摘要
由于具有结构简单、无尾气污染等优点，电动汽车近些年得到了高速发展。但目前电动汽车大多采用单速比减速系统，存在着电机体积及能耗大、低效率阶段温升高等问题。无级变速器(CVT)能够线性变化速比，若将其装备于电动汽车上，能使电机更多工作于高效率区间，并且在动力输出相同的情况下，能采用更小体积的电机，降低对于高性能电机的依赖。CVT具备成为电动汽车理想变速器的潜质。然而，电机高的峰值转速(6000-12000(r/min))给CVT钢带环使用寿命造成了严重影响。由于目前直接通过实验研究钢带环疲劳寿命操作难度较大，且存在实验周期长、实验成本高等问题，通过仿真代替实验实现钢带环疲劳寿命预测，是开展电动汽车高性能金属带研制的技术基础。为此，本文主要进行了以下工作: (1)分析了钢带环疲劳寿命研究难点，并针对研究的难点提出了基于等效替代的钢带环疲劳寿命计算方案。 (2)利用经验公式计算了 CVT稳态工况下主从带轮的夹紧力。分析了电动汽车搭载CVT的优势以及高转速给金属带传动带来的影响。最后推导了包角处金属带离心力计算公式并求解得到了金属带离心力大小。 (3)构建了一个钢带环微单元装配体结构用于钢带环有限元分析。为获得该装配体进行有限元分析所需的准确载荷边界条件，改进了传统金属带力学模型，建立一种基于序列迭代的金属带力学模型并求解得到了该装配体结构载荷边界条件大小。然后在有限元软件中建立了该装配体结构的有限元模型。最后对该有限元模型进行了静力学分析，获得了钢带环应力状态。 (4)通过应用Adams和Ansys软件的双向数据传递接口联合作业的方法对CVT钢带环进行了柔性体建模和刚柔性模型替换，建立了带式CVT的刚柔耦合模型。然后对该模型进行了运动学和动力学两方面验证。最后从该刚柔耦合模型中提取出了高转速下钢带环的力载荷信息。 (5)通过分析钢带环的失效特点，确定了使用名义应力法分析钢带环疲劳寿命。然后基于提出的寿命计算方案，在输入转速为6000r/min、9000r/min、12000r/min,输入转矩均为100N·m的条件下，结合钢带环应力结果和力载荷信息使用寿命分析软件分别计算出了速比为2.43、1和0.42时的钢带环疲劳寿命。最后在NEDC工况下估算出了 CVT钢带环疲劳寿命。
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