用于印字模切機的控制式差動無級變速器設(shè)計--畢業(yè)論文

1、.I用于印字模切機的控制式差動無級變速器設(shè)計摘 要無級變速器在現(xiàn)代機械行業(yè)占據(jù)有重要地位，并有著廣泛的應(yīng)用，而現(xiàn)有的機械無級變速器的調(diào)速范圍大多在R=46之間，無法滿足該設(shè)計要求。因而把機械式無級變速器和行星輪系進行適當組合，使機械式無級變速器去封閉差動輪系的兩個輸入端，從而形成“控制式差動無級變速器”，利用差動合成來得到廣泛的輸出范圍，從而達到設(shè)計要求。通過運動學(xué)分析計算，在文中給出了配齒、各級轉(zhuǎn)速、各級功率、各級扭矩以及各級行星輪系的具體計算過程和結(jié)果，并通過驗證來證明該方式的可行性。關(guān)鍵詞：行星輪系，控制式差動無級變速器，差動合成，運動學(xué)分析:IIIDesign of Control T

2、ype Differential Stepless Speed Changer For Printing Die-cutting MachineAbstracCVT in modern mechanical industry occupies has an important position, and has a wide range of applications, and existing mechanical CVT speed range mostly between the R=46, unable to meet the design requirements. So the p

3、roper combination of mechanical stepless speed variator and a planetary gear system, mechanical CVT to closed differential gear train of the two input end, to form a controlled differential stepless speed variator, using differential synthetic came to a wide range of output, so as to achieve the des

4、ign requirement. Through the kinematics analysis calculation in this paper are the dentate, speed at all levels, all levels of power, torque at all levels and at all levels of the planetary gear train specific meter The process and results are verified to demonstrate the feasibility of the proposed

5、method.Key Words:Planetary gear train，Controlled differential stepless speed variator，Differential synthesis，Kinematic analysis目 錄摘 要IAbstracII1 緒論11.1 控制式差動無級變速器發(fā)展現(xiàn)狀11.1.1 漸開線行星齒輪傳動發(fā)展現(xiàn)狀11.1.2 國內(nèi)控制式差動無級變速器發(fā)展過程11.1.3 國內(nèi)控制式差動無級變速器研究現(xiàn)狀31.1.4 國外控制式差動無級變速器研究現(xiàn)狀41.2 控制式差動無級變速器研究意義41.2.1 傳統(tǒng)機械式無級變速器存在的問題41.2

6、.2 控制式差動無級變速器研究目的51.3 課題的提出及內(nèi)容51.3.1 課題的提出51.3.2 課題研究的主要內(nèi)容62 控制式差動無級變速器的工作原理及設(shè)計72.1 控制式差動無級變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理72.1.1 控制式差動無級變速器的結(jié)構(gòu)72.1.2 控制式差動無級變速器的工作原理72.2 控制式差動無級變速器運動學(xué)分析82.2.1 配齒計算82.2.2 輸出轉(zhuǎn)速的驗證92.2.3 類型驗證92.2.4功率流方向驗證102.2.5效率計算112.2.6 一行星輪系級轉(zhuǎn)速、功率、扭矩計算152.2.7一級齒輪設(shè)計計算182.2.8一級行星輪系設(shè)計計算202.2.9 二級行星輪系設(shè)計計算26

7、致 謝31參 考 文 獻329用于印字模切機的控制式差動無級變速器設(shè)計1 緒論1.1 控制式差動無級變速器發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1 漸開線行星齒輪傳動發(fā)展現(xiàn)狀漸開線行星齒輪傳動與普通頂住齒輪傳動相比具有承載能力大、壽命長、可靠性高、效率高、傳動平穩(wěn)、傳動比大、體積小、重量輕等優(yōu)點，因此獲得了迅速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、起重運輸、建筑、航空、船舶、透平、紡織、化工、食品等機械上。漸開線行星齒輪傳動除大量用作減速和增速傳動外，還廣泛用于差動傳動，如汽車后橋和機床傳動系統(tǒng)中的差速器、起重機提升機構(gòu)和連軋機的差動調(diào)速裝置等。世界上一些工業(yè)發(fā)達的國家，如西德、日、英、美等，對行星齒輪傳動的研究、生產(chǎn)和

8、應(yīng)用十分重視，在結(jié)構(gòu)、品種、傳遞功率、扭矩、速度等方面的發(fā)展處于領(lǐng)先地位。早在20世紀80年代，高速行星傳動的速度已超過100m/s，功率超過20000kW；低速傳動的扭矩已超過4150，內(nèi)齒輪直徑已超過5m。漸開線行星齒輪傳動在我國很早就有應(yīng)用，而比較深入、系統(tǒng)的研制工作則是在六十年代以后。一方面是從理論上做了很多分析研究工作，另一方面進行了大量的實驗室試驗和工業(yè)性試驗，取得了不少科研成果。在此基礎(chǔ)上設(shè)計、制定了我國的NGW型（JB179976）、NGWZ型（JB372284）、NGWS型（JB372384）以及NGWL型（JB372484）四個行星齒輪減速器標準。并且組織了專業(yè)化成批生產(chǎn)，

9、在國內(nèi)進行了推廣應(yīng)用。大規(guī)格低速重載行星齒輪傳動的研制工作在我國正在開展，并已先后試制成功出軸轉(zhuǎn)矩200400的產(chǎn)品，如用于大型膠帶運輸機的NGW172型和NGW153型雙排直齒行星減速器、用于礦井提升機的XL30型行星減速器等。雙排直齒行星減速器是我國自行設(shè)計的，由于結(jié)構(gòu)上的特點，作為大型傳動的一種類型，將會得到應(yīng)有的發(fā)展。高速行星齒輪傳動在我國也得到了成功的設(shè)計與應(yīng)用，例如用于列車電站燃氣輪機（3000kW）、萬立米制氧透平壓縮機（6300kW）等設(shè)備上的行星減速器和增速器。1.1.2 國內(nèi)控制式差動無級變速器發(fā)展過程1990年齒輪發(fā)表了一篇由西北輕工業(yè)學(xué)院張淳、周令華著作的控制式差動無級

10、調(diào)速裝置的傳動特性，提出了各種不同的調(diào)速功能應(yīng)滿足的傳動參數(shù)條件，對功率流進行了詳細的分析，并對各種功能的控制式無級調(diào)速裝置的效率進行了分析，揭示了傳動參數(shù)、調(diào)速功能、功率流、效率等諸多方面的聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，該篇著作還分析了在考慮摩擦和功率損失的情況下，控制式差動無級調(diào)速裝置內(nèi)部實際功率流的大小；提出了研究這種裝置的輸出機械特性的途徑；井且探討了裝置內(nèi)無級變速器的滑差率對裝置傳動特性的影響。從而為裝置的機械特性分析以及裝置的優(yōu)化設(shè)計和綜合提供了必要的依據(jù)，得出了一些有實際意義的結(jié)論1。2006年桂乃磐、何哲民、張世安發(fā)表基于J特性圖的擴大調(diào)速范圍型無級變速器的設(shè)計，簡介了封閉行星輪系特性圖和

11、功率分配系數(shù)PF的計算法，查表可確定功率流形態(tài)。又采用了求J直線和t直線交點，按圖由交點直接確定功率流種類的方法7。2009年璩瑤瑤、張淳、趙永剛發(fā)表滑動率對控制式差動無級變速器的影響，針對滑動率對控制式差動無級變速器有著重要的影響，對不同類型控制式差動無級變速器的傳動比及調(diào)速范圍與裝置內(nèi)無級變速器滑動率之間的關(guān)系進行分析討論，并得到相應(yīng)關(guān)系式；還對不同類型裝置運動學(xué)綜合時的參數(shù)進行分析推導(dǎo)，并得出相應(yīng)的計算公式，為此類裝置的技術(shù)設(shè)計提供了依據(jù)8。2011年李志愿、張淳發(fā)表控制式差動無級變速器調(diào)節(jié)函數(shù)的研究，針對目前控制式差動無級變速器調(diào)速的不準確性，以一種典型PX型差動無級變速器為例，分析了

12、整個裝置各個部件的運動關(guān)系，推導(dǎo)出了輸出轉(zhuǎn)速與調(diào)速手柄轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系，為控制式差動無級變速器的自動化調(diào)速奠定了理論依據(jù)9。同年，以上兩位作者發(fā)表基于MATLAB的控制式差動無級變速器優(yōu)化設(shè)計，針對目前控制式差動無級變速器的設(shè)計比較復(fù)雜，以整個裝置的體積最小為優(yōu)化設(shè)計目標，建立控制式差動無級變速器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，并利用MATLAB的優(yōu)化工具箱對其進行優(yōu)化設(shè)計，得出優(yōu)化后變速裝置的體積比初始設(shè)計的體積小，為同類型傳動的設(shè)計提供有效地設(shè)計方法10。2012年李志愿、張淳、牛軍龍發(fā)表基于ANSYS的控制式差動無級變速器行星架模態(tài)分析，運用有限元軟件ANSYS對控制式差動無級變速器行星架的振動特

13、性和響應(yīng)特性進行較為全面的分析，得到行星架的前6階振型云圖并進行試驗，驗證分析結(jié)果的正確性，從而為避免因裝置共振等因素造成的損害在理論上提供參考，也為進一步研究控制式差動無級變速器的振動問題提供理論參考11。同年，張淳、李志愿、吉濤發(fā)表控制式差動無級變速器控制方案的研究，介紹了控制式差動無級變速器的組成及傳動原理，結(jié)合PX型的差動無級變速器建立輸出轉(zhuǎn)速與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的各個參數(shù)建立起數(shù)學(xué)模型，找出輸出轉(zhuǎn)速與變速比的函數(shù)關(guān)系。從函數(shù)模型找出影響輸出轉(zhuǎn)速的變量，然后在輸出轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)變量之間加一個負反饋環(huán)節(jié)，以此來控制差動無級變速器的轉(zhuǎn)速。同時也詳細分析以PLC為控制核心的反饋系統(tǒng)的硬件設(shè)計，為控制調(diào)速系

14、統(tǒng)模型的建立提供了研究依據(jù)和實現(xiàn)基礎(chǔ)12。同年，李志愿發(fā)表控制式差動無級變速器調(diào)速控制的研究，通過最小二乘法對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，并建立調(diào)速函數(shù)模型，編制出人機對話框，為控制式差動無級變速器的調(diào)速控制提供了相對完整的理論分析過程13。2014年張淳、趙越發(fā)表用于印字模切機的控制式差動無級變速器的結(jié)構(gòu)研究及虛擬裝配，將控制式差動無級變速裝置結(jié)合到印字模切機中，利用控制式差動無級變速裝置的調(diào)速優(yōu)點來達到所需效果14。2015年楊利紅、璩瑤瑤、張淳發(fā)表控制式差動無級變速器的優(yōu)化設(shè)計，通過建立控制式差動無級變速器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB的優(yōu)化工具箱對其進行優(yōu)化設(shè)計，整體減少了減速裝置的體積，

15、為同類型傳動的設(shè)計提供了設(shè)計方法15。1.1.3 國內(nèi)控制式差動無級變速器研究現(xiàn)狀控制式差動無級變速器既然具有機械無級變速器所不能實現(xiàn)的性能，但是它的這種組合也產(chǎn)生諸多缺陷譬如機構(gòu)顯得繁重、功率回流和內(nèi)部各方面參數(shù)協(xié)調(diào)復(fù)雜等。在此，國內(nèi)控制式差動無級變速器的發(fā)展我們從理論研究、試驗研究和應(yīng)用研究等3個方面來闡述。（1）在理論研究方面1）控制式差動無級變速裝置傳動比及調(diào)速范圍的研究控制式差動無級變速器是由兩種復(fù)雜機構(gòu)的并聯(lián)組合，自身的傳達比及調(diào)速范圍分析都比較困難，這樣的組合增加了分析的工作量。國內(nèi)很多學(xué)者經(jīng)過多年的潛心研究，已經(jīng)解決了這樣的難題，并得到很多實質(zhì)性的成果。 2）控制式差動無級變速

16、裝置功率流的研究控制式差動無級變速器按照是否滿足0RRp和RRp來分為精密調(diào)速型、擴大調(diào)速型和過零調(diào)速型。國內(nèi)學(xué)者得出：如果該裝置屬于精密調(diào)速型，它的內(nèi)部就不存在封閉功率流；如果該裝置屬于擴大調(diào)速型和過零調(diào)速型，它的內(nèi)部必然存在封閉功率流。按照組合順序的不同控制式差動無級變速器分為PX型和XP型，在參數(shù)不同情況下，PX型不能實現(xiàn)過零調(diào)速，但是XP型可以（容易發(fā)生自鎖現(xiàn)象）。 3）控制式差動無級變速裝置傳動效率的研究控制式差動無級變速器內(nèi)部可能存在封閉循環(huán)功率，情況也相當?shù)膹?fù)雜。在傳達效率的計算方面可以采用傳動比法（. 克萊依涅斯法16）和嚙合功率法。 4）綜合設(shè)計的研究：對重要參數(shù)的綜合進行研

17、究分析，由于在研究經(jīng)費、人員調(diào)動等各種原因研究的不夠深入，很多工作還需要進一步研究。（2）試驗研究方面1）西安理工大學(xué)的薛隆泉以及郗向儒教授在封閉式差動無級變速器的傳動效率做了一些研究，在基于虛擬技術(shù)等方面做了一些試驗性研究。特別是薛隆泉教授還進行了基于虛擬樣機技術(shù)對其進行動力學(xué)分析，取得不少見解性成果。2）東華大學(xué)在90年代也在差動無級變速器的性能方面做出了大量的試驗性研究。3）九十年代初，華南理工大學(xué)得到國家自然科學(xué)基金的資助進行無級變速傳動速比控制規(guī)律的研究，由于沒有生產(chǎn)廠家的參與，器研究課題隨著基金資助的終結(jié)而結(jié)束。4）21世紀初，西安理工大學(xué)代春英、薛隆泉等在基于虛擬樣機技術(shù)的22k

18、W封閉式差動無級變速器的研究，利用ADAMS進行動力學(xué)仿真。（3）應(yīng)用研究方面1） 陜西科技大學(xué)王乃信、張淳等人的研究課題“用于鍋爐鏈條爐排調(diào)速的應(yīng)用研究”取得重要的研究成果，在某礦務(wù)局得到成功的運用。2） 陜西科技大學(xué)王乃信等人在應(yīng)用方面的研究還有個“平面模切傳動系統(tǒng)的調(diào)速研究”，在企業(yè)成功實踐運行。3） 陜西科技大學(xué)璩瑤瑤等利用MATLAB優(yōu)化工具箱對控制式差動無級變速器進行優(yōu)化設(shè)計，整個裝置的體積減少20%左右。每一步的所取得成果都是艱辛苦研的結(jié)果，在各個方面都取得不少成就，但是需要解決的問題還是有的，進一步的研究還得進行下去。1.1.4 國外控制式差動無級變速器研究現(xiàn)狀20世紀30年代

19、中期，德國Kleiner與Rossler大膽提出用基本型弧錐環(huán)盤式無級變速器與2K-H型行星差動機構(gòu)進行并聯(lián)組合，這樣基本型無級變速裝置的調(diào)速范圍擴大許多。20世紀50年代初期，蘇聯(lián)科學(xué)家提出封閉式行星摩擦變速器，其實也是有機械帶式無級變速器與錐齒輪差動輪系的并聯(lián)組合。后續(xù)也提出很多大膽性的想法，在無級變速裝置的調(diào)速范圍、傳動功率以及調(diào)速準確度都有很大的提高。由于這種裝置都是基本型無級變速器與差動輪系的組合，也沒有定義確切的名稱，在1965年美國科學(xué)家NPChironis定義為“控制式差動傳動裝置”。也是通過裝置功率分流原理提高傳動功率，實現(xiàn)精密調(diào)速；另外通過差動行星機構(gòu)來實現(xiàn)更大范圍的運轉(zhuǎn)速

20、度。在六十年代，由于看到“控制式差動傳動裝置”優(yōu)點，日本國內(nèi)的機械專家對差動齒輪式無級變速器相當量的研究，為該裝置的研發(fā)作出大量貢獻。1.2 控制式差動無級變速器研究意義1.2.1 傳統(tǒng)機械式無級變速器存在的問題無級變速器在現(xiàn)代機械行業(yè)占據(jù)著重要的地位，隨著機械行業(yè)的不斷發(fā)展，對無級變速器的要求也越來越高，傳統(tǒng)的機械式無級變速器在機械的某些領(lǐng)域已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有研究的要求。傳統(tǒng)機械式無級變速器存在的主要缺陷有：（1）機械式無級變速器幾乎都是依靠摩擦力來傳遞動力，施加在摩擦副間的法向壓緊力高達其所傳遞的有效圓周力的2075倍，因此限制了其傳動功率；（2）機械式無級變速器的調(diào)速范圍多在R=46之間，

21、比較難于實現(xiàn)大范圍的調(diào)速，幾乎無法實現(xiàn)正、反向調(diào)速。1.2.2 控制式差動無級變速器研究目的由于現(xiàn)階段機械式無級變速器存在以上兩個主要缺陷，已經(jīng)無法滿足飛速發(fā)展的機械行業(yè)的需求，因而研究控制式無級變速器是很有必要的，控制式無級變速器可以實現(xiàn)以下兩個目的：（1） 使傳動的大部分功率由差動輪系通過，而少量功率流過機械式無級變速器，從而通過功率分流，提高無級變速裝置的傳遞功率的能力；（2） 利用差動輪系的差動合成，得到廣泛的輸出轉(zhuǎn)速范圍，從而擴大無級變速器的調(diào)速范圍1。控制式差動式無級變速器廣泛應(yīng)用于各種場合：1，在輸出轉(zhuǎn)速多變和工藝參數(shù)多變的情況下，比如工業(yè)用的攪拌機、卷揚機、各種機床等；2，在自

22、動生產(chǎn)線上或者特殊要求工況下，要求最適合的工作速度；3，某些機械為了避免共振，通過調(diào)速以快速跨過共振頻率；4，在復(fù)雜的生產(chǎn)線上要求各種機器協(xié)同工作的情況；5，各種車輛變速裝置，等等16。通過研究控制式差動無級變速器，可以提高生產(chǎn)效率，而且易于實現(xiàn)自動控制，減輕工作人員的工作強度。1.3 課題的提出及內(nèi)容1.3.1 課題的提出隨著大工業(yè)時代的到來，無級變速器已成為一種通用的傳動方式，配合減速傳動廣泛的應(yīng)用在紡織、輕工、包裝、農(nóng)業(yè)、食品、化工、國防、起重機械等，機械無級變速器的市場需求也持續(xù)增加，當前也研發(fā)各種類型的無級變速器并已經(jīng)系列化生產(chǎn)。而我國在機械無級變速器起步較晚，研究水平有限，盡管現(xiàn)在

23、國內(nèi)高等院校、科研院所都投入很大的研究，但目前機械式無級變速器大部分都是依靠進口產(chǎn)品進行仿制。在這仿制的過程中產(chǎn)生反求工程這個新興的行業(yè)，同時對科研人員提出更高的水平。目前使用的機械式無級變速器大部分都是依靠摩擦力來傳動的，這樣它的調(diào)速范圍和承載能力有限，限制它的發(fā)展空間。國內(nèi)外學(xué)者為了解決這個問題也提出各種設(shè)想，上面已介紹很多，也取得許多可喜的成果。通過將行星差動輪系封閉基本型機械無級變速器的輸入輸出兩個軸得到一種組合式無級變速器，也就是控制式差動無級變速器，可以很好解決它在調(diào)速范圍和承載能力的缺陷。但是控制式差動無級變速器的運動學(xué)、功率流分析很復(fù)雜，設(shè)計業(yè)比較麻煩、裝置的體積也很大，我校王

24、乃信、張淳等對此做了很多的研究，發(fā)表很多見解性的學(xué)術(shù)論文。1.3.2 課題研究的主要內(nèi)容本次設(shè)計課題，是將機械無級變速器與周轉(zhuǎn)輪系組合，設(shè)計出用于印字模切機的控制式差動無級調(diào)速裝置，以拓寬機械無級變速器的調(diào)速范圍。設(shè)計的重點是在裝置進行全面的傳動特性分析的基礎(chǔ)上，進行裝置的設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。對此，我按照以下幾個步驟進行設(shè)計：（1） 收集本次設(shè)計所需要的資料，分析控制式差動無級變速器的工作原理及結(jié)構(gòu)；（2） 進行初步的設(shè)計計算，分配傳動比；（3） 計算行星輪系基本構(gòu)件的效率、轉(zhuǎn)速、功率以及扭矩；（4） 對周轉(zhuǎn)輪系進行設(shè)計計算；（5） 根據(jù)控制式差動無級變速器的原理和結(jié)構(gòu)，繪制出本課題所設(shè)計

25、出的裝配圖；（6） 對所設(shè)計出的控制式差動無級變速器的重要零件，繪制出其零件圖。2 控制式差動無級變速器的工作原理及設(shè)計2.1 控制式差動無級變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1.1 控制式差動無級變速器的結(jié)構(gòu)針對機械式無級變速器所存在的問題，我們提出新的方案：將機械式無級變速器與差動行星齒輪進行組合，即：用無級變速器去封閉差動輪系的兩個輸入端（或輸出端），形成所謂的“控制式差動無級變速器”，或稱之為“控制式差動傳動裝置”。2.1.2 控制式差動無級變速器的工作原理從無級變速器與差動輪系的組合順序結(jié)構(gòu)上，控制式差動無級變速器可分為PX型和XP型，根據(jù)調(diào)速范圍的不同可以分為精密調(diào)速型、擴大調(diào)速范圍型和過

26、零調(diào)速型?？刂剖讲顒訜o級變速器的原理圖2-1所示：P-機械式無級變速器，調(diào)速范圍 X-差動齒輪系圖2-1 控制式差動無級變速器原理圖1A、B、C差動輪系的三個基本構(gòu)件。對于PX型，C為輸出端；對于XP 型，C為輸入端I、O整個裝置的輸入（輸出）端。對于PX型，I為輸入端；對于XP型，I為 輸入端；對XP型，O為輸出端，I、O均為無級變速器的一端，各相關(guān)構(gòu)件的轉(zhuǎn)速，分別與角標對應(yīng)，（PX型）或（XP型）（PX型）或（XP型）由圖2-1可以看出輸入的功率從輸入軸輸入后分為兩個支流進行傳動，一支通過差動行星輪系流過以便提高基本型無級變速器的承載能力，另一支通過機械基本型無級變速器流過以便調(diào)速17。2

27、.2 控制式差動無級變速器運動學(xué)分析控制式差動無級變速器由以上可知有兩種形式，本課題是以PX型為研究對象，即：輸入功率先流入機械式無級變速器，最后在差動輪系匯合。下面會從各級行星輪系配齒計算、輸出轉(zhuǎn)速驗證、控制式差動無級變速器類型驗證、功率流方向判定、各級效率計算、各級轉(zhuǎn)速計算、各級扭矩計算、各級齒輪設(shè)計計算這幾個方面來闡述課題研究成果。2.2.1 配齒計算計算公式如下： （2-1） （2-2） （2-3） （2-4） （2-5）其中，根據(jù)選取的P3型鏈式無級變速器的調(diào)速范圍=6,；由于畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求裝置輸出轉(zhuǎn)速為018.4r/min，為保證裝置輸出轉(zhuǎn)速可以達到0r/min，因而要令R=-

28、1000。一級行星輪系配齒計算：（1） 當=5.6時，=1-=-4.6，查表8-4知=19，=86 則=-1.88，=0.408，=2.449，=-262.09r/min，=-0.536r/min；（2） 當=6.3時，=-5.3，查表8-4知=17，=88 則=-2.17，=0.408，=2.449，=-232.465r/min，=0.98r/min；（3） 當=7.1時，=-6.1，查表8-4知=15，=90 則=-2.49，=0.408，=2.449，=-207r/min，=0.12r/min;39用于印字模切機的控制式差動無級變速器設(shè)計（4） 當=8時，=-7，查表8-4知=13，=9

29、2 則=-2.86，=0.408，=2.449，=-183.53r/min，=0.31r/min；（5） 當=9時，=-8，查表8-4知=17，=139 則=-3.27，=0.408，=2.449，=-163.1r/min，=0.38r/min；（6） 當=10時，=-9，查表8-4知=16，=140 則=-3.68，=0.408，=2.449，=-146.7r/min，=0.38r/min；（7） 當=11.2時，=-10.2，查表8-4知=14，=142 則=-4.17，=0.408，=2.449，=-131r/min，=0.317r/min；（8） 當=12.5時，=-11.5，查表8-

30、4知=13，=143 則=-4.7，=0.408，=2.449，=-117.4r/min，=0.24r/min。 經(jīng)過一級行星齒輪的配齒計算，決定選擇一級行星輪系配齒計算中第（5）組數(shù)據(jù)的計算結(jié)果進行二級行星輪系的配齒試算算，計算過程如下：由一級配齒計算結(jié)果可知，=17，=139則根據(jù)公式（2-2）知-8.176，=1-9.176又因為=-63.1r/min，=0.36r/min所以=-17.77r/min，=0.04r/min2.2.2 輸出轉(zhuǎn)速的驗證對于PX型控制式差動無級變速器，差動輪系各基本構(gòu)件與輸出轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：（1） 當時， （2-6）（2） 當時， （2-7）經(jīng)驗算，當=1，=-

31、3.27，=-8，=6，=-1000時，=-163.1r/min，=0.36r/min滿足設(shè)計要求。2.2.3 類型驗證上面已經(jīng)闡述過控制式差動無級變速器有三種類型，其判定準則如下：判定方法所屬類型 精密調(diào)速型（A型） 擴大調(diào)速型（B型）精密調(diào)速型（A型）過零調(diào)速型（B0型）擴大調(diào)速型（B型）精密調(diào)速型（A型）表2-1 控制式差動無級變速器類型判定準則根據(jù)以上計算，由于=-3.270，0 故0; 又因為=1.33，=8.01，=8 所以根據(jù)表中的判定準則可知，該裝置為過零調(diào)速型（B0型）控制式差動無級變速器。2.2.4功率流方向驗證任何機械裝置內(nèi)總存在著功率的傳遞，我們?nèi)绻驯粋鬟f的功率看作是

32、某種“流體”，那么功率傳遞的路線就可以看做是“功率流”?？梢岳谩翱肆幸滥狗ā眮砼卸üβ柿鞯姆较颉Ｒ詧D2-1（a）為例，具體的判定方法為：對于PX型控制式差動無級變速器，當轉(zhuǎn)化機構(gòu)中功率從A流向B時，x3=1；當轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的功率從B流向A時，x3=-1。這是一個充要條件，反過來也適用。其中， （2-8）根據(jù)公式（2-8）計算：x3=sign=sign（-0.31）=-1由功率流方向判定準則可知：該PX型控制式差動無級變速器中功率從B流向A，具體流向如圖（2-2）所示：圖2-2 PX型控制式差動無級變速器功率流方向2.2.5效率計算控制式差動無級變速器內(nèi)部可能存在著封閉循環(huán)功率，情況比較復(fù)雜，

33、所以我們?nèi)匀话凑铡翱肆幸滥狗ā眮磉M行計算。如圖（2-2）所示，功率由外部傳入裝置后，有一股功率經(jīng)過太陽輪a返回的功率Mana，該功率就稱為該裝置的封閉循環(huán)功率。封閉循環(huán)功率只有在封閉機構(gòu)中才會存在，并且按封閉的狀態(tài)進行流動，因此也稱“封閉循環(huán)功率”為“循環(huán)功率”或“回流功率”。具體的“克列依涅斯法”如下：設(shè)i為該裝置的傳動比，則i為裝置中各內(nèi)傳動比ik(k=1,2,3，n)的函數(shù)，即：i=f(i1,i2,i3,in)該傳動比稱為運動學(xué)傳動比，而運動學(xué)傳動比為：=f(,)其中 = （2-9）式中是ik所對應(yīng)傳動副的效率。而 ，為避免偏導(dǎo)計算，把公式簡化為： （2-10） （2-11）則裝置的效

34、率計算可由下式求得： （2-12）下面為本課題的效率計算過程：令 ， （2-13）則 （2-14）所以裝置的動力學(xué)傳動比為： （2-15）在ipminipipmax范圍之間選取若干組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)選取的原則為越靠近ipmax，數(shù)據(jù)越疏，以便獲得詳細的效率變化趨勢。（1） 當ip=ipmin=0.408時，由公式（2-10）得x1=1；由公式（2-11）得x2=-1；由公式（2-8）得x3=1；查機械零件設(shè)計手冊可知：減速器的效率為0.9，行星輪系的效率為0.96，則1=A=0.9，2=B=0.96，則0=12=0.9216；由公式（2-13）得對應(yīng)的傳動比分別為：0.408，-3.27，-8；由公

35、式（2-9）得對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：0.408，-3.41，-7.3728；由公式（2-15）得裝置的動力學(xué)傳動比為：28.985；由公式（2-14）得裝置的傳動比為：2001.24；由公式（2-12）得裝置的效率為：0.014。（2）當ip=0.5時，同理得對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：0.5，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：0.556，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-10.014；裝置的傳動比為：-20.158；裝置的效率為：0.497。（3）當ip=0.6時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：0.6

36、，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：0.667，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-7.646；裝置的傳動比為：-11.541；裝置的效率為：0.663。（4）當ip=0.7時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：0.7，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：0.778，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-6.5412；裝置的傳動比為：-8.842；裝置的效率為：0.7398。（5）當ip=0.8時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：0.8，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：0.889，

37、-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-5.901；裝置的傳動比為：-7.522；裝置的效率為：0.785。（6） 當ip=0.9時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：0.9，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：1，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-5.484；裝置的傳動比為：-6.7397；裝置的效率為：0.814。（7）當ip=1.0時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：1，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：1.111，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-5.1901；裝置

38、的效率為：0.834；（8）當ip=1.5時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：1.5，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：1.667，-3.1392，-8.681；裝置的傳動比為：-5.0567；裝置的動力學(xué)傳動比為：-4.4706；裝置的效率為：0.884。（9）當ip=1.8時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：1.8，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：2，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-4.2735；裝置的傳動比為：-4.7596；裝置的效率為：0.898。（10）當ip=2時，對應(yīng)的xi各值分別為

39、：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：2，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：2.222，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：4.1813；裝置的傳動比為：-4.6237；裝置的效率為：0.904。（11）當ip=2.1時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：2.1，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：2.333，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-4.143；裝置的傳動比為：-4.5678；裝置的效率為：0.907。（12）當ip=2.3時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：2.3，-3.27，-

40、8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：2.556，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-4.0778；裝置的傳動比為：-4.474；裝置的效率為：0.911。（13）當ip=2.4時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：2.4，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：2.667，-3.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：-4.04995；裝置的傳動比為：-4.434；裝置的效率為：0.913。（14）當ip=2.449時，對應(yīng)的xi各值分別為：-1，1，-1；對應(yīng)的傳動比分別為：2.449，-3.27，-8；對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：2.721，-3

41、.1392，-8.681；裝置的動力學(xué)傳動比為：4.037；裝置的傳動比為：4.4131；裝置的效率為：0.915。圖2-3 效率變化圖2.2.6 一行星輪系級轉(zhuǎn)速、功率、扭矩計算在解決控制式差動無級變速器的各級傳動比和效率的問題后，其機械輸出特性的問題也就迎刃而解了。具體的計算方法如下：一級行星輪系太陽輪軸轉(zhuǎn)速： （2-16）一級行星輪系行星架轉(zhuǎn)速： （2-17）一級行星輪系行星架功率： （2-18）一級行星輪系太陽輪軸功率： （2-19）一級行星輪系內(nèi)齒圈功率： （2-20） 一級行星輪系太陽輪扭矩： （2-21）一級行星輪系內(nèi)齒圈扭矩： （2-22）由畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書可知：所選電機型號為Y

42、160M1-8，其輸入功率ND=4kW，輸入轉(zhuǎn)速nI=720r/min。結(jié)合效率計算結(jié)果，本課題以上各項參數(shù)的具體計算過程如下：（1） 當ip=0.408時，由公式（2-16）得na=1764.706r/min；由公式（2-17）得nc=0.36r/min；由公式（2-18）得NC=0.056kW；由公式（2-19）得NA=-28.357r/min；由公式（2-20）得NB=30.713r/min。由公式（2-21）得Ma=-153.443Nm；由公式（2-22）得Mb=-1331.976Nm。（2） 當ip=0.5時，同理得na=1440r/min；nc=-35.719r/min；NC=1.

43、988kW；NA=8.278kW； NB=-10.989kW；Ma=54.893Nm;Mb=476.576Nm。（3） 當ip=0.6時，得na=1200r/min；nc=-62.385r/min；NC=2.652kW；NA=5.27kW； NB=-8.393kW；Ma=41.936Nm;Mb=363.992Nm。（4）當ip=0.7時，得：na=1028.57r/min；nc=-81.433r/min；NC=2.96kW；NA=3.862kW； NB=-7.177kW；Ma=35.854Nm；Mb=311.256Nm。（5）當ip=0.8時，得：na=900r/min；nc=-95.719r

44、/min；NC=3.14kW；NA=3.0498kW； NB=-6.4768kW；Ma=32.36Nm；Mb=280.89Nm。（6）當ip=0.9時，得：na=800r/min；nc=-106.83r/min；NC=3.256kW；NA=2.19kW；NB=-6.018kW；Ma=30.067Nm；Mb=260.991Nm。（7）當ip=1.0時，得：na=720r/min；nc=-115.72r/min；NC=3.336kW；NA=2.144kW；NB=-5.692kW；Ma=28.4348Nm；Mb=246.853Nm。（8）當ip=1.2時，得：na=600r/min；nc=-129.

45、052r/min；NC=3.444kW；NA=1.654kW；NB=-5.269kW；Ma=26.323Nm；Mb=228.508Nm。（9）當ip=1.5時，得：na=480r/min；nc=-142.385r/min；NC=3.536kW；NA=1.359kW；NB=-4.903kW；Ma=27.036Nm；Mb=212.636Nm。（10）當ip=1.8時，得：na=400r/min；nc=-151.274r/min；NC=3.592kW；NA=0.981kW；NB=-4.688kW；Ma=23.419Nm；Mb=203.311Nm。（11）當ip=2.0時，得：na=360r/min；

46、nc=-155.719r/min；NC=3.616kW；NA=0.864kW；NB=-4.585kW；Ma=22.9176Nm；Mb=198.844Nm。（12）當ip=2.4時，得：na=300r/min；nc=-162.385r/min；NC=3.652kW；NA=0.697kW； NB=-4.437kW；Ma=22.186Nm；Mb=192.426Nm。（13）當ip=2.449時，得：na=293.998r/min；nc=-163.052r/min；NC=3.66kW；NA=0.682kW；NB=-4.432kW；Ma=22.151Nm；Mb=192.209Nm?！皺C械轉(zhuǎn)速”取極限轉(zhuǎn)速

47、的三分之一作為該裝置的“機械轉(zhuǎn)速”，即nc=-163.13=-54.36r/min則在此轉(zhuǎn)速下，該裝置的效率、各部分轉(zhuǎn)速、各部分功率以及各部分扭矩的計算如下所示：由公式（2-1）可反求出ip=0.566；由公式（2-10）得x1=1；由公式（2-11）得x2=-1；由公式（2-8）得x3=1；由公式（2-13）得對應(yīng)的傳動比分別為：0.566，-3.27，-8；由公式（2-9）得對應(yīng)的運動學(xué)傳動比分別為：0.629，-3.1392，-8.681；由公式（2-15）得裝置的動力學(xué)傳動比為：-8.235；由公式（2-14）得裝置的傳動比為：-13.241；由公式（2-12）得裝置的效率為：0.62

48、2； 由公式（2-16）得na=1272.08r/min；由公式（2-18）得NC=2.488kW；由公式（2-19）得NA=6.014r/min；由公式（2-20）得NB=-9.037r/min。由公式（2-21）得Ma=45.14Nm；由公式（2-22）得Mb=391.92Nm?；谝陨嫌嬎憬Y(jié)果，將各項參數(shù)計算結(jié)果整理至表（2-2）中：表2-2 控制式差動無級變速器一級行星齒輪系參數(shù)表ipnanbNANBMaMbNC0.4081764.706-220.183-28.35730.713-153.443-1331.9760.0140.0560.51440-220.1838.278-10.989

49、54.893476.5760.4971.9880.5661272.8-220.1836.014-9.03745.14391.920.6222.4880.61200-220.1835.27-8.39341.936363.9920.6632.6520.71028.57-220.1833.862-7.17735.854311.2560.73982.960.8900-220.1833.0498-6.476832.36280.890.7853.140.9800-220.1832.519-6.01830.067260.9910.8143.2561.0720-220.1832.144-5.69228.4348246.8530.8343.3361.2600-220.1831.654-5.26926.323228.5080.8613.4441.5480-220.1831.359-4.90327.036212.6360.8843.5361.8400-220.1830.981-4.68823.419203.3110