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      金屬帶式無(wú)級(jí)變速器傳遞功率大、效率高、壽命長(zhǎng)、換擋連續(xù)平穩(wěn)，是未來(lái)車用無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展方向，金屬帶是金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的核心部件，我國(guó)于2000年研制出了金屬帶。此前由于金屬帶的關(guān)鍵技術(shù)被歐洲、日本的少數(shù)幾個(gè)大公司壟斷，金屬帶價(jià)格昂貴，無(wú)法做充分的試驗(yàn)研究。重慶理工大學(xué)在2004年成功研制出金屬帶，目前正在對(duì)金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的傳動(dòng)特性和失效形式進(jìn)行深入的試驗(yàn)研究，國(guó)產(chǎn)CVT金屬帶摩擦片材料為T8Mn，帶環(huán)材料為馬氏體時(shí)效鋼，摩擦片形狀參數(shù)如圖所示，金屬帶裝配狀態(tài)如圖所示。引用文獻(xiàn)中建立的數(shù)學(xué)模型，本文中計(jì)算得出了某工況下金屬帶最危險(xiǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)，利用有限元分析軟件Hypermesh劃分網(wǎng)格，建立了摩擦片有限元模型，并在Abaqus中進(jìn)行強(qiáng)度分析，得到了摩擦片的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，這是對(duì)摩擦片失效機(jī)理研究的初步探索。
      金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的變速原理如圖所示，當(dāng)主動(dòng)帶輪軸向加緊力增加，錐輪間距減小時(shí)，因帶輪的V型楔面作用，金屬帶沿帶輪徑向向外滑移，作用半徑增大，在變速過(guò)程中，由于金屬帶長(zhǎng)度一定，從動(dòng)輪的作用半徑因此減小，錐輪間距將增大，從動(dòng)輪的作用半徑將減小，從而使無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)比減小.當(dāng)主動(dòng)帶輪軸向夾緊力減小時(shí)，則有相反的作用過(guò)程，導(dǎo)致無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)比增加.金屬帶無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)正是通過(guò)調(diào)整作用在主、從動(dòng)輪的軸向夾緊力，從而改變了主、從動(dòng)輪的作用半徑，無(wú)級(jí)地改變了傳動(dòng)比。CVT具有2個(gè)傳遞轉(zhuǎn)矩通道，一是靠鋼片間的擠壓力傳遞轉(zhuǎn)矩，二是靠鋼環(huán)的張力差傳遞轉(zhuǎn)矩。在主動(dòng)帶輪上，只有部分接觸弧上有鋼片擠壓力存在，在主動(dòng)帶輪的其余弧段上鋼片間存在間隙，從主動(dòng)帶輪入口到出口，鋼片擠壓力逐步增大。在從動(dòng)帶輪上，全弧段上都有鋼片擠壓力，由從動(dòng)帶輪入口到出口，鋼片擠壓力逐步減小。
      鋼環(huán)的張力則符合Eider分布，由于鋼片的接觸棱與鋼片肩部之間有距離，因此在小帶輪上鋼片肩部速度總大于鋼環(huán)的速度，總是在進(jìn)入小帶輪的直線端產(chǎn)生最大的張力，相應(yīng)稱這段直邊為緊邊，相對(duì)如上所述，功率的傳遞是由摩擦片間的擠壓力和金屬環(huán)內(nèi)的拉緊力兩者聯(lián)合作用來(lái)完成的。而傳動(dòng)比和輸入轉(zhuǎn)矩的大小不同，摩擦片和金屬環(huán)所傳遞功率的比率及在功率傳遞中所起的作用也不同。有研究表明：除傳動(dòng)比1且轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，摩擦片起阻礙功率傳遞作用外，在其他條件下摩擦片間的擠壓力均發(fā)揮積極作用，并隨輸入轉(zhuǎn)矩的增大，摩擦片所傳遞功率的比例也增大.與之不同，金屬環(huán)在功率傳遞作用方面僅與傳動(dòng)比有關(guān)。
      金屬帶的載荷分布包括帶環(huán)張力、摩擦片壓縮力和帶輪夾緊力，對(duì)CVT鋼帶進(jìn)行受力分析，圖分別為摩擦片、金屬帶環(huán)的受力示意圖，其中T為帶環(huán)張力，Q為摩擦片壓縮力，dF為帶環(huán)作用在摩擦片鞍面徑向的壓力，dN為作用在帶輪與摩擦片接觸面上的壓力，摩擦片與帶環(huán)摩擦因數(shù)，氣為摩擦片與帶輪之間的摩擦因數(shù)，F(xiàn)為摩擦片與帶輪之間的切向摩擦力，F(xiàn)為帶環(huán)與摩擦片之間的切向摩擦力。為了摩擦片失效研究的需要，在有限元分析中將加載最大應(yīng)力值，因此載荷分布計(jì)算時(shí)需要找出載荷的最大值。有研究表明：摩擦片運(yùn)轉(zhuǎn)在從動(dòng)輪時(shí)所受壓縮力最大，并且實(shí)際摩擦片壓縮力與扭矩比幾乎是線性關(guān)系，即扭矩大壓縮力也大.而帶環(huán)的張力僅受速比影響，計(jì)算時(shí)取大速比，也可保證帶環(huán)張力最大。日本藤井透等學(xué)者對(duì)CVT鋼帶的受力狀況的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明：在大轉(zhuǎn)矩比狀況下，金屬帶的鋼片擠壓力、鋼環(huán)張力的分布狀況都大體相似。
      因此載荷計(jì)算的目標(biāo)為計(jì)算出速比為24755時(shí)，從動(dòng)輪接觸弧上所受的最大力，在建立平衡方程過(guò)程中作如下假設(shè)：(1)鋼片肩部各有6-12層很薄、柔韌性較好的鋼環(huán)，在分析中為了簡(jiǎn)便起見，將鋼環(huán)簡(jiǎn)化成一個(gè)整體的鋼環(huán)；(2)一片片的鋼片構(gòu)成了鋼帶，嚴(yán)格地說(shuō)鋼片間的擠壓力分布是間斷、不連續(xù)的。但由于鋼片在帶輪上運(yùn)動(dòng)，要逐步經(jīng)過(guò)帶輪上的各個(gè)位置，同時(shí)鋼片的幾何尺寸也較小，因此，將鋼片的擠壓力分布認(rèn)為是可以積分的連續(xù)分布；(3)韓國(guó)學(xué)者Kin教授曾對(duì)鋼片在帶輪上的徑向移動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量發(fā)現(xiàn)在帶輪的整個(gè)接觸弧上，鋼帶作用半徑變動(dòng)量在數(shù)量級(jí)，相對(duì)切向滑移來(lái)說(shuō)，幾乎可以忽略不計(jì)。CUT是摩擦傳動(dòng)，不可避免會(huì)發(fā)生傳動(dòng)滑移，鋼帶的切向滑移相對(duì)帶的徑向滑移來(lái)說(shuō)很大，因此在工程應(yīng)用中，可以認(rèn)為鋼帶只存在沿帶輪的切向滑動(dòng)，因此忽略離心力對(duì)摩擦片和金屬帶環(huán)的影響，經(jīng)過(guò)以上假設(shè)，摩擦片簡(jiǎn)化的受力模型如圖所示。