凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速裝置的設(shè)計(jì)及仿真

1、<p>　　凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速裝置</p><p><b>　　的設(shè)計(jì)及仿真</b></p><p><b>　　中國(guó)·珠海</b></p><p><b>　　二○一二年五月</b></p><p>　學(xué) 院：專 業(yè)：姓 名：指導(dǎo)老師：

2、機(jī)械與車輛學(xué)院</p><p>　機(jī)械工程及自動(dòng)化</p><p>　簡(jiǎn)毅俊學(xué) 號(hào)：職 稱：080401041015</p><p>　丁洪生、王立濤教 授</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信承諾書</b></p><p>　　本人鄭重承諾：本人承諾呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)《凸輪-連桿式

3、無(wú)級(jí)變速裝置的設(shè)計(jì)及仿真》是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點(diǎn)和材料，均在文后按順序列出其參考文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)使用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。</p><p>　　本人簽名： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速裝置的設(shè)計(jì)及仿真</p><p&

4、gt;<b>　　摘 要</b></p><p>　　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、

5、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。</p><p>　　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 </p><p>　　A design of Cam-

6、linkage Continuously Variable Transmission</p><p>　　and its simulation</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Mechanical continuously variable transmission (Abbr. CVT) is sui

7、table for the modern production process mechanization and the development of automation and it’s a common Transmission to improve the mechanical performance. Its main function is: in the case of constant input speed, the

8、 continuous change of the output shaft speed within a certain range in order to meet the requirements of the machine or production system under different working conditions during operation. Pulse CVT is widely used <

9、/p><p>　　Keywords: Cam-linkage; Pulse CVT; One-way Overrunning Clutch; structural design; kinematic simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></

10、p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1本課題的研究目的及意義3</p><p>　　1.2本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題3</p><p>　　1.3本課題的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)解決的主要問(wèn)題4</p><p>　　第2章 凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速裝置方案設(shè)計(jì)

11、5</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)原理5</b></p><p>　　2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.2.1分析問(wèn)題...................................................................................................

12、.............6</p><p>　　2.2.2設(shè)計(jì)過(guò)程................................................................................................................6</p><p>　　第3章 基于Pro/E軟件環(huán)境下凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速器的運(yùn)動(dòng)仿真9<

13、;/p><p>　　3.1已知設(shè)計(jì)條件及參數(shù)9</p><p>　　3.2結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定9</p><p>　　3.3運(yùn)動(dòng)仿真12</p><p>　　第4章 基于AutoCAD軟件環(huán)境下的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1凸輪-連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.2箱體的

14、設(shè)計(jì)17</p><p>　　第5章 結(jié)論與展望18</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　致 謝20</b></p><p><b>　　附 錄21</b></p><p>　　附錄1 表格2

15、1</p><p>　　附錄2 英文文獻(xiàn)翻譯22</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　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

16、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

17、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</p><p>　　無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)主要用于下列場(chǎng)合：</p><

18、;p>　?。?）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；</p><p>　?。?）探求最佳工作速度，如試驗(yàn)機(jī)、自動(dòng)線等；</p><p>　　（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)；</p><p>　　（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)

19、；</p><p>　　（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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p>

20、<p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　機(jī)械無(wú)級(jí)變速器是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)以及加壓裝置或輸出機(jī)構(gòu)三部分組成的一種傳動(dòng)裝置，其功能特征主要是：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)程中各種不同工況的要求。</p><p>　　它在配合減速器傳動(dòng)時(shí)可進(jìn)一步擴(kuò)大變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩

21、，對(duì)提高產(chǎn)品的產(chǎn)量，適應(yīng)產(chǎn)品變換需要，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等各方面皆具有顯著的效果。故無(wú)級(jí)變速器目前已成為一種通用的傳動(dòng)元件，在各工業(yè)部門已獲得廣泛應(yīng)用。</p><p>　　機(jī)械無(wú)級(jí)變速器最初是在19世紀(jì)70年代出現(xiàn)的，由于當(dāng)時(shí)受材質(zhì)與工藝方面的條件限制，發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)70年代以后，一方面隨著先進(jìn)的冶煉和熱處理技術(shù)，精密加工和數(shù)控機(jī)床以及牽引傳動(dòng)理論與油品的出現(xiàn)和發(fā)展，解決了研制和生產(chǎn)

22、無(wú)級(jí)變速器的限制因素；另一方面，隨著生產(chǎn)工藝流程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化以及要求改進(jìn)機(jī)械工作性能，需要大量采用無(wú)級(jí)變速器。因此在這種形勢(shì)下，機(jī)械無(wú)級(jí)變速器獲得迅速和廣泛的發(fā)展。主要研制和生產(chǎn)的國(guó)家有日本、德國(guó)、意大利、美國(guó)和俄國(guó)等。產(chǎn)品有摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式及脈動(dòng)式四大類約30多種結(jié)構(gòu)型式。輸人功率一般為N= (0.09—30)kW，個(gè)別類型可達(dá)到N=(150—175) kW，輸人轉(zhuǎn)速一般為n=(750，1500，3000)r/min ；輸出轉(zhuǎn)

23、速可以正、反轉(zhuǎn)，增速或降速，最低轉(zhuǎn)速可降低至零。自20世紀(jì)80年代以后，機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的主要發(fā)展趨向是美、日等國(guó)家進(jìn)行用于汽車的高速、高效、大轉(zhuǎn)矩機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的研制開發(fā)。</p><p>　　按照機(jī)械特性的不同，無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)可分成三類。</p><p>　?。╨）恒功率型：這種傳動(dòng)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系，輸出功率恒定不變，這種特性的經(jīng)濟(jì)性好；機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)、恒張力卷繞裝置、試驗(yàn)

24、裝置和某些起重運(yùn)輸機(jī)械的傳動(dòng)需要這種特性。</p><p>　　（2）恒轉(zhuǎn)矩型：其輸出轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化，而輸出功率與輸出轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系；機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)、某些工藝輸送帶（烘干、酸洗、染色等）和某些運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)需要這種特性。</p><p>　?。?）變轉(zhuǎn)矩、變功率型：輸出轉(zhuǎn)矩和功率均隨輸出轉(zhuǎn)速變化，例如紡織工業(yè)中的經(jīng)紗卷繞裝置和某些攪拌裝置的傳動(dòng)就是使用這種特性。</p>&l

25、t;p>　　按傳動(dòng)方式的不同可以分為：鏈?zhǔn)?、摩擦式、帶式和脈動(dòng)式四大類。本設(shè)計(jì)采用的是脈動(dòng)式，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器是機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器中重要的一種，它是由連桿(或凸輪)、單向超越離合器等機(jī)構(gòu)聯(lián)合構(gòu)成的一種組合機(jī)構(gòu)。由于傳動(dòng)部分采用幾何封閉的低副機(jī)構(gòu)，因此具有工作可靠、承載能力高，可實(shí)現(xiàn)大范圍變速的要求，且最低輸出轉(zhuǎn)速可以為零，調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)。作為機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的一種主要類型，脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器近些年來(lái)發(fā)展較快，在石化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、化

26、工等行業(yè)有了廣泛的應(yīng)用，并且顯示了較為樂(lè)觀的發(fā)展前景[1]。</p><p>　　1.1本課題的研究目的及意義</p><p>　　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)

27、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。</p><p>　　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。&

28、lt;/p><p>　　1.2本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題</p><p>　　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)?；a(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)

29、、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)。</p><p>　　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ZERO—MAX型系列產(chǎn)品為代表。</p><p>　　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GUSAⅡ型(三相對(duì)心搖塊)兩種。GUSA

30、 I型最早由德國(guó)Heinrich Gensheimer＆Sohne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GUSAⅡ型變速器，GUSAⅡ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。</p><p>　　ZER0—MAX型，最早由美國(guó)ZERO—MAX公司于1962年推出，國(guó)內(nèi)

31、稱為四相并列連桿式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器。該類無(wú)級(jí)變速器具有較大的變速范圍。轉(zhuǎn)速可以為零，且調(diào)速響應(yīng)快；其結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，常用于小功率場(chǎng)合。</p><p>　　另外，日本生產(chǎn)的ZER0—MAX型無(wú)級(jí)變速器不僅性能優(yōu)良且獨(dú)具特色。有些規(guī)格的變速器帶有變向手柄，可實(shí)現(xiàn)雙向傳動(dòng)(變換輸出軸的轉(zhuǎn)向應(yīng)在停機(jī)后進(jìn)行)，有些變速器內(nèi)部還裝有防止過(guò)載的轉(zhuǎn)矩限制器。</p><p>　　就國(guó)內(nèi)而言，目前的產(chǎn)品大多

32、是在以上兩種機(jī)型的基礎(chǔ)上加以仿制和改進(jìn)而來(lái)的。如在GUSA I型基礎(chǔ)上加以仿制生產(chǎn)出的三相并列曲柄搖塊脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器系列，這種變速器傳遞功率較低，工作性能也不太好，國(guó)內(nèi)廠家目前正在加緊消化國(guó)外技術(shù)，積極研制性能更好的GUSAⅡ型變速器；此外還有引進(jìn)消化ZER0—MAX型生產(chǎn)出的MT四相并列連桿式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器，該型無(wú)級(jí)變速器由于采用了內(nèi)置螺旋機(jī)構(gòu)調(diào)速，因而具有更好的調(diào)速性能[2]。</p><p>　　盡管各種

33、型式的脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器各有優(yōu)點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)原理及性能上的局限性，普遍存在著以下缺陷[3]：</p><p>　　（1）連桿運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力難以平衡，由此引起的振動(dòng)在高速時(shí)會(huì)顯著增大，同時(shí)產(chǎn)生較大的噪音；</p><p>　?。?）作為輸出機(jī)構(gòu)的超越離合器是動(dòng)力鏈中的薄弱環(huán)節(jié)，其承載能力和抗沖擊能力相對(duì)較弱，直接制約了脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)能力和壽命；</p><p>

34、;　?。?）機(jī)器的脈動(dòng)度仍需進(jìn)一步降低，尤其低速輸出時(shí)脈動(dòng)度會(huì)顯著增加；</p><p>　?。?）機(jī)構(gòu)有移動(dòng)副和采用多相結(jié)構(gòu)時(shí)存在過(guò)約束現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)器對(duì)誤差和工作環(huán)境的敏感性較高，機(jī)械效率降低，磨損加??；</p><p>　　（5）整機(jī)效率不是很高，輸出功率小，不適用于大功率場(chǎng)合。</p><p>　　1.3本課題的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)解決的主要問(wèn)題</p>

35、<p>　　本課題擬對(duì)主要由凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)和單向超越離合器組成的二相凸輪連桿式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速裝置展開設(shè)計(jì)與研究。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，其輸出轉(zhuǎn)速為0—60r/min。</p><p>　　課題要求：基于Pro/E軟件完成該脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真；</p><p>　　結(jié)構(gòu)外型尺寸：中小型化，閉式變速裝置；</p>&l

36、t;p>　　動(dòng)力源：輸入功率為1kW，輸入轉(zhuǎn)速為240r/min。</p><p>　　本課題應(yīng)解決的主要問(wèn)題有兩自由度凸輪連桿機(jī)構(gòu)尺寸的擬定，減少連桿運(yùn)動(dòng)時(shí)的不平衡慣性力，減小脈動(dòng)度及動(dòng)載荷，減少功率損耗，從而改善其運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力性能；解決在多相機(jī)構(gòu)和有移動(dòng)副的機(jī)構(gòu)中，存在著大量對(duì)誤差敏感、對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行造成障礙的過(guò)約束等。</p><p>　　第2章 凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速裝置方案設(shè)計(jì)&

37、lt;/p><p>　?。?）在掌握脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理的基礎(chǔ)上，利用解析法建立機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型，初步擬定尺寸，再通過(guò)Pro/E軟件建立運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型。經(jīng)仿真，得到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，為確定脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器的輸出軸轉(zhuǎn)向、輸出速度、脈動(dòng)度、角加速度突變量、各運(yùn)動(dòng)副處的約束反力、輸出轉(zhuǎn)矩等指標(biāo)提供依據(jù)；</p><p>　?。?）利用Pro/E軟件建立各零部件的三維實(shí)體，通過(guò)裝

38、配、仿真、修改，最后形成凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速器的整體結(jié)構(gòu)；</p><p>　　（3）采用AutoCAD軟件對(duì)凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，先對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，再設(shè)計(jì)箱體與其他必不可少的零件，畫出裝配圖，最終完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　現(xiàn)代機(jī)械無(wú)級(jí)變速器（除齒鏈

39、式變速器具有嚙合作用外）都是利用主、從動(dòng)構(gòu)件接觸處的牽引力，將運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩由主動(dòng)構(gòu)件傳遞給從動(dòng)構(gòu)件。并通過(guò)改變主、從動(dòng)件的相對(duì)位置以改變接觸處的工作半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的要求。</p><p>　　利用牽引（摩擦）力來(lái)傳動(dòng)，而主、從動(dòng)件的尺寸比例可以改變并進(jìn)行變速的機(jī)構(gòu)，稱為變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　變速時(shí)用來(lái)改變傳動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)位置，以調(diào)節(jié)傳動(dòng)件間的尺寸比例關(guān)系和傳動(dòng)比的機(jī)構(gòu)，稱為調(diào)

40、速控制機(jī)構(gòu)。它可以通過(guò)人工手動(dòng)或具有開環(huán)、閉環(huán)的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)施控制。</p><p>　　為了讓無(wú)級(jí)變速器的輸出連續(xù)起來(lái)的機(jī)構(gòu)，稱為輸出機(jī)構(gòu)。</p><p>　　變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速控制機(jī)構(gòu)和輸出機(jī)構(gòu)是機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的三個(gè)基本組成部分。</p><p>　　脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器一般是由連桿(或凸輪)機(jī)構(gòu)與單向超越離合器組合成的。變速器的主軸勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，首先被連桿(或凸

41、輪)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成搖桿的往復(fù)擺動(dòng)，然后再經(jīng)過(guò)單向超越離合器將搖桿的擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成為輸出軸的單向脈動(dòng)性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)數(shù)個(gè)具有一定相位差的連桿，單向超越離合器組合機(jī)構(gòu)，就可以使輸出軸獲得脈動(dòng)幅度很小的單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　　用調(diào)速機(jī)構(gòu)來(lái)改變連桿機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件的長(zhǎng)度以形成構(gòu)件間新的尺寸比例關(guān)系，使搖桿獲得不同的擺角，通過(guò)超越離合器使輸出軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從而達(dá)到無(wú)級(jí)變速的目的。 </p>&l

42、t;p>　　2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題擬對(duì)主要由凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)和單向超越離合器組成的二相凸輪-連桿式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速裝置展開設(shè)計(jì)與研究，如圖2-1所示。圖中O為偏心輪，B為滾子，C為可移動(dòng)搖塊，BD為連桿，DE為擺桿。該設(shè)計(jì)裝置通過(guò)改變揺塊支點(diǎn)C的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的要求。</p><p>　　圖2-1 凸輪連桿式脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p>

43、<p><b>　　2.2.1分析問(wèn)題</b></p><p>　　本章采用Pro/E軟件對(duì)無(wú)級(jí)變速器變速機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，主要是獲得機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度，以及某些點(diǎn)的位移、速度和加速度。它是機(jī)械設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能的基礎(chǔ)，也是分析現(xiàn)有機(jī)械優(yōu)化措施是否合理的基本手段。</p><p><b>　　2

44、.2.2設(shè)計(jì)過(guò)程</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件n有5個(gè)（滾子為局部自由度，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的自由度，不算入其中），其中低副Pl 有6個(gè)，高副Ph有1個(gè)，故自由度為</p><p>　　F = 3 X n?( 2 X Pl + Ph ) = 3 X 5?( 2 X 6 +1 ) = 2</p><p>　　為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本人采用了高

45、副低代方式進(jìn)行計(jì)算，把凸輪機(jī)構(gòu)變?yōu)檫B桿機(jī)構(gòu)，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 機(jī)構(gòu)高副低代建模圖</p><p>　　以O(shè)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系, r1 、r2、r3 、r4 、r5 為曲柄AO、連桿OB、BD、搖桿DE及EA的長(zhǎng)度；ω1 、ω2 、ω3、ω4 、ω5 為曲柄AO、連桿OB、BD、搖桿DE及EA的角速度；α1 、α2 、α3 、α4 、α5 為曲柄AO、連桿OB、

46、BD、搖桿DE及EA的角加速度。θ1 =180°，θ2 =90°，θ3 =12°，θ4 =333°，θ5 =194°</p><p><b>　　桿長(zhǎng)計(jì)算公式：</b></p><p>　　解得： r1 =10mm, r2 =56mm, r3 =155mm, r4 =75mm, r5 =227mm。 </p>

47、;<p><b>　　角速度方程：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　解得：ω1 = 240r/min ,ω2 = 168r/min ,ω3 = 76r/min ,ω4 = 30r/min ,ω5 = 0r/min 。</p><p><b>　　角加速度方

48、程：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　解得：α1 = 207360rad/s2 ，α2 = 568995.84rad/s2 ，α3 = 322300.8rad/s2 ，</p><p>　　α4 = 24300rad/s2 ，α5 = 0rad/s2 。</p><p>　

49、　第3章 基于Pro/E軟件環(huán)境下凸輪-連桿式無(wú)級(jí)變速器的運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流

50、的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中占據(jù)重要位置。</p><p>　　3.1已知設(shè)計(jì)條件及參數(shù)</p><p>　　本課題擬對(duì)主要由凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)和單向超越離合器組成的二相凸輪連桿式脈動(dòng)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，其輸出轉(zhuǎn)速為0—60r/min。</p><p>　　結(jié)構(gòu)外型尺寸：中小型化，閉式變

51、速裝置；</p><p>　　動(dòng)力源：輸入功率為1kW，輸入轉(zhuǎn)速為240r/min。 </p><p>　　3.2結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定</p><p>　　輸入軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）軸的材料選用45鋼，正火處理。</p><p>　　查表1，材料強(qiáng)度極限σB = 600MPa ；查表2，對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下

52、許用應(yīng)力[σ?1b] = 55MPa 。</p><p>　?。?）計(jì)算基本直徑 dmin </p><p>　　查表3，C=110（軸端彎矩較?。?lt;/p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　由于安裝聯(lián)軸器處有鍵，故需加大（4~5）% ，則</p><p>　　查聯(lián)軸器

53、參數(shù)，取 dmin =19mm </p><p>　?。?）確定各軸段尺寸</p><p><b>　　圖3-1 輸入軸</b></p><p><b>　　a.確定各軸段直徑</b></p><p><b>　　段： ，估算。</b></p><p>

54、;　　段： ，與軸承配合。</p><p>　　段： ，大于 ，減少加工量。</p><p>　　段： ，大于 ，根據(jù)偏心輪內(nèi)孔。</p><p>　　段： ，與相同，大于 ，減少加工量。</p><p>　　段： ，軸承成對(duì)使用，與相同。</p><p><b>　　b.確定箱體內(nèi)寬</b>&l

55、t;/p><p>　　箱體內(nèi)寬：由于有旋轉(zhuǎn)件，兩側(cè)留10~20mm；考慮到鑄造不精確，要將箱體內(nèi)寬度圓整到整數(shù)。凸輪的厚度確定為24mm，兩凸輪間隔11mm。</p><p>　　W=24X2+(10~20)X2+11=79~99mm，取W=90mm</p><p>　　c.確定軸上各段長(zhǎng)度</p><p>　　段： ，根據(jù)聯(lián)軸器與箱體寬度確定。

56、</p><p>　　段： ，根據(jù)軸承厚度。</p><p><b>　　段： ，箱體間隙。</b></p><p>　　段： ，根據(jù)偏心輪厚度，小于其2~3mm。</p><p>　　段： ，與相同，箱體間隙。</p><p>　　段： ，與相同，根據(jù)軸承厚度。</p><p

57、><b>　　超越離合器的選擇</b></p><p><b>　　整體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖3-2 整體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　此無(wú)級(jí)變速器箱體分為三部分，以便安裝及減少加工難度。為了提高互換性，以便維護(hù)，無(wú)級(jí)變速器的大部分零部件都是選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件和機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件。</p><p

58、><b>　　3.3運(yùn)動(dòng)仿真</b></p><p>　　Pro/E中的機(jī)構(gòu)模塊能對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的仿真，添加各種約束后能實(shí)行運(yùn)動(dòng)分析，看看運(yùn)動(dòng)是否干涉，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 仿真下機(jī)構(gòu)沖突檢測(cè)圖</p><p>　　本課題要求輸入功率為1kW，輸入轉(zhuǎn)速為240r/min。在Pro/E軟件環(huán)境下打開凸輪連桿式無(wú)級(jí)

59、變速器的裝配圖，進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊，在輸入軸上設(shè)置“伺服電動(dòng)機(jī)”，設(shè)定電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，如圖3-4所示，在“定義分析”里運(yùn)行，如圖3-5所示，然后在“回放”里進(jìn)行沖突檢查，如果有沖突就進(jìn)行修改，最后“生成分析的測(cè)量結(jié)果”。本設(shè)計(jì)是兩相凸輪-連桿機(jī)構(gòu)，兩相結(jié)構(gòu)參數(shù)完全一樣，因此分析時(shí)只需分析單相。</p><p>　　圖3-4 仿真下電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置圖</p><p>　　圖3-5 機(jī)構(gòu)仿真參數(shù)設(shè)置

60、圖</p><p>　　設(shè)定仿真的時(shí)間為無(wú)級(jí)變速器由零達(dá)到最高速的過(guò)程，運(yùn)用Pro/E仿真命令，設(shè)定測(cè)量點(diǎn)（如圖3-6所示），和所要測(cè)量的項(xiàng)目（如圖3-7所示），得到輸出擺桿DE的擺幅變化曲線，如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-6 測(cè)量點(diǎn)設(shè)置圖</p><p>　　圖3-7 測(cè)量項(xiàng)目設(shè)置圖</p><p>　　圖3-8 擺桿D

61、E的擺幅隨搖塊位置的變化曲線</p><p>　　以分析數(shù)據(jù)驗(yàn)算輸出能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求： </p><p>　　取輸出桿由水平位置到達(dá)最高點(diǎn)的一段數(shù)據(jù)，取 54.3</p><p>　　秒的數(shù)據(jù)為0mm（時(shí)間取值變大，ω值變少，不影響判</p><p>　　斷），54.5秒數(shù)據(jù)的為44.20mm，輸出桿長(zhǎng)為75mm。<

62、;/p><p><b>　　計(jì)算：</b></p><p><b>　　ω</b></p><p>　　=30.09r/min</p><p>　　設(shè)計(jì)要求最大輸出為60r/min，上式結(jié)果為單相輸出，</p><p>　　兩相即為60.18r/min，符合設(shè)計(jì)要求。 &l

63、t;/p><p>　　第4章 基于AutoCAD軟件環(huán)境下的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)?，F(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過(guò)交互菜單或命令行方式便可以進(jìn)行各種操作。

64、它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能很快地學(xué)會(huì)使用。在不斷實(shí)踐的過(guò)程中更好地掌握它的各種應(yīng)用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。AutoCAD具有廣泛的適應(yīng)性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行。</p><p>　　4.1凸輪-連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4-1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　無(wú)級(jí)變速器中凸輪式就是將四桿機(jī)構(gòu)中的低

65、副代換成凸輪。實(shí)際上在脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器中多采用偏心輪機(jī)構(gòu)。</p><p>　　組合式多采用連桿機(jī)構(gòu)和其他機(jī)構(gòu)的組合。例如，連桿齒輪式就是將連桿機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，齒輪與從動(dòng)軸同軸布置。齒輪機(jī)構(gòu)可以是定軸齒輪機(jī)構(gòu)(如德國(guó)的Philamat型)，也可以是行星齒輪機(jī)構(gòu)(如JBLW型)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用凸輪與連桿機(jī)構(gòu)這組合式作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)改變搖塊的位置，把搖塊的移動(dòng)范圍控制好，

66、利用單向超越離合器讓其輸出為0-60r/min，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。</p><p>　　為了延長(zhǎng)無(wú)級(jí)變速器的壽命，在與凸輪高副接觸的滾子上加軸承，用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。同樣道理，搖塊與其支承塊也用軸承連接。</p><p><b>　　4.2箱體的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖4-2 整體結(jié)構(gòu)圖</p><p>

67、;　　為了讓無(wú)級(jí)變速器能正常工作，安裝的方便以及減少加工的難度，箱體分為三個(gè)部分。輸入軸安裝在下箱體上，輸出軸安裝在下箱體與上箱體的分界面上，而搖塊的支承件，調(diào)速旋鈕等與調(diào)速相關(guān)的部件安裝在頂蓋上。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的大部分零部件都是選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件和機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件，提高互換性，以便修理維護(hù)，延長(zhǎng)使用壽命。</p><p>　　箱體的設(shè)計(jì)為中小型封閉式結(jié)構(gòu)，適用于各種各樣的場(chǎng)合，互換性

68、強(qiáng)。</p><p>　　第5章 結(jié)論與展望</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用了凸輪與連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)相結(jié)合，屬于脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速裝置，它具有如下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）工作過(guò)程中不用停電動(dòng)機(jī)就能隨意調(diào)速，輸出為0~60r/min，并可充當(dāng)離合器來(lái)使用；</p><p>　?。?）由于該無(wú)級(jí)變速裝置是一種脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速裝置，其固有特性必然

69、引起輸出轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，在高速時(shí)輸出轉(zhuǎn)速的波動(dòng)較小，低速輸出轉(zhuǎn)速的波動(dòng)較大，如果增加傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的相數(shù)可使脈動(dòng)度減少。</p><p>　　今后研究的目標(biāo)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)，優(yōu)化機(jī)構(gòu)的類型及尺寸，減小脈動(dòng)度及動(dòng)載荷，減少功率損耗，從而改善其運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力性能，開發(fā)出具有更好運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能、較大功率、較高效率、超越離合器承載能力高的新機(jī)型。超越離合器是脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器的關(guān)鍵部件，其

70、工作能力決定了整機(jī)效率的高低、輸出扭矩的大小和使用壽命的長(zhǎng)短，應(yīng)深入研究超越離合器工作機(jī)理，進(jìn)一步改善其性能，提高其承載能力和傳動(dòng)效率。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］周有強(qiáng)，崔學(xué)良，董志峰. 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器發(fā)展概述 [J] .機(jī)械傳動(dòng),2005 ,</p><p>　　29(1):65-68.<

71、/p><p>　　［2］朱宇， 劉開昌. 脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器的研究及發(fā)展現(xiàn)狀［J］.包裝與食品機(jī)械，2003,</p><p>　　21(5):11-14.</p><p>　?。?］周有強(qiáng). 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器 [M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.4.</p><p>　?。?］L.Mangialardi，G.Mantriota. Power

72、flows and efficiency in infinitely variable transmissions [J]. Mech and Mach Theory，1999，34(8): 973-994.</p><p>　?。?］Kazem Kazerounian，Zoltan Furu-Szekely. Parallel disk continuously variable transmission(PD

73、CVT) [J]. Mech and Mach Theory，2005，40(9):1-30.</p><p>　　［6］Liu Kai，Bamba Eiich. Frictional dynamics of the overrunning clutch for pulse-continuously variable speed transmission:Rolling friction [J].Wear,199

74、8,</p><p>　　217(5):208-214.</p><p>　?。?］杜力，黃茂林，李太福. 脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究 [J].中國(guó)機(jī)械工程，2004，15(12):1080-1084.</p><p>　　［8］呂庸厚，沈愛紅. 組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新 [M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.7.</p><p>

75、　?。?］趙俊朋，農(nóng)克儉，魏文軍. 連桿式無(wú)級(jí)變速器運(yùn)動(dòng)特性研究［D］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，2008.</p><p>　　［10］毛志偉，王英鴿，周少玲.基于ProE-Matlab脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器仿真分析 [J].機(jī)械設(shè)計(jì),2007,31(7):238-240.</p><p>　?。?1］聶松輝，劉宏昭，邱愛紅. 新型脈動(dòng)式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的研制 [J] .華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，200

76、7,35(8):44-54.</p><p>　?。?2］薛淵，陸念力，曲秀全，胡長(zhǎng)勝，王樹春. 弧塊-滾柱式低副超越離合器的研究 [J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,39(11):1736-1740.</p><p>　　［13］杜力,李琳. 脈動(dòng)式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì) [J].渝州大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,</p><p>　　19(1):21-24.&l

77、t;/p><p>　?。?4］杜力. 可調(diào)雙輸出函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)及其自調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D].重慶: 重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2007.</p><p>　?。?5］張展. 聯(lián)軸器、離合器與制動(dòng)器設(shè)計(jì)選用手冊(cè) [M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.8.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　為時(shí)一個(gè)學(xué)

78、期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，這也意味者我在北京理工大學(xué)珠海學(xué)院的大學(xué)生涯也即將結(jié)束。在此，我要感謝四年來(lái)教我育我的各位老師們，感謝他們?cè)谏钌系年P(guān)懷，授課上毫不保留的教授。感謝北京理工大學(xué)珠海學(xué)院機(jī)械與車輛學(xué)院給我們一個(gè)這么好的機(jī)會(huì)，讓我們對(duì)自己四年的大學(xué)知識(shí)做一個(gè)總結(jié)。論文的寫作既艱辛又有挑戰(zhàn)性，而在老師的幫助下讓我在寫畢業(yè)論文時(shí)事半功倍。感謝我的指導(dǎo)老師丁洪生教授和王立濤教授，他們廣博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及在百忙之中

79、不忘對(duì)我們的熱心指導(dǎo)和關(guān)心，當(dāng)我們有問(wèn)題時(shí)老師總是會(huì)熱情、主動(dòng)的給我們解決，不懂時(shí)，老師會(huì)不厭其煩的給我講解直到我理解為止。還要感謝蘇偉老師、付鐵老師、榮輝老師和王艷輝老師在各方面的指導(dǎo)，極大地提升了論文的研究質(zhì)量。</p><p>　　除了老師之外，我要感謝我的父母，沒(méi)有了他們的支持我是不可能在北京理工大學(xué)珠海學(xué)院這里學(xué)習(xí)的，感謝他們多年來(lái)的養(yǎng)育之恩和無(wú)微不至的愛。</p><p>　　

80、還有身邊同學(xué)對(duì)我的幫助也很大，他們有的資料會(huì)毫無(wú)保留的貢獻(xiàn)出來(lái)，并幫助我解決一些難題，我非常感謝他們。也很感謝大家能與我互相監(jiān)督鼓勵(lì)，彼此幫助，共同促進(jìn)了我們成果。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間里，我得到了很大的自身提高，其中包含了對(duì)無(wú)級(jí)變速器知識(shí)的了解、還有對(duì)有關(guān)這方面書籍的認(rèn)識(shí)等等，這些都得益于老師和同學(xué)的大力幫助，對(duì)此我表示感謝。</p><p>　　2008級(jí)學(xué)生：簡(jiǎn)毅俊

81、</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　附錄1 表格 </p><p><b>　　表1</b></p><p>　　表2 軸的許用彎曲應(yīng)力</p><p>　　表3 常用材料的[τ]值和C值</p><

82、p>　　表4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)</p><p>　　Power flows and efficiency in infinitely variable transmissions</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　無(wú)級(jí)調(diào)速傳動(dòng)裝置(IVT)是一種具有無(wú)限比范圍的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng),這意味著傳動(dòng)比可以達(dá)到零。本文比

83、較了由一個(gè)傳統(tǒng)的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)耦合到一個(gè)行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的IVT和一個(gè)固定的比例機(jī)制的最大效率。本文進(jìn)行的一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析已完成測(cè)定IVT組件的兩種類型的功率流傳動(dòng)比。IVT的效率已完成檢測(cè)并考慮到如何把它的組成轉(zhuǎn)化為函數(shù)變化的操作條件。對(duì)各種不同功能的解決方案的功率和效率曲線已完成比較。</p><p><b>　　1.簡(jiǎn)介</b></p><p>　　無(wú)級(jí)變速器（

84、CVT），已被廣泛的研究和眾多的應(yīng)用程序在過(guò)去幾年已被開發(fā)[1-3]。最常見的無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為V帶傳動(dòng)。無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)比確保一定的變量，例如V帶無(wú)級(jí)變速器一般實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)比小于5的極端的比例（比例范圍內(nèi)）。許多應(yīng)用程序需要更廣，甚至無(wú)限的比例范圍（傳動(dòng)比最低為零）。</p><p>　　無(wú)級(jí)調(diào)速傳動(dòng)裝置(IVT)是一種具有無(wú)限比范圍的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng),它確保提供一個(gè)靜止不動(dòng)的輸出軸與輸入軸無(wú)速度甚至傳動(dòng)比為零

85、的無(wú)級(jí)變速器。從此得到一個(gè)緊湊型裝置，其中包括離合器的功能。 IVTs一般由以下三個(gè)部分構(gòu)成（圖1）：無(wú)級(jí)變速器，行星齒輪系（PG）和一個(gè)固定的比例的機(jī)構(gòu)（FR）。目前研究IVT的特性的論文寥寥無(wú)幾：Beachley et al. [4]，Hanachi[5]，Vahabzadeh et al. [6]提出了一些IVT的配置和應(yīng)用。Hedman [7]研究IVT實(shí)現(xiàn)零傳動(dòng)比的條件。這些文件的傳輸效率都是用擬經(jīng)驗(yàn)的方式計(jì)算。最近，Yan和

86、Hsieh [8]和隨后由Mangialardi和Mantriota整合成的[9]已經(jīng)確定CVT和行星齒輪系有一個(gè)恒定的效率以及無(wú)級(jí)變速器和固定的比例機(jī)構(gòu)是連接起來(lái)成為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)表示IVT的效率。 </p><p>　　本文從一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法進(jìn)而檢查用不同功能的解決方案時(shí)取得的類型的功率流和連接(串聯(lián)或并聯(lián))間的無(wú)級(jí)變速和固定的比例變化機(jī)理。在穩(wěn)定的狀態(tài)下,IVT的速率也已經(jīng)考慮到用改變CVT和行星輪系效率來(lái)操

87、作。對(duì)于IVT功能解決方案，在相同范圍里的功率和效率曲線在不同操作下完成了比較。</p><p><b>　　2.運(yùn)動(dòng)學(xué)分析</b></p><p>　　無(wú)級(jí)調(diào)速傳動(dòng)裝置(IVT)包括三個(gè)要素:行星齒輪變速機(jī)構(gòu)(PG),無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)(CVT)和一個(gè)固定的比例機(jī)制(FR)。圖1顯示的原理方法的為例,[6]在CVT和固定比率機(jī)制軸連接到輸入軸。這種類型的機(jī)制被定義為并

88、聯(lián)IVT。</p><p>　　下式表示在圖1的傳輸比單個(gè)元素為:</p><p>　　ωi指角速度的解決路徑。因此總體傳動(dòng)比為:</p><p>　　(2)式建立CVT(τCVT)與IVT(τIVT)之間的傳動(dòng)比的，圖2顯示一個(gè)例子,說(shuō)明行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比τPG可能影響τIVT-τCVT比率。τPG的作用影響著整體傳動(dòng)比，甚至可能成為阻礙,從而抵消輸出軸的旋

89、轉(zhuǎn)。此外,當(dāng)τPG > 0和τPG < 0時(shí)τCVT和τIVT分別為正比和反比如圖2所示。</p><p>　　CVTs有傳動(dòng)比范圍從一個(gè)最小值τCVT|min到一個(gè)最大值τCVT|max。對(duì)式(2) 的一個(gè)有趣的想法,對(duì)于一個(gè)給定CVT變速比的無(wú)級(jí)變速器，如果特定一個(gè)最小值τCVT|min和一個(gè)最大值τCVT|max(τCVT|min和τCVT|max已知)，它會(huì)毫不含糊地計(jì)算行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)

90、比和固定的比例機(jī)制的傳動(dòng)比。如果要求τIVT和τCVT之間成正比,那么τFR和τPG就取決于:</p><p>　　例如,當(dāng)0.5 ≤τCVT ≤ 2,無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)比范圍為0-1(τIVT|min=O，τIVT|max=1)τPG=0.667和τFR=-1。就像之前提到的一樣, τIVT也可以是負(fù)向的,因此應(yīng)列入式(3)及(4)化簡(jiǎn)得:</p><p>　　因此,如果輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向與輸入

91、軸的旋轉(zhuǎn)方向相反(0≥τIVT≥-1)將得到IVT的τPG = -0.667和τFR = 0.2。</p><p>　　當(dāng)τCVT和τIVT的范圍保持一致,使τCVT和τIVT成反比從而獲得其他功能解決方案。因此,τCVT|Min代替τCVTIMM代入式(3)及(4) 中,反之亦然。</p><p>　　另一種類型的安排(圖3)的IVT的元素是用于[8]在固定的比例機(jī)制(FR)相串聯(lián)的無(wú)級(jí)

92、變速(IVT系列)。這里也一樣,IVT傳輸函數(shù)表達(dá)式,可以得到:</p><p>　　隨著τFR和τPG關(guān)系的確定，代入式(3)及(4)：</p><p>　　用rrCVT指示無(wú)級(jí)變速率范圍,即:</p><p>　　在這兩種情況下(圖1和3)行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的行星的載體(P)連接到固定的比例機(jī)制(P-FR)。另一個(gè)選擇是將連接載體的無(wú)級(jí)變速(P-CVT)或輸出軸(

93、P-OUT)。因此有三種不同的行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的連接的IVT配置(串、并聯(lián))。</p><p><b>　　3．功率流</b></p><p>　　作為第一個(gè)近似在穩(wěn)定狀態(tài),提出了IVT流經(jīng)每條路徑參數(shù)的計(jì)算。文獻(xiàn)[8]中所表現(xiàn)的,功率流方向是如此,如圖4類型Ⅰ和Ⅱ型流動(dòng)。</p><p>　　CVT無(wú)疑是構(gòu)成一個(gè)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的最復(fù)雜的元素?？?/p>

94、以說(shuō)IVT的動(dòng)力取決于CVT。因此,在本文中IVT的不同路徑的功率Pi已經(jīng)被整理成一個(gè)函數(shù) (PCVT |Mon)來(lái)簡(jiǎn)化不同的功能方案之間的比較,即:</p><p>　　用Ⅰ型功率流和串聯(lián),當(dāng)功率守恒方程,并將其應(yīng)用到行星齒輪變速機(jī)構(gòu)中,得到(圖4):</p><p><b>　　表示扭矩，有:</b></p><p><b>　　

95、即：</b></p><p>　　因此,為了獲得一個(gè)Ⅰ型功率流|τIVT|必須與|ω5|成反比,此外,與τCVT也一樣。同理，如果的行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的效率被假設(shè)為沒(méi)有單元值或使用Ⅰ型功率流并聯(lián)IVT。Ⅱ型功率流串聯(lián)IVT有(圖4):</p><p><b>　　因此：</b></p><p><b>　　即：</b&

96、gt;</p><p>　　因此,為了獲得一個(gè)Ⅱ型功率流和 |ω5|,因此τCVT應(yīng)該隨|τIVT|增加。這個(gè)結(jié)果對(duì)IVTs的功能設(shè)計(jì)有一個(gè)有趣的影響:為了獲得 Ⅱ型功率流式(3)和(4)或(7)和(8)可能會(huì)直接使用當(dāng)前類型的連接。反之亦然,為了獲得Ⅰ型功率流和確保τCVT和τIVT保持成反比, τCVT|Min應(yīng)該與τIVT|Max交換，反之亦然。</p><p>　　假設(shè)IVT的效率

97、有一個(gè)單元值。用一個(gè)Ⅰ型功率流,很容易證明IVT輸出功率(p6)和無(wú)級(jí)變速中功率循環(huán)(PCVT) 的比值，無(wú)論在串聯(lián)IVT還是并聯(lián)IVT都可以被表示:</p><p>　　假設(shè)電力流動(dòng)通過(guò)無(wú)級(jí)變速等于額定值(p2= 1)。圖5顯示了無(wú)因次的動(dòng)力曲線，假設(shè)rrCVT= 4, τIVT|Min=0和τIVT|Max=1。</p><p>　　在這種情況下的輸出功率p6 隨τIVT的增加而增加,

98、他比流的向CVT中τIVT功率的值大0.67。p3的功率總是大于流經(jīng)CVT的。當(dāng)功率流是一個(gè)II型功率流,輸出功率(p6)流經(jīng)CVT(pcvt)用函數(shù)表示為:</p><p>　　使用相同的條件與前面的例子(rrCVT=4，τIVT|Min=0，τIVT|Max=1),在這種情況下，(圖6)輸出功率p6隨τIVT增加。然而,對(duì)于整個(gè)τIVT范圍,流經(jīng)CVT的功率(p2)總是大于p3和IVT的輸出（p6）。<

99、/p><p>　　這一分析中所講述的是,在相同的條件下,用一個(gè)II類型功率流比固定比率機(jī)制用更少的功率在并聯(lián)IVT上,因?yàn)樵谶@種情況下(圖4和6):</p><p>　　用一個(gè)I類型功率流會(huì)方便串聯(lián)IVT的使用 (圖4和5):</p><p>　　因此,為了優(yōu)化IVT的效率，對(duì)于一個(gè)II型功率流最好是使用一個(gè)并聯(lián)IVT和對(duì)于一個(gè)I型功率流最好是使用一個(gè)串聯(lián)IVT。<

100、;/p><p>　　4．無(wú)級(jí)調(diào)速傳動(dòng)裝置的效率</p><p>　　效率是研究IVTs的一個(gè)優(yōu)先因素。最近, Yan和Hsieh[8]隨后由Mangialardi和Mantriota整理成[9] 假設(shè)CVT的效率和行星輪系是不變的條件下，檢查串聯(lián)IVT的效率。在這種情況下,假設(shè)輸入角速度是恒定的, τIVT|Min=0，那么對(duì)于I型功率流的IVT效率表達(dá)式為[9]:</p>&l

101、t;p>　　在研究了功率在IVT中各種無(wú)損路徑(圖5和6),不同元素的IVT的各種功率流之間比率變得明顯。因此,效率的元素構(gòu)成，操作條件(動(dòng)力、傳動(dòng)比、角速度)的變化,很有可能影響整體效能的傳輸。這就是為什么在這篇文章中,我們認(rèn)為有必要依賴于一個(gè)更準(zhǔn)確的效率模型。</p><p>　　讓我們考慮一個(gè)II型功率流并聯(lián)IVT。在穩(wěn)定狀態(tài), 基于功率方程，行星齒輪傳動(dòng)的效率表示為(圖4)：</p>

102、<p><b>　　即：</b></p><p>　　行星齒輪在平衡軸上的力矩為：</p><p><b>　　從而有：</b></p><p><b>　　因此有：</b></p><p>　　固定比率機(jī)制的效率、其他功率(圖4):</p><p

103、>　　因此II型功率流并聯(lián)IVT的效率為：</p><p>　　5. 不同配置IVT的功率流和效率</p><p>　　此部分討論對(duì)于I型和II型功率流的功率和效率曲線的趨勢(shì)。正如前面提到的,以優(yōu)化系統(tǒng)的效率串聯(lián)IVT將用于I類型功率流和并聯(lián)IVT用于II型功率流。</p><p>　　CVT的輸入功率是p4，I型功率流IVT的角速度為ω4。在這種情況下,一旦

104、串聯(lián)IVT的功率流被檢驗(yàn)(圖9)和考慮到無(wú)級(jí)變速輸入功率是恒定的,等于額定功率, 可以觀察到輸出功率p6從零始迅速增加,達(dá)到2.7。IVT的輸出功率應(yīng)低于p1的值在圖9。這種趨勢(shì)對(duì)效率曲線有影響，在圖10描述為一個(gè)函數(shù)的輸出功率和不同的總體傳動(dòng)比值(τIVT)。較低的τIVT值,效率降低隨著功率迅速減少,而當(dāng)τIVT值接近1，它幾乎不變化。</p><p>　　圖11描繪了CVT,IVT和行星輪系作為τIVT函數(shù)

105、的效率曲線。當(dāng)行星齒輪傳動(dòng)傳播比率大概是1時(shí)，效率接近單元值。當(dāng)τIVT超過(guò)0.65時(shí)，這結(jié)果保持一致顯示在圖9，類似傳動(dòng)比值CVT的輸入功率(p4)低于IVT的輸入功率(p1)。</p><p>　　圖12比較串聯(lián)IVT與I類型功率流的并聯(lián)IVT的效率。曲線表明,效率的串聯(lián)IVT效率總是比并聯(lián)IVT的效率高,從而確認(rèn)我們先前的定論。</p><p>　　II型功率流并聯(lián)IVT的檢測(cè)已完成

106、。圖13顯示了效率曲線的一個(gè)并行的系統(tǒng)并針對(duì)不同傳動(dòng)比值描述為一個(gè)函數(shù)的輸出功率(p6)。當(dāng)輸入功率低,τIVT的值、效率迅速下降。圖14顯示了IVT不同路徑功率的傳輸比率的變化曲線, CVT的功率(p2 = 1)。當(dāng)τIVT= 1時(shí)，IVT的輸入功率 (p1)最大值為p1 = 0.78。與CVT的功率相同,這就表明IVT的輸入功率 (或等于其輸出功率)會(huì)遠(yuǎn)低于I類型功率流的IVT(圖9和圖14)。</p><p&g

107、t;<b>　　6.結(jié)論</b></p><p>　　IVTs(無(wú)級(jí)變速器)具有一個(gè)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)和一個(gè)無(wú)限的比率范圍。</p><p>　　本文考察了串聯(lián)和并聯(lián)，具有CVT和固定比率機(jī)制的不同配置的IVT。傳輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)學(xué)分析表明,一旦τCVT和τIVT的范圍被定義下來(lái),行星輪系和固定比例機(jī)制的傳動(dòng)比可以明確確定。</p><p>　　論文的第

108、二部分著重于IVTs的效率，以表明不同功能的解決方案。當(dāng)功率流研究已損失時(shí)所考慮的各種工作條件下的效率。行星齒輪傳動(dòng)的效率被證明是最好傳動(dòng)方案，特別是在齒輪傳動(dòng)同步的條件下。</p><p>　　檢查結(jié)果表明，如果CVT的功率流不超過(guò)其額定功率功流，IVT輸入功率的傳動(dòng)比應(yīng)不超過(guò)限制值的功率流。</p><p>　　IVT的各功能的效率曲線都在不同的傳動(dòng)比和功率值已獲得。結(jié)果表明，效率主要