新型脉动无速化变速器在船舶上的应用

新型脉动无速化变速器在船舶上的应用

1机、桨配合难从提高效率，降低振动和噪声，避免空气泡的角度来看，螺旋转换率最好。对于主机来说，由于减速不能同时高效地工作，因此不可避免地会出现故障。因此，很难将机器和桨结合起来。螺旋桨转速可用改变供油量进行控制,使其高效率工作,但发动机的功率是变的,耗油量也不是最低,经济性较差,因此,本文提出用新型脉动无级变速器代替减速器,以实现恒功率无级变速。2输出轴转轴如图1所示,将变偏心曲柄摇杆机构的B转动副扩大到包容A转动副,便成偏心轮机构,当偏心半径AB可变时,便为变偏心曲柄摇杆机构。在D转动副上装上面接触超越离合器,便成曲柄摇杆组合机构,再把两组组合机构的变偏心半径按180°相角差并联在A轴(输入轴)及D轴(输出轴)上,当B点绕A点转动时C点摆动,当A、B、C三点在一直线上时C点的运动速度为零,两组合机构交替自锁或超越,便成新型脉动无级变速器(图2)。如图2所示,变速杆2在输入轴1中,其可轴向移动或与输入轴1同步转动。在变速杆2的圆柱面上,有与其轴向夹角相比,小于等于自锁角的4个圆头普通平键形斜键槽,每侧两个,在斜键槽内有滑块13,在滑块上面有一个孔,孔装在圆轮12及变偏心配重4的轴上。在输入轴1的圆柱面上,每侧有两个半圆键形槽,对称分布在侧视图的垂直坐标两侧,再把同一组的圆轮12及其变偏心配重4放在同一对槽中。在槽底平面上,有圆头普通平键形透孔,该孔并不影响圆轮12以及在变偏心配重4上插入滑块13的轴在透孔中移动。圆轮12和变偏心配重4的形状类似于圆饼,在前者的外圆柱面上有止口与连杆11连接,在两者的平面圆心上,有类似于圆头普通平键形状的透孔,透孔两侧的平行面卡在输入轴1的半圆键形槽底平面上,透孔的两个圆头面与输入轴1的外圆面有适当的间隙,但这并不影响圆轮12及变偏心配重4在槽中的移动。在主视图中,变速杆2所在位置的变偏心半径为零,圆轮12及变偏心配重4的质心均在变速杆2的中心线上,输入轴1转动时输出轴3不转动。向右连续拉动变速杆2至变偏心半径最大值位置,由于斜键槽的斜向不同,推动滑块13使圆轮12及变偏心配重4分别沿输入轴1的半圆键形槽沿径向向外散开移动,各质心的移动距离为变偏心半径,两者大小相等,方向相反,输出轴3的转速由零逐渐增大至最大值。再向左连续推动变速杆2时,其运动正好相反,输出轴3按侧视图的反时针方向转动。与变偏心半径最大值相比,外环8的内半径R要大得多,因而使得角速度波动幅度变小。由于圆轮12、连杆11和变偏心配重4的质量起到了飞轮的作用,特别是在用燃气轮机做动力时,速度不均匀系数δ变小。3带单独背压机构的带封油间隙变化的润滑副工作原理现有的滚柱式超越离合器为线接触,变形大,效率低,只能用于一般场合。而如图2所示,在滚柱10上面安装一个弧块7,下面安装一个下滑块9,板簧6被铆钉14铆在内星轮3上的螺纹盲孔中。板簧6的弹力会推动下滑块9并带动滚柱10及弧块7左移,同时与外环8及内星轮3接触并形成一定的起始摩擦力,便成为面接触超越离合器。实践证明,在弧块7的R弧面上有平行的细密排油沟通向接触面外,沟边与沟边之间有适当的距离(图上未绘出),在超越时,无法形成动压油膜,外环8与弧块7总是接触的,属边界润滑,自锁灵敏。面接触超越离合器的自锁原理与滚柱式超越离合器相同,取楔角准=6°,小于摩擦角,不同的是,其运动副均为滑动摩擦,因此要求下滑块9与滚柱10及内星轮3的滑动摩擦系数值低于滚动摩擦系数值,但用提高尺寸和形状精度,降低表面粗糙度值或更换材料等方法还尚未见到成功的先例。本文采用液体静压润滑原理,使滑动副被承载油膜分开,以液体摩擦状态工作,其摩擦系数只有万分之几,与滚动摩擦系数相比要小得多,且自锁可靠,解锁阻力矩非常小,磨损小,寿命长。该机不工作时,变速杆2在变偏心半径为零的位置,没有压力油注入时,封油间隙为零。工作时,先开动主机,驱动输入轴1及定压油泵,注入压力为P的高压油,经输出轴3左端进入小孔节流器15以及相连很近的两个油腔。在高压油的作用下,零件会发生弹性变形而形成封油间隙,再向右拉变速杆2后,变偏心半径便不再为零。设此时组合机构1组外环8的转速由零开始反时针转动时为开始自锁。外环8与弧块7的滑动摩擦力使两者同步转动,其驱动转矩使各零件在发生弹性变形,在空转一个溜滑角α后才与内星轮3同步转动并完成自锁,自锁后,同步转角为β。此时,输出轴3有动力输出,增大转矩时封油间隙会变小,在最大转矩时,封油间隙达到最小,弧块7对外环8的压力达到最大。假设最小封油间隙为0.005mm,两个最小封油间隙之和为0.01mm,小孔节流器的压力降为0.1P、流量为1L/min,则油腔的油压为0.9P。当第1组组合机构的外环8开始自锁时,第2组组合机构外环8的转速由零开始顺时针转动并开始解锁,外环8与弧块7的滑动摩擦力使两者顺时针同步转动,带动滚柱10及下滑块9右移,由此,封油间隙便逐渐增大。油的流量与进入封油间隙入口处的截面积成正比,当两个封油间隙之和接近0.031mm时,油的流量也由1L/min达到3.1L/min,增大了3.1倍。小孔节流器15的压力降与小孔直径有关,与流量的平方成正比,因压力降在由0.1P增大到其3.1的平方倍后接近于P(0.1P×3.12=P),因而此时油腔中的油压接近于零,弧块7对外环8的压力非常小,当外环8空转了α角后,各零件的弹性变形消失,在板簧6的弹力作用下,弧块7便对外环8开始滑动,完成解锁。解锁后,外环8对弧块7超越β角,没有动力输出。离合器的α角在面接触时比线接触时小得多,它对输出轴3的脉动波形的连续性影响不大。在驱动力矩过大、封油间隙达到零时,由于没有液体润滑,便不自锁,外环8对弧块7滑动。油腔的厚度比封油间隙大得多,其周围有一定宽度的封油面,若要求两油腔的封油间隙相同,则两油腔的面积不等。为减小推、拉变速杆2的阻力,对变速杆2和滑块13采用液体静压润滑技术。采用用钢丝纺织的橡胶软管将压力为P的高压油从变速杆2的右端引入至中心进油孔中,其中一路经节流器15流入其表面上的4个油腔中,然后再经封油间隙、回油沟流回油箱;另一路经节流阀15进入滑块13的两个油腔中,然后再经封油间隙、回油孔和回油沟流回油箱。4新型互联脉制波速的效率和长度4.1弹性变形角机构由运动副组成,一般运动副确定后,其效率是不变的。下面,将用求功率法来计算效率。设转矩为M,弹性变形角α(又称溜滑角)属损耗功Wf,同步转角β属有用功Wr,输入功为Wa,则效率为:假设β=1°,η=0.98,可求出α=0.04°。以α为依据,用虎克定律计算出各零件的许用截面面积,它应满足无限寿命设计N-S曲线最小应力值的要求,其寿命需比齿轮长。4.2新型动脉无产阶级变压器的正转效率组合机构有4个转动副,由于是并联,因此只按一个组合机构计算。脉动无级变速机构的效率为(0.98)4=0.92,换向机构的正转效率η换正=0.98,新型脉动无级变速器的正转效率为η脉正=0.92×(0.98)2=0.88。5机构的惯性力在图1中,A点为输入轴,与燃气轮机主轴相连,圆轮的几何中心是变偏心半径的质心。假设圆轮、连杆、外环(摇杆)的质量分别为m1、m2、m3,其质心分别在B、E、D点处。为平衡,用集中于B、C两点的两个质量m2B和m2C代换,用质量代换法便可求出:在AB延长线上,B′(AB=AB′)处变偏心配重的重量为(m1+m2B)·g,即变偏心配重的重量比圆轮的重量大m2B·g。同理,在CD延长线上,C′处(取CD=DC′)配重的重量为m2C·g。安装上变偏心配重及配重,可以认为A、D点分别集中了两个质量mA=2(m1+m2B)及mD=m3+2m2C,便可求出AD线上的机构总质心点F。由于F是定点,即aF=0,与变偏心半径大小无关,因而认为机构的惯性力已得到平衡。在图2中,向右拉变速杆2时,其左端第1个实线斜键槽及第2个虚线斜键槽中的滑块13会推动第1组圆轮12向下移动,而其变偏心配重4则向上移动,由于两者不在同一平面内,便形成了反时针力偶矩。第3个实线斜键槽和第4个虚线斜键槽中的滑块13用于推动第2组圆轮12及其变偏心配重4移动,其运动方向及形成的力偶矩与前者相反,达到了完全平衡。6发电机转速小、稳定低,耗油量低船舶均速直线航行时的速度为ν,船舶受到的阻力为R,燃气轮机的额定功率供油量转速分别为N额、Q额和N机额。R为变量,与外界条件有关。用新型脉动无级变速器控制桨转速n桨,改变v,使三者呈R·v=N额关系才是恒功率无级变速、燃气轮机在额定工作点上的工作。当外界条件发生变化,如顶风行驶R增大、n机转速下降、燃气轮机额定工作点下移发不出N额时,向左推变速杆2,曲柄摇杆机构的变偏心半径便变小,n桨下降时,n机升至n机额,额定工作点回到原处。当舰船在轻载状态下航行时,R变小,n机增大,发动机过载,额定工作点上移,向右拉变速杆2,曲柄摇杆机构的变偏心半径便增大,n桨增大时n机会回落到n机额,工作点回落到原处,便可实现恒功率无级变速,耗油量也可达到最低。图3所示为燃气轮机转速和耗油量特性曲线。在曲线最低点,为额定供油量Q额及燃气轮机的额定转速n机额。7带开嵌槽的牙倒车时,先将变速杆2向左推至零位,用动力帮助转动换向手柄,牙嵌离合器1左移,牙嵌离合器2右移,在离合器2的牙进入嵌槽前,离合器1的牙已全部脱开嵌槽,此时,让输出轴3慢慢转动。当离合器2的牙全部进入嵌槽后,锁住手柄即可。无论是在航行状态还是停泊状态,均可