机械行星式无级变速器的设计说明书

机械行星无级变速器的设计 要 行星锥盘无级变速器，国外又称 级变速器，属行星牵引传动，是摩擦式无级变速器中的一种。行星锥盘式无级 变速器由于其通用性强，结构简单，工作可靠，广泛应用于纺织、造纸、食品、包 装等行业，是目前通用无级变速器市场上应用最多的一种产品。本文对机械无级 变速器做了较为全面的介绍，对其分类和发展现状以及发展趋势做了简要概述。 介绍了行星锥盘无级变速器的传动原理及结构，然后对变速器做了运动受力分析 。同时对行星锥盘进行了基于低滑动率的修形设计以及调速机构的分析。 对基本型恒功率行星锥盘无级变速器进行了常规的具体结构设计，以及各主要部件的数 值计算分析。最后对设计好的行星锥盘无级变速器做了技术经济分析、三维建模 和主要零部件的工艺分析。 关键词： 行星锥盘无级变速器；恒功率；数值计算 机械行星无级变速器的设计 he is VT It is to its of VT is at on VT of it is in so so a a of VTs a of of of of on of VT of of 3D of 械行星无级变速器的设计 录 第一章 绪论 . 1 级变速传动概述 . 1 械无级变速器的分类及发展现状 . 2 械无级变速器的发展趋势 . 5 星锥盘无级变速器的应用及研究现状 . 6 计的目的及意义 . 7 第二章 行星锥盘无级变速器的传动原理及分析 . 8 构和工作原理 . 8 动分析 . 9 星锥盘的受力分析 . 11 转时受力分析 . 调速时受力分析 . 14 压特性及碟形弹簧的选取 . 16 第三章 无级变速器的结构设计 .构方案的确定 . 19 于恒功率特性的加压机构设计 . 19 压机构的设计要求及类型 . 19 压结构的加压特性 . 20 速机构的选择 . 21 于低滑动率的行星锥盘修形设计 . 22 参数的确定 . 24 第四章 无级变速器设计计算部分 .本尺寸的确定和强度计算 . 25 基本尺寸接触强度计算 . 26 压弹簧的压力计算及选取 . 31 速机构的运动与力计算分析 . 35 动率的计算分析 . 41 擦传动中的滑动 . 41 星锥盘摩擦传动的滑动率1. 43 机械行星无级变速器的设计 的设计计算 . 46 第五章 结论 .六章 技术经济分析 .考文献 .谢 .录 1 .录 2 .录 3 .明 .计图纸 1 第一章 前 言 级变速传动概述 无级变速传动（ 称 指在某种控制的作用下，使机器的输出轴转速可在某一范围内连续变化的传动方式。而无级变速器是这样一种装置，它具有主动和从动两根轴，并通过能传递扭矩的中间介质（固体、流体、电磁流）把两根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极值范围内连续变化。无级变速传动和定传动比以及有级传动相比，具有能够根据工作的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需要等优点，因此无级变速传动在现代传动技术领域占有重要的地位。 无级变速器按传动介质的不同一般分为三种：电力式、流体式和机械式。 电力无级变速传动是通过对交流或 直流电机的电气参数的控制，如改变磁通、电压、电流或频率，调整其相位角来实现无级调速，并通过微处理器进行控制。电力无级调速主要包括电磁滑差调速、直流和交流调速三种，目前交流变频调速性能好，效率高，故应用最多。 流体式无级变速传动分两类：一是液压式的，通过改变液压泵的排出量或液压马达的容量来进行变速，适用于中小功率传动；另一类是液力式的，采用液力耦合器或液力变矩器进行变速传动，适用于大功率。二者的共同特点是调速范围大，可吸收冲击和防止过载，但制造精度要求高，价格贵，输出特性为恒扭矩，滑动率较大，运转时易发生漏油。 机械无级变速器大部分是依靠摩擦力或油膜牵引力来传递动力的，主要通过改变传动构件间的长度（工作直径）比例进行变速。与其它形式无级变速装置相比，它具有结构简单、操作方便、价格低、 传动平稳、工作可靠、维修方便以及适应性强等优点，尤其是某些机械无级变速器在很大范围内具有恒功率的机械特性。 一般来说，使用无级变速器的主要原因是：特殊应用要求、操作简单性、高性能和高效率，主要应用于以下场合1,2： 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、车辆和机械行星无级变速器的设计 2搅拌机等； 2. 探求机器最佳的工作速度，如试验机、自动生产线等； 3. 几台机器或一台机器的几个部分协调运转， 如塑料薄膜机轧辊前后驱动装置之间速度的协调； 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，简化操纵。 综合以上应用，采用无级变速传动有利于简化变速传动方案、提高生产率和产品质量、合理利用动力和节能、便于实现遥控和自动控制，同时也有利于减轻劳动强度并改善操纵性能。无级变速目前已成为一种基本的通用传动型式，广泛应用于纺织、轻工、食品、包装、机床、汽车等行业。 械无级变速器的分类及发展现状 早在 1490 年， 勾画出了机械无级变速器的草图，但直到 19 世纪 70 年代后才开始了其发展。早期 由于受材质及工艺方面的条件限制，发展缓慢， 20 世纪 70 年代后，一方面随着先进的冶炼和热处理技术、精密加工和数控机床以及牵引传动理论和优质油品的出现和发展，解决了研制和生产无级变速器的限制因素；另一方面，随着生产工艺流程实现机械化、自动化以及机械工作性能要求改进的需求， 需要大量采用机械无级变速器。 在这种形势下，机械无级变速器得到了迅速而广泛的发展。机械无级变速传动是传动领域最重要的分支，由于具有恒功率、高效率、可靠性高等优点，因此也是投入研究最多的传动技术。 机械无级变速器分类方式很多， 按照工作原理的不同主要分为摩擦式、 链式、带式、脉动式四大类1 4。 1. 摩擦式无级变速器 摩擦式无级变速器主要是利用主、从动件接触处的摩擦力和润滑油膜牵引力来传递运动和动力，并通过改变主、从动件间的相对位置以改变接触处的工作半径来实现无级变速。早期的摩擦式无级变速器由于受钢材材质、加工工艺水平和润滑剂三方面的限制，未能得到广泛应用。近 30 年来，由于真空冶炼技术的应用、复合材料的出现、超精密机械加工工艺的日臻完善，特别是高性能牵引油的研制成功，从而使干、湿摩擦传动转向了牵引力传动，使其研究与应用得到了快机械行星无级变速器的设计 3速发展。 摩擦式无级变速器由三部分组成：传递运动和动力的传动机构；保证产生所需摩擦（牵引）力的加压装置；实现无级变速传动的调速机构。它具有各种不同的结构类型，一般可分为： 1）固定轴式，又分无中间元件的直接传动（主、从动摩擦元件直接接触传动）和有中间元件的传动； 2）行星传动式，即中间元件作行星运动的传动机构。 目前，固定轴无级变速器中应用较广、技术上较为成熟的主要有：锥盘环盘式、多盘式、钢球锥轮式、菱锥锥轮式、 滚锥平盘式、锥盘滚轮式等。其中，锥盘滚轮式（国外称 靠滚动体间弹性流体润滑油膜的剪切力来传递动力，是典型的牵引式无级变速器，它具有调速灵敏、传递功率大、传动效率高等特点 ,目前已在轿车上得到实际应用2， 3。 行星无级变速器具有作行星运动的 中间滚动体，依靠滚动副间的摩擦 (牵引 )力来传递动力，通过改变太阳轮或行星轮的工作半径来实现无级变速。其工作原理与一般的行星轮系很相似，但没有轮齿，因而可以使其工作半径在运行过程中进行调整。其变速范围较广，输出转速恒低于输入转速，属于降速型变速器，且输出特性好，结构紧凑，承载能力高，寿命长。行星无级变速器具体结构形式很多，主要有行星锥盘式、行星锥轮式、行星锥鼓式、钢球行星式和谐波行星式等。 近年来，随着理论研究的深入，尤其是借鉴了行星传动的功率流理论，出现了控制（组合）式封闭行星无级变速传动，该传动结构形式多样、传动比大、输出功率高，是近年无级变速传动研究的热点之一6， 7。 2. 链式无级变速器 链式无级变速器是一种利用链轮和钢质挠性链 条作为传动元件来传递运动和动力的机械变速装置，它属于开发较早、应用较多的一种通用型变速器。链式无级变速器由链轮和链条构成的传动机构、调速机构和链条张紧加压机构三部分组成，它是通过主、从动链轮的两对锥盘的轴向移动实现调速的。按链条不同的结构形式可分为以下几类：滑片链无级变速器；滚柱链无级变速器；套环链无级变速器；摆销链无级变速器等几种。前两种变速器发展比较成熟，应用广泛，后两种变速器体现了链式无级变速器的发展方向。 3. 带式无级变速器 机械行星无级变速器的设计 4带式无级变速器与链式变速器相似，其变速传动机构是由作为主、从动带轮的两对锥盘及张紧在其上的传动带组成。 其工作原理是利用传动带左右两侧面与锥盘接触所产生的摩擦力来传递动力；并通过调速机构改变带在锥盘上的接触位置，使主、从动轮工作半径改变从而实现无级变速的目的。由于其具有结构简单、工作平稳等优点，因而也应用广泛。 带式无级变速器根据传动带的形状不同，可分为平带、 V 带和块带无级变速器三种类型。平带和 V 带常用于一般机械，而块带中的“推块式金属带”则在汽车用无级变速器中占有重要地位。自从 20 世纪 80 年代荷兰 司首次推出以来，对其研究一直是热点，美、日、德等国也都推出了基于这种带的无级变速器，并在多款高级轿车上成功应用8,9。 4. 脉动式无级变速器 脉动式无级变速器主要由传动机构、输出机构（超越离合器）和调速机构三个基本部分组成。其工作原理是采用连杆（或凸轮）机构作为脉冲发生器，如采用曲柄摇杆机构，将输入轴曲柄的匀速转动转变为摇杆的往复摆动，再通过单向超越离合器将摇杆的往复摆动转换为单向脉动旋转运动输出；而无级调速的实现主要通过调速机构改变连杆机构中各杆件之间的尺寸比例关系，使摇杆的摆角和其平均摆动速度实现连续改变。与摩擦式无级变速器相比，由于其传动机构采用几何封闭的低副机构，故具有工作可靠、结构简单、体积较小、变速性能稳定等特点。 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 及美国的 系列产品为代表。 ，国内称为三相并列连杆脉动无级变速器，分为 （三相偏置摇块）和改进的 （三相对心摇块）两种。 ，最早由美国 司于 1962 年推出， 国内称为四相并列连杆式脉动无级变速器。该类无级变速器具有较大的变速范围，转速可以为零，且调速响应快；其结构紧凑、轻巧，常用于小功率场合10。 脉动式无级变速器的应用主要受限于两点：一是输出具有脉动性，动负荷影响较大；二是超越离合器制约了承载能力。近来，针对以上局限的研究已有突破，如文献 11中的超越离合器以及“挠性环式超越离合器”德国 司用于车用曲柄脉动式无级变速器的超越离合器， 在提高承载能力上均有较大改善。 此外，机械行星无级变速器的设计 5重庆大学创新开发的“非摩擦式连续作用无级变速器”也是一种较有前途的脉动式无级变速器12。 在无级变速器的传力元件接触区内，润滑油膜承受高压力、高剪切率（高牵引力） ，同时还由于受到剪切而发热。变速器 的摩擦特性与所用润滑油有很大关系，选用不当，就会产生不良影响，因而对润滑油品有许多特殊要求。牵引油品质的好坏甚至对某些机械无级变速器的性能起着决定性的作用，如锥盘滚轮无级变速器之所以成为一种极有前途的车用无级变速器，很大程度就是由于采用了高性能的牵引油5。 最近 10 年来 ,牵引油的特性已经得到了明显的改善。 究了润滑油的牵引系数和油温间的关系 ,获得了准确的数据。 功地用他们自己研制的两盘实验机 (得在实际工况下牵引油的试验数据25。 司在牵引油方面进行了大量的研究，开发出了非常著名的牵引油品种 列，其牵引系数比普通的润滑油要高得17。国内广州机床研究所研制成功的 列牵引油，性能优良，接近甚至优于进口产品2,18。 械无级变速器的发展趋势 从用途上来说，机械无级变速器 实际上可分为通用型和车用无级变速器（通常所简称的 类。由于 以实现传动比的连续改变，从而可以使传动系与发动机工况得到最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它是理想的汽车传动装置。各大汽车厂商对 现出了极大的热情，极度重视 汽车领域的实用化进程，但这仍是世界范围内尚未根本解决的难题，也是汽车变速器的研究的终极目标。由于汽车工业蓬勃发展的影响，近年来机械无级变速器的主要发展趋势是向大功率、高效率的汽车用无级变速器方向发展。 目前，金属带（推块）式 是相对成熟、应用最多的车用无级变速器，但新的创新和技术层出不穷。国内东北大学已研制出金属带零偏移量的曲母线锥盘13； 20 世纪 90 年代后，日本 司创新开发出应用于微型汽车的复合带式 90 年代德国人把改进的摆销链式 功地应用于奥迪 车上14。此外，许多实用 在研究和试制，有望得到广泛应用，如德国 司正在开发的属于脉动连杆 式无级变速器的曲柄 国 械行星无级变速器的设计 6公司的锥环式 4等。 然而，通用型无级变速器仍具有广阔的市场，且在许多场合有着不可替代的作用，因而仍在不断发展，且其中有些类型具有应用到汽车上的潜力（如锥盘滚轮式无级变速器） 。一方面，人们对原有产品加以改进，如钢球锥轮式无级变速器发展出 、 M 型、 、 、 、多种类型，从长锥钢环式发展而来的 4等。另一方面，不断探讨新的无级变速方式， 其中齿轮啮合无级传动15， 16是一种较吸引人的传动方式，有可能实现高效率，但目前应用还不成熟。 随着电力电子技术的发展，自 20 世纪 80 年代以来，出现了多种交流电动调速方式，其中交流变频器及其派生的控制器获得迅速的发展和应用，近年又出现一种性能更优的新型开关磁阻调速电动机，这对机械无级变速器产生了一定的冲击。但它们的缺点在于低于电机额定转速时仅具有恒转矩特性、低速运转效率较低且不稳定、起动过载性能较差等。相对而言，机械无级变速器由于具有恒功率性好、转速稳定、工作可靠、效率高、 维修方便、适用范围广等优点，因此在今后的工业应用中仍具有广阔的前景。 星锥盘无级变速器的应用及研究现状 行星锥盘式无级变速器，国外称之为 级变速器，它属行星牵引传动， 是摩擦式无级变速器的一种， 最早由 司于 1957 1964 年推出。国外主要有德国、日本等国生产，我国于上世纪 80 年代引进后得以迅速发展起来。行星锥盘式无级变速器通用性强、结构简单、工作可靠，广泛应用于纺织、造纸、卷烟、食品、包装等行业，目前，其年产量约占通用机械无级变速器总产量的 50以上17。 近年来行星锥盘式无级变速器的研究主要集中于以下几方面： 1）对压紧碟簧的相关试验和研究。碟簧的压紧力直 接关系到变速器输出特性的好坏，作为重要零件，碟簧的设计和选用，尤其是其初压力的确定十分重要文献 18， 19对此分别进行了有益的研究，对于指导生产具有实用意义。 2）传动效率及滑动率的理论和实验研究。滑动率用 来描述传动中滑动的程度，它影响到机器的寿命、效率和实际工作的质量，是衡量无级变速器性能优劣的重要指标。文献 2中给出了滑动率的计算公式，文献 20进行了滑动率的实验，机械行星无级变速器的设计 7对滑动率的变化规律与影响因素进行了探讨研究。 3）结构上的创新改进。 “恒功率行星摩擦式无级变速器”通过改进加压碟簧的位置，使碟簧压紧力与恒功率特性相适应，从而得到了较好的恒功率特； “无物理心轴行星轮无级变速器”采用无心轴结构，从而使传动比有了较大；文献 21 则从改善恒功率特性的角度提出了外环输出的无级调速结构。 此外，牵引理论也开始用于设计分析；为增加变速范围，提升功率，出现了各种组合式封闭行星锥盘无级变速器（即在基 本通用型输出端加上一组差动轮系） ，文献 22对这种无级变速器的功率流、效率和滑动率等传动特性作了比较详细的分析。 计的目的及意义 目前针对行星锥盘无级变速器的研究仍较少，产品的性能还存在一些缺陷，尽管已有诸多改进，但性能仍不够理想，主要表现在恒功率机型的加压特性差，恒功率范围窄，滑动率较高，尤其低速时更明显，从而导致效率不高且不稳定。 但是行星锥盘无级变速器任然目前机械无级变速器市场上产量最大、应用最广的一种，近 30 年来，由于钢材真空冶炼技术的应用、复合材料的出现、超精密机械加工工艺的日臻完美，特别是高牵引油的研制成功，从而使干、湿摩擦传动转向了牵引传动，使得机械无级变速传动的研制和应用有了明显快速的发展。针对现有技术上存在的缺陷，设计一种牵引式行星齿轮式无级变速器，可以实现平滑变速，大功率传递转矩，制造简单，成本低，实用性质很强。它能按比例扩大应用到任何类型发动机上，是摩托车工业、汽车工业乃至铁路牵引机车工业全面进入无级变速时代的一种理想的用途广泛无级变速的系统2。 机械行星无级变速器的设计 8第二章 行星锥盘无级变速器的传动原理及分析 构和工作原理 市场占有率在 50以上的行星锥盘无级变速器可分为基本型和派生型两种，派生型是在基本型的输出轴端加装一个 2差动轮系构成的封闭行星传动。通常所说的行星锥盘无级变速器特指 6950的基本型， 其结构简图如图 2示。 图 2星锥盘无级变速器结构简图 行星锥盘无级变速器的输入轴 3 与电机相联，动力由此输入，经太阳轮传递给行星锥盘 6。太阳轮在碟形弹簧 4 的作用下，与太阳轮一起压紧行星锥盘，提供足够的压紧力以产生传动必需的摩擦（牵引）力；行星锥盘 6 同时也被外圈的恒轮与恒轮（图中序号 7、 8）压紧在其间。当太阳轮转动时，行星锥盘在与太阳轮接触处的摩擦（牵引）力作用下，要作纯滚动，即自转运动；由于恒轮与恒轮径向固定不转动，因而行星锥盘在自转的同时也要绕输入轴 机械行星无级变速器的设计 93 作公转运动。行星锥盘上的轴与行星架（转臂） H 相联，可在行星架上作轴向和径向移动， 当行星锥盘 6 作公转运动时， 就带动行星架 H， 从而经输出轴 1 输出运动和动力。从传动原理上看，行星锥盘无级变速器属于 2转臂输出式行星传动。 该无级变速器的调速机构（图 2由丝杆螺母机构、正切机构和端面凸轮机构组成的组合机构，中间放置钢珠，在运转时进行调速。当转动调速手轮时，改变了恒轮在圆周方向的位置， 使其绕轴线有微小转动， 由于端面凸轮的效果，当调速时恒轮转动的同时兼有轴向的移动，从而改变恒轮与恒轮间的轴向间隙。当该间隙增大时，行星锥盘 6 在离心力及碟形弹簧 4 的压力作用下向外移动，表现在输出轴上，其转速将降低；当该间隙减小时，行星锥盘 6 向内移动，此时即为增速调速。太阳轮与恒轮相对，且轴向固定无移动，由几何关系可知，调速时，二者之间的水平间隙始终不变，恒等于图示锥盘轴截面菱形的两对边距离，因而理论上可保证锥盘在垂直面无偏转。两太阳轮、两恒轮与行星锥盘接触处一般为较短直线斜面，与锥盘构成线接触，如加工成圆弧斜面则构成点接触。 动分析 由于行星锥盘无级变速器属 2行星传动， 故可采用行星齿轮传动的分析方法，如图 2示，通过施加一与行星架（转臂 H）角速度大小相等但方向相反的角速度 “ ， 把整个行星机构转化为定轴传动机构来进行运动研究36 图 2星锥盘无级变速器分析简图 机械行星无级变速器的设计 10整个机构附加一“ ，转化机构各构件角速度见表 2示。 表 2化机构各构件角速度 构件 原绝对角速度 转化后角速度 太阳轮1 行星锥盘2 恒轮3 转臂H 1 2 03= =11=22=330=2示，设太阳轮 1、恒轮 3 工作半径分别为 星锥 2 与太阳轮、恒轮接触处的工作半径分别为 且有 。如不计接触处的滑动，则由此可得传动比关系： 2132313113=（ 2 12212112=（ 2 由于 0，故代入式（ 2得转臂转速（等于输出轴转速）为： 213213221211+= （ 2 行星锥盘自转速度： 机械行星无级变速器的设计 11322123112112)()(= （ 2 所以无级变速器的传动比为： 213211= （ 2 由式（ 2得： 1 （ 2 （ 2 调速比： )(= （ 2 由于结构上的对称关系，常取 由（ 2知，行星锥盘无级变速器的输入轴转速 输出轴转速 向；且输出转速恒低于输入转速，为降速型变速器。其调速比一般为 4 6。 星锥盘的受力分析 转时受力分析 主要传动件行星锥盘运转时的受力分析如图 2示，其中 机械行星无级变速器的设计 12别为行星锥盘与太阳轮、恒轮接触处的正压力， 递的圆周力， 锥盘所受的离心力， 转臂对锥盘的作用力。 图 2星锥盘运转时受力分析 对锥盘，由 0= ： （ 2 离心力： 221)(+= （ 2 其中锥盘质量 m 较小，运行时远小于正压力1Q 、2Q ，故一般略去不计。 由此可得： 1Q =2Q （ 2 对锥盘由 0= 0= ： 21 （ 2 机械行星无级变速器的设计 132221 （ 2 行星锥盘两接触区要产生足够的摩擦（牵引）力，就必须提供足够的轴向压紧力 者由加压碟簧提供。为保证传动可靠，防止打滑，必须使产生的摩擦（牵引）力大于所需传递的圆周力。 1. 恒功率工况（输出功率恒定，不随输出转速变化） 1） 行星锥盘与太阳轮接触处 该处要满足不打滑条件，则： 3111111095502 = （ 2 其中： 输入功率（ ，基本恒定； 牵引系数； 输入转速（ ； z 行星锥盘的个数。 为保证传动可靠，引入传动系数令112 ，则有： 3111111047752= 因为碟簧作用在太阳轮处，故在该处由力平衡关系得： 311111110= （2 2） 行星锥盘与恒轮接触处 同理，要满足不打滑条件，则： 机械行星无级变速器的设计 142222 （2 由(2系可得： 2212 （2 313113211212210)1(= 3131132112121210)1(=（2 2. 恒转矩工况（输出转矩恒定，不随输出转速变化） 同理可得： 1112 （2 )1(2（2 无论何种工况，理论所需的碟簧压紧力均应取12最大值，即 速时受力分析 行星锥盘无级变速器一般在运转时进行调速，如图 2示为减速调时锥盘的受力（未计离心力） 。减速调速时行星锥盘往内移，向输入输出轴靠拢，设此时锥盘与太阳轮和恒轮接触处的总摩擦力分别为12在每 机械行星无级变速器的设计 15一接触面上的摩擦力分别为 2/1 2/2其分力分别为 2/1F ， 2/1f ， 2/2F ，2/2f ，如图所示。 图 2星锥盘调速时受力分析 由于： 212111)2/()2/(2= （2所以， 21211)2( = （2同理， 22222)2( = （2 由力平衡条件有： 0 （2 机械行星无级变速器的设计 16把上两式代入上式中，整理可得： 21122221)2(12(1+= （2 由前所述，为保证传动可靠性，引入传动系数则有： 2221)1(11(1+=（2 为使调速时不发生自锁，则上两式分母必须为正。考虑到 于 及油润滑时动摩擦系数（牵引系数）星锥盘的半楔角一般取 3。 如果停车时调速，则润滑油膜尚未形成， 此时为静摩擦，摩擦系数大，故摩擦角也较大。要避免自锁，则半楔角需大于静摩擦系数对应的摩擦角（一般约 6） ，而行星锥盘无级变器的半楔角一般为 3 10，故易发生自锁不能调速，所以不宜停车时调速。 压特性及碟形弹簧的选取 加压特性是指加压机构提供的轴向压紧力与变速器输出转速的关系。由式（2、 （2（2得到碟形弹簧的恒功率和恒转矩工况下的所需的加压特性曲线，如图 2示。 由图可知对于恒功率工况，输出转速最低时需要的碟簧压力最大，随着输出转速的增加，需要的碟簧压力逐渐减小，到一定位置后恒定不变；对于恒转矩工况，输出转速从最低开始增加，所需的碟簧压紧力先减小，之后逐渐增大。 转折点处，22 ，推导可得此处： 机械行星无级变速器的设计 17131/1 a）恒功率工况 b）恒转矩工况 图 2需碟簧加压特性 参考图 2示结构简图，碟簧作用于太阳轮处，当升速时，太阳轮向外移动，两太阳轮间的轴向间隙增大，碟簧压缩，压紧力增大；降速时则相反。显然，无论恒功率还是恒转矩工况碟簧压紧力都无法完全适应要求，但总体上碟簧实际压力基本与恒转矩工况相适应，而与恒功率工况要求完全相反。 碟形弹簧的选取对行星锥盘无级变速器的性能十分重要。设计时，对于恒转矩工况，需选 位置时的 碟簧初始压力，选 位置时的 碟簧最大压紧力，然后根据 变速器结构尺寸确定碟簧总变形量，之后就可以根据所得三个基本参数，结合碟簧的载 荷合方式及片数。对于恒功率工况，为保证任何位置都能可靠传动，需选择 位置时的 碟簧的初始压力，选定碟簧后则由碟簧变形量可求得碟簧最大压紧力。由图 2簧的实际加压特性可知，恒转矩工况 a）恒功率工况 b）恒转矩工况 图 2簧实际加压特性 机械行星无级变速器的设计 18下只是中速区碟簧力稍大；恒功率工况下，碟簧实际提供的压紧力除最低速位置外，其余位置均大于所需的压紧力，输出转速越高，则压紧力剩余量越大。因此，恒功率工况下，由于中、高速区碟簧压紧力余量太大会加剧磨损和发热。为此，常常适当降低碟簧初始压力以缓解矛盾，但这样势必造成低速时加压不足，从而导致滑动率较高甚至打滑。 机械行星无级变速器的设计 19第三章 无级变速器的结构设计 恒功率型的传动机械要求在传动过程中保持输出功率恒定，输出转矩与输入转速成反比，低速时负载的变化对转速的影响较小，在工作中能够充分利用原动机的全部功率，机械效率较高，故在很多传动系统中得到应用。 行星锥盘无级变速器根据应用的需求分别有恒功率和恒转矩机型。由第二章知道，行星锥盘无级变速器加压机构的加压特性更适合于负载为恒转矩的情况，因而其恒转矩机型性能优异；而目前使用的恒功率机型由于加压特性不尽合理，存在磨损和发热较严重、低速时滑动率较高的问题。为此，本章从结构上对其分析探讨，以期从根本上实现恒功率特性并降低低速输出时的滑动率。 构方案的确定 于恒功率特性的加压机构设计 压机构的设计要求及类型 加压机构是影响无级变速器传动性能与承载能力的关键部件，它应保证 各摩擦传动副之间相互压紧并满足不打滑条件：Q = ，以传递运动和力。 加压机构的设计要考虑： 1. 加压机构所提供的压紧力和输出转速 的关系应与变速器输出特性所要求的压紧力与输出关系相一致； 2. 施压滚轮的位移与调速时要求滚轮的位移相适应； 3. 加压机构的类型、个数和配置位置应合理，能满足相应输出特性的要求； 4. 加压机构的主要参数，如弹簧的刚度和长度、V 形槽或凸轮的升角等合乎传动要求的位移与压紧力的关系； 5. 强度与表面硬度等应满足承载要求。 加压机 构按加压特性分为恒压加压与自动加 压机构两种。常用的有以下三种： 1. 弹簧加压：一般采用圆柱螺旋弹簧或碟形弹簧，在弹簧高度不发变化情况下，若压紧力恒定，则为恒压式。但由于压紧力需按最大负载来确定，故传动元件、 轴承及轴始终处于最大压力作用下， 以致降低了效率和寿命，机械行星无级变速器的设计 20为此常与其他装置配合使用，压紧力 随传动元件产生的轴向位移相应变化，此时为非恒压式。弹簧加压方法的优点在于结构简单、便于布置。 2. 端面凸轮加压：凹凸相对应的端面凸轮和凸轮槽分别安置在轴和轴套上，变速器空载转动时，对应的端面凸轮和凸轮槽完全嵌合在一起而成为刚性联轴器，使轴套和轴一起转动；但在负载工作时，凸轮和凸轮槽随着负载的作用和变化彼此沿周向相对转动，导致凸轮套产生轴向位移，从而使摩擦元件工作表面压紧并产生相应的压紧力。