凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速裝置的設(shè)計(jì)及仿真.doc

凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速裝置的設(shè)計(jì)及仿真摘 要機(jī)械無(wú)級(jí)變速器（Continuously Variable Transmission，簡(jiǎn)稱CVT）是適合現(xiàn)代生產(chǎn)工藝流程機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展以及改善機(jī)械工作性能的一種通用傳動(dòng)裝置。其功能主要是：在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，能實(shí)現(xiàn)輸出軸的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，以滿足機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不同工況的要求。其中脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)可靠而得到廣泛應(yīng)用。它主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸出機(jī)構(gòu)(超越離合器)和調(diào)速機(jī)構(gòu)幾個(gè)基本部分組成。本設(shè)計(jì)采用由凸輪連桿組合式機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，單向超越離合器為輸出機(jī)構(gòu)組成的脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速裝置，該設(shè)計(jì)裝置通過(guò)改變揺塊支點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的要求。關(guān)鍵詞：凸輪-連桿；脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器；單向超越離合器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)是指在某種控制的作用下，使機(jī)器的輸出軸轉(zhuǎn)速可在兩個(gè)極值范圍內(nèi)連續(xù)變化的傳動(dòng)方式。無(wú)級(jí)變速器是一種獨(dú)立的傳動(dòng)部件，它具有輸入和輸出兩根軸，通過(guò)能傳遞轉(zhuǎn)矩的中間介質(zhì)（固體、流體、電磁流）將輸入、輸出軸直接或間接地聯(lián)系起來(lái)，以傳遞動(dòng)力。當(dāng)對(duì)輸入、輸出軸的聯(lián)系關(guān)系進(jìn)行控制時(shí)，即可使兩軸間的傳動(dòng)比在兩個(gè)極值范圍內(nèi)連續(xù)而任意地變化。用固體、流體作為中間介質(zhì)的變速器分別稱為機(jī)械無(wú)級(jí)變速器和液壓（力）無(wú)級(jí)變速器。電力無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)實(shí)際上是通過(guò)不同的電氣控制系統(tǒng)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的控制（改變磁通、電壓、電流或頻率），分別稱為直流調(diào)速和交流調(diào)速；這種變速方式不存在輸入軸（與一次動(dòng)力機(jī)的調(diào)速相仿），它們的恒功率特性差。無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)和定傳動(dòng)比、有級(jí)變速傳動(dòng)相比，能夠根據(jù)工作需要在一定范圍內(nèi)連續(xù)變換速度，以適應(yīng)輸出轉(zhuǎn)速和外界負(fù)荷變化的要求，而且恒功率特性好，因而在現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)占有重要地位。近年來(lái)，為了擴(kuò)大無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的調(diào)速比（范圍）、傳動(dòng)功率或過(guò)零調(diào)速，控制式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)用無(wú)級(jí)變速器作為封閉機(jī)構(gòu)去封閉二自由度差動(dòng)輪系的兩個(gè)基本構(gòu)件所得的單自由度行星無(wú)級(jí)變速器，已成為研究熱點(diǎn)之一，通常稱之為封閉行星無(wú)級(jí)變速器；這種系統(tǒng)中大部分功率流過(guò)差動(dòng)輪系，而只有小部分功率流經(jīng)無(wú)級(jí)變速器。此外，車用無(wú)級(jí)變速器和無(wú)級(jí)變速器的穩(wěn)速問(wèn)題也是研究熱點(diǎn)。 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)主要用于下列場(chǎng)合： （1）為適應(yīng)工藝參數(shù)多變或輸出轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的要求，運(yùn)轉(zhuǎn)中需經(jīng)?；蜻B續(xù)地改變速度，但不應(yīng)在某一固定速度下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，如機(jī)床、卷繞機(jī)、車輛和攪拌機(jī)等； （2）探求最佳工作速度，如試驗(yàn)機(jī)、自動(dòng)線等； （3）幾臺(tái)機(jī)器或一臺(tái)機(jī)器的幾個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)； （4）緩速起動(dòng)以合理利用動(dòng)力，通過(guò)調(diào)速以快速越過(guò)共振區(qū)； （5）車輛變速箱，可節(jié)省燃料約9，縮短加速時(shí)間，簡(jiǎn)化操作。 如采用液力偶合器、液力變矩器或液體粘性傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器，則有吸振、緩沖和自適應(yīng)性。 采用無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)有利于簡(jiǎn)化變速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、合理利用動(dòng)力和節(jié)能、便于實(shí)現(xiàn)遙控及自動(dòng)控制，同時(shí)也減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。1.1本課題的研究目的及意義 脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器與摩擦類無(wú)級(jí)變速器相比，有以下特點(diǎn)：傳動(dòng)可靠、壽命長(zhǎng)、變速范圍大、最低輸出轉(zhuǎn)速可為零、調(diào)速性能穩(wěn)定、靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)均可調(diào)速、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、制造較容易，因而近年來(lái)發(fā)展較快。但它還存在著有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題，例如：調(diào)速范圍再擴(kuò)大之后，在結(jié)構(gòu)和便用上如何實(shí)現(xiàn)增速變速傳動(dòng)和采用復(fù)合式超越離合器；高速輸出時(shí)不平衡慣性力所引起的振動(dòng)增大，如何避免共振現(xiàn)象；低速輸出時(shí)脈動(dòng)不均勻性顯著增加；如何提高單向超越離合器的承載能力和抗沖擊能力等。脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器應(yīng)用廣泛，有較好的發(fā)展前景，但有其局限性，值得進(jìn)行研究，使其應(yīng)用更廣泛。本課題的研究目的是借助于先進(jìn)的機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，并結(jié)合CAD/CAE技術(shù)開發(fā)出具有更好運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能的脈動(dòng)無(wú)極變速器。1.2本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題 國(guó)內(nèi)機(jī)械無(wú)級(jí)變速器基本上是在20世紀(jì)60年代前后起步，到80年代中期以后，隨著國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的大量引進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動(dòng)流水線的迅速發(fā)展，對(duì)各種類型機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的需求大幅度增加，專業(yè)廠開始建立并進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作。經(jīng)過(guò)十幾年發(fā)展，現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)機(jī)械無(wú)級(jí)變速器行業(yè)從研制、生產(chǎn)、到情報(bào)信息各方面已組成一個(gè)較完整的體系，發(fā)展為機(jī)械領(lǐng)域中一個(gè)新興行業(yè)。國(guó)際上，在機(jī)械式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器領(lǐng)域，目前以德國(guó)、美國(guó)和日本的技術(shù)水平較高，其成熟技術(shù)以德國(guó)的GUSA型及美國(guó)的ZEROMAX型系列產(chǎn)品為代表。GUSA型,國(guó)內(nèi)稱為三相并列連桿脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器，分為GUSA I型(三相偏置搖塊)和改進(jìn)的GUSA型(三相對(duì)心搖塊)兩種。GUSA I型最早由德國(guó)Heinrich GensheimerSohne機(jī)器制造公司在50年代推出，之后該公司在80年代又對(duì)其加以改進(jìn)推出了GUSA型變速器，GUSA型是目前性能最為優(yōu)良的脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器。其變速范圍寬，轉(zhuǎn)速可以為零，調(diào)速方便，工作時(shí)輸出轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)度較小，此外，其結(jié)構(gòu)緊湊，加工方便，傳動(dòng)可靠，因而應(yīng)用廣泛。