无级变速器(Continuously Variable Transmission,CVT)是一个具有自身耦合效应的非单向运动系统,金属带在能量传递过程中受到多变与极限工况、宏观与微观参量的综合影响,极易导致带承载能力下降引发动力系统失效。为解决上述问题,本文将以金属带与带轮接触区域的润滑油膜作为研究对象,采用理论与实验结合的方式,辨识润滑状态与工况参数的映射关系,阐明摩擦副间油膜刚度变化规律,确定金属带与带轮间油膜牵引动态平衡阈值,揭示宏微观工况变量耦合下动力学系统失效机理,构建系统临界失稳安全阈边界,定量化安全裕度。本文主要研究内容包括以下四个方面:(1)阐述了金属带式无级变速器的组成结构和工作原理,基于变速器实际运行工况,采用线接触弹流润滑理论建立了金属片与带轮间的油膜特性数值模型,利用多重网格法和FORTRAN编程进行油膜压力、膜厚、油膜温升等特征向量的迭代计算。(2)利用数值仿真结果研究了金属片与带轮间油膜压力、膜厚、温度的变化规律,利用MATLAB仿真分析了摩擦副粗糙度幅值(微观变量)对油膜压力和厚度的影响,在此基础上研究了摩擦副油膜刚度随粗糙度幅值的变化规律。通过完成金属带轴向压力和转矩比测定实验,系统分析了变速器输入输出转矩比(宏观变量)对油膜压力和厚度的影响,进而定量研究了摩擦副油膜刚度随变速器转矩比的变化规律。(3)针对CVT滑摩传动失效建立了失效功能函数,确定以油膜的剪切应力是否达到其极限值作为传动失效的判断依据,基于凸集合理论建立了CVT滑摩传动区间凸集合模型,采用转矩比-粗糙度幅值干涉模型进行了模型可靠性指标的评价,基于多梯度下降算法(Multiple-gradient descent algorithm,MGDA)计算分析了CVT带轮-金属片摩擦副油膜刚度安全阈与转矩比、粗糙度幅值的数值关系,从而得出了油膜刚度安全阈的帕累托最优解。(4)结合新型碳纳米材料在车辆油液磨损检测中的应用,设计了无级变速器油状态监测系统。利用荧光碳量子点对RDC150型变速器金属带材料中铁、镍元素的选择作用,计算了碳量子点荧光强度淬灭率,确定了行车至3万公里,无级变速器的主要故障部位是钢环。采用油液光谱分析技术与免疫原理结合的方法,进一步验证了实验结论的有效性与合理性。