金属带式无级变速器摩擦因数和传动效率的实验研究

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由图 ! 可见， 随着载荷的增加， 滑差率表现出三种变化规 律， 说明不同载荷状态下， 摩擦片与锥盘间的摩擦 （ 或润滑）状 态不同。 在转矩比 ! " " # # 时，滑差率 ! " $ $ ， 随着载荷的增加， 滑 差率增加得较快， 说明摩擦片与锥盘之间摩擦较小， 处于弹流 润滑状态。 根据图 % % & ， 载荷较小时， 金属带进出带轮的功率 损失系数和摩擦片与钢环之间功率损失系数较大， 金属带进出 带轮的功率损失又是此时的主要功率损失形式， 所以传动效率 较低。 在转矩比 ! & " # # % " # ’ 时， 滑差率 ! & $ $ % (" # & $ ， 滑 差率随载荷的变化较小。 这是因为载荷的增加， 使摩擦片与锥 盘间的油膜受挤压， 油膜变薄， 接触表面的粗糙度对润滑性能 产生较大的影响， 处于边界润滑状态， 摩擦因数大于弹流润滑 状态下的摩擦因数。 由于摩擦因数增加， 摩擦力增加， 传动能力 增强。 根据图 % % & ， 此时金属带进出带轮的功率损失系数和摩 擦片与钢环之间功率损失系数减小， 摩擦片与带轮的锥盘之间 摩擦损失增加， 成为主要功率损失形式， 所以传动效率较高， 并 比较稳定。 当转矩比 ! ’ " # ’ 以后， 摩擦片与锥盘之间压力大， 滑动速 度大， 边界油膜被破坏， 磨损加剧。 随着载荷增加， 滑差率迅速 上升， 传动效率急剧下降， 直至打滑。 综上分析， 试验结果反映的规律与理论分析相符， 是合理 的。
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实验用金属带式无级变速器 表 #" 实验条件 从动轴压力 , 0 $’ $&! $’ $!# $( ’!’ 图 &" 传动效率与转矩比
输入转速 （ ! + , -./） $ *** $ )’* $ ***
! 实验中的实际传动比
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实验结果及分析
定义传递转矩与最大可传递转矩之比为转矩比， 并按式
（ $ ） #（ & ）处理实验数据， 得到滑差率、 摩擦因数、 传动效率与 转矩比的关系如图 & # ’ 所示。 金属带式无级变速器的功率损 失存在于以下 ) 个方面 功率损失； （ % ）金属带的摩擦片与带轮的锥盘之间相互滑动引起的 功率损失； （ & ）金属带的摩擦片与钢环之间相互滑动引起的功率损 失； （ ) ）金属带的钢环与钢环之间相互滑动引起的功率损失。
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第 %& 卷第 $% 期
加载， 转矩转速仪 ! 和 " 显示记录无级变速器的输入、 输出转矩 和转速， 直至输出转矩有急剧下降的趋势。 停机后， 用应变仪 # 对轴向压力再校核。
其中钢环与钢环之间相对滑动和摩擦都很小， 因此， 这项
［&］ 功率损失很小， 可以忽略 。 不同载荷状态下， 其它三项功率损失
［!］ 速器， 改变我国汽车无级变速器只能依赖进口的局面 ， 对金
根据式 （ ! ） +（ ( ） ， 确定实验中直接测量的参数为 #! ， #" ， &" ， $ 6" ， %! ， %" 。 &! ， 无级变速器的实际工作状态是复杂的， 但与摩擦因数和传 动效率有关的因素主要是输入转速、 传动比和载荷。 考虑到实 验的可操作性， 拟定试验在给定的输入转速、 传动比条件下， 按 载荷由小到大逐级加载的方式进行。 即在直接测量参数中， &! ， ,， #" 是控制参数； &" ， #! ， $ 6" ， %! ， %" 是测量参数。
第 "( 卷第 !" 期 "%%2 年!" 月
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金属带式无级变速器摩擦因数和传动效率的实验研究
张伟华! ， 谢里阳! ， 程乃士"
（ !# 东北大学 机械工程自动化学院， 东北 沈阳$ !!%%%& ； "# 重庆工学院 车辆工程学院， 重庆$ &%%%’% ）
［+］ ) 张伟华，程乃士，孙德志， 等, 金属带式无级变速器锥盘母线的设 计方法 ［ -］ , 东北大学学报 （ 自 然 科 学 版） ， +""( ， ++ （!） ： +$’ . +&(, ［!］ ) 孙德志， 谭振江， 郭大忠， 等, 金属带式无级变速器传动效率的分 析 ［ -］ , 东北大学学报 （ 自然科学版） ， +""+ ， ++ （(） ： *! . *%, ［#］ ) /012345 - 6， 789:58;4 6 < ，=>;;8?@ A B, /8C43309: 8D EF4 @E443 G>@F09: HI=43E 189E09>8>@3J KL;0LM34 E;L9@50@@089@［ - ］ , N;81, O9@E9 /41F P9:;@， (’’# ， +"& （ A( ） ： (! Q +$, ［*］ ) /012345 - 6， 789:58;4 6 < ， =>;;8?@ A B, =43E E8;R4 38@@ 09 L @E443 HI=43E 189E09>8>@3J KL;0LM34 E;L9@50@@089@［ -］ , N;81, O9@E9 /41F P9I :;@， (’’# ， +"& （ 6+ ） ： ’( Q ’$, ［%］ ) 郭大忠, 金属带式无级变速器传动效率的研究 ［ 6］ , 沈阳： 东北 大学， +""(,
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摘要： 用自主设计制造的金属带式无级变速器， 对金属带传动的摩擦因数和传动效率进行了实验研究。试验在 ( 种 条件下进行。在各种实验条件下， 保持输入转速和速比不变， 可调变阻器逐级加载， 测出无级变速器的输入、 输出转矩和 输入、 输出转速， 通过数据处理， 得到金属带传动的滑差率、 摩擦因数和传动效率与载荷的关系， 并进行了实验结果分析。 为充分发挥金属带传动的传动能力， 又获得较高的传动效率， 设计时应使其实际传递转矩为最大可传递转矩的 )%* + ,%* ； 摩擦因数 ! - %# %) 、 传动效率 ! - %# ," 可以作为设计依据。 关键词： 无级变速； 金属带； 摩擦因数； 传动效率； 滑差率 中图分类号： ./ !("# ("$ $ 文献标识码：0$ $ 文章编号： !%%! 1 "(’& （ "%%2 ） !" 1 %%&! 1 %( $ $ 金属带式无级变速器结构简单， 传动机理独特， 承载能力 和传动性能都优于其他类型的机械式无级变速器。它以良好 的经济性、 动力性、 舒适性、 节能环保性能， 并省去频繁换挡等 优点， 成为当今理想的汽车变速器。 在金属带式无级变速器中， 锥盘与摩擦片之间的摩擦因数 是决定其传动能力的关键数据， 传动效率是变速器的一项重要 性能指标。为了能设计制造自主知识产权的金属带式无级变
属带式无级变速器的主要部件— — —金属带传动的摩擦因数和 传动效率进行了实验研究， 得到了作为设计依据的摩擦因数和 传动效率。
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实验系统与试验用无级变速器
实验系统如图 ! 所示， 其中的试验用金属带式无级变速器
!$ 实验原理与测量参数
摩擦因数和传动效率都是无法直接测量的， 应采用间接测 量法。根据金属带式无级变速器的结构形式， 摩擦因数和传动 效率可按式 （!） 和 （"） 计算。
实验时先用应变仪 ) 测量主、 从动轴的轴向压力。 然后调 节控制箱 2 ， 使直流电动机在要求的转速下运转， 转动试验用无 级变速器的调速手柄达到要求的速比。 在各种实验条件下 （表 !） ， 保持输入转速和速比不变， 用可调变阻器 !% 由小到大逐级
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万方数据 械传动技术， 发表论文 "% 多篇。
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［"］ （ 图 " ）是自主设计制造的， 采用曲母线锥盘 ， 锥盘材料为
()=8>40?， 钢带环材料为马氏体失效钢， 摩擦片材料为 .)>;， 中心距 !2% 77， 带长 2@) 77， 传动比 % * &2 + " * 2! 。 通过调速装 置 （ 手轮 !" 、 丝杠 @ 、 摆杆 "% ）可以无级改变传动比。 例如， 转动 手柄使螺母向左移， 带动摆杆向左摆， 将主动轴上的碟簧压紧， 主动轴上的动锥盘随之向左移， 金属带向从动轴侧移动， 使从 （!） （"） 动轴上的动锥盘也向左移。 此时， 主动锥盘工作半径减小， 从动 锥盘工作半径增加。
定义金属带传动的滑差率 # 为：
# "
（(）
式中： !— — — 金属带传动的摩擦因数； — — 金属带传动的传动效率； !— — — 金属带传动的滑差率； #— %! ， %" — — — 主、 从动轮节圆半径， 77； &" — — — 输入、 输出转速， 8 9 7:;； &! ， #! ， #" — — — 输入、 输出转矩， <77； — — 无级变速器中轴承和联轴器的效率， !3 — ! 3 " % * ,’2 ； — — 从动轴的轴向压力， <； $ 6" — — — 锥盘的楔角。 "— 收稿日期： "%%2 1 %, 1 %! ； 修订日期： "%%2 1 %, 1 "% 基金项目： 重庆市科委重点攻关项目 （ "%%’=="’ ） 作者简介： 张伟华 （ !,’, 1 ） ， 女， 辽宁本溪人， 东北大学机械工程与自动化学院副教授、 博士研究生， 主要研究方向： 机械设计理论与现代机 !， ’ 直流电机； "， & 转矩转速传感器； ( 实验用无级变速器； 2 控制箱； @， , ABCD! 微机型转矩转速仪； ) CBE 1 ! 电阻应变仪； !% 旋转式可调电阻器 图 !" 金属带传动摩擦因数和传动效率测定实验线路图