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                齿轮减速机
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                无级变速器的功能和动能性分析
                   新闻来源:中国减速机网    时间:2011-06-30    点击:1958

                一、变速器功率分流原理
                  该变速器采用了内功率分流传动技术,其功率分流原理。输入轴1上的输入功率P1在泵配流盘3、泵斜盘4处分两路传递到输出轴10上:一路是泵柱塞2对泵斜盘4产生的径向分力,通过斜盘支座5传递到输出轴10上的机械功率Pm;另一路是泵柱塞2产生的高压油通过斜盘支座5上的主油通道6,作用在马达柱塞9上,对马达斜盘8产生径向的分力,再通过斜盘支座5传递到输出轴10上的液压功率Ph.
                  二、特定工况下的传动比
                  该变速器采用通轴式变量泵和变量马达的传动方案,其中马达缸体固定不动,泵斜盘、马达斜盘安装在斜盘支座上,与输出轴同步旋转。操作操纵杆可以任意改变泵斜盘、马达斜盘的倾角,获得任意一种输出转速。
                 。1)当泵斜盘倾角为0时,传动比为0,输出转速为0,相当于离合器断开状态。
                 。2)当泵斜盘、马达斜盘的倾角同时为最大时,传动比为0.5,这时输入功率的50为机械传动,另50为静液压传动。传动效率大约为95,这时输出轴的最大扭矩是静液压传动的2倍。该变速器的另一个特点是,能将输入轴的扭矩叠加在输出轴上。
                 。3)当马达斜盘的倾角为0时,传动比为1,这时的输出功率100是机械传动,液压传动的功率为0,这时主油道液体的流速为0,柱塞此时相对于缸体不运动,这时的传动效率最高,总效率大约为0.95.
                 。4)当泵斜盘倾角为负值时,输出轴反转。
                 。5)当马达斜盘的倾角为负值时,输出轴增速,但这时传动的效率普遍低于静液压传动的效率。
                  三、性能分析
                  新型液压机械内功率分流无级变速器主要是由轴向柱塞泵、马达、斜盘支座、输入轴、输出轴、前端盖、后端盖、配重体和操纵装置等组成?墒迪秩缦滦阅埽
                 。1)马达输出轴的最高转速高。马达输出轴最高转速通常受柱塞、滑靴离心力,比转速及轴承使用寿命三个因素的限制。相对而言,该变速器装置中的马达输出轴最高转速较高,主要体现在:1)柱塞、滑靴离心力的限制:当马达输出轴转速达到一定程度后,柱塞离心力所引起的附加机械摩擦损失将迅速增大,同时滑靴的离心力将产生一个很大的使滑靴绕柱塞球头翻转的力矩,破坏正常的油膜间隙,使滑靴烧损。在该变速装置中,因马达缸体固定不动,所以没有马达柱塞、滑靴离心力因素的影响,相对而言,该变速装置中马达输出轴的最高转速高。
                  2)滑靴与斜盘,缸体与配流盘这两对摩擦副比功[PV]值的限制:评价泵(马达)的设计、制造水平的一个综合性能指标叫做比转速,即摩擦副比功[PV]值,其表达式中,n为转速,r/min;q为排量,mL/r.该变速器斜盘倾角摆动幅度较小,排量较小,比转速为固定值,因而转速n相对较大。
                  3)轴承使用寿命的限制:通常在使用的高效区变速范围内,马达输出轴达到高转速时,马达斜盘的倾角是马达斜盘最大倾角的一半,所以轴承此时的负荷是最大负荷的1/2,有利于轴承使用寿命的提高;另外该无极变速装置泵、马达配油盘是一种浮动式的结构,配油盘重量很小,所以轴承的支撑精度高,高速旋转时的冲击、振动对配油面的紧贴性影响都很小,从而实现较高的输出转速。
                 。2)最大输出转矩是液压变速传动最大输出转矩的2倍。在额定工作压力条件下输出扭矩M2与传动比i21的关系曲线。变速器采用功率分流原理,正反转时主要受效率的影响,因而输出转矩的正反曲线不对称。该变速装置在传动比i21=0.5时,最大输出扭矩为Mmax=2Pmax?Vmmax(通常Vpmax=Vmmax,其中Pmax为油液最大工作压力,Vmmax为马达排量最大值,Vpmax为泵排量最大值),是液压变速传动最大输出转矩的2倍。反转时液压功率分流比所占比重大,机械效率m急剧下降,从而导致输出转矩M2呈下降趋势(M2=Mom,其中Mo为理想输出转矩).
                 。3)使用寿命长。该变速器泵配流盘和马达配流盘为浮动结构,泵缸体、马达缸体内的轴承受力条件好,负荷大时转速低,转速高时负荷小,轴承使用寿命长。当输入转速相同的前提下,该变速器柱塞、滑靴的往复惯性力是静液压传动的1/4,主油道液体的最大流速是静液压传动的1/2.该变速器主要是以机械传动为主,因此柱塞、滑靴、缸体的使用寿命长,是静液压传动的3~5倍。
                  四、液压机械无级变速器的虚拟样机的建立及干涉检查
                  新型液压机械无级变速器零件多且结构复杂,在建立变速器虚拟样机时需技巧性应用Pro/EWildfire软件自带功能,力求操作简单方便。建立的变速器机构模型。利用软件的检查功能分析装配体中各零部件之间是否存在动、静态干涉现象,及时发现可能存在的干涉,并进行相应的调整,以保证虚拟装配模型的可行性。计算结束时在窗口左下角的任务栏中出现了“Therearenointer-feringparts”信息提示,表明该变速器零件间无干涉,结构设计合理,加工制造该变速器切实可行。
                  五、产品动平衡实验
                  对实际加工出来的液压机械无级变速器实物,应用YWD-100/2型硬支承动平衡实验平台,测试其配重体、压盘、配流盘、斜盘等的动平衡。应用IBM-II智能化多功能动平衡测试仪,针对该变速器处于特定工况(即泵斜盘、马达斜盘处于某一倾角)时的动平衡情况进行实验测定。泵斜盘(左)倾角为-18°,马达斜盘(右)倾角为-18°时的动平衡实验及结果;泵斜盘(左)倾角为-18°,马达斜盘(右)倾角为18°时的动平衡实验及结果;泵斜盘(左)倾角为0°,马达斜盘(右)倾角为9°时的动平衡实验及结果。
                  从实验结果可以看出,与理论值相比,实验结果误差不大于2,接近理想的数值即接近平衡。
                  六、应用前景
                  液压机械式无级变速器(HMT)采用液压、机械双功率流传动,输出功率大,无级变速控制灵活方便,合理的传动设计液压功率分流比小,传动效率高。其在军用装甲车辆上已大量使用,在大功率民用车辆领域也表现出良好的应用前景,如:在农业机械领域主要应用对象是自走式谷物联合收割机,工程机械领域应用的主要对象是履带式推土机,汽车领域应用的主要对象是轿车。
                  七、结论
                  目前,在我国液压-机械外功率分流传动装置的研制尚处起步阶段,迄今尚无产品问世。该新型液压机械内功率分流无级变速器的提出在提高我国机械产品质量和整机水平,缩小与国外先进国家的差距,填补我国在该项技术领域的空白和促进我国汽车工业的发展等方面,都具有现实性意义。

                 

                 

                 
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