高轉(zhuǎn)速條件下CVT金屬片強(qiáng)度及磨損分析

摘要：【目的】金屬帶式無(wú)級(jí)變速器（Continuously Variable Transmission， CVT）在高轉(zhuǎn)速條件下運(yùn)行時(shí)，其各零部件間受力關(guān)系復(fù)雜，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)8 000 r/min 時(shí)，金屬片容易發(fā)生磨損，導(dǎo)致CVT使用壽命急劇下降。研究高轉(zhuǎn)速條件下金屬帶金屬片強(qiáng)度及磨損，對(duì)CVT在電動(dòng)汽車應(yīng)用及發(fā)展具有重要意義?！痉椒ā拷⒏咿D(zhuǎn)速條件下金屬帶的力學(xué)模型，利用Ansys Workbench 軟件仿真分析了不同速比、轉(zhuǎn)速等因素對(duì)金屬片應(yīng)力、磨損的影響，并通過(guò)模擬試驗(yàn)加以驗(yàn)證?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明，高轉(zhuǎn)速下金屬片應(yīng)力隨速比增大而增大，金屬片側(cè)面磨損隨而增大。

關(guān)鍵詞：CVT；金屬片；磨損；應(yīng)力

中圖分類號(hào)：U469 DOI： 10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 01. 017

0 引言

隨著環(huán)境污染加劇、全球性能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，國(guó)際社會(huì)對(duì)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放要求越來(lái)越高，發(fā)展電動(dòng)汽車技術(shù)迫在眉睫[1]。目前，市面上絕大多數(shù)的電動(dòng)汽車使用的是減速器或單級(jí)變速器，存在電動(dòng)機(jī)體積大、能耗高、低效率階段升溫快、中高速階段加速性能差以及節(jié)能、續(xù)航性能差等問(wèn)題[2-3]， 而金屬帶式無(wú)級(jí)變速器（ContinuouslyVariable Transmission， CVT）具有經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性及舒適性等優(yōu)點(diǎn)，為電動(dòng)汽車搭載CVT，可將電動(dòng)機(jī)性能發(fā)揮到最佳[4]。

金屬帶是金屬帶式CVT的關(guān)鍵核心部件。早在19世紀(jì)末，國(guó)外學(xué)者就對(duì)金屬帶式CVT及金屬帶展開(kāi)了大量的研究。NARITA等[5]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)金屬片與帶輪之間的摩擦特性進(jìn)行了研究，結(jié)論表明，轉(zhuǎn)速越高，金屬片與帶輪之間的磨損越嚴(yán)重，嚴(yán)重影響金屬帶式CVT的傳動(dòng)效率。KANEHARA等[6]對(duì)金屬片與金屬片、金屬片與帶輪以及金屬片與帶環(huán)之間的受力狀況進(jìn)行了研究分析，研究表明，CVT在傳動(dòng)過(guò)程中，金屬帶受力十分復(fù)雜，各零部件之間的磨損嚴(yán)重影響了CVT的傳動(dòng)效率。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)CVT及金屬帶也展開(kāi)了大量的研究。李磊等[7]利用Abaqus軟件對(duì)金屬片進(jìn)行了靜力學(xué)仿真，結(jié)果表明，在金屬片鞍面、底部圓弧槽內(nèi)以及金屬片側(cè)面出現(xiàn)應(yīng)力集中，這也是金屬片最先發(fā)生磨損的地方。孫冬野等[8]利用Ansys軟件對(duì)CVT 金屬片進(jìn)行了仿真分析，云圖顯示，在金屬片鞍面圓弧槽、底部圓弧槽內(nèi)以及金屬片側(cè)面出現(xiàn)了應(yīng)力集中，這是導(dǎo)致金屬片破壞的主要原因之一。安穎等[9]根據(jù)CVT夾緊力控制策略對(duì)CVT可靠性的要求，設(shè)計(jì)了CVT耐久性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，結(jié)果證明，黏著磨損是由金屬片側(cè)面與帶輪錐面之間發(fā)生滑移時(shí)所產(chǎn)生的，容易導(dǎo)致CVT失效。張武等[10]采用Ansys軟件對(duì)帶輪變形進(jìn)行了分析，帶輪變形會(huì)導(dǎo)致金屬帶偏移，從而使CVT各零部件間發(fā)生磨損，縮短了CVT的使用壽命。

綜上所述，當(dāng)前對(duì)CVT的研究，主要集中在中、低速下（≤6 500 r/min）CVT的動(dòng)力學(xué)等方面。據(jù)試驗(yàn)可知，CVT傳動(dòng)過(guò)程中，帶輪、帶環(huán)及金屬片相互之間受力情況十分復(fù)雜，尤其是當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)8 000 r/min，CVT金屬帶會(huì)出現(xiàn)帶環(huán)斷裂、金屬片磨損嚴(yán)重等問(wèn)題。因此，針對(duì)電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，研究高轉(zhuǎn)速條件下金屬帶金屬片強(qiáng)度及磨損，對(duì)CVT在電動(dòng)汽車應(yīng)用及發(fā)展具有重要意義。