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新型脈動無速化變速器在船舶上的應(yīng)用

1機(jī)、槳配合難從提高效率,降低振動和噪聲,避免空氣泡的角度來看,螺旋轉(zhuǎn)換率最好。對于主機(jī)來說,由于減速不能同時高效地工作,因此不可避免地會出現(xiàn)故障。因此,很難將機(jī)器和槳結(jié)合起來。螺旋槳轉(zhuǎn)速可用改變供油量進(jìn)行控制,使其高效率工作,但發(fā)動機(jī)的功率是變的,耗油量也不是最低,經(jīng)濟(jì)性較差,因此,本文提出用新型脈動無級變速器代替減速器,以實(shí)現(xiàn)恒功率無級變速。2輸出軸轉(zhuǎn)軸如圖1所示,將變偏心曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的B轉(zhuǎn)動副擴(kuò)大到包容A轉(zhuǎn)動副,便成偏心輪機(jī)構(gòu),當(dāng)偏心半徑AB可變時,便為變偏心曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在D轉(zhuǎn)動副上裝上面接觸超越離合器,便成曲柄搖桿組合機(jī)構(gòu),再把兩組組合機(jī)構(gòu)的變偏心半徑按180°相角差并聯(lián)在A軸(輸入軸)及D軸(輸出軸)上,當(dāng)B點(diǎn)繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動時C點(diǎn)擺動,當(dāng)A、B、C三點(diǎn)在一直線上時C點(diǎn)的運(yùn)動速度為零,兩組合機(jī)構(gòu)交替自鎖或超越,便成新型脈動無級變速器(圖2)。如圖2所示,變速桿2在輸入軸1中,其可軸向移動或與輸入軸1同步轉(zhuǎn)動。在變速桿2的圓柱面上,有與其軸向夾角相比,小于等于自鎖角的4個圓頭普通平鍵形斜鍵槽,每側(cè)兩個,在斜鍵槽內(nèi)有滑塊13,在滑塊上面有一個孔,孔裝在圓輪12及變偏心配重4的軸上。在輸入軸1的圓柱面上,每側(cè)有兩個半圓鍵形槽,對稱分布在側(cè)視圖的垂直坐標(biāo)兩側(cè),再把同一組的圓輪12及其變偏心配重4放在同一對槽中。在槽底平面上,有圓頭普通平鍵形透孔,該孔并不影響圓輪12以及在變偏心配重4上插入滑塊13的軸在透孔中移動。圓輪12和變偏心配重4的形狀類似于圓餅,在前者的外圓柱面上有止口與連桿11連接,在兩者的平面圓心上,有類似于圓頭普通平鍵形狀的透孔,透孔兩側(cè)的平行面卡在輸入軸1的半圓鍵形槽底平面上,透孔的兩個圓頭面與輸入軸1的外圓面有適當(dāng)?shù)拈g隙,但這并不影響圓輪12及變偏心配重4在槽中的移動。在主視圖中,變速桿2所在位置的變偏心半徑為零,圓輪12及變偏心配重4的質(zhì)心均在變速桿2的中心線上,輸入軸1轉(zhuǎn)動時輸出軸3不轉(zhuǎn)動。向右連續(xù)拉動變速桿2至變偏心半徑最大值位置,由于斜鍵槽的斜向不同,推動滑塊13使圓輪12及變偏心配重4分別沿輸入軸1的半圓鍵形槽沿徑向向外散開移動,各質(zhì)心的移動距離為變偏心半徑,兩者大小相等,方向相反,輸出軸3的轉(zhuǎn)速由零逐漸增大至最大值。再向左連續(xù)推動變速桿2時,其運(yùn)動正好相反,輸出軸3按側(cè)視圖的反時針方向轉(zhuǎn)動。與變偏心半徑最大值相比,外環(huán)8的內(nèi)半徑R要大得多,因而使得角速度波動幅度變小。由于圓輪12、連桿11和變偏心配重4的質(zhì)量起到了飛輪的作用,特別是在用燃?xì)廨啓C(jī)做動力時,速度不均勻系數(shù)δ變小。3帶單獨(dú)背壓機(jī)構(gòu)的帶封油間隙變化的潤滑副工作原理現(xiàn)有的滾柱式超越離合器為線接觸,變形大,效率低,只能用于一般場合。而如圖2所示,在滾柱10上面安裝一個弧塊7,下面安裝一個下滑塊9,板簧6被鉚釘14鉚在內(nèi)星輪3上的螺紋盲孔中。板簧6的彈力會推動下滑塊9并帶動滾柱10及弧塊7左移,同時與外環(huán)8及內(nèi)星輪3接觸并形成一定的起始摩擦力,便成為面接觸超越離合器。實(shí)踐證明,在弧塊7的R弧面上有平行的細(xì)密排油溝通向接觸面外,溝邊與溝邊之間有適當(dāng)?shù)木嚯x(圖上未繪出),在超越時,無法形成動壓油膜,外環(huán)8與弧塊7總是接觸的,屬邊界潤滑,自鎖靈敏。面接觸超越離合器的自鎖原理與滾柱式超越離合器相同,取楔角準(zhǔn)=6°,小于摩擦角,不同的是,其運(yùn)動副均為滑動摩擦,因此要求下滑塊9與滾柱10及內(nèi)星輪3的滑動摩擦系數(shù)值低于滾動摩擦系數(shù)值,但用提高尺寸和形狀精度,降低表面粗糙度值或更換材料等方法還尚未見到成功的先例。本文采用液體靜壓潤滑原理,使滑動副被承載油膜分開,以液體摩擦狀態(tài)工作,其摩擦系數(shù)只有萬分之幾,與滾動摩擦系數(shù)相比要小得多,且自鎖可靠,解鎖阻力矩非常小,磨損小,壽命長。該機(jī)不工作時,變速桿2在變偏心半徑為零的位置,沒有壓力油注入時,封油間隙為零。工作時,先開動主機(jī),驅(qū)動輸入軸1及定壓油泵,注入壓力為P的高壓油,經(jīng)輸出軸3左端進(jìn)入小孔節(jié)流器15以及相連很近的兩個油腔。在高壓油的作用下,零件會發(fā)生彈性變形而形成封油間隙,再向右拉變速桿2后,變偏心半徑便不再為零。設(shè)此時組合機(jī)構(gòu)1組外環(huán)8的轉(zhuǎn)速由零開始反時針轉(zhuǎn)動時為開始自鎖。外環(huán)8與弧塊7的滑動摩擦力使兩者同步轉(zhuǎn)動,其驅(qū)動轉(zhuǎn)矩使各零件在發(fā)生彈性變形,在空轉(zhuǎn)一個溜滑角α后才與內(nèi)星輪3同步轉(zhuǎn)動并完成自鎖,自鎖后,同步轉(zhuǎn)角為β。此時,輸出軸3有動力輸出,增大轉(zhuǎn)矩時封油間隙會變小,在最大轉(zhuǎn)矩時,封油間隙達(dá)到最小,弧塊7對外環(huán)8的壓力達(dá)到最大。假設(shè)最小封油間隙為0.005mm,兩個最小封油間隙之和為0.01mm,小孔節(jié)流器的壓力降為0.1P、流量為1L/min,則油腔的油壓為0.9P。當(dāng)?shù)?組組合機(jī)構(gòu)的外環(huán)8開始自鎖時,第2組組合機(jī)構(gòu)外環(huán)8的轉(zhuǎn)速由零開始順時針轉(zhuǎn)動并開始解鎖,外環(huán)8與弧塊7的滑動摩擦力使兩者順時針同步轉(zhuǎn)動,帶動滾柱10及下滑塊9右移,由此,封油間隙便逐漸增大。油的流量與進(jìn)入封油間隙入口處的截面積成正比,當(dāng)兩個封油間隙之和接近0.031mm時,油的流量也由1L/min達(dá)到3.1L/min,增大了3.1倍。小孔節(jié)流器15的壓力降與小孔直徑有關(guān),與流量的平方成正比,因壓力降在由0.1P增大到其3.1的平方倍后接近于P(0.1P×3.12=P),因而此時油腔中的油壓接近于零,弧塊7對外環(huán)8的壓力非常小,當(dāng)外環(huán)8空轉(zhuǎn)了α角后,各零件的彈性變形消失,在板簧6的彈力作用下,弧塊7便對外環(huán)8開始滑動,完成解鎖。解鎖后,外環(huán)8對弧塊7超越β角,沒有動力輸出。離合器的α角在面接觸時比線接觸時小得多,它對輸出軸3的脈動波形的連續(xù)性影響不大。在驅(qū)動力矩過大、封油間隙達(dá)到零時,由于沒有液體潤滑,便不自鎖,外環(huán)8對弧塊7滑動。油腔的厚度比封油間隙大得多,其周圍有一定寬度的封油面,若要求兩油腔的封油間隙相同,則兩油腔的面積不等。為減小推、拉變速桿2的阻力,對變速桿2和滑塊13采用液體靜壓潤滑技術(shù)。采用用鋼絲紡織的橡膠軟管將壓力為P的高壓油從變速桿2的右端引入至中心進(jìn)油孔中,其中一路經(jīng)節(jié)流器15流入其表面上的4個油腔中,然后再經(jīng)封油間隙、回油溝流回油箱;另一路經(jīng)節(jié)流閥15進(jìn)入滑塊13的兩個油腔中,然后再經(jīng)封油間隙、回油孔和回油溝流回油箱。4新型互聯(lián)脈制波速的效率和長度4.1彈性變形角機(jī)構(gòu)由運(yùn)動副組成,一般運(yùn)動副確定后,其效率是不變的。下面,將用求功率法來計算效率。設(shè)轉(zhuǎn)矩為M,彈性變形角α(又稱溜滑角)屬損耗功Wf,同步轉(zhuǎn)角β屬有用功Wr,輸入功為Wa,則效率為:假設(shè)β=1°,η=0.98,可求出α=0.04°。以α為依據(jù),用虎克定律計算出各零件的許用截面面積,它應(yīng)滿足無限壽命設(shè)計N-S曲線最小應(yīng)力值的要求,其壽命需比齒輪長。4.2新型動脈無產(chǎn)階級變壓器的正轉(zhuǎn)效率組合機(jī)構(gòu)有4個轉(zhuǎn)動副,由于是并聯(lián),因此只按一個組合機(jī)構(gòu)計算。脈動無級變速機(jī)構(gòu)的效率為(0.98)4=0.92,換向機(jī)構(gòu)的正轉(zhuǎn)效率η換正=0.98,新型脈動無級變速器的正轉(zhuǎn)效率為η脈正=0.92×(0.98)2=0.88。5機(jī)構(gòu)的慣性力在圖1中,A點(diǎn)為輸入軸,與燃?xì)廨啓C(jī)主軸相連,圓輪的幾何中心是變偏心半徑的質(zhì)心。假設(shè)圓輪、連桿、外環(huán)(搖桿)的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,其質(zhì)心分別在B、E、D點(diǎn)處。為平衡,用集中于B、C兩點(diǎn)的兩個質(zhì)量m2B和m2C代換,用質(zhì)量代換法便可求出:在AB延長線上,B′(AB=AB′)處變偏心配重的重量為(m1+m2B)·g,即變偏心配重的重量比圓輪的重量大m2B·g。同理,在CD延長線上,C′處(取CD=DC′)配重的重量為m2C·g。安裝上變偏心配重及配重,可以認(rèn)為A、D點(diǎn)分別集中了兩個質(zhì)量mA=2(m1+m2B)及mD=m3+2m2C,便可求出AD線上的機(jī)構(gòu)總質(zhì)心點(diǎn)F。由于F是定點(diǎn),即aF=0,與變偏心半徑大小無關(guān),因而認(rèn)為機(jī)構(gòu)的慣性力已得到平衡。在圖2中,向右拉變速桿2時,其左端第1個實(shí)線斜鍵槽及第2個虛線斜鍵槽中的滑塊13會推動第1組圓輪12向下移動,而其變偏心配重4則向上移動,由于兩者不在同一平面內(nèi),便形成了反時針力偶矩。第3個實(shí)線斜鍵槽和第4個虛線斜鍵槽中的滑塊13用于推動第2組圓輪12及其變偏心配重4移動,其運(yùn)動方向及形成的力偶矩與前者相反,達(dá)到了完全平衡。6發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小、穩(wěn)定低,耗油量低船舶均速直線航行時的速度為ν,船舶受到的阻力為R,燃?xì)廨啓C(jī)的額定功率供油量轉(zhuǎn)速分別為N額、Q額和N機(jī)額。R為變量,與外界條件有關(guān)。用新型脈動無級變速器控制槳轉(zhuǎn)速n槳,改變v,使三者呈R·v=N額關(guān)系才是恒功率無級變速、燃?xì)廨啓C(jī)在額定工作點(diǎn)上的工作。當(dāng)外界條件發(fā)生變化,如頂風(fēng)行駛R增大、n機(jī)轉(zhuǎn)速下降、燃?xì)廨啓C(jī)額定工作點(diǎn)下移發(fā)不出N額時,向左推變速桿2,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的變偏心半徑便變小,n槳下降時,n機(jī)升至n機(jī)額,額定工作點(diǎn)回到原處。當(dāng)艦船在輕載狀態(tài)下航行時,R變小,n機(jī)增大,發(fā)動機(jī)過載,額定工作點(diǎn)上移,向右拉變速桿2,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的變偏心半徑便增大,n槳增大時n機(jī)會回落到n機(jī)額,工作點(diǎn)回落到原處,便可實(shí)現(xiàn)恒功率無級變速,耗油量也可達(dá)到最低。圖3所示為燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速和耗油量特性曲線。在曲線最低點(diǎn),為額定供油量Q額及燃?xì)廨啓C(jī)的額定轉(zhuǎn)速n機(jī)額。7帶開嵌槽的牙倒車時,先將變速桿2向左推至零位,用動力幫助轉(zhuǎn)動換向手柄,牙嵌離合器1左移,牙嵌離合器2右移,在離合器2的牙進(jìn)入嵌槽前,離合器1的牙已全部脫開嵌槽,此時,讓輸出軸3慢慢轉(zhuǎn)動。當(dāng)離合器2的牙全部進(jìn)入嵌槽后,鎖住手柄即可。無論是在航行狀態(tài)還是停泊狀態(tài),均可

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