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    行星齿轮机构在脉动无级变速器中的应用.pdf

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    行星齿轮机构在脉动无级变速器中的应用.pdf

    第25卷第4期增刊行星齿轮机构在脉动无级变速器中的应用文章编号1004 - 25392Xi 04增刊卜0013一03行星齿轮机构在脉动无级变速器中的应用北京联合大学北京100101舒小龙摘要在脉动无级变速器中采用行星齿轮机构,不仅便于将多相传动一输出组合机构按星形方式布置,使结构紧凑,而且可以利用功率分流传动来扩大输出功率的范围。分析了封闭差动无级变速系统的联接方式和运动动力特性,给出实现功率分流传动条件的简明判定方法,对这种系统的发展方向进行了探讨关键词行星齿轮传动无级变速传动前言与摩擦式无级变速器不同,脉动无级变速器的传动机构采用几何封闭的低副机构,因此具有工作可靠、承载能力高、变速性能稳定的特点。其传动机构的设计灵活性较大,可实现大范围变速的要求,且最低输出转速可以为零。可以采用的调速方式较多,在静止或运行中均可调速。此外,脉动无级变速器还具有结构简单、体积较小、制造方便和成本较低等优点。但在目前,脉动无级变速器还是主要应用于中小功率、中低速以及对输出转动的均匀性要求不十分严格的场合。限制脉动无级变速器扩大其应用范围的因素主要有两个其一是连杆运动时的惯性力难以得到平衡,不平衡惯性力和惯性力矩所引起的振动在高速时会显著增大,其产生的动载荷还是造成机械效率较低的重要原因。其二是作为输出机构的超越离合器是动力链中的薄弱环节,其承载能力和抗冲击能力相对较低,这直接制约了脉动无级变速器传递动力的能力。但是,如果将脉动无级变速传动与行星齿轮传动结合起来,采用封闭差动的脉动无级变速传动系统,则可以较大幅度地改善单一脉动无级变速传动的工作性能,扩大其应用范围。在脉动无级变速装置中应用行星齿轮传动的主要作用有川通过差动轮系的运动合成,扩大变速传动的调速范围,并可适当降低其输出转速的不均匀度;2通过封闭系统中的功率分流,扩大变速传动的功率和转矩范围;3便于将脉动无级变速传动中的多相传动输出组合机构按星形方式布置,使结构极为紧凑,并容易使连杆机构的构件取得动平衡。1封闭差动无级变速系统的联接方式脉动无级变速装置是具有二根出轴的单自由度机构。用它作为封闭机构,将具有三个基本构件二个太阳轮和一个系杆的自由度为2的2K- H型差动轮系封闭起来,则形成自由度为1的封闭式差动轮系。原来未封闭的差动轮系一般称为原始机构。a前置b后里图1行星齿轮机构的前置与后置原始机构与封闭机构的联接方式,按差动轮系中基本构件的封闭状况和作用分为两种。当如图la所示采用未被封闭的基本构件作整个封闭系统的输人构件时,则差动轮系Differential位于变速传动VariableTransmission之前,称为行星齿轮机构前置DV联接方式。反之当如图Ib所示采用未被封闭的基本构件作传动适宜用于中速重载的场合。另外,当活齿沿圆周运动的速度较高、载荷过大时,输人件的偏心运动会产生较大的离心惯性力,在轮齿啮合的非工作侧,因有啮合间隙存在,轮齿失去平衡状态,将会发生碰撞、冲击,产生振动和噪声。故活齿传动不适宜用于输人转速太高的场合。张以都李明山参考文献周有强机械传动,1995,192弹性啮合理论及其在套简活齿传动中的应用「博士学位论文{北京中国矿业大学北京研究生部,19943季义美。方同等机械振动北京科学出版社,1985收稿臼期二2001 10 15作者简介李充宁1953男,陕西户县人,教授机械传动2001年整个封闭系统的输出构件时,差动轮系位于变速传动之后,称为行星齿轮机构后置VD联接方式。DV联接方式与VD联接方式有极强的内在联系,如果将图la中的输人端与输出端对调即得到图Ibo在每种联接方式中,原始机构的二个基本构件通过交换位置进行重新配置的可能方案有6种,因此封闭差动无级变速系统的基本联接型式共有12种。在实际应用中,多采用行星齿轮机构后置的联接方式。不仅在脉动式无级变速传动中是这样如本文后面的例子,在摩擦式无级变速传动中采用封闭差动轮系时也是如此如DISCO行星锥盘式无级变速器和采用封闭差动轮系的带式或齿链式无级变速器〔’{图2为JBI,W型无级变速器的机构简图。该变速1.曲柄2,5连杆7中间摇杆a机架6.摇块7.外齿轮8.调速蜗杆9调速蜗轮‘外齿轮b中心轮齿圈e.行星齿轮a中心轮L.超越离合器H.系杆图2 JBLVI型无级变速器机构简图器采用铰链六杆机构为主传动机构,行星齿轮机构后置,三相结构围绕主动轴沿圆周方向呈星式布置。其工作原理如「瓦特链六杆机构可看作由两个四杆机构串联而成,构件1,2,3,4构成第一个四杆机构,构件3,5,6,4构成第二个四杆机构,中间摇杆3既是第一个四杆机构的输出构件,又兼作第二个四杆机构的输人构件。摇杆3通过铰支点D与作为机架的蜗轮9相连,需调速时可转动蜗杆8,铰支点D会沿圆周转动,导致机构的尺寸比例关系发生变化,由此作为六杆机构输出构件的摇块6可获得无级变化的摆动角速度输出。摇块6与同轴的外齿轮7之间装有超越离合器,齿轮7又与外齿轮兼齿圈b啮合,因此齿圈b可获得单向脉动转动。后置的2K- H型差动轮系由中心轮a,b,行星轮B和系杆H构成。与变速器输人轴固联的中心轮‘,匀速转动,中心轮b单向脉动转动,两者的运动被合成后经系杆H输出通过对在空间对称分布的三相结构加以统一考虑,可以解决连杆机构的动平衡问题。对第一个四杆机构,在结构上采取了将三相共用的曲柄制成偏心轮,三个连杆合制成一个通过轴承套装在偏心轮上的圆盘,圆盘上带有环形凹槽,三个摇杆上的圆柱销可以在圆盘的环形凹槽内滑动。通过配重使圆盘的质心位于曲柄与连杆的铰接点B处。这样,三相曲柄摇杆机构在运动过程中产生的惯性力集中在偏心轮以及定轴摆动的三个摇杆_L,它们均可以采用回转件平衡的方法加以平衡。在变速过程中,曲柄摇杆机构的运动学尺寸不变,因此该机构的动平衡不受变速过程的影响同样,在第二个四杆机构中,将摇块6做成带有导路的套筒,将位于铰接点E处的滚子镶在套筒内,则用高副取代了连杆,其它定轴摆动的构件也可用回转件平衡的方法加以平衡2封闭差动无级变速系统的运动动力特性整个传动系统的运动动力特性与单一变速传动装置的传动比i, r和差动轮系的相对传动比i矿这两个传动参数的关系极大。在变速传动中,传动比习惯用‘二。输出/n愉人表示。在相对传动比〔矿中,Q,‘和。表示差动轮系的三个基本构件,。为未被封闭的基本构件。2.1功率分流传动条件的判定用啮合功率法对系统内的功率流动状况进行分析后发现,当“T e矿 0时,系统属于分流传动,全部功率分开在两个支路内流动,可以使相对薄弱的变速传动装置只传递较小部分的功率,有利于提高系统的总体强度和寿命;当LV7- Lnbr 1 O时,系统属于回流传动,系统内存在封闭循环的无效功率,会增加系统的摩擦损失,降低系统的传动效率。我们知道,在传递动力时为提高传动效率,行星齿轮机构多采用负号机构。当差动轮系中的系杆未被封闭、即采用系杆作为DV联接方式中的输人构件或VD联接方式中的输出构件时,由于i“bc为负值,故要保证分流传动条件,须使i,.为正值。反之,当任一太阳轮未被封闭而系杆被封闭时、例如假设iab中的a为系杆,有id, 1 A 1一i,,取‘bra为负值,则i.h为正值,要保证分流传动条件,须使ivr为负值。综上可以得出在传递动力时实现功率分流传动条件的简明判定方法要得到分流传动,当系杆未被封闭时须使变速传动装置应包含附属的定轴齿轮机构中传动元件的配置保证传动比i“为正值,当系杆被封闭时须保证ivr第25卷第4期增刊行星齿轮机构在脉动无级变速器中的应用为负值。在行星齿轮机构采用正号机构如某些传递运动的场合时,结论正好相反。对于调速中可实现输出轴在正反向间转换的无级变速传动系统,因其祈的取值范围包括了正值和负值的区域,因此不可能在全部调速范围内实现功率分流传动。分析还表明,分流传动时流经变速传动装置的支路功率Pf与流经行星齿轮机构的支路功率PD之比为PIT_}尸u一I wr.o1可见,i矿的绝对值越小,则流经变速传动装置的分流功率越小。如果iQy的绝对值足够小,则可以保证在全部调速范围内流经变速传动装置的分流功率占总功率的比例恒小于二分之一。在图3中,设计参数ivr和‘矿落在第2象限系杆未被封闭和第4象限系杆被封闭内时均可实现功率分流传动,落在网格区域内时可保证支路功率尸二恒小于支路功率尸。。图3实现功率分流传动的范围2.2系统封闭后对调速范围的影响用转化机构法对系统进行运动分析,可以得到系统的总传动比1一iay1一‘yr ab1一‘D7iobrL一与式2a适用于DV联接方式,式2a适用于VD联接方式。在变速传动中,通常将最大输出转速与最小输出转速之比定义为调速比R,即可用封闭系统的调速比R、与单一变速装置的调速比Rvr的比值来分析系统封闭后对调速范围的影响。由式2和3可推出,无论DV联接方式或VD联接方式,均有Rs ivrmj。一ivrm. ivrmm,、宜、钾‘竹h田蕊一‘竹h由x‘刀吮in在全程分流传动中,传动比i二不变号,恒有n。出一。出。n, ivTm一听一。,由式4知总有念1,即系统在功率分流传动的同时,其调速范围会变小。因此对采用封闭差动轮系的脉动无级变速系统而言,一般在扩大输出功率范围的同时会降低调速范围,反之在扩大调速范围的同时也会降低输出功率范围。由于ivT和icab的不同组合可以获得不同的传动效果,因此在设计选择时应特别加以注意。对系统的效率分析表明,在输人转速和负载一定的条件下,传动效率在全部输出转速范围内的变化很小,可以充分发挥其传动效能,克服单一脉动无级变速传动在高、低输出转速下传动效率相对较低的缺点。3对封闭差动脉动无级变速系统发展方向的几点看法首先,应当提高脉动无级变速装置自身的工作性能。脉动无级变速器今后的研究目标将是开发具有较大功率、较高速度、运转较平稳和效率较高的新机型。研究方向将主要集中在对传动机构特别是六杆机构的深人研究,优化机构的型和尺寸,扩大调速范围,减少脉动度和动载荷,提高其运动和动力特性;进一步改善超越离合器的工作性能,提高其承载能力和传动效率其次,开发研究具有优良特性的可以双向连续作用的、减少机构的相数和多余约束的脉动无级变速器也是一个重要的方向。其次,为了克服单一变速传动装置的缺点,应当尽量采用封闭差动的脉动无级变速系统。系统设计的要点是,在符合功率分流传动的条件下,通过合理选择ivT和icab这两个参数来满足特定的传动要求。参考文献I周有强主编机械无级变速器北京机械工业出版社,20012 D. Yu, N. B}Wey. 0, the Mechanical Efficiency of Differential GearingTransactions of ASME1985, Vol. 1Y73黄恺,单腆崔志恩JBLR型摆块差动轮系机械无级变速器的研究锦州工学院学报.1992,1114崔亚辉,阮忠唐,曹惟庆封闭差动行星传动研究机械科学与技术.1998, 170煮R二n物出几输出.1.3收稿日期2001 05 20作者简介舒小龙1950-,男,重庆市人硕士,副教授行星齿轮机构在脉动无级变速器中的应用作者 舒小龙作者单位 北京联合大学北京相似文献2条1.学位论文 郭江霞 基于UG及ADAMS的新型机械无级变速器的建模及仿真分析 2007无级变速传动是一种传动装置,指在某种控制作用下,使系统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,以适应外界负荷变化的需要。随着工业尤其是汽车行业技术的不断发展,对无级变速装置的要求越来越高,因此我们对无级变速传动的种类和形式需要进行深入研究。但以往传统的机械式无级变速器主要依靠摩擦传动来实现无级变速,由于摩擦传动有其固有的难以克服的缺陷,很难实现大功率传动,鉴于此,寻求一种摩擦小,效率高的无级变速器已成为无级变速传动研究的主要方向。本文简要介绍了现有无级变速器的种类及其发展过程,分析了国内外无级变速器的研究动态及发展趋势,尤其强调了齿轮式无级变速传动的优势。通过对RX行星环锥式无级变速器的传动及调速原理进行分析,同时借鉴了齿轮无级变速传动的优点,提出了一种新型的机械式无级变速器锥齿轮无级变速器。本文在详细分析了新型机械无级变速器的传动原理的基础上,阐明了齿轮无级变速传动的可行性。设计了建模方案,用具有强大实体建模功能的UG软件对其进行几何建模、装配、并形成虚拟样机,同时验证了设计方案的合理性,修改了部分不合理的参数,样机模型性能得到优化。然后将模型导入ADAMS中,并对其进行结构分析、运动学仿真分析和动力学仿真分析。通过分析调速过程中输出参数的变化情况,得到小齿轮为主动轮时的传动比范围为0.0880.354;大齿轮为主动轮时的传动比范围为2.77014.000。结果显示了齿轮无级变速器调速范围大的特性,进一步验证了齿轮无级变速传动的可行性。本文的分析仿真结果为实际样机的开发研制提供理论基础和试验数据。本文最后对自己所做工作进行总结,探讨了设计方案中可能存在的问题,并对下一步的工作进行了展望。2.学位论文 柳晋伟 环锥行星式(RX)无级变速传动的研究及仿真 2005现代工业发展的脚步对传动装置的要求越来越高,在传动性能方面不仅要求传动系统可以实现无级变速Continuously Variable Transmission,而且对传动精度的要求也在逐步升级,因而对无级变速传动的研究也越来越广泛,无级变速传动的种类和形式也越来越多。本文在开始部分扼要介绍了现有无级变速器的种类及其发展过程,并结合其在实际中的使用情况对未来无级变速传动发展的方向进行了展望。本文所做的主要工作是对环锥行星式RX无级变速器进行运动及动力学仿真。环锥行星式无级变速器是一种机械摩擦式无级变速器,其结构是由行星齿轮传动通过变形得到的,将行星齿轮传动结构中的齿轮变成摩擦轮,依靠装配结构的压紧力来保证动力传递,通过改变行星锥与中心轮的接触半径来调节传动比,从而实现无级变速。本文所用的仿真工具是Matlab中的Simulink工具箱,该工具箱可以很容易的由系统的数学模型建立其仿真模型,然后对所得到的结果在Matlab中稍加处理即可到各种数据曲线,从而可直观评价系统的性能。无级变速器的运动和动力特性是衡量无级变速器好坏的重要性能指标,本文从无级变速器的设计过程考虑,首先对无级变速器进行运动仿真,可以仅由结构参数得到该结构无级变速器的运动特性,之后随着设计过程的深入,当无级变速器的动力特性参数可以获得时,即可利用所建立的模型进行动力学仿真,从而对所设计的结构有一个全面细致的了解。仿真作为一种方法不仅可以用于运动和动力学仿真,而且可以对各种可以建立数学模型的特性进行仿真,也不仅仅是无级变速器,而是各种类型的机械,本文所做的仿真既是对环锥行星式无级变速器的仿真,也是对这一方法的探索。本文链接http//d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_3405554.aspx授权使用湘潭大学wfhyxtdx,授权号d59df2fd-cbb6-4b06-a68c-9e5d011ceed5下载时间2010年12月31日

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