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某拖拉机用链式CVT传动系统的设计及动力学分析

石勇  
【摘要】:近年来,随着技术与工艺的不断发展,无级变速器越来越广泛的应用在各类型车辆上。作为无级变速器的一种形式,链式无级变速器以其独有的链条结构突破了传统钢带式无级变速器不能传递大扭矩的限制,为无级变速器在大扭矩车辆上的应用提供了可能。本文在企业委托技术开发项目“链条仿真技术开发”的支撑下,与杭州东华链条集团合作,针对某款拖拉机用链式无级变速器变速传动系统进行了设计,运用CAE分析方法对其进行了相关的特性研究,建立了链式CVT变速传动系统的设计与分析评价方法。论文综述了链式CVT的国内外研究现状,对比分析了不同传动形式的无级变速器,详细阐述了链式CVT的主要结构组成与传动装置的变速原理,具体分析了链式无级变速器传动系统的几何关系与运动关系,确定了相关参数,建立了链式CVT传动系统力学模型,分析了销轴与锥盘的接触力、锥盘的夹紧力以及推力比等力学关系。论文根据企业提供的输入扭矩与传动比等基本参数,以及传动系统整体尺寸与布局要求,设计了一款拖拉机用链式CVT传动装置,详细的论述了各个零部件的设计与选择原则,并根据所使用的链节节距与片形的特殊形式,创新性的提出了一种既可以减轻链条重量又不影响其强度的装配形式,并在CATIA中完成链式CVT传动装置的三维几何建模。针对所设计的链式CVT传动系统,利用有限元分析技术对该种特殊装配形式的链条及锥盘进行了强度与刚度的校核,分析结果表明本设计中所用链条与锥盘的强度和刚度满足使用要求;同时基于有限元中的模态理论,对该传动系统进行了模态分析,分别计算了滚销链与锥盘的固有频率与振型,计算结果表明各阶频率都避开了传动系统在各工况下转速所对应的频率,不会产生共振,满足振动特性的要求。基于多体动力学理论,建立了链式CVT传动系统的动力学仿真分析模型,对该传动系统进行运动学与动力学动态特性研究,针对不同的输入转速与不同的传动比进行了仿真分析计算。提取不同边界下的输出转速,计算传动比误差,分析了其传递的准确性,根据标记链节运行轨迹分析了其传动过程中的波动情况,从链条间的张力以及销轴与锥盘接触力分析了该装置的受力变化规律,分析结果表明该传动系统动态特性规律与理论分析相符。论文的研究成果为车辆链式无级变速器传动系统以及其他链传动系统的设计与分析提供了基本方法与思路,对提升链式无级变速器的自主开发能力,加快链式无级变速器开发设计体系的建立,具有重要的意义。


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