（动力机械及工程专业论文）摩托车自动离合无线变速器性能实验台架的研制.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 离合器和变速器是车辆的重要组成部分，与发动机协同合作，以保证车辆在各种工况 下所必须的驱动力和车速，使得车辆具有良好的动力性和经济性。 本文结合广东大阳摩托车厂的“摩托车自动离合无级变速器试验设备研制 项目，探 究了摩托车自动离合无级变速器和摩托车自动离合无级变速器试验台的工作原理，并研制 出了实验室用摩托车自动离合无级变速器性能试验台。 本文紧紧依照行业标准摩托车和轻便摩托车自动离合无级变速器性能台架试验方 法，并参考了j b t7 4 3 6 9 4 机械无级变速器实验方法确立了实验台检测的重点：啮合 转速，变速特性，力矩特性，效率特性。 本文研究的摩托车自动离合无级变速器的实验设备：主要有动力机械部分和计算机测 控系统部分组成。 计算机测控系统部分是试验台的核心，由工控机、a ，d 卡、i o 扩展电路、继电器控制 电路、继电器、电磁阀、传感器、以及信号调理电路和常显表组成。根据试验项目选用高 精度传感器，设计了匹配的信号调理电路，并根据转速车辆原理，设计了光电式转速传感 器，包括转速的测量放大、整形、滤波、以及频率电压转换电路。采用自主开发的数据采 集卡和光电耦合器消除干扰信号，同时结合软件和控制电路完成数据的采集、加工、计算、 处理并把结果迅速输出到被控对象。 测控软件采用面向对象的可视化语言v i s u a lc + + 6 0 开发，主要由五大模块组成：系 统设置模块、硬件控制模块、数据显示模块、数据处理模块、帮助模块，每个模块相互独 立。该系统具有良好的操作界面，运行可靠，便于维护，基本达到设计要求。 摩托车自动离合无级变速器试验台将机电技术和计算机技术很好的结合起来，提高了 试验水平，同时为产品的检测，试验开发提供了理论和试验价值。 关键词：自动离合无级变速器，实验台，传感器 武汉理t 大学硕+ 学位论文 a bs t r a c t c l u t c ha n dt r a n s m i s s i o na r ei m p o r t a n tp a r t so fv e h i c l e s ，w h i c hc o o p e r a t ew i t he n g i n et o e n s u r et h ev e h i c l e st og e td r i v ef o r c ea n ds p e e di nd i f f e r e n tw o r k i n gc o n d i t i o n si no r d e rt om a k e t h ev e h i c l e sh a v eg o o de n e r g yc o n s u m p t i o ne c o n o m ya n dp o w e rp e r f o r m a n c e b a s e do nt h em o t o r c y c l ec t e s tb e n c hs t u d yi t e mo fd a y a n gg r o u pc o 1 t do fg u a n g d o n g p r o v i n c e ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e si n t o t h et h e o r yo fm o t o r c y c l ec v ta n dm o t o r c y c l ec v tt e s t b e n c h 。a n dt h et e s tb e n c hi sm a n u f a c t u r e d r e f e r r i n gj b t7 4 3 6 9 4 a n d ，t h i sp a p e rc o n f i r m s t e s te m p h a s i s ：m e s hr o t a t i n gr e v 、s h i f tc h a r a c t e r i s t i c 、m o m e n tt r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c 、 t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y t h i st e s tb e n c hc o n s i s t so fp o w e rm a c h i n ea n dac o m p u t e rw h i c hc o n t r o lt h em a c h i n ea n d g e td a t af r o mt h es e n s o ra n da s s i s t a n t se q u i p m e n t se q u i p p e dw i t ht h em a c h i n e t h ec o m p u t e rc o n t r o l l i n gs y s t e mi sak e yo ft e s tb e n c h ，w h i c hc o m p o s e do fc o m p u t e r ，a d b o a r d ，i oe x t e n dc i r c u i t ，c o n t r o lc i r c u i to fr e l a y ，e l e c t r o m a g n e t i cv a l v e ，s e n s o ra n ds i g n a t u r e t r a n s f o r m a t i o nc i r c u i t ic h o o s et h eh i g hp r e c i s es e n s o ra n dd e s i g nt r a n s f o r m a t i o nc i r c u i ts u i t e d f o rt h e m ；e s p e c i a l l y1w o r ko u tt h et r a n s f o r m a t i o nr e g u l a t i n g ，f i l t r a t i n ga n df r e q u e n c y v o l t a g e c i r c u i t so fr o t a t es p e e ds e n o r d a t ac o l l e c t i o nb o a r dw h i c hi sd e v e l o p e db ym yt e a c h e ra n d p h o t o e l e c t r i cc o u p l i n gs e ta t eu s e do n t e s tb e n c h t h ei n t e g r a t i o no fc o n t r o l l i n gc i r c u i t sa n d s o f t w a r ec o u l dm a n a g ea l lt a s k so ft e s tb e n c h ，s u c ha sd a t ac o l l e c t i n g , c a l c u l a t i n g , t r a n s f o r m i n g a n ds e n dc o n t r o ls i g n a lt oe x e c u t o r t h es o f t w a r ep a r ti sd e v e l o p e db ym e a n so fv i s u a lc + + 6 0 a n di sm a i n l yc o m p o s e do ff i v e m o d u l e s ：s y s t e ms e t t i n gm o d u l e s ，h a r d w a r ec o n t r o l l i n gm o d u l e s ，d a t ad i s p l a y i n gm o d u l e s ，d a t a p r o c e s s i n gm o d u l e sa n dh e l pm o d u l e s e a c hm o d u l e si si n d e p e n d e n t t h es y s t e mh a st h e c h a r a c t e r so fu s e r - f r i e n d l yi n t e r f a c e ，r e l i a b l eo p e r a t i o na n df a c i l i t a t e dm a i n t e n a n c e i tm a t c h e st h e d e m a n d sb a s i c a l l y m o t o r c y c l ec v t t e s tb e n c hi n t e g r a t et h ec o m p u t e ra n dm e c h a n i c a l & e l e c t r o n i c d e v e l o pt h e e x p e r i m e n t a ll e v e la n dp r o v i d eh e l pf o rp r o d u c t sm e a s u r e m e n ta n dn e wp r o d u c t sd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：c v t t e s tb e n c hs e n s o r i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究：r 作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同r t 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：走b 磊 关于论文使用授权的说明 日期型查：够 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容，可以采心影印、 缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 武汉理r 大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 传动系统的组成与功能概述 车辆传动系统是位于发动机和驱动轮之间的动力传动装置，其基本功用是将发动机的 输出动力传递给驱动车轮。 传动系统将发动机的动力经离合器、变速器等传动装置传递到驱动轮。离合器和变速 器的首要任务是与发动机协同合作，保证车辆在各种行驶条件下正常行驶所必须的驱动力 和转速，并使车辆具有良好的动力性和经济性。 因此离合器与变速器的协同工作必须具有以下的功能： ( 1 ) 减速增矩单纯依靠发动机的驱动力是无法驱动车辆行驶的，而且让车轮具有发 动机一样的高转速也是不使用和不能实现的，为此只有减速增矩，使车轮的转速降低到发 动机的若干分之一，相应的增大转矩，提高驱动力。 ( 2 ) 实现车辆的变速车辆的使用情况，随着装载质量，道路情况，交通情况等的变 化而变化，而且发动机动力性和经济性也是考量传动系的一个标准，所有的这一切依赖于 传动系统的变速能力 ( 3 ) 必要的动力传递中断车辆在起步和正常行驶与发动机进入怠速工况之间的转换 情况下，必须对车辆的动力进行中断和柔性结合，这就依赖于离合器实现这一功能。 1 2 摩托车自动离合无级变速的原理概述 1 2 1 无级变速器的工作原理 无级变速动力传递机构主要由前传动和后传动两大部分组成。如图1 1 所示，前传动 由前带轮、后带轮、v 带3 大件组成；后传动由后齿轮箱内的末级齿轮轴、双联齿轮、动 力输入轴组成。在前传动与后传动之间，由重锤式干式自动离心式离合器来联接或切断动 力。 前传动机构既是动力传递机构，又是无级自动变速机构。前带轮由主动盘、强制冷却 风扇、空心轴套、离心滚柱、定位板、移动盘组成。后带轮由固定盘、移动盘以及离心力 控制弹簧组成。传动带内侧有齿牙( 不属于同步带) ，传动带在前、后带轮之间，既是动力 传递件，又是无级变速件。 后传动是一个二级减速传动箱，它是将前传动输入的转速在此进行二级减速增矩后， 把动力传递给后轮轴。 v 带无级变速系统( c o n t i n u o u s l yv a r i a b l et r a n s m i s s i o n 以下简称c v t ) 目前广泛用于 踏板摩托车的传动系统中。该系统与我们常见的有挡变速系统相比主要有以下优点： ( a ) 操作简单、平稳舒适。c v t 系统传动比的变化只需由油门控制曲轴转速就可以 武汉理人学硕十学位论立 达到，并可实现传动比的连续变化，没有有挡变速系统所必需的离合、变挡等操作和传动 比突变造成的冲击。 图11 无级变速系统 ( b ) c v t 系统在设计范刚内减速比可连续变化，使摩托车在使用时，发动机转速保持 在比较理想的范嘲内，有利于降低油耗，减少排放污染。 尤缴变速器工作原理：当发动机转速升高时，前带轮转动带动前带轮中的移动盘和定 位板j 的离心滚珠的惯性离心力增大离心滚珠沿定位板由里向外滚动，使滑动移动盘向 主动盘方向滑动，同时v 形皮带向外挤压，这样一束，v 形皮带的直径由小变大。与此同 时，由于v 形皮带的内周长是一定的，在皮带张力的作用下，从动皮带轮克服弹簧预紧力， 使后带轮移动盘沿轴向离开后主动盘致使从动皮带轮上的v 形皮带包角直径减小- 此时 车速升高。反之，当发动机转速下降时，由于惯性离心力的减小，以上部件做相反动作- 致使v 形皮带的前后半径发生相反变化，此时车速减慢。 1 2 2 无级变速器的分类 无级变速器的种类有很多种大致分为以下四类： ( 1 )摩擦式无级变速器变速传动机构由各种不同形状的刚性传动元件组成，利用 主，从传动元件( 或通过中间元件) 在接触处产生摩擦力产生运动并通过改 变接触处的半径实现无级变速。 ( 2 )链式无级变速器变速机构利用主从链轮及套于其上的钢制挠性链组成，用 链条左右的两侧面与作为链轮的两锥盘接触产生摩擦力传动，通过改变两锥盘 的轴向距离调整链的接触位置和工作半径，实现无级变速。 ( 3 )脉动式无级变速器脉动式机构由3 到5 个相连杆机构组成，或者连轩和凸 轮机构组合其工作原理与其他的靠摩擦力传动的方式不同 ( 4 )带式无缴变速器利用传动带的左右两侧面与锥盘的庠擦力进行传动t 通过改 、西 ，型 ， 氢 武汉理：大学硕士学位论文 变两锥盘的轴向距离实现无级变速。 带式无级变速器根据传动带的形状不同分为：平带式无级变速器和v 带式无级变速器。 平带无级变速器主要用于一般变速范围和功率小的场合，如纺织机械和印刷机械等；在摩 托车和汽车上使用则是v 带式无级变速器。 v 带式无级变速器的传动是借助张紧的传动带和锥轮之间的摩擦力，将运动和动力从主 动轮传递到从动轮，摩托车因其速度和质量都较小，传动带传递的力矩和能量较小，所以 在常见的踏板式摩托车无缴变速器中使用的氰丁橡胶和聚脂线绳制成的橡胶传动带，( 见图 1 2 ) 糕 围1 - - 2 v 型橡胶带无级变速器 橡胶带式的无级变速器早在1 8 8 6 年就运用于d a i m a r - - b e n z 公司的汽油机车上，而后 荷兰d a f 公司的hv a nd o o r n e 博士研制出双v 带无级变速器，但是橡胶v 带在汽车上运用 所表现的传递能量小，效率低，能量损失大的缺点制约了橡胶v 带的进一步使用，现在汽 车上使用的是v 型钢带，v 型钢带是由数百片薄的锲型金属块与两组金属带轮组合而成( 见 图1 3 ) ，v 型钢带在工作过程中主动带轮一侧的金属快，由于受带轮与金属块斜面问的摩 擦力作用，向前运动，并挤压其前面的金属块，于是两者之问产生挤压力。随着会属块由 接触始端向末端运动这种挤压力就在整个紧边建立起来，而在从动轮的一侧，通过金属 块斜面对带轮的摩擦力带动从动轮。在这过程中，在钢带的松边，作用在前面的挤压力 逐渐减小到昂后挤压力消失，金属块出现间隙，而在紧边金属块一个压一个形成多米诺效 应，将动力由主动轮传递到从动轮。 武汉理丁大学硕+ ：学位论文 1 2 3 离合器的工作原理 圈1 - 3 v 型钢带戈级变速器 豁动 摩托车离合器是摩托车重要的部件，它的基本功用： ( 1 ) 在起步时，通过离合器主从动部件的滑磨，转速逐渐接近，确保起步平稳。 ( 2 ) 当离合器传递的力矩超过所能传递的晟大力矩时，离合器主从部分产生滑磨，防 止系统过载。 ( 3 ) 对于有档的变速器当变速器换档时。通过离合器主从动部分的迅速分离米切断 动力，以减轻齿轮轮齿之间的冲击，保证换档的平稳结束，对于无级变速嚣离 合器则没有换档冲击之虞。 由上述可知，欲使离合器起到以上几个作用，离合器应该满足这样一个传动机构： 其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能 相对转动。所以，离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系，而是借二者接触面 之州的摩擦作甩柬传递转矩( 摩擦离舍器) ，或是利用液体作为传动的介质( 液力耦合器) ， 如图卜4 或是利用磁力传动( 电磁离台器如图1 - 5 ) 。在摩擦离台器中，为产生摩擦所 需的压紧力，可以是弹簧力、液压作用力或电磁吸力。 、口蹙 图l 一4 液力耦合器图i 一5 电磁离合器 目前摩托车上使用的离合器，是使用比较广泛的摩擦离合器t 摩擦离台嚣在汽车使 用也比较广泛。 “山 ，山 参0 移一 武汉理下大学硕十学位论文 下图1 6 就是一款简单摩擦离合器的工作原理和结构示意图： 发动机飞轮1 是离合器的主动件。带有摩擦片的从动盘2 和从动盘毂6 借滑动花键 与从动轴5 ( 即变速器的主动轴) 相连。压紧弹簧4 将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机 转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传 动系统中一系列部件传给驱动车轮。弹簧4 的压紧力愈大，则离合器所能传递的转矩也 愈大。 由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，故汽 车离合器的主动部分和从动部分应经常处于接合状态。摩擦副采用弹 卜飞轮2 一从动盘3 一踏板4 一压紧弹簧5 一从动轴6 一从动盘彀 图1 - 6 摩擦离合器的工作原理和构造示意图 簧压紧装置即是为了适应这一要求。欲使离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的 踏板3 ，套在从动盘毅6 的环槽中的拨叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向右移动， 而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力传递。 当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当 控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧4 压力作用下，向左移动与飞轮恢复 接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接 合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状 态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完 全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。 摩擦离合器所能传递的最大转矩取决于摩擦面嶂】的最大静摩擦力矩，雨后者又由摩 擦面问最大压紧力和摩擦面尺寸及性质决定。故对于一定结构的离合器来说，静摩擦力 矩是一个定值，当输入力矩达到此值时，则离合器出现打滑，从而限制了给传动系统的 力矩，防止过载。 5 武汉理i 。_ 人学硕十学位论文 124 离合器的分类 离合器是传动系统中动力传递的重要部件，离合器的种类也很多，根据g b t 1 0 0 4 3 - - 2 0 0 3 离台器分类，离合器主要分为：机械离合器，气压离合器，液压离合器， 离心式离合器等。 摩托车上主要使用的是机械离台器中的干式离心蹄块离合器和湿式多摩擦片式离台 器，本文也主要讲述这两种摩托车上使用的离合器。 ( 1 ) 湿式多摩擦片式离合器 毋 图l 一7 摩托车湿式离合器 摩托车的湿式多摩擦片式离合器，通过叠装在离合器中心架上的摩擦片和中间片组成 摩擦副来传递扭矩的，具体的工作原理，如图l 一8 ，分析如下：空心轴套1 与从动齿轮3 的内径为间隙配合，当离合器分离时，从动齿轮与离合器主动盘5 在空心轴套i 上滑动。 离合器与从动齿轮3 之问设计有主动盘凸块4 用作缓冲减震，利用铆钉1 2 将压盖2 、从动 齿轮3 、主动盘5 、主动盘凸块4 组合成一个弹性同步旋转体。弹簧i o 的一端顶在压盖9 的弹簧座内，另一端在螺母1 1 的紧固下被强行压缩，将摩擦片7 等，中间片8 等向左侧压 紧，使摩擦片7 等，中日j 片8 等接合，离台器结合。 l 斗 1 空心轴套2 压板3 从动齿轮4 主动盘凸块5 主动盘6 从动盘7 摩擦片 8 中间片9 外压盖l o 弹簧1 l 螺母1 2 铆钉 图1 8 湿式多摩擦片式离合器 武汉理1 人学硕+ 学位论文 离合器工作时，其动力传递过程为：从动齿轮3 一主动盘凸出块4 一主动盘5 一摩擦片 7 等_ 中闻片8 等一从动盘6 一空心轴套l ( 2 ) 干式离心蹄块式离合器 干式蹄块式自动离合器叉称霞锌自动离合器结构加图1 - 9 9 2 禺合器的结合与分离由发动机转速自动控制。且转速越高，蹄块的离心力越大离台 器传递的转矩越大。在无数自动变速机构中离台器装在前无绒变速和后齿轮箱之间，能 有效发挥发动机转速对离合嚣的控制能力。离台器的工作性能与蹄块( 甩块) 数目、质量、 摩擦系数及拉簧拉力( 刚度) 有直接关系。 离合器与后带轮( 从动轮) 组装在一起。离合器蹄块穿在底盘上的定位销轴上，一般 在这种离合器上有3 个蹄块，由3 根弹簧( 拉簧) 控制。底盘( 离合器主动板) 用专用螺 母固定在后带轮( 前传动的从动轮) 的固定轮空心轴径上。发动机工作时在离心力的作用 下，蹄块克服弹簧( 拉簧) 拉力向外甩开加大了其自身的外径，由蹄块上的摩擦片抓紧 离合器盘将动力传给后带轮轴。 干式离合器与湿式离合器的比较 湿式离合器的优点：离合器的摩擦片浸在油中，离台过程中温升小，相对寿命长：缺 点：离合器的离舍效果，对油的粘度和质量有要求， 干式离合器的优点：离合器的摩擦块和从动部分直接接触，对于传动中的相应速度比 较快，分离彻底；缺点：摩擦块的工作温度比较高，磨损大，使用寿命相对较短。 1 3 摩托车试验检测技术的发展 131 摩托车试验检刹技术的背景 摩托车试验是伴随着摩托车工业的发展建立起来的，为了适应摩托车生产的需要，各 摩托车厂家对材料，工艺，可靠性，寿命，磨损以及其他的性能问题，进行大量的试验研 武汉理工大学硕士学位论文 究，摩托车的试验技术得到快速发展。 随着现代电子信息技术和相关技术的迅速发展，现代测试技术得到长足的发展，摩托 车测试技术在观念上发生了深刻的变化，传统的和常规的测试技术和设备通过采用新技术， 得到升级和改造。无论是摩托车整车的检测设备还是零部件的检测设备，现在已基本摆脱 手工控制，人工测量的模式，实现了电子测量，数字显示，计算机处理的功能。控制和测 试精度以及数据处理水平得到较大幅度的提高，特别是现代试验技术的应用，使得原来许 多难以测试的项目得以实现，完全超越了传统的测试范围。 我国作为摩托车的产销大国，由于摩托车工业的起步晚，无论在生产技术，还是检测 技术上，整体上还是落后于发达国家的水平。但是自2 0 0 3 开始，由于国家生产准入制度的 实施，摩托车的生产厂家普遍加大了测试设备的投入，以满足国家发改委对生产准入的要 求。2 0 0 5 年初，由于国家对摩托车出口取消配额制度，摩托车出口的行政门槛降低，许多 企业为了出口需求，满足国外的技术标准，也在测试设备上做了很大的投入，从发展的情 况看，我国的检测试验技术正在以较快的速度缩小与国际之间的差距。 摩托车自动离合无级变速器是现代座式摩托车的主要部件。但是自动离合无级变速器 作为传动系的主要部件，工作状态多变，目前国内外尚未有完善的检测设备，这就使摩托 车工作性能的提高存在一定的盲目性。 据了解国内尚未有高性能、全面的自动离合无级变速器总成性能试验台，只有国内摩 托车厂和台湾少数的厂家制作的简单测试设备。其测试性能一般只测几个工作点或一两个 参数，多数是测额定转速点上的传递扭矩。这对说明自动离合无级变速器的性能是远远不 够的，也不能完全依此束改进性能。 摩托车的发展要求研制自动离合无级变速器试验台。并提出其测试的性能为：多种测 量参数，测量点足够多，而且可以实时数据处理及时输出表格及图形。通过试验台的计算 机和其他计算机联网，实现网络数据的传递可以时主机厂及时的了解产品的质量。 有了摩托车自动离合无级变速器试验台，将会使相当一批生产厂家获得产品的数据， 摩托车的自动离合无级变速器的生产将有据可依，对于提高产品的性能，如可靠性、寿命、 整车经济性就有了明确的目标。零部件水平上去了就会促进摩托车工业的发展。 1 3 2 摩托车试验检测标准 进入2 l 世纪以来，我国的摩托车工业进入稳定增长阶段，市场竞争激烈，企业更加重 视技术开发，另一方面，在工业全球化发展的推动下，摩托车行业来自外部的挑战越来越 大。在与外界的经贸活动中，面临的技术壁垒也越来越多，这对于我国的摩托车行业来说， 急需进行摩托车产品及相关零部件标准的制定，修订和与外国积极进行标准的互相认证。 国家标准委员会为解决我国国家标准整体水平偏低，标准老化，结构体系不尽合理的问题， 尽快建立科学合理的标准体系，提高国家标准的统一性，科学性，先进性，适用性，从2 0 0 4 年3 月起对我国现行的2 1 5 7 5 项国家标准和正在制定的8 5 1 1 项标准项目作了全面清理，立 项，制定。在国家发改委工业司指导下，在全国汽车标准化技术委员会直接领导下，摩托 车技术委员会在落实标准化工作计划，宣传标准化方针政策，制定，贯彻实施和研究标准， 加强国际合作和开展行业服务方面取得了一系列的成果。 目前，我国的摩托车标准体系已初步建立，包括推荐性和强制性标准体系，标准的建 8 武汉理：厂大学硕十学位论文 立是与我国的摩托车整体工业的技术水平相一致的，是一个协调，衔接，兼容的产物，需 要在以后的发展中不断充实和完善的。本文所研究的摩托车自动离合无级变速器试验台， 正是依据武汉理工大学和上海摩托车研究所起草制定的摩托车和轻便摩托车自动离合无 级变速器性能台架试验方法设计的，此标准已上报全国汽车标准委员会下属摩托车分会， 待批。 1 3 3 摩托车试验检测技术分类 摩托车试验在摩托车制造工业的发展中起着巨大的作用，经过长期的发展，摩托车测 试技术已经发展成为一个涉及多学科，多领域的交叉型学科门类，与之一起发展起来的系 统分析，相似误差，数掂随机处理等基础性学科，推动了试验工作的开展。 摩托车的试验检测分为：道路试验和台架试验。 由于摩托车的使用条件复杂，摩托车工业所涉及的技术领域极为广泛，致使许多理论 问题研究得还不够充分，因此摩托车工业特别重视试验研究。摩托车的设计、制造过程始 终离不开试验，无论是设计思想和理论计算、初步设计、技术设计、摩托车定型还是在生 产过程，都要进行大量的试验。除了某些研究性试验外，摩托车产品试验均应遵循一定的 标准和规范、对试验条件、试验方法、测试仪器及其精度、结果评价等进行限定，以确保 试验结果的再现性和可对比性。 道路试验一般周期长。成本高，但是试验数据能够真实的反映车辆在自然条件下的工 作状况，摩托车试验场将实际存在的各种道路经过集中、浓缩、不失真地强化形成典型化 的道路。汽车试验场的主要试验设施是集中修筑的各种试验道路，一如高速环形跑道、高 速直线跑道、可靠性强化试验路段、耐久性试验跑道、爬坡试验路以及特殊试验路段。 由 于道路试验在汽车开发过程中处于极为重要的地位，许多外国汽车企业都投入巨额资金修 建大型的综合试验场，我国也建立一些大型的试验场，由国家摩托车质量监督检验中心与 长安大学( 原西安公路交通大学) 合作建设的试验场严格按照国际车辆道路试验场标准设 计，包含比利时路、扭曲路、鱼鳞坑路、搓板路、涉水路、长波路、卵石路、低附着系数 路、爬路车道、高速直道、操纵稳定性试验广场及高速环形跑道，可对摩托车、汽车进行 安全、环保、动力性及可靠性道路试验，此外还有天津摩托车试验场。 台架试验同样也是整车及零部件性能检测的主要手段。电子技术，微机控制的发展促 进了台架试验的进步，通过台架试验可以检测试件的性能，为产品的丌发和改进提供翔实 的数据。 我国已经形成了一套行之有效的试验方法标准。如q c t 2 7 2 0 0 4 汽车干式摩擦式离合 器总成台架实验方法，q c t 5 6 8 - 1 9 9 9 汽车机械式变速器台架试验方法，待批的摩托车 和轻便摩托车自动离合无级变速器性能台架试验方法，根掘这些标准，武汉理工大学汽车 研究所开发出了摩托车无级变速器性能实验台，这套设备大大方便了技术人员对于变速器 系统的性能评价，促进了产品的开发和技术进步。 9 武汉理下大学硕+ 学位论文 1 4 课题来源及本文的研究目的 本课题为武汉理工大学汽车研究所与广东大阳摩托车有限公司合作的项目。 无级变速离合器以其变速柔和，操作灵活等优点，使得它在踏板摩托车及小排量摩托 车上广泛使用。为了进一步提高公司踏板摩托车的质量以及对外购的无级变速离合器能够 做出自己的产品质量判断，公司提出与武汉理工大学汽车研究所合作研制供公司技术中心 试验室专用的自动离合无级变速器性能试验设备，即本课题。具体的研究内容如下： ( 1 ) 自动离合无级变速器试验要求以及试验原理的分析，方案的设计和设计试验 台台架的执行部分。 ( 2 ) 选择电机，测功机，扭矩仪，传感器，并设计传感器信号调理电路，以及设 计测量系统和控制电路。 ( 3 ) 设计软件程序。 按照武汉理工大学汽车研究所和广东大阳摩托车有限公司的合同。设计一台精度高， 操作方便，能够满足试验中心使用的自动离合无级变速器性能试验台： ( 1 ) 所有功能由微机控制，输出数据真实可靠。 ( 2 )所有软件由v i s u a l c + + 6 0 语言编写，具有友好的运行操作界面，系统完全受操 作人员控制。 ( 3 ) 所得的试验数据可以保存，打印，查询，便于对其数据进行后处理。 ( 4 ) 具有自我保护功能，在运行过程中出现异常情况，可以自我保护。 ( 5 ) 设备结构简单，试件的安装方便，便于保养维护，适应各种型号的无级变速离 合器，利用率高。 ( 6 ) 性价比高，适应中型企业经济承受能力。 该实验台架的目的：对自动离合无级变速器的性能进行检测，获得其各种性能曲线， 并为自动离合无级变速器与发动机的匹配进行指导，使得匹配的发动机的性能包络线尽量 的落在自动离合无级变速器的力矩范围内，充分利用其减速增矩的功能，达到更好的摩托 车性能。 1 0 武汉理一l 大学硕十学位论文 第2 章自动离合无级变速器性能试验台总体设计和测试方案 设计 2 1 自动离合无级变速器性能试验台的总体设计 本课题所研制的自动离合无级变速器性能检测设备，从测试的原理上来看，主要有两 个子系统。 ( 1 ) 机械系统； 试验台主体包括驱动电机，测功机，力矩传感器，转速传感器，制动装置，轴距调节 装置，基座，由电机带动的主动轴，从动轴，测功机。主动轴、从动轴、测功机都设置在 机座上，主动轴的一端为用于加装自动离合无级变速器主动轮的动力输出端，从动轴的一端 为用于加装自动离合无级变速器从动轮的动力输入端。在主动轴上设有力矩传感器和转速 传感器，从动轴上设有力矩传感器和转速传感器，被试自动离合无级变速器的带轮上设有转 速传感器，各传感器的信号输出给计算机，电机和测功机都由计算机控制，计算机由此可 得到并输出主、从动轴上的力矩和转速，带轮转速，通过计算得到主动轴输入功率，从动轴 输出功率，传动比，主动轮转速，带轮转速，传动效率系数，力矩等参数，由此可测的摩托 车自动离合无级变速器的空载变速特性，啮合特性，自动调速特性，自动变速离合特性，力 矩传递特性，传递效率等全部的变速离合的工作特性。 本试验设备安放的地方是大阳公司的技术中心，那里拥有先进的检测设备1 0 0 多台， 各种检测设备的电磁干扰是一个非常严重的问题，而本试验设备也是高度的机电一体化的 产品，因此在实际设计中，将台架部分和控制部分做成独立的两部分。台架部分按照大阳 公司提供的产品资料和要求具体实现，控制部分进行集中安放在控制台中。 控制台，包括主控计算机，显示器，主轴转速显示器，带轮转速显示器，稳压电源， 放大器电源，负载加载电源，从动轴负载加载控制器，主动轴转速控制器，主电机控制器， 校萨电机控制器。 ( 2 ) 计算机测控部分：这一部分又分为两部分；硬件电路部分和软件部分。 硬件电路部分：将从传感器从获得的测量信号进行放大，整形，滤波输入到工控机， 等待进一步操作指令。这一部分非常重要，电路的精确度和抗干扰能力直接影n l a j n 澳, 0 量的 结果。所有的电路用p r o t e l d x p 进行设计，并利用m u l t i s i m 进行模拟。 软件部分：将获得的数据进行运算处理，并根据各种控制信号作出判断，发出控制指 令，驱动各种电磁阀，继电器，电机运转和停止。并在出现异常情况下能够自动完成保护， 以免造成机械损坏。 武汉理上大学硕士学位论文 2 2 自动离合无级变速器测试方案设计 摩托车自动离合无级变速器性能检测的试验要求模拟输入轴无级变速，检测 输出轴启动时的输入轴转速，输出轴启动后皮带完全张紧时的输出轴转速，以及 输入轴与输出轴的转速比，转矩变化等。 本试验台模拟的自动离合无级变速器传动关系示意图如图 逝j 霉 ；裹合器| 图2 - 1 自动离合无级变速器的传动关系图 试验台以计算机控制的电机作原动力，模拟摩托车发动机的工作状态并完全覆盖其工 作区域，以计算机控制的测功机模拟摩托车的负荷状态，根据不同的动力及负荷情况可覆盖 无级变速离合器的全部工作区域，在主动轴动力输出端装上自动离合无级变速器的主动轮， 在从动轴动力输出端装上自动离合无级变速器的从动轮，用试验台主体上的轴间距调节装 置模拟摩托车自动离合无级变速器的实际安装状态。从动轴安装在电涡流测功机的前端， 用电涡流测功机模拟摩托车的负载状态，根据不同的动力和负载状态可覆盖自动变速离合 器的全部工作蘧。通过试验台对无级变速离合器实际工况的模拟，以达到性能检测的要求。 本设备根据武汉理工大学汽车研究所和上海摩托车研究所制定的摩托车和轻便摩托 车自动离合无级变速器性能台架试验方法，关于检测的项目，结合公司的要求确定测试项 目。在这个台架试验方法的文件中对于自动离合无级变速器统一了一些在以往对于命名定 义的不统一的现象。因此首先应对一些定义和术语进行掌握，定义术语如下： 啮合转速 主动轴转速为n ，在从动轴转速n 3 与甄别转速n 。之差大于o 时，所对应的主动 轴转速n 。和带轮的转速n 2 。 变速特性 ， 若干个主动轴转速n 。与对应带轮转速n ：的比值( z 砒，五) 绘制成的曲线。 力矩传递特性 若干个带轮转速y - 1 2 。与该转速下传递到从动轴的力矩t ：；绘制的曲线。 甄别转速n 。 用于判定离合器是否啮合与打滑的转速，该转速为一定值。一般n 。取值范围为 1 2 武汉理工大学硕十学位论文 1 0r m i n 8 0r m i n 。 传动效率n 从动轴功率p 。3 与主动轴功率p 。的比值( 叼= p 加) 在掌握了以上的术语定义后，我们根据文件提出以下检测项目： 2 2 1 自动离合无级变速器起始啮合转速特性试验 起动试验台，逐渐增加主动轴转速1 1 ，使从动轴转速n 3 与甄别转速n ，之差大于 0 ，同时记录主动轴转速n 。和带轮转速n 2 ，由n 。、n 2 分别得到主动轴啮合转速n ，。 和带轮啮合转速n 2 。 2 2 2 自动离合无级变速器变速特性试验 起动试验台，逐渐增加主动轴转速n 。，每隔鱼二鱼生r m i n 取一个记录点，并 1 0 1 5 记录该点的主动轴转速n 。和带轮转速n 。 以主动轴转速n 。或带轮转速n 2 为横坐标，传动比i 为纵坐标绘制出自动变速 离合器变速特性曲线。 2 2 3 自动离合无级变速器力矩传递试验 起动试验台，逐渐增加主动轴转速n 。，并使带轮转速n 2 略高于带轮啮合转速n 2 。， 且带轮转速n 2 等于从动轴转速n 3 。 以增加连接在从动轴上的测功机的控制电流的方式，慢慢增加从动轴上的力矩，直到 带轮转速n 2 与从动轴转速r - i 3 之差大于甄别转速n 。，停止增加测功机的控制电流，并记 录主动轴转速n 带轮转速l - i 2 、从动轴转速n 3 、主动轴力矩t 。和从动轴力矩t 3 的 数值。 增加主动轴转速n ，使带轮转速l - 1 2 等于从动轴转速n 3 。 重复上述操作，直至满足下列三个条件之一时为止： a ) 主动轴转速n ，大于试验限制最大主动轴转速n 。； b ) 带轮转速n 2 大于试验限制最大带轮转速i - 1 2 。； c ) 从动轴力矩t ：，大于试验限制最大从动轴力矩t 3 。 以带轮转速n 2 为横坐标，以从动轴力矩t 3 为纵坐标绘制自动离合器力矩传递特性 曲线。以带轮转速n 2 为横坐标，以传递效率t 1 为纵坐标绘制自动离合器传递效率曲线。 武汉理工人学硕士学位论文 2 2 4 自动离合无级变速器传动效率试验 起动试验台，逐渐增加主动轴转速n 。，使主动轴转速n ，达到主动轴试验转速n 。 同时记录主动轴转速n 。、带轮转速n 2 、从动轴转速n 。、主动轴力矩t 。和从动轴力矩 t 3 的数值。 增加测功机的控制电流，并使从动轴力矩t 3 等于从动轴力矩增量么t 3 ，记录点 下一 的么t 3 = 竺n m 。同时记录主动轴转速1 - i 。、带轮转速n 2 、从动轴转速n 3 、 1 0 1 5 主动轴力矩t 。和从动轴力矩t ：，的数值。 增加测功机的控制电流，使从动轴力矩t 3 增加一个从动轴力矩增量么t 3 。同时记 录主动轴转速n 。、带轮转速n 2 、从动轴转速n 3 、主动轴力矩t 。和从动轴力矩t 3 的 数值。 按上条的方法，每次使t 3 增加么t 3 ，并作记录，直到带轮转速n 2 与从动轴转速 n 3 之差大于两倍的甄别转速n ，时为止。 以从动轴力矩t 3 为横坐标，以传动比i 为纵坐标绘制性能曲线。以从动轴力矩t 3 为横坐标，以传动效率n 为纵坐标绘制传递效率曲线。 改变主动轴试验转速i - i 。，并重复试验内容，直至满足下列三个条件之一时为止： a ) 主动轴试验转速大于最大限制n 。； b ) 主动轴扭矩大于试验限制最大主动轴扭矩t 。； c ) 主动轴输出功率大于发动机的最大功率。 以所测得的参数绘制相应的性能曲线。 1 4 武汉理丁大学硕十学位论文 第3 章摩托车自动离合无级变速器性能试验台的机械结构 设计综述 3 1 摩托车自动离合无级变速器工作原理和试验必要性分析 自动离合无级变速器机构主要由前传动和后传动两大部分组成。如图2 - 1 所示，前传 动由前带轮、后带轮、v 带3 大件组成 图3 - 1 试验台某试件的结构 卜前带轮主动盘2 - v 形带3 前带轮移动盘4 一离心滚珠5 一定位板6 一后带轮移动盘 7 一后带轮主动盘8 一齿盘9 一预紧弹簧l o 一离心蹄块1 1 - 离合器盘 摩托车自动离合无级变速器主从动轮的传动靠一根v 形齿带。传动齿形v 带( 非同步 传动带) 是依靠后带轮中弹簧作用在移动盘上的雄力作用，给传动带一个预紧力，主从动 轮的中心矩保持不变，在传动带的作用下又将前带轮中的移动盘向外推。此时前带轮的直 径最小，后带轮的直径最大。 发动机起动后，曲轴带动前带轮中的主动盘和定位板旋转，由定位板带动前带轮中的 移动盘旋转。移动盘转动时带动其轨道槽内各滚柱在旋转的过程中产生离心力。滚柱产生 离心力的大小，在滚柱质量已定的前提下，取决于发动机的转速。只要曲轴旋转，就有一 定的离心力作用在定位板和移动盘上。 但是，当发动机转速比较低时，滚柱产生的惯性离心力作用在移动盘上的推力小于后 带轮离心力控制弹簧的弹力，后带轮直径不产生变化，所以前带轮也就无法移动( 传动带 的长度是一个定值) 。此时，前带轮直径小，后带轮直径大。小轮带大轮完成大减速比，车 辆行驶时，车速低但牵引力增大。 随着发动机转速的逐渐上升，惯性力增大，离心滚柱在惯性力的作用f ，作用在移动 武汉理工人学硕七学位论文 盘上的推力增大。此时，移动盘依靠其工作斜面作用在传动带斜面上的推力增大，在传动 带和前带轮两者之间的夹角打滑作用下，推动传动带沿前带轮外径方向移动，使传动带上 承受的拉力逐渐增大。 前带轮作用在传动带上的力是给传动带一个向外扩张的支撑力，转换到整根传动带上 的便是传动带的拉力。而传动带上的这个拉力转换到后带轮上时，又转换成对后带轮的压 力。当这个压力大于后带轮上移动盘侧面离心力控制弹簧的弹力时，弹簧被压缩。移动盘 向外移动的瞬问，由于后带轮的直径变小，整根传动带上的拉力突然变得小于前带轮中移 动盘的推力，前移动盘迅速移动，加大了前带的直径，完成了增速减矩的变速任务。 其整个动作变化的过程中顺序为：前带轮移动盘给传动带一个支撑力一传动带上的拉 力增大一传动带作用在后带轮上的压力增大到大于弹簧弹力一弹簧压缩后移动盘移动一后 带轮直径变小一传动带上的拉力下降一前移动盘迅速跟进外移一前带轮直径变大一完成变 速任务一发动机转速不断上升一进入另一变速循环，直到高速。 发动机怠速工作时，前带轮动作用在传动带上的推力已将传动带夹紧，由传动带带动 后带轮转动。但由于转速低，离合器处于分离状态，所以动力被离合器切断。当离合器离 心蹄块开始甩开，车辆在离合器似结合的打滑过程中起步。发动机转速继续上升，当离合 器结合产生的离心力进一步增大后，打滑现象消失，离合器进入正常传递动力状态。同时， 由于此时车辆处于低速行驶，发动机转速比较低。 当车辆行驶中突然急加速或者外界阻力突然增大时，牵引力小于阻力。这个阻力通过 车轮、后齿轮箱、离合器盘、蹄块传递到后带轮固定盘上，而移动盘却继续在传动带的传 动下仍然保持着一个较高的转速，故而在带轮中的固定盘和移动盘之间产生一个速度差。 而这个速度差将集中反映在转矩凸轮和螺旋槽上，将这个扭力分解为轴向