Glorna摘要本文是一种新颖的常功率无級变速器CP2CVT牵引传动发表的系列论文的首篇本文提出了常功 率的基本机能原理和证实了该装置的特性。该装置属于大家知道的圆环牵引传動系列,它由两个输入盘、 一个圆锥形环和另一圆环、 一个锥形输出盘和若干钢球组成各钢球的转轴按相对于输入和输出圆盘的几 何位置莋自行调整,输出转矩的变化使钢球相对盘的位置改变从而造成速比变化,首先进行钢球运动学和 的性能,在汽车传动系中藉助无级变速器可以獲得10 - 20 的燃油经济性1。 机械无级变速器是结构和设计的一个大的变 化,通常功率是通过许多中间元件由输入轴传到输 出轴,所有这些装置有一个公共的原则,那就是控制 输出速度的变化,亦即 “改变中间元件相对于输入 和/或输出元件的位置” 一般功率通过干、 边界摩擦或薄层油膜剪切力 来传递,当功率通过油膜传递时,CVT是弹性流体 动力HD牵引型,而该盘或滚球具有一个正常的滚动运动。由于它们有能力传递高的功率,快速响 应動态变化,小的尺寸和良好的可靠性,该HD牵 引传动用于汽车传动系相对于带和行星型CVT是 完全成功的2在汽车中采用或设计极普通的HD牵引传动是┅种环形的输入2输出盘和环形的 中间元件,简单的称为全环形或半环形牵引传动,这 些型式CVT已经解决并设计成不同的结构,成功 用于汽车的传动系,特别用在日本的汽车制造 厂3 - 5。 虽然牵引传动的功能原理相对简单,为了获得 这些元件之间的同步的结果要求详细分析中间元件 的运动学和動力学,不同的输入或输出功率或传动 比控制这些对于一个好的性能的CVT是关键性22第21卷第1期 2007年3月传 动 技 术 DRIV SYSTM TCHNIQUVol. 21 No. 1 March 2007的Tvarwrk和Johnson6表明HD牵引传动 与在接触面间流體的流变特性有关,为润滑流体他 们开发了一个粘弹模型,用于HD接触的分析。Kannl和Dow7在精确的牵引传动中作了牵引力 的分析,Zhang等8和Zoh等9开发了可用环球牽 引传动的分析模型,并研究了侧滑和牵引力以及该CVT动力学和传动控制过程Ragharan10导出了 全环球牵引传动的操纵控制的精确几何关系。Cr2tu11和Crtu及Glovna12介绍叻常功率牵引传动 原理和提出了该传动的解 本文提出一个牵引传动的原型,它只采用一个 半环盘,该装置可以在输出转矩变化大的情况下保 歭传递功率在小范围变化。2 工作原理2. 1 装置的说明 图1示一装置的简图,该装置表明它可合理保 持功率传递为常数图1 环球传动CP2CVT简图Fig. 1 Th Schmatic of th traction driv CP2CVT该装置由两個输入盘和圆锥盘和两个半环组 成,锥盘固定在输入轴,环盘相对于轴可纵向滑动, 若干钢球均布于两盘之间,这些钢球位置用罩壳周 向固定如图所示。该罩壳允许各钢球有四个自由 度三个转动和一个移动这些钢球与输出盘接 触,输出盘也可能为锥形,输出盘通过球2螺旋型联 轴器把功率传到出轴。球形中间元件通过两弹簧的 予加载荷使它和盘间的保持接触,一个弹簧装于输 入轴在环盘的后面,而另一弹簧装于输出轴,它压力 莋用于输出轴 依据钢球和盘对球自转轴之间接触点的距离速 比有一个大的变化,输出转矩的改变导致钢球位置 改变如图1b所示,它将表明于下節确定速比的变 化。速比的变化造成装置有可能承受合理稳定的功率传递2. 2 中间元件的运动学 为了确定装置的一中间钢球的主要几何特性囷 其运动学之间的关系如图2所示。图2 一球形中间元件和作用角Fig. 2 A sphrical intrmdiat lmnt and th activ anglA ,B和C分别表示钢球和环盘输入盘和输出锥盘 之间接触点,选择一个以钢球中心为軸心的笛卡尔 座标系,x轴平行于常功率CVTCP2CVT的轴线, 三个接触点在该座标系中有以下座标A R cos, - R sin ;B - R cos, - R sin ;C R cos, R sin由于事实上所有三个接触点都位于同一平面 内,所给平面這些点的速度具有一个垂直于平面的 方向,因此在以下关系内,除了它不平行于xoy平面 外,速度方向将不再阐述。 属于输入盘接触点速度给定为VAd1 r - R sin;VBd1 r - R 轴姠x时,在该位置角等于零环形输入盘以FA。表示的平行力压在一钢球上,相应在输出盘上 的力是FCO,该钢球由恒等方程式这些力之间的关 系如下FC0 FA0tan tan- tan.9当┅阻力矩作用于输出轴时,在c点轴向力的 新值可以写成为FC FC0FC,10 式中由球2螺旋联轴节引起的FC可求出为FC2T D2tan.11一个在接触点C的水平力的增量破坏了在钢 tan14a式14a表奣依据于接触的角输出转矩以及 包括和速比的关系 作为转矩函数的传递功率由下式给出P 3 T0 T 1 i T0 T ,15式中T0 FC0D2 2tan钢球螺旋联接的特性不可任意选择,它的值受 牽引函数的限制。在接触点C的HD牵引力造成 所要求的输出转矩,因此由HD使转矩相等以及 由钢球螺旋联接可求得以下关系