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    ZeroMax型无级变速器的承载能力研究及仿真.pdf

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    ZeroMax型无级变速器的承载能力研究及仿真.pdf

    青岛科技大学硕士学位论文Zero-Max型无级变速器的承载能力研究及仿真姓名胡丽萍申请学位级别硕士专业机械设计及理论指导教师樊智敏20070418青岛科技人学研究生学付论文ZeroMax型无级变速器的承载能力研究及仿真摘要 、变速器通常分为有级变速器和无级变速器两大类,脉动式无级变速器以其传动可靠、寿命长、变速范围大、静止和运动时均可调速、调速性能稳定等优点成为现代机械传动技术的主要发展方向之一,其中又以ZeroMax型无级变速器的性能较为优良。但由于一些问题的存在制约了其承载能力的提高,限制了其应用范围的扩大。本文用解析法分析了ZeroM戤型无级变速器的传动误差及间隙副的影响,建立了其实体模型,进行了运动学与动力学仿真,对其疲劳、磨损及超越离合器进行了研究,综合多种影响因素对其承载能力进行了分析研究。主要丌展的研究工作如下1.在分析ZeroMa【型无级变速器传动特性的基础上,对其运动构件的传动误差进行分析,建立了输出角误差方程,为制造公差的确定提供了理论依据,并为后续效率计算奠定了理论基础。2.由于装配、制造误差以及磨损,运动副不可避免的存在间隙,高速运转时『自J隙的影响不容忽略。通过分析间隙对机构动态特性的影响,对间隙副副元素问的相对运动和多个间隙副之间的相互影响进行了研究,建立了含间隙曲柄摇抒机构的运动方程。3.对Zero.Ma【型无级变速器进行运动学与动力学仿真,得到其运动时的速度、加速度、功率消耗、转动副受力、摩擦力曲线等,并通过分析和比较多种参数方案,获得最优工作性能,为实缳加玉甫4造提供了依据。4.对Zero-Ma型无级变速器系统迸行了振动分析,‘得到了此系统的词有频率和振型,为后续动态特性的响应分析打下了基础。通过模态分析,。发现无级变’ }一速器各构件的危险部位,无级变速器的失效多发生在这些部位附近。5.对影响机构疲劳强度的因素进行了分析,提出了提高其抗疲劳性能的措施。对该变速器的重要组成部分一超越离合器进行了分析,得到限制超越离合器承载能力提高的影响因素,分析了其失效原因,并提出了提高其寿命的措施。ZeroMax删无级变速器的承载能力研究及仿真关键词ZeroMax型无级变速器误差分析仿真 承载能力Ⅱ青岛科技人学研究生学何论文RESEARCH OF CARRYING CAPACITY ANDSlMUL√气TIoN OF ZERO.MAX CVTABSTRACTImpulse continuously variable transmissionCVThas become one of the maindirections of modem transmission technology.It eaR transmit reliably and regulatewhile resting and moving.Its life is long,shift range is large and shift capability isstable.Zero-Max CVT has better capability,but it still has some problem restricting itsincrease ofbearing capacity.The researches ofthis paper are as follows1.Transmission error of movement component is analyzed based on the analysisof transmission characteristic of ZeroMax CVT.Error expressions of output angle arededuced.It offers a theory basis of manufacture tolerance and builds the foundation forfuture efficiency calculation.2.The pair inevitably has clearance because of assembly manufacture error andwearing.The impact of clearance Call’t be ignored when analyzing hi曲speed machineRelmive movement between pair elements of clearance pair and mutual impactbetween several clearance pah are researched.Movement equation of crank androcker mechanism with clearance iS deduced.3.Kinematics and dynamics simulation ofZeroMax CVT is carried out by usingADAMS.Curve of velocity,acceleration,power consumption,element force ofrotation pair,friction etc.call be carried out.Excellent working performance can beobtained according to analyzing and comparing several parameter projects.It builds afoundation ofpractice manufacture.4.Vibration analysis of ZeroMax CVT system is carried out by using ANASYS.Natural丘equency and vibration model of the system ale obtained.It builds aIIIZeroMax型无级变述器的承载能力研究及仿真foundation of future response analysis of dynamical characteristic.The most dangerousparts of CVT components can be found.Invalidation and fracture of CVT often Occurnear these parts.5.The impact factors of machine fatigue strength are analyzed and the methods ofincrease fatigue resistance character are advanced.Overrunning clutch witch is theimportant element of ZeroMax CVT is analyzed.Impact factors of restricting increaseof bearing capacity of overrunning clutch are analyzed.Reasons of invalidation areanalyzed and measures of increase Iire are advanced.KEY WORDSZeroMax CVT Error Analysis Simulation Carrying CapacityⅣ青岛科技人学研究生学侍论文符号说明△,mmfnn~一一一117.gRim。imeCZ~~’杆件方位角~~一一各杆误差一一一一转动副径向删隙一一杆件质量~一一转动副轴销半径一一轴销与轴套的中心距非线性弹簧接触力系数度刚度系数一一一法向阻尼系数FN一一切向阻尼一一摩擦系数一转速TN mmq。N mm“Nmm力一一一力矩V儿极限应力平均应力x~一一一安全系数●Zero-Max型无级变速器的承载能力研究及仿真独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含本人己用于其他学位申请的论文或成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名 啊抽弓 同期 2007年 4月 18日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解青岛科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为青岛科技大学。保密的学位论文在解密后适用本授权书本学位论文属于保密口,在 年解密后适用于本声明。不保密口。请在以上方框内打“√”本人签名,千‰专刷醛轹礅弘日期日期88年’月,r日年|A I拿&川呷青岛科技人学研究生学付论文1绪论1.1无级变速传动及无级变速器无缀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。无级变速传动和定传动比、有级变速传动相比,能够根掘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,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。通常无级变速传动主要用于以下场合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探求最佳工作速度;几台机器或一台机器的几个部分协调运转;缓速启动以合理利用动力,通过调速以快速越过共振区车辆变速箱,比使用有级变速器可节省燃料约9%,缩短加速时间,简化操纵。若采用液力耦合器、液力变矩器或液体粘性传动无级变速器,则还具有吸振、缓冲和自适应性”1。无级变速器是一种传动装置,其功能特征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各种不同工况的要求,其结构主要由变速传动机构、调速机构以及加压装置或输出机构三部分组成。采用无级变速器,能更好地适应各种机械的工况要求,使之效能最佳,在提高产品的产量与质量,适应产品变换需要,节约能源,实现整个系统的机械化、自动化等各方面皆具有显著的_;15c暴。月前,无级变速器己广泛地应用于纺织、轻工、食品、包装、化工、机床、电工、起重运输、矿山冶金、工程、农业、国防及试验等各类机械”“”。1,2无级变速器的分类ZeroMax掣无级变述器的承载能力研究及仿真无级变速器按结构形式可分为电力无绂变速器、液压力无缎变速器和机械尼级变速器三种。电力无级变速器呵分为电磁滑差式、直流电动机式和交流电动机式三类。电磁滑差式属于一种较为落后的渊速方式.其特点是结构简单,成本低,操作维护方便,但滑动量大,效率低,发热严重,不适合长期负载运转,故一般只用于小功率传动。直流电动机式的调速范围大,精度较高,但设备复杂,成本高,维护困难,一般用于中等功率范围,现己逐步被交流电动机式替代。交流电动机式的调速性能好、范围大、效率较高,可自动控制,体积小。适用功率范围宽,其机械特性在降速段为恒转矩,低速时效率低且运转不够平稳,价格较高。液压力无级变速器分为两类一类是液压式的,主要是由泵和马达组成,或由阀与泵组成,适应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。其特点是调速范围大,可吸收冲击和防止过载,传动效率较高.使用寿命长,易于实现自动化。但制造精度要求高,价格较贵,输出特性为恒转矩.滑动率较大,运转时容易发生漏油。机械无级变速器有摩擦式、链式、带式和脉动式四大类。摩擦式无级变速器的变速传动机构由各种不同几何形状的刚性传动元件组成.利用主、从动元件或通过中问元件在接触处产生的摩擦力进行传动,并通过改变接触处的工作半径实现无级变速。链式无级变速器的变速传动机构由主、从动链轮及套于其上的钢质挠性链组成,利用链条左右两侧面与作为链轮的两锥盘接触所产生的摩擦力进行传动,并通过改变两锥盘的轴向距离以调整它们与链的接触位置和工作半径,从而实现无级变速。带式无级变速器的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,其工作原理与链式无级变速器类似。脉动式无级变速器的变速传动机构主要由连杆机构组成或连杆与凸轮组合而成,单向超越离合器为转速过滤装置。机械无级变速器的主要特点是转速稳定,滑动率小,工作可.靠,具有恒功率机械特性,传动效率较高,且结构简单,维修方便,价格相对便宜,但零部件加工及润滑要求较高,承载能力低,抗过载及耐冲击性能较差,故一般适合于中小功率传动61。青岛科技人学研究,上学伸论文1.3机械无级变速器的发展现状机械无级变速器的研制在国外已有一百多年的历史,由于当时受材质与工艺等条件限制,进展缓慢。直到20世纪50年代以后,随着科学技术和经济的发展,机械无级变速器的限制因素逐步得到解决,无线变速技术迅速发展,各利,类型的产品快速增长,并获得了广泛应用。主要研制和生产的国家有只本、德国、意大利、关国等。产品有摩擦式、链式、带式及脉动式四大类30多种结构型式,输入功率一般为O.09~30kW。个别类型可达到150~175kW,输入转速一般750、1500、3000rlmin;输出转速可以『F、反转,增速或降速,最低转速可降至零。自20世纪80年代以后,机械无级变速器的主要发展趋向是美、同等国进行用于汽车的高速、高效、大转矩机械无线变速器的研制丌发。国内无级变速器大约在20世纪60年代起步,当时主要是作为专业机械配套零部件,由专业机械厂进行仿制和生产,例如用于纺织机械的齿链式、化工机械的多盘式以及切削机床的Kopp型无级变速器等,但品种规格少、产量低,年产量仅数千台。直到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.对各类机械无级变速器的需求大幅度增加,专业厂彳‘丌始建立并进行规模化生产.一些高等院校也丌展了对该领域的研究。经过20年发展,国外各类型结构的无级变速器,在国内皆有相应的专业生产厂家及系列产品,年产量猛增为20万台左右。初步满足了生产发展的需要。无级变速器目前已发展成为机电领域中的一个新兴行业,在生产实践中已成为一种通用零部件,广泛应用于各种机械。目前国内无级变速器的研制生产己由过去的仿造阶段进入到创新阶段,由小功率向大功率发展,由一般技术向高新技术发展”。1.4脉动无级变速器的国内外研究现状国际上,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

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