一种低脉动度脉动发生机构的优化设计

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1、第４２卷第６期福州大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．６２０１４年１２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｄｅｃ．２０１４ＤＯＩ：１０．７６３１／ｉｓｓｎ．１０００－２２４３．２０１４．０６．０８８３文章编号：１０００－２２４３（２０１４）０６－０８８３－０４一种低脉动度脉动发生机构的优化设计郑宗熙，蓝兆辉，刘开昌（福州大学机械工程及自动化学院，福建福州３５０１１６）摘要：基于对心型低脉动度脉动式无级变速器的研究成果，提出一种用于此脉动式无级变速器的

2、采用槽型凸轮连杆组合的脉动发生机构，详细阐述了其基本结构与工作原理，分析了该变速器的性能特征．系统研究了脉动发生机构的目标函数、设计变量和约束条件，建立其优化设计数学模型．利用Ｍａｔｌａｂ的优化工具箱对其进行优化设计，得到了更加紧凑的参数设计，达到了优化设计的目的．关键词：无级变速器；脉动发生机构；槽型凸轮；工作原理；优化设计中图分类号：ＴＨ１３２．４６；ＴＨ１３２．４７文献标识码：ＡＴｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆａｔｙｐｅｏｆｌｏｗ－ｉｍｐｕｌｓｉｏｎｉｍｐｕｌｓｅｍｅｃｈａｎｉｓｍＺＨＥＮＧＺｏｎｇ－ｘｉ

3、，ＬＡＮＺｈａｏ－ｈｕｉ，ＬＩＵＫａｉ－ｃｈａｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｆｉｎ－ｌｉｎｅ，ｌｏｗ－ｉｍｐｕｌｓｉｏｎｉｍｐｕｌｓｅＣＶＴ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｖａｒｉａｂｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ），ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄａｋｉｎｄｏｆｇｒｏｏｖｅｃａｍ

4、－ｌｉｎｋｍｅｃｈａｎｉｓｍａｓｉｍｐｕｌｓｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｗｈｉｃｈａｐｐｌｉｅｓｔｏｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｉｍｐｕｌｓｅＣＶＴ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｔｓｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｍａｊｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｗｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｔｕｄｙｔｈｅｔａｒｇｅｔｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈ

5、ｅｉｍｐｕｌｓｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｔｓｏｐｔｉｍｕｍｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ．ＩｔａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＭａｔｌａｂｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｌｂｏｘ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｍｏｒｅｃｏｍｐａｃｔ，ｗｈｉｃｈｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｏｆｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＶＴ；ｉｍｐｕｌｓｅｍｅ

6、ｃｈａｎｉｓｍ；ｇｒｏｏｖｅｃａｍ－ｌｉｎｋｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ０引言脉动式无级变速器传动可靠、变速范围大、最低输出可以为零、调速性能稳定、静止和运动时均能调速，且结构简单、制造较容易，是当前一种理想的无级变速传动装置，在汽车、工程机械等许多领域具有［１］良好的应用前景．目前，对脉动无级变速器的研究与应用领域中，德国、美国和日本等发达国家技术水平较高，其成熟技术的标志是德国的ＧＵＳＡ型及美国的Ｚｅｒｏ－Ｍａｘ型系列产品；国内脉动式无级变速器的研制始于２０世

7、纪７０年代，但目前产品大部分是在ＧＵＳＡ型或者Ｚｅｒｏ－Ｍａｘ型基础上加以仿制和改进而来［２］的，其结构型式单一落后，至今没有一套完整而合理的计算理论与方法．文献［３］所述的对心型低脉动度脉动式无级变速器，因采用压板机构来保证滚子和凸轮相互接触运动的设计，当输入轴转速较高时，由于弹簧被压缩后的恢复时间较长，可能会出现还没有及时恢复的情况，导致凸轮和滚子暂时脱离，凸轮与滚子发生冲击，产生较大的噪音，损坏凸轮表面轮廓，严重时甚至会造成滚子的破坏，影响机器的正常工作．针对以上所述脉动式无级变速器的不足，本研究采用槽型凸轮

8、连杆的几何封闭机构作为脉动发生机构，在滚子与凸轮之间，采用基轴制间隙配合，保证了凸轮和滚子的接触，工作可靠、传动效率高．同时，减少了上下压板、压紧弹簧、导杆等一系列的零部件，且不受压紧弹簧的回复速度限制，有利于传动的平收稿日期：２０１４－０１－０６通讯作者：刘开昌（１９６７－），副教授，主要从事机构学、机械传动方面的研究与教学，ｌｉｕｋｓ＠ｆｚｕ．ｅｄｕ．ｃ