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      金屬帶式無級變速器傳遞功率大、效率高、壽命長、換擋連續(xù)平穩(wěn)，是未來車用無級變速器的發(fā)展方向，金屬帶是金屬帶式無級變速器的核心部件，我國于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)幾個大公司壟斷，金屬帶價格昂貴，無法做充分的試驗研究。重慶理工大學(xué)在2004年成功研制出金屬帶，目前正在對金屬帶式無級變速傳動的傳動特性和失效形式進行深入的試驗研究，國產(chǎn)CVT金屬帶摩擦片材料為T8Mn，帶環(huán)材料為馬氏體時效鋼，摩擦片形狀參數(shù)如圖所示，金屬帶裝配狀態(tài)如圖所示。引用文獻中建立的數(shù)學(xué)模型，本文中計算得出了某工況下金屬帶最危險處的應(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中進行強度分析，得到了摩擦片的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，這是對摩擦片失效機理研究的初步探索。
      金屬帶式無級變速傳動系統(tǒng)的變速原理如圖所示，當(dāng)主動帶輪軸向加緊力增加，錐輪間距減小時，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，在變速過程中，由于金屬帶長度一定，從動輪的作用半徑因此減小，錐輪間距將增大，從動輪的作用半徑將減小，從而使無級變速傳動比減小.當(dāng)主動帶輪軸向夾緊力減小時，則有相反的作用過程，導(dǎo)致無級變速傳動比增加.金屬帶無級變速傳動正是通過調(diào)整作用在主、從動輪的軸向夾緊力，從而改變了主、從動輪的作用半徑，無級地改變了傳動比。CVT具有2個傳遞轉(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。在主動帶輪上，只有部分接觸弧上有鋼片擠壓力存在，在主動帶輪的其余弧段上鋼片間存在間隙，從主動帶輪入口到出口，鋼片擠壓力逐步增大。在從動帶輪上，全弧段上都有鋼片擠壓力，由從動帶輪入口到出口，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)合作用來完成的。而傳動比和輸入轉(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：除傳動比1且轉(zhuǎn)矩較小時，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CVT鋼帶進行受力分析，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，因此載荷分布計算時需要找出載荷的最大值。有研究表明：摩擦片運轉(zhuǎn)在從動輪時所受壓縮力最大，并且實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，計算時取大速比，也可保證帶環(huán)張力最大。日本藤井透等學(xué)者對CVT鋼帶的受力狀況的實驗和理論研究表明：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。
      因此載荷計算的目標(biāo)為計算出速比為24755時，從動輪接觸弧上所受的最大力，在建立平衡方程過程中作如下假設(shè)：(1)鋼片肩部各有6-12層很薄、柔韌性較好的鋼環(huán)，在分析中為了簡便起見，將鋼環(huán)簡化成一個整體的鋼環(huán)；(2)一片片的鋼片構(gòu)成了鋼帶，嚴格地說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動，要逐步經(jīng)過帶輪上的各個位置，同時鋼片的幾何尺寸也較小，因此，將鋼片的擠壓力分布認為是可以積分的連續(xù)分布；(3)韓國學(xué)者Kin教授曾對鋼片在帶輪上的徑向移動進行了測量，測量發(fā)現(xiàn)在帶輪的整個接觸弧上，鋼帶作用半徑變動量在數(shù)量級，相對切向滑移來說，幾乎可以忽略不計。CUT是摩擦傳動，不可避免會發(fā)生傳動滑移，鋼帶的切向滑移相對帶的徑向滑移來說很大，因此在工程應(yīng)用中，可以認為鋼帶只存在沿帶輪的切向滑動，因此忽略離心力對摩擦片和金屬帶環(huán)的影響，經(jīng)過以上假設(shè)，摩擦片簡化的受力模型如圖所示。