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    低脉动度脉动发生机构的研究.pdf

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    低脉动度脉动发生机构的研究.pdf

    低脉动度脉动发生机构的研究口施晨 口刘开昌 口杨刚福州大学机械工程及自动化学院福州350002摘要在分析3种新型低脉动度脉动发生机构结构的基础上,通过调速性能的分析,运用虚拟样机技术对其进行虚拟运动仿真分析,以选择其中一种性能最好的结构作为脉动式无级变速器的脉动发生机构。关键词脉动发生机构调速分析运动仿真虚拟样机中图分类号THll3.23;TP391.7 文献标识码A 文章编号10004998200804002903脉动式元级变速在塑料、造纸、食品、制药及纺织等工业领域具有广泛的应用,德国Luk公司正在开发用于汽车领域的属于脉动连杆式无级变速器的曲柄CVT。目前国内针对脉动式无级变速器的研究仍较少,产品的性能还有待进一步提高,其脉动度大、振动大、噪声大,从而导致机械效率不高、不稳定。鉴于此,本文作者采用新型的凸轮连杆组合作为脉动发生机构,使其具有变速性能稳定、结构简单、体积较小、特定调速位置传动比条件下脉动度为零、整机脉动度小、制造方便和成本较低等优点。该脉动发生机构不仅具有潜在的经济效益,而且能更好地节约能源,适应环保要求。1 脉动发生机构的结构特征选择脉动式无级变速器脉动发生机构的主要出发点,一方面是为了提高传动的可靠性、输出运动的稳定性,得到良好的动力学性能及高的机械效率;另一方面还要求调速范围广、调速方便及调速过程中输出稳定。目前性能最为优良的GUSAII型脉动式无级变速器,其主要的缺点是工作时脉动度大、噪声大,脉动度最小为0.1,最高达0.4tt.2I;而且由于利用连杆机构的急回特性来减小脉动度,故在回程时具有较大的加速度,稳定性差。收稿日期2007年10月针对脉动式无级变速器的缺点,利用凸轮连杆组合机构具有满足特定输出曲线的特点,现提出几种新型低脉动度的脉动发生机构,图1所示的是其中3种新型组合结构。以下对各种组合机构的输出特性、调速特性及结构可行性进行分析。图1所示的组合机构,通过设计合理的凸轮廓线可使摇杆或滑块在一定转角或行程范围内作近似匀速运动,即在特定位置或一定传动比条件下输出的噜■■-一.十■■呻■..■■一._..--■■-●__.■州●_..--H__.■■-■■●_..■..卜1卜■卜_一.H噜_.-■-●H是由于万向节内有二次力矩的存在,分度杆上靠近主动叉的小球头容易失去约束,/A.其球腕中脱出;2针对小球头的脱出缺陷提出了两种结构改进方案,运动分析表明,既满足万向节较大轴间夹角的需要,又不会失去应有的约束,完全能解决这一关键问题;3两种改进方案的有限元计算分析结果表明,分度杆的结构改进是正确可行的,还可以采取进一步的措施,如将分度杆支架处改为面接触,加大分度杆开槽根部的过渡圆角,采用合理的热处理工艺来改善分度支轴的结构强度,这样还可以进一步提高分度机构褴 机械趔追堑墨99 524期承受各种载荷的能力,更加适应环叉式万向节实际工作的需要。参考文献l伍德荣.介绍一种新型等角速万向节的开发研制工作【c1.湖北汽车工程年会论文,1995.2雷琼红.环叉式万向节及其二次力矩分析【J】.湖北汽车,1998。3.3羊拯民.传动轴与万向节【M1.北京人民交通出版社,1986.△编辑禾 禾2008/4圆万方数据脉动度理论上可为零,实现图2所示的单相输出特性。图1所示的凸轮连杆组合机构,可以满足在特定位置或一定传动比下输出轴具有图2所示的匀速运动。图2所示曲线1是指满足要求的三相组合机构单相工作时的输出曲线,曲线2指满足要求的二相组合机构单相工作时的输出曲线。理论上采用二相的结构就能满足低脉动度连续传动的要求,但若考虑机构在回程时的急回特性,就势必会在回程时造成较大加速度,使整机的运动冲击和噪声加大。对于二相结构,要求其工作区间段大于180。。在工作行程段,行程区间越长,则工作行程的加速度越小,冲击力越小;而在回程段,若工作行程区间越长,回程行程区间越短,则回程的加速度越大,冲击力越大。对于三相结构,由结构特征可知,第一是其工作行程段的上升、下降时的加速度均比二相的小,使整机的振动小、冲击力低;第二是可实现升程角、回程角均为180。,那么实际设计时可按升程时的工作特性设计升程段凸轮廓线,在制造时将凸轮加工为对称结构即可得回程时的凸轮廓线,此对称结构又进一步使整机运行时冲击力减小。若选用四相虽然能更进一步降低冲击力,但是整体结构复杂和安装困难。综合以上考虑,认为选用三相最为合适。2调速特性分析调速特性指传动机构对调速装置的响应特性,可用输出转速相对于调整量或机构中尺寸的变化来表示。对无级变速器而言,其调速特性要求平稳、灵敏,最好满足近似线性的调速曲线。图1所示脉动发生机构的调速原则是通过改变结构尺寸,使摇杆或滑块的摆动角速度或滑动速度连续变化,摆动角速度或滑动速度的变化与结构尺寸的变化尽可能满足线性关系。图1a、b所示的固定凸轮机构,能改变尺寸的构件有连杆BC、摇杆CD和曲柄AB,连杆BC的尺寸变化在结构上难实现,且很难有规律地进行调节,摇杆CD的输出扭矩大也不方便进行调节,故只能通过改变曲柄AB的值来调速。针对该结构有两种改变曲柄AB大小的方法,一是通过移动凸轮来改变曲柄AB的长度;二是通过改变连杆铰接点曰点的位置来改变曲柄A曰的长度。对图1c所示的凸轮摇杆机构,借用现有成熟产品GUSAII型无级变速器的调速方式对滑块支座C回2008/4沿水平方向进行调节,通过改变摇杆DE的摆角来实现调速的目的。其调速原理如图3所示,在调速过程中凸轮廓线保持不变,则日值也基本不变,当滑块铰接点从C移动到C’过程中,摇杆的摆角沙会逐渐变小,在凸轮转速不变的条件下,摇杆的平均角速度逐渐变大,即C7点处的传动比是C点处的△砂/△沙。△驴△沙-倍,显然随铰接点C点的连续移动,△砂、△吵,也随之连续变化,故传动比也连续变化,可满足调速的连续性特性要求。在理论上,当点c移动到D。点时,摇杆摆角△砂为0,即输出角速度为0,这一特性是其它类型的无级变速器所不可能达到的。3虚拟样机分析对于前面所述的3种机构,可以借助虚拟样机技术进行性能分析和调速性能研究,然后根据虚拟仿真结果来判断凸轮廓线设计是否满足要求,调速性能是否合理,同时也可借助仿真结果进行动力学分析和机构的平衡分析。图1a、b机构的调速方式,显然摇杆的调速范围比滑块的大,且两种结构的调速性能相似,限予篇幅,这里仅研究摇杆机构即图1b的运动仿真。针对图1b所示机构,给定一组参数输入,角速度∞1 000 r/min,厶D250 mm,kD150 rnrtl,曲柄初始角口300,AB与BC夹角的初始角JB200,以D150,摇杆工作行程为匀速转动,转速200 r/min。先求得凸轮廓线,然后进行仿真。图4所示是移动铰接点B的输出速度曲线仿真图图中曲线1指在设计传动下的输出速度曲线,曲线2、3、4均指相对前一个位置移动20姗后得到的输出速度曲线,图5也是如此,但图4b、图5b中因结构限制无法进一步移动调速故无曲线4。针对图1c所示机构,给定一组参数输入。角速度∞1 000 r/rain,五E350 1311111,工DE150 Irlrltl,厶D230 mm,Let250 film,摇杆支座与凸轮支座偏距e120 111111,摇杆DE的初始角砂170.50,滚子半径40Inm,摇杆工作行程为匀速转动,转速165 r/rain。先求得凸轮廓线,然后进行仿真。图5所示是移动支座C的输出速度曲线仿真图。由图4和图5所示的仿真结果可以看出,在所设计的传动下,从动件的输出速度曲线有一段为近似水平线,即验证了凸轮廓线求解的正确性。并且在脉动无级机械制造46卷 第524期 摊万方数据5 0003 5002 0003 500a 0\铲3a一1 O∞.2 500囊雕jj蘸≤影2享孥.h0 0.05 0.1 0.15t/sa支座c向左移动t/sb支座c向右移动▲图4图1b机构的移动铰接点B的输出速度仿真图变速器中是用脉动度占来衡量其输出速度的波动程度,它是变速器的一项重要性能参数和质量指标。6用输出角速度的变化幅度与平均输出角速度之比值来表示,计算式为6∞。。一∞m/∞。式中a一、∞‰分别表示最小输出角速度、最大输出角速度、平均输出角速度;在一般情况下,速度曲线具有近似二次曲线或近似正旋曲线的形状,因此在近似计算中,m。计算式可以写成‰。一一u。。一∞miI/32甜一/3∞m/3。结合上面两式,则占3∞m。一∞。h/2∞叫。∞。h利用算式来计算两种机构单相时的工作行程的脉动度,以减速调速时来作比较当初始调速位置时,图4b、图5a的曲线1的脉动度近似为0;当移动20 mm时,图4b的曲线2的脉动度为13.9%,图5a的曲线2的脉动度为7.15%;当移动40mm时,图4b的曲线3的脉动度为16%,图5a的曲线3的脉动度为9.5%。因此相比得出凸轮摇杆机构即图1c机构在调速过程中速度波动小即脉动度最小,并且满足前磁所述的调速条件,它在3种机构中最适合作为脉动式无级变速器的脉动发生机构。盘 机械制造46卷 第524期o\铲唧3I/5aB点向A点方向移动t/sbB点向远离A点方向移动▲图5图1c机构的移动支座c的输出速度仿真圉4结束语综上所述,在提出3种新型低脉动度脉动发生机构之后,通过虚拟样机技术验证图lc所示的结构最适合作为脉动发生机构。这种新型的连杆凸轮组合机构具有高的精确性、调速运行稳定和整机脉动度小的优点,很好地弥补了传统脉动式无级变速器的缺陷。为国内变速器行业增添了一个新品种,具有广泛的应用前景。目前该机构正进行样机研制,并申请“新型低脉动度脉动式元级变速器”专利。参考文献l周有强.机械无级变速器[M].北京机械工业出版社,2001.2阮忠唐.机械无级变速器设计与选用指南【MJ.北京化学工业出版社.1999.3周洪,蔡培.固定凸轮连杆组合机构的设计【J】.机械设计,1995,113637.4孙江宏,黄小龙,罗玮.Pro/Engineer2001中文版入门与提高【M】.北京清华大学出版社,2003.5祝凌云。李斌.Pm/Engineer运动仿真和有限元分析【M】.北京人民邮电出版社,2004.△编辑功 成r12008/4 31II万方数据低脉动度脉动发生机构的研究作者 施晨, 刘开昌, 杨刚作者单位 福州大学,机械工程及自动化学院,福州,350002刊名 机械制造英文刊名 MACHINERY年,卷期 2008,464被引用次数 0次参考文献5条1.周有强 机械无级变速器 20012.阮忠唐 机械无级变速器设计与选用指南 19993.周洪.蔡培 固定凸轮连杆组合机构的设计 1995114.孙江宏.黄小龙.罗坤 Pro/Engineer2001中文版入门与提高 20035.祝凌云.李斌 Pro/Engineer运动仿真和有限元分析 2004相似文献1条1.期刊论文 施晨.刘开昌.杨刚.SHI Chen.Liu Kaichang.YANG Gang 低脉动度脉动发生机构的研究 -传动技术2008,223在分析三种新型低脉动度脉动发生机构结构的基础上,通过调速性能的分析,运用虚拟样机技术对其进行虚拟运动仿真分析,以选择其中一种性能最好的结构作为脉动式无级变速器的脉动发生机构.本文链接http//d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxzz200804011.aspx授权使用湘潭大学wfhyxtdx,授权号f521cb0a-a086-4bd1-a16e-9e5d011c755f下载时间2010年12月31日

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