可調(diào)雙輸出函數(shù)發(fā)生機構及其自調(diào)結構設計研究.pdf

1、創(chuàng)新設計是提高產(chǎn)品自主開發(fā)能力的根本途徑。在機械產(chǎn)品的設計過程中，機械系統(tǒng)運動方案設計的核心就是傳動及執(zhí)行系統(tǒng)的創(chuàng)新。因此，機構創(chuàng)新設計是機構學研究永恒的主題。科學技術的發(fā)展，對機械產(chǎn)品的結構，運動學及動力學性能提出了更高、更新的要求，促使人們對機械產(chǎn)品的核心組成——機構，進行更加深入、系統(tǒng)的研究，進一步認識與發(fā)掘其潛能，進行創(chuàng)造性的設計與應用。平面連桿機構是應用最為廣泛的一類機構，是既簡單而又是最復雜的一類機構，對其分析、設計的理論與

2、方法研究也最多。一般均認為平面連桿機構是很傳統(tǒng)、研究很深入、應用很成熟的一類機構，實際上，由于科學技術及生產(chǎn)的發(fā)展，促使人們?nèi)ジ羁痰恼J識與發(fā)揮其優(yōu)點，克服其不足，以滿足對機械產(chǎn)品的更高要求。所以，對連桿機構的進一步認識、研究與應用，還大有可為，仍是機構學的一個重要研究方向。 機械式脈動無級變速器，由于其一系列的獨特優(yōu)點，從上世紀60年代出現(xiàn)以來，一直受到人們的關注，是一種極有前途和潛力的無級變速器。其核心就是對連桿機構的結構及

3、運動學特性的創(chuàng)造性應用。其最關鍵組成部分——脈沖發(fā)生機構即為連桿機構，它既充分應用了連桿機構的優(yōu)點，同時隨著對無級變速器的性能要求的提高，又暴露出了已有的脈沖發(fā)生機構的一些不足。而脈沖發(fā)生機構的主要的設計要求為：1) 傳動效率高；2) 輸出轉速無級可調(diào)，且有良好的調(diào)速特性，輸出函數(shù)特性變化?。?) 動力特性好，穩(wěn)定性高；4) 要求多套輸出而又希望結構簡單。這些都是一般連桿機構難于達到的，需要進一步的探索、研究與開發(fā)，尋找新的途徑。

4、 本論文正是基于這一需要，針對高性能、大功率脈動無極變速器脈沖發(fā)生機構的特殊要求，更深入、全面的認識與了解平面連桿機構，進一步開拓連桿機構的應用領域，開發(fā)新的雙輸出函數(shù)發(fā)生機構，系統(tǒng)研究其結構學、運動學、動力學的綜合理論與方法。本論文的主要工作如下： ①構建了脈動無級變速器的新型主傳動機構(脈沖發(fā)生機構)——全鉸鏈同軸式雙輸出六桿函數(shù)發(fā)生機構。根據(jù)脈動無級變速器的工作特性要求，應用結構綜合理論，討論了以六桿機構作為脈沖發(fā)生機構

5、的可能方案。提出了連桿機構基本特性宏觀評判方法，以高效、高穩(wěn)定性、簡化結構為主要目標，優(yōu)選出了全鉸鏈同軸式 Stephenson 型六桿函數(shù)發(fā)生機構，作為新的脈沖發(fā)生機構。這樣，從根本上改變了現(xiàn)有脈動無級變速需多套機構并聯(lián)，結構復雜所帶來的一系列不足。 ②根據(jù) Stephenson 型同軸式六桿機構雙輸出函數(shù)發(fā)生器的結構與應用的特征，為便于分析與設計，提出了將該機構的五桿回路視為變連桿長的“等價四桿機構”的概念，從而將該六桿雙輸

6、出函數(shù)發(fā)生機構視為具有同一曲柄的兩套四桿機構(基礎機構與等價四桿機構)進行分析和研究，應用 ADAMS 仿真軟件，構建了同軸式雙輸出函數(shù)發(fā)生機構的參數(shù)化模型。詳細討論了可作為該雙輸出函數(shù)發(fā)生器的特殊結構，即相當于曲柄搖桿機構正反兩種安裝模式的六桿機構兩個輸出搖桿的運動特征，傳力特征及規(guī)律；分析了同軸式雙搖桿機構五桿回路(即變連桿長四桿機構)的基本運動特征、規(guī)律及其主要影響因素，并進行了兩種安裝模式的特征分析比較。更深入、系統(tǒng)的認識和了解

7、了最基本的 4～6 桿機構的結構與運動學、動力學特征；為該雙輸出函數(shù)發(fā)生機構的應用與運動學動力學設計提供了理論依據(jù)，奠定了重要的基礎。 ③基于改善動力學性能，提高輸出運動平穩(wěn)性，針對六桿雙輸出函數(shù)發(fā)生器作為脈動無級變速器的脈沖發(fā)生機構的特殊運動要求，充分應用各種綜合方法的優(yōu)勢，提出了“分段綜合”的思路。首先采用運動幾何學法按“分組綜合”的策略，即采用運動幾何學圖解法與解析法相結合的方法，建立了基礎四桿機構按兩個位置，且瞬時傳動比

8、相等的特殊要求的綜合模型，并對其進行求解。并以該四桿機構為基礎，按變桿長等價四桿機構的等價原則，建立整體綜合模型，求解與基礎四桿機構具有相似運動規(guī)律的五桿回路(即等價四桿機構)尺寸參數(shù)。從而較好的解決了這一按特殊的高階運動參數(shù)綜合的難題，為全參數(shù)的優(yōu)化綜合，提供了可靠的初始解和理論依據(jù)。 ④為進一步優(yōu)化雙輸出函數(shù)發(fā)生機構的運動、動力學性能，得到其最優(yōu)解(特別是具有較多可變設計參數(shù)的五邊回路)，在運動幾何學綜合的基礎上，采用位移矩

9、陣法建立了該機構的全參數(shù)綜合方程，提出了等價四桿機構的修正傳遞函數(shù)要求，應用同倫一連續(xù)算法得到了機構的全部解，并通過分析得到最優(yōu)解。達到了預期的綜合控制目標。 ⑤為進一步提高這一多回路、多輸出、閉鏈結構系統(tǒng)的工作平穩(wěn)性和機械效率與壽命，降低制造成本，對 Stephenson 型同軸式雙輸出六桿函數(shù)發(fā)生機構進行了創(chuàng)造性的自調(diào)結構設計。在對其進行了詳細過約束分析和已有自調(diào)結構設計方法分析比較的基礎上，提出了“零過結束自調(diào)基本組”進行

10、平面連桿機構自調(diào)結構設計的方法。深入系統(tǒng)的總結了多回路系統(tǒng)，特別是具有非二元素桿中間構件(連桿)的自調(diào)結構設計和運動副合理配置的方法與原則。 ⑥為滿足大功率、高效率脈動無級變速器開發(fā)的需要，開發(fā)并研制了新型的帶輔助環(huán)的楔鐵式超越離合器。其構件大多是盤狀的，易于平衡，動載荷較小，響應靈敏，且具有面接觸，從而更具高的承載能力與使用壽命。在分析了該機構的工作原理的基礎上，詳細研究了其楔緊和退楔條件，并對其進行了較詳細的結構設計，加工出