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凸轮-连杆式无级变速装置的设计及仿真.doc

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凸轮-连杆式无级变速装置的设计及仿真.doc

凸轮-连杆式无级变速装置的设计及仿真 摘 要 机械无级变速器(Continuously Variable Transmission,简称CVT)是适合现代生产工艺流程机械化、自动化发展以及改善机械工作性能的一种通用传动装置。其功能主要是在输入转速不变的情况下,能实现输出轴的转速在一定范围内连续变化,以满足机器或生产系统在运转过程中不同工况的要求。其中脉动式无级变速器以其结构简单、传动可靠而得到广泛应用。它主要由传动机构、输出机构超越离合器和调速机构几个基本部分组成。本设计采用由凸轮连杆组合式机构作为传动机构,单向超越离合器为输出机构组成的脉动式无级变速装置,该设计装置通过改变揺块支点的位置来实现无级变速的要求。 关键词凸轮-连杆;脉动式无级变速器;单向超越离合器;结构设计;运动学仿真 无级变速传动是指在某种控制的作用下,使机器的输出轴转速可在两个极值范围内连续变化的传动方式。无级变速器是一种独立的传动部件,它具有输入和输出两根轴,通过能传递转矩的中间介质(固体、流体、电磁流)将输入、输出轴直接或间接地联系起来,以传递动力。当对输入、输出轴的联系关系进行控制时,即可使两轴间的传动比在两个极值范围内连续而任意地变化。用固体、流体作为中间介质的变速器分别称为机械无级变速器和液压(力)无级变速器。电力无级变速传动实际上是通过不同的电气控制系统对交流电动机和直流电动机的控制(改变磁通、电压、电流或频率),分别称为直流调速和交流调速;这种变速方式不存在输入轴(与一次动力机的调速相仿),它们的恒功率特性差。无级变速传动和定传动比、有级变速传动相比,能够根据工作需要在一定范围内连续变换速度,以适应输出转速和外界负荷变化的要求,而且恒功率特性好,因而在现代机械传动领域内占有重要地位。近年来,为了扩大无级变速传动的调速比(范围)、传动功率或过零调速,控制式无级变速传动用无级变速器作为封闭机构去封闭二自由度差动轮系的两个基本构件所得的单自由度行星无级变速器,已成为研究热点之一,通常称之为封闭行星无级变速器;这种系统中大部分功率流过差动轮系,而只有小部分功率流经无级变速器。此外,车用无级变速器和无级变速器的稳速问题也是研究热点。 无级变速传动主要用于下列场合 (1)为适应工艺参数多变或输出转速连续变化的要求,运转中需经常或连续地改变速度,但不应在某一固定速度下长期运转,如机床、卷绕机、车辆和搅拌机等; (2)探求最佳工作速度,如试验机、自动线等; (3)几台机器或一台机器的几个部分协调运转; (4)缓速起动以合理利用动力,通过调速以快速越过共振区; (5)车辆变速箱,可节省燃料约9%,缩短加速时间,简化操作。 如采用液力偶合器、液力变矩器或液体粘性传动无级变速器,则有吸振、缓冲和自适应性。 采用无级变速传动有利于简化变速传动结构、提高生产率和产品质量、合理利用动力和节能、便于实现遥控及自动控制,同时也减轻了操作人员的劳动强度。 1.1本课题的研究目的及意义 脉动无级变速器与摩擦类无级变速器相比,有以下特点传动可靠、寿命长、变速范围大、最低输出转速可为零、调速性能稳定、静止和运动时均可调速、结构较简单、制造较容易,因而近年来发展较快。但它还存在着有待进一步解决的问题,例如调速范围再扩大之后,在结构和便用上如何实现增速变速传动和采用复合式超越离合器;高速输出时不平衡惯性力所引起的振动增大,如何避免共振现象;低速输出时脉动不均匀性显著增加;如何提高单向超越离合器的承载能力和抗冲击能力等。 脉动式无级变速器应用广泛,有较好的发展前景,但有其局限性,值得进行研究,使其应用更广泛。本课题的研究目的是借助于先进的机械现代设计理论与方法,并结合CAD/CAE技术开发出具有更好运动学与动力学性能的脉动无极变速器。 1.2本课题在国内外的发展概况及存在的问题 国内机械无级变速器基本上是在20世纪60年代前后起步,到80年代中期以后,随着国外先进设备的大量引进,工业生产现代化及自动流水线的迅速发展,对各种类型机械无级变速器的需求大幅度增加,专业厂开始建立并进行规模化生产,一些高等院校也开展了该领域的研究工作。经过十几年发展,现在,国内机械无级变速器行业从研制、生产、到情报信息各方面已组成一个较完整的体系,发展为机械领域中一个新兴行业。 国际上,在机械式脉动无级变速器领域,目前以德国、美国和日本的技术水平较高,其成熟技术以德国的GUSA型及美国的ZEROMAX型系列产品为代表。 GUSA型,国内称为三相并列连杆脉动无级变速器,分为GUSA I型三相偏置摇块和改进的GUSAⅡ型三相对心摇块两种。GUSA I型最早由德国Heinrich Gensheimer&Sohne机器制造公司在50年代推出,之后该公司在80年代又对其加以改进推出了GUSAⅡ型变速器,GUSAⅡ型是目前性能最为优良的脉动式无级变速器。其变速范围宽,转速可以为零,调速方便,工作时输出转速的脉动度较小,此外,其结构紧凑,加工方便,传动可靠,因而应用广泛。

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