0 引言

    無(wú)級(jí)變速器（ Continuously Variable Transmission,簡(jiǎn)稱CVT)是一種應(yīng)用較廣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，目前機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器普遍存在速度波動(dòng)較大、傳動(dòng)比較小、輸出運(yùn)動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)勻速輸出等缺點(diǎn)，而錐形凸輪式的無(wú)級(jí)變速器利用錐形凸輪機(jī)構(gòu)以及單向超越離合器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，理論上可以得到速度波動(dòng)非常小的勻速輸出運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，而且還能大大降低開(kāi)發(fā)成本。本文運(yùn)用CATIA軟件對(duì)錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的主要零部件進(jìn)行三維建模和裝配，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，實(shí)現(xiàn)輸出運(yùn)動(dòng)達(dá)到勻速輸出的效果。

1 錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理

1 . 1 錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)

    錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示,它主要由主動(dòng)軸（凸輪軸）、從動(dòng)軸、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、凸輪、擺桿、單向超越離合器等組成。

1 . 2 錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的工作原理

    錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器工作原理是:通過(guò)輸人軸連接傳動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)三驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而擺桿和輸出軸的單向超越離合器連接，擺桿來(lái)回?cái)[動(dòng)作為輸出驅(qū)動(dòng)軸連續(xù)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

    圖1 錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器總體結(jié)構(gòu)圖

2 基于CATIA的錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的主要零部件建模與裝配

2 . 1 主要零部件的建模

2 . 1 . 1 主動(dòng)、從動(dòng)齒輪的建模

    錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器所設(shè)計(jì)的齒輪都是漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。在CATIA軟件中，以齒頂圓半徑為半徑建立一圓弧,然后拉伸成一圓柱體。根據(jù)設(shè)計(jì)的齒輪參數(shù)，做出一個(gè)齒的齒廓曲線,拉伸該齒廓曲線并與前面生成的圓柱體做布爾運(yùn)算，然后用圓周陣列命令生成其他的齒，最后拉伸切除齒輪的中心安裝孔，得到齒輪的三維模型，如圖2所示。

2 . 1 . 2 輸人軸、輸出花鍵軸的建模

    根據(jù)錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用CATIA軟件對(duì)輸人軸、輸出花鍵建立的模型如圖3和圖4所示。

2 . 1 . 3 錐形凸輪的建模

    錐形凸輪根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理來(lái)設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，把曲線坐標(biāo)通過(guò)TXT格式導(dǎo)人CATIA軟件中，偏移兩條曲線即可得到凸輪兩端的實(shí)際輪廓曲線。兩輪廓距離為凸輪長(zhǎng)度，然后用軟件對(duì)兩端的實(shí)際輪廓進(jìn)行放樣特征處理,得到各橫截面均相似的三維錐形凸輪，最后得到錐形凸輪的三維模型如圖5所示。

    圖5 錐形凸輪三維模型

2 . 2 裝配

    利用CATIA軟件對(duì)錐形凸輪的無(wú)級(jí)變速器進(jìn)行裝配，插人該無(wú)級(jí)變速器零部件的三維模型，通過(guò)重合、平行、相切、同軸心等一系列裝配命令，最后得到該新型無(wú)級(jí)變速器的整體裝配圖，如圖6所示。

3 基于CATIA錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的運(yùn)動(dòng)仿真

3 . 1 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

    在CATIA軟件輸人中軸設(shè)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其角速度為w=150r/min=900d/S。根據(jù)運(yùn)算能力及仿真要求，把仿真時(shí)間設(shè)置成6s，仿真步長(zhǎng)設(shè)置成1200mm,其他按照默認(rèn)值設(shè)置。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,仿真過(guò)程圖如7至9所示。

    圖9 仿真過(guò)程圖3

3 . 2 運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果分析

    將建立的無(wú)級(jí)變速器裝配體通過(guò)導(dǎo)人CATIA中然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。從仿真過(guò)程圖可以得出，該凸輪式無(wú)級(jí)變速器采用具有組合規(guī)律的擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，配合單向超越離合器，理論上可以實(shí)現(xiàn)完全的勻速輸出。仿真結(jié)果與目前一些機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器的參數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果證明該錐形凸輪式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器可以實(shí)現(xiàn)完全勻速輸出、性能良好。

4 小結(jié)

    文章對(duì)錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的工作原理進(jìn)行了介紹，運(yùn)用CATIA軟件對(duì)錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的主要零部件進(jìn)行了模型的構(gòu)建，并對(duì)其進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明該錐形凸輪式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器可以實(shí)現(xiàn)完全勻速輸出的良好效果。

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本文標(biāo)題：基于CATIA的錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的建模與仿真

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