01J型变速器作为无级自动变速器的一种,其机械机构是整个传动系统的基础。在分析01J型无级自动变速器机械结构的基础上,改进了前进挡和倒挡的传动机构,设计了变速器的主要机械部件,对改进后变速器的性能进行了台架验证。
　　目前,国外无级变速器产品技术已相当成熟,并已进入中国,如一汽的奥迪A4和A6、南京菲亚特的派力奥和西耶那、广州本田的飞度以及奇瑞的旗云等,都已有了无级变速器选装车。在我国,无级变速器的研究工作起步较晚,且主要集中在高等院校,尚处在研究开发阶段,并多以理论研究为主,特别值得一提的是吉林大学汽车学院(原吉林工业大学汽车系)无级变速器课题组,自1996年以来一直从事汽车无级变速器的研究,取得了许多研究成果:2002年,首次实现了EQ6480轻型客车的无级变速器装车试验,该无级变速器是由吉林大学、东风汽车工程研究院和东北大学联合开发研制,但由于电液控制系统是分立式的,还存在很多问题;2003年,该课题组又在机液控制式P811型无级变速器的基础上,自主研制了基于数字控制技术的集成电液控制系统的无级变速器,并在国内首次进行了1.6L轿车装车试验,取得了较好的效果。
　　无级变速器近20年受到重视,各国竞相研制,投入批量生产,并在近几年得到进一步的发展,成为汽车变速传动发展的主要方向之一。
　　传统的自动变速器操纵方便,但结构复杂,维修困难,制造成本高。国外汽车无级变速器,大多采用一套行星齿轮机构和一套主、从动带轮机构作为动力传递,倒挡工作时,因传递转矩大,容易造成带轮与钢带由于侧压力小而打滑,影响钢带和带轮使用寿命。
　　针对以上存在的主要问题,对01J型无级自动变速器的机械传动机构进行了改进设计。去掉了原来结构复杂的行星齿轮传动机构,前进挡通过离合器为带式传动,传动比连续变化,实现无级变速。倒挡传动变为齿轮传动,通过离合器为齿轮直接传递动力,传动效率高,延长了钢带的使用寿命。
　　101J型无级自动变速器的工作原理这种CVT是带轮和钢带的组合,主要部件包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成,与油缸靠近的一侧带可动盘与固定盘都是锥面结构,它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。
　　发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮,然后通过V型传动带传递到从动轮,最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。
　　工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径,从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节,从而实现了无级变速。其机械传动机构如图1所示。
　　图101J型变速器机械传动机构简图2；改进后01J型无级变速器机械传动机构总体设计变速器机械传动机构改进设计如图2所示。在变速器壳体内部有两套变速传动机构。一是前进挡传动机构,主要由输入轴(Ⅰ轴)1、前进挡离合器5、传动轴(Ⅱ轴)6、前进挡主动带轮7、主动带轮副9、钢带8、前进挡从动带轮13、从动带轮副16和输出轴(Ⅲ轴)15构成。二是倒挡变速传动机构,主要由输入轴(Ⅰ轴)1、倒挡主动齿轮4、倒挡离合器(带倒挡从动齿轮)18、输出轴(Ⅲ轴)15构成。
　　主要机械部件设计机械传动机构由三轴两齿轮一带轮传动组构成,三轴分别是变速器输入轴(Ⅰ轴,如图3所示)、传动轴(Ⅱ轴,如图4所示)、输出轴(Ⅲ轴,如图5所示);两轮分别是倒挡主动齿轮、倒挡从动齿轮(倒挡离合器外圈);一带轮传动组由前进挡主动带轮、前进挡从动带轮、钢带组成。
　　Ⅰ轴是变速器输入轴,其上装有油泵、倒挡主动齿轮、前进挡离合器外圈,它们之间都是固联接。Ⅱ轴是传动轴,是实心轴,前端伸入前进挡离合器支承孔内,作为Ⅱ轴前支承,前端轴套装有轴承,键齿与前进挡离合器内圈联接,中部为主动带轮组的驱动轮,后端通过轴承装于变速器壳体上,为Ⅱ轴后支承,为了增加其承载能力,在主动带轮前端还装有中间支撑轴承,轴中心开有带轮油缸液压油道。Ⅲ轴为动力输出轴,是实心轴,前后端通过轴承装于变速器壳体上,作为Ⅲ轴的前后支承。中间装有从动带轮组,在花键上装倒挡离合器内圈,倒挡离合器(带倒挡从动齿轮)外圈通过轴承空套于输出轴上,可以自由空转,前端装输出齿轮和驻车制动器,轴中心开有带轮油缸液压油道。
　　空挡工作过程控制手柄处于空挡时,前进挡和倒挡离合器回油路都不接通,离合器在回位弹簧作用下使离合器摩擦片分离,主、从动盘呈自由滑转状态,发动机动力不能传递到变速器,此时变速器无动力输出。
　　驻车挡工作过程控制手柄处于驻车挡时,前进挡和倒挡离合器回油路都不接通,离合器在回位弹簧作用下使离合器摩擦片分离,主、从动盘呈自由滑转状态,发动机动力不能传递到变速器,此时驻车制动器工作,同时变速器输出轴锁止。
　　前进挡工作过程如图6所示,控制手柄置于前进挡位置时,液压系统首先切断倒挡离合器油路,然后接通前进挡离合器油路,使前进挡离合器结合,这时倒挡离合器不工作,处于分离状态。
　　随油门增大,转速提高油道阀门开度增大,离合器液压增高,前进挡离合器由滑转到锁止,变速器输入轴(Ⅰ轴)将动力传递给前进挡离合器→传动轴(Ⅱ轴)→主动带轮→钢带→从动带轮→输出轴(Ⅲ轴)→输出轮→介轮→驱动桥→半轴→车轮。此时通过主、从动带轮节圆半径改变来改变传动比,从而实现前进挡的无级变速。
　　变速器处于前进挡工作过程时,倒挡离合器处于滑转状态,倒挡从动齿轮和主动轮处于自由空转状态,此时倒挡传动但不输出动力。
　　倒挡工作过程倒挡动力传递路线如图7所示。控制手柄置于倒挡位置时,液压系统首先切断前进挡离合器油路,然后接通倒挡离合器油路,使倒挡离合器结合,这时前进挡离合器不工作,处于分离状态。
　　此时变速器输入轴(Ⅰ轴)将动力传递给倒挡主动齿轮→倒挡离合器(带倒挡从动齿轮)→输出轴→介轮→驱动桥→半轴→车轮。同时倒挡离合器(带倒挡从动齿轮)与Ⅲ轴被倒挡离合器锁止,动力还传递到前进挡从动带轮→钢带→前进挡主动带轮→传动轴(Ⅱ轴)→花键→前进挡离合器内圈。由于前进挡离合器处于分离状态,传动轴(Ⅱ轴)呈自由空转,无动力输出。
　　前进挡动力传递路线图倒挡动力传递路线图5　变速器的性能试验机械式封闭试验台因其结构简单、投资小、使用经济等特点,在齿轮及其传动装置的试验研究中得到了广泛应用,所以我们选择了机械封闭式试验台方案。
　　动力装置选50kW交流变频调速电机;检测传感器用以监测输入转矩与转速;改进后的01J型CVT为受试变速器,改进前的01J型CVT为陪试变速器,两变速器背靠背安装;加载器用以提供封闭功率和附加弯矩。
　　测量变速器在不同的输入转速、不同的输入转矩下输出功率与输入功率得到变速器的传动效率值。
　　试验台结构示意图在试验油温为80±10℃;输入轴转矩为0~1800N·m,转速为0~2000r/min的条件下对变速器的倒挡进行了试验。试验数据表明,改进后的CVT在倒挡时,在不同的转速下其传递的转矩和传动效率明显高于改进前的CVT,试验结果如表1所示。
　　汽车上配用自动变速器后,与手动变速器相比,具有以下优点:消除了离合器操作和频繁换挡,使驾驶员操作简便且省力,从而提高了行车安全性,降低了劳动强度;能自动适应行驶阻力的变化,改善了汽车的动力性;由于自动变速器能实现自动平顺换挡,减少换挡次数,可以提高汽车行驶的平稳性;还可以提高乘坐舒适性和燃油经济性,降低排放污染。
　　通过对01J型无级自动变速器机械传动机构的改进设计,简化了其传动机构,降低了制造成本,延长了金属带的使用寿命,具有实际的应用价值。

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