双斜盘同步旋转内功率分流无级变速器三维设计与动力学研究
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摘要
变速器是各种车辆传动系统的重要组成部分。常用的变速器有带式、链式、齿轮式等形式，均属于机械外功率分流。本文研究双斜盘同步旋转内功率分流无级变速器是辽宁省教育厅高等学校科学技术研究项目，曾获国家发明专利。目前正处于研制阶段，其理论研究尚属空白。本文应用Pro／E软件、虚拟技术、有限元等方法对该新型变速器进行了结构设计和理论分析。
本文论述了双斜盘同步旋转内功率分流无级变速器的工作原理、结构特点。应用虚拟技术进行了从多方面研究，应用Pro／E软件对零件进行三维结构设计，在此基础上进行装配，检查各部件是否发生干涉，以检验该变速器几何参数设计的合理性。分析结果表明，其设计的几何参数是正确的。
动平衡问题是该变速器的重要问题，也是难点问题，通过Pro／E虚拟仿真分析，确定组合部件的重心、惯性积及回转半径等，与实验测得的数据进行比较，理论分析与实测结果基本吻合，证明了理论分析计算的正确性。说明该设计应用Pro／E软件求出的复杂不规则物体的重心以及动平衡分析等结果是可信的，对生产实际具有指导作用。
输出轴是该变速器的一个重要元件，通过Pro／E建模，基于动力学有限元基本理论，应用ANSYS／MULTIPHYSICS模块对输出轴进行结构动力学模态分析，得到五阶固有频率及振型，分析结果满足设计要求。
The transmission gearbox is an important constituent of all kinds of vehicle transmission systems. The belt type, the chain type, the tooth wheeled type and so on are popularly used now, belonging to mechanical distribution power output. The simultaneous mode internal power-distributing bencher with double-cam plate studied in this article is a university science and technology research project supported by the Educational Department of Liaoning Province, and it attained the national invention patent. So far, because it has only been in the beginning stage, and its fundamental theoretical researches are still a blank. Pro/E software, hypothesized technology, finite element method are used in this paper to carry on the structural design and the theoretical analysis to this new transmission gearbox.Firstly, the article elaborated the principle of work and the unique features of simultaneous mode internal power distributing bencher with double-cam plate. The three-dimensional structural design of the components was done by Pro/E software, and the models were assembled and built in the foundation, and then the interferences among different parts were testified and the transmission gearbox geometry parameters were made clear. From the analysis result, the design of the geometry parameter is correct.The transient equilibrium question is not only important but also difficult for this transmission gearbox. Through hypothesized simulation analysis with Pro/E, the center of gravity and moment of inertia of the assembly were fixed, and then the data obtained with Pro/E software were compared with that measured actually in the experiment. The theoretical analysis results and actual ones are basal the same. The conclusion from the analogy is that the theoretical analysis is reasonable and credible and that we can find the gravity center of irregular parts with Pro/E software to carry on the transient equilibrium analysis, a practical guidance to the actual production.The output shaft is an important part of the transmission gearbox. By constructing the mold through Pro/E and progressing the dynamics modal analysis with ANSYS/ MULTIPHYSICS, five steps natural frequencies and inspiration are obtained, so the analysis simulation results satisfy the design request.
本文论述了双斜盘同步旋转内功率分流无级变速器的工作原理、结构特点。应用虚拟技术进行了从多方面研究，应用Pro／E软件对零件进行三维结构设计，在此基础上进行装配，检查各部件是否发生干涉，以检验该变速器几何参数设计的合理性。分析结果表明，其设计的几何参数是正确的。
动平衡问题是该变速器的重要问题，也是难点问题，通过Pro／E虚拟仿真分析，确定组合部件的重心、惯性积及回转半径等，与实验测得的数据进行比较，理论分析与实测结果基本吻合，证明了理论分析计算的正确性。说明该设计应用Pro／E软件求出的复杂不规则物体的重心以及动平衡分析等结果是可信的，对生产实际具有指导作用。
输出轴是该变速器的一个重要元件，通过Pro／E建模，基于动力学有限元基本理论，应用ANSYS／MULTIPHYSICS模块对输出轴进行结构动力学模态分析，得到五阶固有频率及振型，分析结果满足设计要求。
The transmission gearbox is an important constituent of all kinds of vehicle transmission systems. The belt type, the chain type, the tooth wheeled type and so on are popularly used now, belonging to mechanical distribution power output. The simultaneous mode internal power-distributing bencher with double-cam plate studied in this article is a university science and technology research project supported by the Educational Department of Liaoning Province, and it attained the national invention patent. So far, because it has only been in the beginning stage, and its fundamental theoretical researches are still a blank. Pro/E software, hypothesized technology, finite element method are used in this paper to carry on the structural design and the theoretical analysis to this new transmission gearbox.Firstly, the article elaborated the principle of work and the unique features of simultaneous mode internal power distributing bencher with double-cam plate. The three-dimensional structural design of the components was done by Pro/E software, and the models were assembled and built in the foundation, and then the interferences among different parts were testified and the transmission gearbox geometry parameters were made clear. From the analysis result, the design of the geometry parameter is correct.The transient equilibrium question is not only important but also difficult for this transmission gearbox. Through hypothesized simulation analysis with Pro/E, the center of gravity and moment of inertia of the assembly were fixed, and then the data obtained with Pro/E software were compared with that measured actually in the experiment. The theoretical analysis results and actual ones are basal the same. The conclusion from the analogy is that the theoretical analysis is reasonable and credible and that we can find the gravity center of irregular parts with Pro/E software to carry on the transient equilibrium analysis, a practical guidance to the actual production.The output shaft is an important part of the transmission gearbox. By constructing the mold through Pro/E and progressing the dynamics modal analysis with ANSYS/ MULTIPHYSICS, five steps natural frequencies and inspiration are obtained, so the analysis simulation results satisfy the design request.
引文
[1] 简晓春．杜仕武主编．现代汽车技术及应用．人民交通出版社
[2] 编辑委员会．汽车工程手册一设计篇．人民交通出版社
[3] 宋锦春等．汽车金属带式无级变速器液压控制原理及数学模型．东北大学学报，1996年6月第20卷第3期
[4] 李军．冯金芝．雷雨龙．电控机械式自动变速器的发展、现状和展望．汽车技术，2000年第3期
[5] 张剑慈．液力机械变速器的液压自动换档系统．机床与液压，2001．No．4
[6] 单鹏．王宏祥．王纪周．RX型无级变速器的受力分析．机械设计与制造，1998．No．4
[7] Liebrand N J. Future Developments in Push Belts for CVT Application. SAE paper 925063;
[8] 林韶义．一种汽车变速器设计．汽车技术，2004．No．1
[9] 冯樱．罗永革．何晓春．郝琪．CVT—无级变速器的发展综述．湖北汽车工业学院学报，1999年12月第13卷第4期
[10] Sakai Y. The " ECVT " Electro Continuousl Variable Transmission. SAE880481
[11] 裘熙定．轿车金属带式无级变速器传动技术发展现状与趋势．汽车技术．1998．4
[12] Hendriks E et al. aspects of A Metal pushing V-Belt for Automotive Cut Applicatoon. SAE paper 881734
[13] 过学迅．轿车自动变速器的发展及应用前景．世界汽车，1999．8
[14] 王红岩．方泳龙．周云山．裘熙定．金属带式无级变速传动系统动态特性的仿真分析．汽车技术，1999．21(5)：1～4
[15] 朱经昌．魏宸侨．车辆液力传动．北京：国防工业出版社，1982
[16] 余志生．汽车理论．北京：机械工业出版社，1990
[17] 阮忠唐主编．1机械无级变速器1．北京：机械工业出版社
[18] 杨亚联．秦大同．谢勇．汽车无级变速器的类型及基本原理．汽车技术，1993(3)：57～59
[19] 曹鑫铭主编．液压伺服系统．北京：冶金工业出版社，1991
[20] Takashi K, Toru F, Shigeru K.A study on a metal pushing Vbelt type CVT(Part 4:Forces act on metal blocks when the speed ratio is changing). In:SAE Tech ed. Paper Series 950671.1995
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[23] 黄盅耀．李冬梅．王景先编著．Pro／ENGNEER2001基础训练教程．清华大学出版社
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[25] 煤炭工业部编．液压传动设计手册．上海科学技术出版社，10～28
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[27] 邵蕴秋．ANSYS8.0有限元分析实例导航．北京：中国铁道出版社，2004
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[31] 王春香．郭志强．朱美珍．李建业．金属带式无级变速传动设计计算中几个问题的探讨．包头钢铁学院学报，1998年第17卷
[32] 何晓春．冯樱等，金属带式变速传动的动力学计算．湖北汽车工业学院学报2000年3月，第14卷第1期
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[41] (苏)履带和轮式车辆传动系的选择．山林译．北京：国防工业出版社，1974
[42] (苏)运输车辆的双流传动．石冰译．北京：国防工业出版社，1965
[43] 成大先主编．机械设计手册．单行本，机械振动·机架设计．北京：化学工业出版社，2004
[44] 徐灏主编．机械设计手册．北京：机械工业出版社，2003．第2版，第1卷
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[47] 孙江宏．黄小龙．高宏编著．Pro／Engineer结构分析与运动仿真Wildfire／2001．北京：中国铁道出版社，2004
[48] 博嘉科技编著．有限元分析软件—ANSYS融会贯通．北京：中国水利水电出版社，2002
[49] 1958
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[51] 博弈创作室编著．ANSYS 7.0基础教程与实例详解．中国水利水电出版社，2003
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[53] B．B．耶尔马科夫．液压传动计算基础．机械工业出版社，1958
[54] 孙志礼．冷兴聚．魏延刚．曾海泉主编．机械设计．东北大学出版社，2000．03．95
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[3] 宋锦春等．汽车金属带式无级变速器液压控制原理及数学模型．东北大学学报，1996年6月第20卷第3期
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