連桿式無級變速器創(chuàng)新設(shè)計

···················裝······························訂····························線······················考生答題不得過此線第2頁共３頁考生答題不得過此線···················裝·····························訂····························線··························第３頁共３頁課程代號：0104009課程代號：0104009濰坊學(xué)院2011-2012學(xué)年第2學(xué)期《機械創(chuàng)新設(shè)計》試卷（論文類）考生姓名學(xué)號年級所在院系專業(yè)班級考生成績閱卷人考生答題不得過此線···················裝·····························訂····························線······················（（命題要求，內(nèi)容要求，格式要求，其它要求，等等）１、試卷完成時間：不得遲于2012年6月29號。２、考試方式、分制與分?jǐn)?shù)解釋采用提交設(shè)計/論文的方式，成績按優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級制評定。３、開卷考試要求：(1)試卷采用B4紙質(zhì)橫向排版，論文或設(shè)計、字?jǐn)?shù)不少于3000。(2)設(shè)計/論文必須橫排。(3)必須獨立完成，若有雷同，均按零分處理。４、下列內(nèi)容：(1)運用創(chuàng)造原理與創(chuàng)新技法進(jìn)行機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(2)反求設(shè)計與技術(shù)引進(jìn)的應(yīng)用(3)原理方案的創(chuàng)新設(shè)計(4)其他形式的創(chuàng)新設(shè)計或論文亦可;利用虛擬樣機技術(shù)的連桿式無級變速器創(chuàng)新設(shè)計脈沖發(fā)生機構(gòu)速度波動的大小，顯著影響無級變速器的動力學(xué)性能?；谶@一點，本文從這一關(guān)鍵因素入手，力求找到一速度波動值較小在調(diào)速過程中且基本保持不變的機構(gòu)。設(shè)計中把調(diào)速構(gòu)件與脈沖發(fā)生機構(gòu)分離，在調(diào)速過程中機構(gòu)的行程速比系數(shù)基本保持不變。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展，虛擬樣機技術(shù)也應(yīng)運而生，已經(jīng)成為與物理樣機實驗同樣重要的研究手段。機械工程中又把虛擬樣機技術(shù)稱為多體機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)。其中最優(yōu)秀的虛擬樣機軟件是由美國MDI公司開發(fā)的ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem）。它是集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬陽極軟件。使用這套軟件可以產(chǎn)生復(fù)雜系統(tǒng)的虛擬樣機，真實的仿真其運動過程，并且可以迅速地分析和比較多種參數(shù)方案，直至獲得優(yōu)化的工作性能，從而大大的減少了昂貴的物理樣機制造的次數(shù)，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，大幅度地縮短了產(chǎn)品研制周期和費用。本文就是利用ADAMS軟件來優(yōu)化設(shè)計一種新型的機械式脈動無級變速器，以獲得最佳的動力學(xué)、運動學(xué)性能，滿足實際的設(shè)計要求。機械式無級變速器實際上是一種傳動裝置，它將輸入軸輸入轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速變換成工程中所需要的輸出軸的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。之前已經(jīng)有很多成熟的無級變速器的結(jié)構(gòu)，如德國的GUSA型無級變速器，美國的ZERO-MAX型脈動無級變速器等，雖然這些無級變速器在實際當(dāng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但也存在一些共同的缺陷，主要是其脈動值較大，而且調(diào)速過程中是變化的，越是低速，脈動值越大。如GUSA型無級變速器在低速狀態(tài)時，它的速度波動可達(dá)到50%左右，這不是很理想的數(shù)據(jù)。速度波動值的大小顯著影響變速器的動力學(xué)性能，基于這一點，本文從這一關(guān)鍵因素入手，力求找到一速度波動值較小在調(diào)速過程中且基本保持不變的機構(gòu)。經(jīng)反復(fù)的設(shè)計和驗證，得到1-1所示的脈沖發(fā)生機構(gòu)，其速度波動控制在20%以下，在整個調(diào)速過程中速度波動的變化不超過1%，達(dá)到了預(yù)期的要求。1新型脈沖發(fā)生機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及工作原理脈沖發(fā)生機構(gòu)的設(shè)計是機械式無級變速器設(shè)計的最關(guān)鍵的部分，脈沖發(fā)生機構(gòu)的急回特性直接關(guān)系到輸出軸的速度波動。以前如GUSA型變速器通過不斷的改變機架的長度來進(jìn)行調(diào)速，在這一過程中，脈沖發(fā)生機構(gòu)的急回特性發(fā)生了變化（即行程速比系數(shù)（K）一直變化），正是由于這一原因，造成了在低速狀態(tài)時速度波動可達(dá)到50%。鑒于此，本設(shè)計采取把影響速度波動的具有急回特性的脈沖發(fā)生機構(gòu)與調(diào)速構(gòu)件分離。在調(diào)速過程中調(diào)節(jié)的是曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄，而我們知道對心式的曲柄滑塊機構(gòu)是沒有急回特性的，該機構(gòu)的急回特性主要取決于前置曲柄搖桿機構(gòu)，而在調(diào)速過程中該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸沒有變化，因此急回特性保持不變。由于采用的是串聯(lián)對心式曲柄滑塊機構(gòu)，通過恰當(dāng)設(shè)計其結(jié)構(gòu)角θ4使前置機構(gòu)的搖桿的運動規(guī)律和滑塊的運動學(xué)規(guī)律變化趨勢一致。在把滑塊的移動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動輸出時采用二級桿組與滑塊串聯(lián)，如1-1圖所示。在進(jìn)行尺寸設(shè)計時，應(yīng)使構(gòu)件HG在豎直平面內(nèi)繞垂直于水平面的軸線對稱擺動，使構(gòu)件HG擺動弧線對應(yīng)的弦和滑塊擺動弧線對應(yīng)的弦和滑塊的移動距離相等，因此構(gòu)件G點的運動規(guī)律和滑塊的運動規(guī)律基本相同。該機構(gòu)的最大特征是在調(diào)速過程中速度波動基本上保持不變，加之高速部分的曲柄搖桿機構(gòu)全為轉(zhuǎn)動副，這就有利于提高整機的輸出運動的穩(wěn)定性，減小振動，提高機械效率。由于后置的曲柄滑塊機構(gòu)曲柄長度的變化將導(dǎo)致滑塊運動規(guī)律的微小變化故輸出速度波動有一定的變化，但對整個速度波動的影響是很有限的，整個調(diào)速過程中其影響不超過1%。2新型脈動無級變速器的基本技術(shù)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)參數(shù)基本技術(shù)指標(biāo)：輸入轉(zhuǎn)速：n0=1500r/min;輸入功率：P=1.5Kw;行程速比系數(shù)：K=2；速度波動：δ<18%;輸出轉(zhuǎn)速范圍：0～300r/min;并根據(jù)功率及超越離合器的尺寸，輸出桿取值范圍60mm<HG<70mm;及根據(jù)整機結(jié)構(gòu)尺寸要求選定前置機構(gòu)的搖桿長為L=100mm。3新型脈動無級變速器的脈沖發(fā)生機構(gòu)的尺寸綜合及優(yōu)化設(shè)計3.1設(shè)計思路本設(shè)計前提是在輸出轉(zhuǎn)速最大的情況下進(jìn)行的。首先根據(jù)曲柄搖桿的急回特性（K=2）來優(yōu)化具有急回的四桿機構(gòu)，在優(yōu)化的過程中保證曲柄搖桿機構(gòu)具有較好的動力學(xué)性能，即在曲柄旋轉(zhuǎn)的一個周期中有較大的傳動角，尤其是在工作行程中有較大的傳動角。設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)時必須滿足三個約束條件：第一，滑塊在慢行程（工作行程）中有一段速度變化平穩(wěn)，近似直線，該裝置采用四套機構(gòu)并聯(lián)而成，故曲柄滑塊機構(gòu)在慢行程中至少有900比較平穩(wěn)，速度波動不能超過18%。第二，