可調(diào)雙輸出函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)及其自調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計研究.pdf

1、創(chuàng)新設(shè)計是提高產(chǎn)品自主開發(fā)能力的根本途徑。在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程中，機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計的核心就是傳動及執(zhí)行系統(tǒng)的創(chuàng)新。因此，機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計是機(jī)構(gòu)學(xué)研究永恒的主題?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)性能提出了更高、更新的要求，促使人們對機(jī)械產(chǎn)品的核心組成——機(jī)構(gòu)，進(jìn)行更加深入、系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步認(rèn)識與發(fā)掘其潛能，進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計與應(yīng)用。平面連桿機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的一類機(jī)構(gòu)，是既簡單而又是最復(fù)雜的一類機(jī)構(gòu)，對其分析、設(shè)計的理論與

2、方法研究也最多。一般均認(rèn)為平面連桿機(jī)構(gòu)是很傳統(tǒng)、研究很深入、應(yīng)用很成熟的一類機(jī)構(gòu)，實際上，由于科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)的發(fā)展，促使人們?nèi)ジ羁痰恼J(rèn)識與發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，克服其不足，以滿足對機(jī)械產(chǎn)品的更高要求。所以，對連桿機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識、研究與應(yīng)用，還大有可為，仍是機(jī)構(gòu)學(xué)的一個重要研究方向。 機(jī)械式脈動無級變速器，由于其一系列的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，從上世紀(jì)60年代出現(xiàn)以來，一直受到人們的關(guān)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(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及

3、運(yùn)動學(xué)特性的創(chuàng)造性應(yīng)用。其最關(guān)鍵組成部分——脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)即為連桿機(jī)構(gòu)，它既充分應(yīng)用了連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)構(gòu)的一些不足。而脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)的主要的設(shè)計要求為：1) 傳動效率高；2) 輸出轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單。這些都是一般連桿機(jī)構(gòu)難于達(dá)到的，需要進(jìn)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(jī)構(gòu)的特殊要求，更深入、全面的認(rèn)識與了解平面連桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步開拓連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)新的雙輸出函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)研究其結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的綜合理論與方法。本論文的主要工作如下： ①構(gòu)建了脈動無級變速器的新型主傳動機(jī)構(gòu)(脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu))——全鉸鏈同軸式雙輸出六桿函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)。根據(jù)脈動無級變速器的工作特性要求，應(yīng)用結(jié)構(gòu)綜合理論，討論了以六桿機(jī)構(gòu)作為脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)

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

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

7、了最基本的 4～6 桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特征；為該雙輸出函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與運(yùn)動學(xué)動力學(xué)設(shè)計提供了理論依據(jù)，奠定了重要的基礎(chǔ)。 ③基于改善動力學(xué)性能，提高輸出運(yùn)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(jī)構(gòu)的特殊運(yùn)動要求，充分應(yīng)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(yùn)動幾何學(xué)法按“分組綜合”的策略，即采用運(yùn)動幾何學(xué)圖解法與解析法相結(jié)合的方法，建立了基礎(chǔ)四桿機(jī)構(gòu)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(jìn)行求解。并以該四桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，按變桿長等價四桿機(jī)構(gòu)的等價原則，建立整體綜合模型，求解與基礎(chǔ)四桿機(jī)構(gòu)具有相似運(yùn)動規(guī)律的五桿回路(即等價四桿機(jī)構(gòu))尺寸參數(shù)。從而較好的解決了這一按特殊的高階運(yùn)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(jìn)一步優(yōu)化雙輸出函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)的運(yùn)動、動力學(xué)性能，得到其最優(yōu)解(特別是具有較多可變設(shè)計參數(shù)的五邊回路)，在運(yùn)動幾何學(xué)綜合的基礎(chǔ)上，采用位移矩

9、陣法建立了該機(jī)構(gòu)的全參數(shù)綜合方程，提出了等價四桿機(jī)構(gòu)的修正傳遞函數(shù)要求，應(yīng)用同倫一連續(xù)算法得到了機(jī)構(gòu)的全部解，并通過分析得到最優(yōu)解。達(dá)到了預(yù)期的綜合控制目標(biāo)。 ⑤為進(jìn)一步提高這一多回路、多輸出、閉鏈結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的工作平穩(wěn)性和機(jī)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(jī)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)造性的自調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計。在對其進(jìn)行了詳細(xì)過約束分析和已有自調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法分析比較的基礎(chǔ)上，提出了“零過結(jié)束自調(diào)基本組”進(jìn)行

10、平面連桿機(jī)構(gòu)自調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法。深入系統(tǒng)的總結(jié)了多回路系統(tǒng)，特別是具有非二元素桿中間構(gòu)件(連桿)的自調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計和運(yùn)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(gòu)件大多是盤狀的，易于平衡，動載荷較小，響應(yīng)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(jī)構(gòu)的工作原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了其楔緊和退楔條件，并對其進(jìn)行了較詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，加工出