的1
1.3国内外对PSCVT研究情况2
1.3.1液力机械式自动变速器（AT-HMT）技术2
1.3.2机械式自动变速器（AMT）技术4
1.3.3无极变速器（CVT）技术6
1.3.4复合传动技术10
1.4课题研究的主要内容11
2 PSCVT的方案设计及分析13
2.1 PSCVT的工作原理分析13
2.2 PSCVT的匹配车型介绍15
3 PSCVT一轴结构参数计算16
3.1 PSCVT的运动学分析16
3.2 PSCVT速比及速比范围的确定18
4 PSCVT一轴三维建模21
4.1 输入轴轴体的三维模型图21
4.2 齿圈主动齿轮的三维模型图21
4.3 轴承的三维模型图22
4.4同步器的三维模型图22
4.5主动带轮主动齿轮的三维模型图23
4.6一轴总成的三维模型图23
5 PSCVT的工程图绘制24
结论 29
致谢 30
参考文献31
1绪论
1.1功率分流式无级变速器的概述
功率分流式无级变速器，简称PSCVT(power split continuously variable transmission)，它运用的是功率分流的原理，将齿轮间的传动和带式无级变速装置这两者相互组合起来，从而形成了动力的并联传递，并且能够在最大程度上发挥出他们各自的优点，从而实现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
全车性能的最优化以及最高的性价比。
纵观国内外，大多是将发动机前置后驱型的车辆作为实际应用来研究功率分流式无极变速器的，而此次将研究一种对于发动机前置前驱型的经济型轿车适用的方案。另外，为了使此变速器具有更加精准的速比调节范围，我们将使用双电动机速比调节方式的无级变速单元应用于PSCVT上。
1.2课题研究的意义和目的
汽车现在已经家喻户晓，作为当今社会不可或缺并且十分普遍的交通工具，为我们的生活提供了很多便捷之处，也是它出现的一百多年里技术发展最快、公众认知度较高的一种交通工具，可见现今汽车对于人类生活的意义极为重大，宽泛点说，对于一个国家而言，它不仅仅能为国民提供便捷，更是一种国家科技与实力发展的重要体现，就拿我国来说，在最近的十几年里，汽车在很多大中城市已经是一家一户代步工具中的标配，有很多家庭甚至可以达到每人一辆，可见汽车在中国的市场已经完全打开，甚至已经可以说是欣欣向荣的场景，汽车产业已经成了我国国民经济的重要支柱。在这些年的发展中，我们也选择了更加适合自己。更加符合自己需求的车辆，因此对于普遍家庭来说，经济型轿车以及微型客车成了很多家庭的首选，它们更加适应发展的需要，更加符合人们的生活和消费方式，所以这些车型的发展更是如日中天，其生产也面临着巨大的压力。那么在现有基础上，通过降低此类车型的生产成本，并且提高其安全性、经济性、舒适性显得尤为迫切。自动变速器以及无级变速器的核心技术--车辆传动技术成为设计优化的重中之重。每辆汽车都需要适应不同状态下的完美运行，比如起步、行驶、加速以及在各种复杂的道路上安全行驶，这些条件都对汽车的变速系统有着较高的要求人们都希望汽车在具有较高的运行功率的同时还能够具有很好的燃油经济性，那么对于较为理想的变速系统而言，应该具备最优化的速比控制实现其连续变化。另外，对于驾驶员而言，还要减轻其驾驶疲劳且最大程度上提高驾车安全性，对于乘客而言，还要提高乘坐的舒适性。综上所述，研究出一种适合上述条件的，适用于广大人民热衷的经济型轿车以及微型客车的新型无级变速器成为了技术改革的关键，对于国家的发展和提高国民生活质量来说也具有极为重要的意义。
1.3国内外对PSCVT研究情况
汽车传动技术的发展也是随着汽车一百多年的发展越发的优化了技术，无级变速传动最早是1886年出现在德国一家汽车公司的汽油机上，自此自动变速器技术就一直广为人们追捧，而我国的自动变速器技术现在很大程度上都是依赖国外进口。当前各国汽车主要运用于汽车上的自动变速器（简称AT）有三大类，一类是机械式自动变速器（简称AMT），另一类是液力机械式自动变速器（简称AT-HMT）还有一类叫作无极变速器（简称CVT）。这三类自动变速器都经过了很长的发展过程才慢慢走向成熟也取得了很快的进步，并且公众接受度也大大提升了很多。在此之后，随着科学技术的不断发展又出现了集各种优势的新型复合传动技术，这在自动变速器的发展史上又翻开了新的一章，也必然会成为汽车传动技术深化发展的新方向。
1.3.1液力机械式自动变速器（AT-HMT）技术
道路上我们所见到的大部分汽车上用的液力机械式自动变速器（AT-HMT）主要由几大部分组成，它们主要是：（1）液力变矩器（2）液压操纵系统（3）行星齿轮操纵系统（4）电子控制系统。液力变矩器除了可以传递部分转矩，还能够在不需要改变泵轮转矩的前提下，随着涡轮的转速变化来改变涡轮输出转矩的大小，继而达到了无级变速的要求。
目前，AT-AMT其大致的研究方向是如何使液力变矩器能够更高效地传递一些转矩，更精确地控制多挡位化，更完美地控制变矩器闭锁离合器，使换挡点的控制显得更加智能化，提高换挡的平顺性以及改善其响应性。
如何设计液力变矩器将会直接关系到整个变矩器的传递效率问题，并且影响到AT-HMT的燃油经济性。因此，当前国内外研究液力变矩器的主要方向是对其泵轮流场的设计。随着车辆的动态行驶，液力变矩器都处于非常不稳定否认情况下工作，那么今后研究液力变矩器的动态特性将会越发的受到关注。
我们的最终目的是为了提高变速器的效率，那么为了让液力变矩器大部分的时间都能够工作在高效率区，对其影响非常重要的一个方面就是其穿透度与发动机怎样更合理地匹配。那么如何确定液力变矩器和发动机的共同工作点很关键，通用的一些算法主要有：优化算法和几何近似算法还有解析算法这三种。其中几何近似算法多少会存在一定误差；解析算法就是在一定范围内（发动机的最大转速）求出发动机或者泵轮的转速的一元二次方程实根；而优化算法相对较精确，它主要利用解析算法的本质，外加一维优化的方法进行计算。在实际计算中，为了实现的更高的精度要求，一般会采用较高的代数方程次数的数学模型，但是，如果出现次数5以上的代数方程的根那么就无法用含有方程系数的解析式来表示，因为没有已知的求根公式可供使用，这时，解析算法无法得到我们想要的结果。在此之后还衍生了更加便捷智能的加速算法，它根据泵轮转矩系数的大小，把液力变矩器的一些原始数据整合并且进行排序，然后再开始计算，最先计算出较大的泵轮转矩系数工况时的共同工作点，然后把这个点作为整个区间的左侧端点，每当计算完成下一个工况，这个左端点就向右移动一些，以缩小下一个工况所需要的计算区间，从而达到加速的目的，这种算法的速度明显快于普通的优化算法。
由公式（2.2）、（2.3）、（2.4）、（2.5）、（2.6）、（2.7）、（2.8）得：
（2.9）
1 绪论 1
1.1功率分流式无级变速器的概述1
1.2本课题研究的意义和目的1
1.3国内外对PSCVT研究情况2
1.3.1液力机械式自动变速器（AT-HMT）技术2
1.3.2机械式自动变速器（AMT）技术4
1.3.3无极变速器（CVT）技术6
1.3.4复合传动技术10
1.4课题研究的主要内容11
2 PSCVT的方案设计及分析13
2.1 PSCVT的工作原理分析13
2.2 PSCVT的匹配车型介绍15
3 PSCVT一轴结构参数计算16
3.1 PSCVT的运动学分析16
3.2 PSCVT速比及速比范围的确定18
4 PSCVT一轴三维建模21
4.1 输入轴轴体的三维模型图21
4.2 齿圈主动齿轮的三维模型图21
4.3 轴承的三维模型图22
4.4同步器的三维模型图22
4.5主动带轮主动齿轮的三维模型图23
4.6一轴总成的三维模型图23
5 PSCVT的工程图绘制24
结论 29
致谢 30
参考文献31
1绪论
1.1功率分流式无级变速器的概述
功率分流式无级变速器，简称PSCVT(power split continuously variable transmission)，它运用的是功率分流的原理，将齿轮间的传动和带式无级变速装置这两者相互组合起来，从而形成了动力的并联传递，并且能够在最大程度上发挥出他们各自的优点，从而实现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
全车性能的最优化以及最高的性价比。
纵观国内外，大多是将发动机前置后驱型的车辆作为实际应用来研究功率分流式无极变速器的，而此次将研究一种对于发动机前置前驱型的经济型轿车适用的方案。另外，为了使此变速器具有更加精准的速比调节范围，我们将使用双电动机速比调节方式的无级变速单元应用于PSCVT上。
1.2课题研究的意义和目的
汽车现在已经家喻户晓，作为当今社会不可或缺并且十分普遍的交通工具，为我们的生活提供了很多便捷之处，也是它出现的一百多年里技术发展最快、公众认知度较高的一种交通工具，可见现今汽车对于人类生活的意义极为重大，宽泛点说，对于一个国家而言，它不仅仅能为国民提供便捷，更是一种国家科技与实力发展的重要体现，就拿我国来说，在最近的十几年里，汽车在很多大中城市已经是一家一户代步工具中的标配，有很多家庭甚至可以达到每人一辆，可见汽车在中国的市场已经完全打开，甚至已经可以说是欣欣向荣的场景，汽车产业已经成了我国国民经济的重要支柱。在这些年的发展中，我们也选择了更加适合自己。更加符合自己需求的车辆，因此对于普遍家庭来说，经济型轿车以及微型客车成了很多家庭的首选，它们更加适应发展的需要，更加符合人们的生活和消费方式，所以这些车型的发展更是如日中天，其生产也面临着巨大的压力。那么在现有基础上，通过降低此类车型的生产成本，并且提高其安全性、经济性、舒适性显得尤为迫切。自动变速器以及无级变速器的核心技术--车辆传动技术成为设计优化的重中之重。每辆汽车都需要适应不同状态下的完美运行，比如起步、行驶、加速以及在各种复杂的道路上安全行驶，这些条件都对汽车的变速系统有着较高的要求人们都希望汽车在具有较高的运行功率的同时还能够具有很好的燃油经济性，那么对于较为理想的变速系统而言，应该具备最优化的速比控制实现其连续变化。另外，对于驾驶员而言，还要减轻其驾驶疲劳且最大程度上提高驾车安全性，对于乘客而言，还要提高乘坐的舒适性。综上所述，研究出一种适合上述条件的，适用于广大人民热衷的经济型轿车以及微型客车的新型无级变速器成为了技术改革的关键，对于国家的发展和提高国民生活质量来说也具有极为重要的意义。
1.3国内外对PSCVT研究情况
汽车传动技术的发展也是随着汽车一百多年的发展越发的优化了技术，无级变速传动最早是1886年出现在德国一家汽车公司的汽油机上，自此自动变速器技术就一直广为人们追捧，而我国的自动变速器技术现在很大程度上都是依赖国外进口。当前各国汽车主要运用于汽车上的自动变速器（简称AT）有三大类，一类是机械式自动变速器（简称AMT），另一类是液力机械式自动变速器（简称AT-HMT）还有一类叫作无极变速器（简称CVT）。这三类自动变速器都经过了很长的发展过程才慢慢走向成熟也取得了很快的进步，并且公众接受度也大大提升了很多。在此之后，随着科学技术的不断发展又出现了集各种优势的新型复合传动技术，这在自动变速器的发展史上又翻开了新的一章，也必然会成为汽车传动技术深化发展的新方向。
1.3.1液力机械式自动变速器（AT-HMT）技术
道路上我们所见到的大部分汽车上用的液力机械式自动变速器（AT-HMT）主要由几大部分组成，它们主要是：（1）液力变矩器（2）液压操纵系统（3）行星齿轮操纵系统（4）电子控制系统。液力变矩器除了可以传递部分转矩，还能够在不需要改变泵轮转矩的前提下，随着涡轮的转速变化来改变涡轮输出转矩的大小，继而达到了无级变速的要求。
目前，AT-AMT其大致的研究方向是如何使液力变矩器能够更高效地传递一些转矩，更精确地控制多挡位化，更完美地控制变矩器闭锁离合器，使换挡点的控制显得更加智能化，提高换挡的平顺性以及改善其响应性。
如何设计液力变矩器将会直接关系到整个变矩器的传递效率问题，并且影响到AT-HMT的燃油经济性。因此，当前国内外研究液力变矩器的主要方向是对其泵轮流场的设计。随着车辆的动态行驶，液力变矩器都处于非常不稳定否认情况下工作，那么今后研究液力变矩器的动态特性将会越发的受到关注。
我们的最终目的是为了提高变速器的效率，那么为了让液力变矩器大部分的时间都能够工作在高效率区，对其影响非常重要的一个方面就是其穿透度与发动机怎样更合理地匹配。那么如何确定液力变矩器和发动机的共同工作点很关键，通用的一些算法主要有：优化算法和几何近似算法还有解析算法这三种。其中几何近似算法多少会存在一定误差；解析算法就是在一定范围内（发动机的最大转速）求出发动机或者泵轮的转速的一元二次方程实根；而优化算法相对较精确，它主要利用解析算法的本质，外加一维优化的方法进行计算。在实际计算中，为了实现的更高的精度要求，一般会采用较高的代数方程次数的数学模型，但是，如果出现次数5以上的代数方程的根那么就无法用含有方程系数的解析式来表示，因为没有已知的求根公式可供使用，这时，解析算法无法得到我们想要的结果。在此之后还衍生了更加便捷智能的加速算法，它根据泵轮转矩系数的大小，把液力变矩器的一些原始数据整合并且进行排序，然后再开始计算，最先计算出较大的泵轮转矩系数工况时的共同工作点，然后把这个点作为整个区间的左侧端点，每当计算完成下一个工况，这个左端点就向右移动一些，以缩小下一个工况所需要的计算区间，从而达到加速的目的，这种算法的速度明显快于普通的优化算法。
由公式（2.2）、（2.3）、（2.4）、（2.5）、（2.6）、（2.7）、（2.8）得：
（2.9）
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