液压机械无级变速器传动系统设计与仿真研究
本科生毕业论文（设计）
题 目: 液压机械无级变速器传动系统
设计与仿真研究
姓 名: 孙东磊
学 院: 工学院
专 业: 机械设计制造及其自动化
班 级: 机制104班
学 号: 33110404
指导教师: 肖茂华 职称: 讲师
2014年5月1日
南京农业大学教务处制
目录
摘要 (1)
关键词 (1)
Abstract (1)
Key words (1)
1 绪论 (2)
1.1论文研究背景和意义 (2)
1.1.1无级变速器分类 (3)
1.2国内外研究现状 (4)
1.2.1国外研究现状 (4)
1.2.2 国内研究现状 (5)
1.3 本文所研究的主要目标和内容 (5)
2 液压机械传动系统理论研究 (6)
2.1液压机械无级变速的基本原理 (6)
2.1.1差动变速原理 (6)
2.1.2双电机驱动有级变速 (6)
2.1.3直流电机无级变速 (7)
2.1.4液压马达驱动无级变速 (7)
2.1.5机械液压式双流传动系统 (7)
2.2液压机械传动系统原理及液压系统元件的选择 (9)
2.3液压机械传动分/汇流的基本形式及特点 (10)
2.3.1定轴齿轮副分/汇流特点 (10)
2.3.2行星齿轮机构分/汇流特点 (10)
2.4液压机械传动分/汇流的组合形式 (12)
2.4.1分速-汇矩式 (12)
2.4.2分矩-汇速式 (15)
2.5分矩-汇速式组合方案特性分析 (17)
2.5.1液压机械传动系统转速特性 (17)
2.5.2 液压机械传动系统转矩特性 (18)
2.5.3液压功率分流比特性 (19)
2.5.4液压机械传动系统效率特性 (20)
2.6本章小结 (21)
3 液压机械无级变速器参数确定 (22)
3.1液压机械无级变速器方案 (22)
3.2 输出转速理论模型 (22)
3.2.1 液压路转速理论模型 (22)
3.2.2总输出转速理论模型 (23)
3.3结构参数关系 (24)
3.3.1等比传动条件下的参数关系 (24)
3.3.2各段相连条件下的参数关系 (25)
3.4结构参数确定 (25)
3.4.1总传动比的确定 (25)
3.4.2等比式传动公比的确定 (26)
3.4.3汇流行星排特性参数的确定 (26)
3.4.4液压系统元件功率的确定 (27)
3.4.5最小传动比条件下的参数确定 (28)
3.5传动系统参数确定 (29)
3.5.1各轴转矩的设计 (30)
3.5.2齿轮转矩确定 (32)
3.5.3齿轮规格设计 (32)
3.6无级变速器特性 (43)
3.7 本章小结 (44)
4绘图介绍 (45)
4.1 具有代表性齿轮的二维工程图 (45)
4.1 液压机械无极变速器内部结构三维图 (47)
5 结论与展望 (48)
5.1 主要成果 (48)
5.2 存在的不足 (49)
致谢 (50)
参考文献 (51)
液压机械无级变速器传动系统设计与仿真研究
机械设计制造及自动化孙东磊
指导教师肖茂华
摘要：液压机械无级变速器(Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission，简称HMCVT)是由液压调速机构和机械变速机构及分、汇流机构组成，是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动形式，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现无级变速，具有液压传动无级调速和机械传动高效率的特点。该装置的采用能够大幅度提高车辆的动力性、经济性和操作自动化水平。本文介绍了无级变速器的分类，液压机械无级变速器的传动原理及特点和国内外研究现状。并分析研究了液压机械无级传动系统的结构特点、原理以及特性，为液压机械无级传动系统的设计提供了理论支持。
关键词：液压机械传动；无级变速器；仿真
Design and simulation of
Hydro—mechanical continuously variable transmission
33110404: Sun Donglei Tutor: Xiao Maohua
Abstract：HMCVT is combined properly by hydraulic and mechanical transmission, which is composed of a hydraulic control mechanism and a mechanical transmission mechanism and divided, convergence mechanism and a new transmission hydraulic power flow and the power flow parallel machine，which realizes the transmission efficiency through mechanical transmission, continuously variable transmission is realized through the hydraulic transmission and mechanical transmission combination and has characteristics with variable speed of hydraulic transmission and high efficiency of mechanical transmission. The adoption of the device can greatly improve vehicle’s power、economy and the level of automation. This paper introduces the classification of CVT，principle and various characteristics、research status at home and abroad of HMCVT. And analyzed the structure features、principle and various characteristics，which provided the theoretical support for designing this system.
Key words: Hydraulic mechanical transmission；Continuously variable transmission；Simulation
1 绪论
随着社会的发展、科技的进步，世界各国都在加大对车辆传动系统的研究，使车辆传动系统得到了较大的发展。由于工程机械的工作环境通常比较恶劣，外界负载在不断变化，这样对传动系统的要求比较高。就目前而言，工程车辆的传动系统主要以纯液压和液力机械传动为主。与传统的机械有级变速器相比，液压机械无级变速器能自动适应负荷和行驶阻力的变化，实现无级变速，保证发动机工作在最佳工作点，有利于提高车辆动力性、燃油经济性和工作效率，且操作轻便，便于实现换档自动化，降低驾驶员劳动强度。该传动综合了液压传动和机械传动的主要优点，兼有无级调速性能和较高的传动效率，因此在大功率拖拉机、汽车、工程机械、坦克、电力机械等许多领域有着良好的应用前景。
1.1 论文研究背景和意义
工程车辆如拖拉机、挖掘机、推土机等广泛应用在社会建设的各个领域，尤其在建筑、土木、桥梁等行业发挥着重要的作用。在提高作业效率和质量、减轻劳动强度、降低工程成本等方面都发挥着不可替代作用。同时也可知工程车辆的工作环境通常比较恶劣，外界负载变化较大，其发动机功率往往不能充分发挥(不能工作在最佳节能点或最佳动力点)，效率低，造成了能源的浪费。此时，如何提高工程车辆的高效性、动力性、节能性等就显得非常重要。传动系统是任何一台完整工程车辆所必须的也是主要的组成部分。传动系统的各种性能直接影响着整车的动力性、经济性等诸多方面。因此，怎样设计出一个合理的，高效的传动系统对整个车辆的性能及工作效率有着重要的意义，也具有重要的社会价值。
随着社会的发展、科技的进步，世界各国都在加大对车辆传动系统的研究，使车辆传动系统得到了较大的发展。由于工程机械的工作环境通常比较恶劣，外界负载在不断变化，这样对传动系统的要求比较高。就目前而言，工程车辆的传动系统主要以纯液压和液力机械传动为主。液压传动可以提供比较稳定的最佳速度，同时可以对其进行准确控制和随意无级变速，但是随着外界负载的不断变化，尤其是在负载比较大的情况下，使得液压系统泄漏严重，从而导致纯液压传动的效率低下。
工程车辆为了不断提升对外界负载频繁变化的适应能力，使得很多工程车辆的传动系统采用液力机械传动，但是液力机械传动的效率仍然比较低，特别是在瞬间大负载使得传动系统不得不输出大转矩的情况下，其传动效率反而大幅度降低，更严重的有效率降低为零的情况，此过程造成了能源的严重浪费。其中损失的能源转化为热能使液压油温度不断升高，从而导致传动系统零部件工作环境恶化，故障率上升[1]。而且由于工程车辆的使用条件和使用目的与普通汽车不同，其作业条件与工况环境复杂、多变，工程车辆所需要的转速和转矩常常与发动机所提供的转速和转矩有较大的差别，因而需要通过传动系统的传动比，使发动机能工作在其最佳节能点或最佳动力点，使动力经济而方便地传到驱动轮，以便能适应外界负载的不断变化。工程车辆的性能在很大程度上取决于发动机与传动系统之间的匹配，适时地调节发动机与传动系统的工作状况，使传动系统作用得以充分发挥，以达到最佳匹配，这就是车辆传动系统的根本任务[2]。液压机械无级变速器的出现恰好可以解决目前工程车辆变速系统存在的普遍问题。同时，液压机械无级变速系统还能使工程车辆具有较高的作业效率、优良的经济性以及方便
的工作性能。因此本文以某一型号的拖拉机为目标，从拖拉机的实际工况出发，运用液压机械无级变速的基本原理设计出了一套液压机械无级变速箱具有重要经济价值和社会意义。
拖拉机在工作过程中需要进行频繁的制动，在此过程中损失的能量较多。进行制动能量回收是一种有效的节能方法，在液压机械无级变速器的基础上加上一套制动能量回收系统，同时将回收的能量用于拖拉机的启动。这样车辆的启动相当于纯液压启动，这对工程车辆的启动是比较有利的。不仅达到了节能的目的同时也提高了车辆的动力性能。
1.1.1 无级变速器分类
在车辆自动变速系统中，由于无级变速器可以输出连续变化的转速，从而使发动机与传动系统得到最佳的匹配，这不仅提高了车辆的动力性和经济性，同时还可以简化操作，减轻驾驶员的劳动强度，提高车辆行驶的安全性和和舒适性，并且还可以改善排放，是车辆自动变速领域的一个重要分支。无级变速器的种类很多，按照其操作方式以及传动形式的不同可以分为机械式、电动式、流体式三种无级变速器。如图1-1所示。
图1-1 无级变速器的分类
根据机械式无级变速传动方式的不同可分为两类：一是带传动式，其靠挠性的带或链与带轮的摩擦力传递动力，通过改变输入、输出的作用半径来连续改变输出转速。早期带传动式无级变速器主要采用的是橡胶带[3]，但是在高传动比时带的支撑不连续，使得带在支撑上滑动，带承受力加大，导致带的磨损严重，带的使用寿命较低。目前，带传动中更多的是采用金属链式和金属带式无级变速器。因为其传动比范围较大、使用寿命较长、工作可靠性更好等优点。所以，金属带式无级变速器已成为汽车无级传动研究和推广的重点[4-10]。但是由于金属带式无级变速器主要以金属块与带轮之间的摩擦力矩来传递动力，其传递功率受金属块与带轮之间的表面摩擦系数和工作表面压力大小的限制，单路传递的功率较小，而且效率较低，同时工作寿命也较差，无法满足大功率车辆的要求，所以工程车辆上很少采用此类无级变速器。二是牵引传动式，其靠刚性转动体接触所产生摩擦力传递动力。在牵引传动式中，以曲面式最优[3]。这类无级变速器靠特殊粘性液体的高强度剪切力在输入圆环面间传递动力，当可移动的圆环面沿轴向移动时，两个环面间的辊子沿曲面滑动，改变与传动轴的夹角，实现传动比的连续变化。由于其接触刚体之间需要较大的接触压力，这使得其转动体工作面的精度和刚性要求高，并且需要专用的润滑油，同时，其工作寿命和可靠性较低，目前在
工程车辆上并没有得到广泛的应用。
电传动式无级变速系统由发电机、控制系统以及牵引电动机组成。其主要优点是传递功率范围大，容易控制，传动效率较高等，尤其当今社会，能源和环境的问题日益严重。为了解决环境和能源问题，各个国家加大了电动车辆的研究和开发，从而加速该类无级变速器的发展。然而由于其自身质量较大，成本较高，尤其在人工控制时，控制器构成比较复杂，因此目前该类变速器仅用在矿用自卸车、大型铲运机械以及轮式装载机上。
流体式无级变速器可分为液力无级变速器和液压无级变速器两种。液力无级变速器也叫液力变矩器，它是以液压油的动能进行能量传递，具有离合器的作用同时还可以实现转速和转矩无级连续变化，从而使车辆起步平稳、加速迅速柔和、并且具有良好的减振性能，能较好的适应对外界负载的频繁变化。其主要缺点是自身结构复杂、成本高、效率低。液压传动是以液压油的压力进行能量传递，是靠液压变量泵或马达工作腔的容积变化进行工作的。与机械、电传动相比，在输出同等功率的条件下，其结构紧凑、体积小、重量轻、承载能力强，同时具有惯量小，动作灵敏，传动平稳，并具有过载保护功能等优点[11-12]。液压无级变速器无级变速宽且容易控制，使得车辆具有稳定的最佳速度，对于工况复杂的工程车辆比较适用[13-14]。因此，液压式无级变速器己广泛用于各机械领域尤其在工程机械领域[15-18]。然而，在车辆液压传动中仍然存在两个重要问题：一是传动效率偏低，按现在的液压技术水平，其最高效率只能达到75％～85％。在某些工况下只有50％～70％，车辆起动或小功率工作时效率则更低[19]；二是大功率的液压泵和马达制造困难，很难达到如此高的加工精度。液压机械复合无级传动的出现克服了液压传动的缺点，由此大功率液压无级传动已逐步向液压机械无级变速传动方向发展。
综上所述，可以得出，液压机械无级变速传动在工程车辆等大功率传动领域有着明显的优势和广阔的发展前景。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
液压机械无级变速传动的原理在20世纪初即被提出，但由于受液压元件制造精度和控制技术发展水平的限制，直到上个世纪六、七十年代才达到商品化，并开始在军车和重型汽车上应用[20]。如20世纪70年代美国Sundstrand公司为重型汽车生产了DMT-15、DMT-25系列变速器，其传递功率分别为110kW(150马力)、184kW(250马力)[21～23]。DMT-25变速箱采用了两段式液压机械传动方案，首段为纯液压段，第二段为分矩汇速式液压机械段，其传动系统如图1-1所示。美国通用电气（GE）公司在研制了HMPT-100和HMPT-250液压机械分流传动之后，又在20世纪70年代研制了集变速转向为一体的新式HMPT-400、HMPT-500等液压机械无级传动系列[24]。美国Allison公司为MBT-20坦克研制的XHM-1500-2全液压综合传动的变速机构，采用了四段液压机械无级传动方案[25]。
20世纪90年代以来国外主要拖拉机制造公司都相继推出了产品,德国ZF开发了Eccom四段式液压机械变速箱，该系统设置了四个离合器和一个制动器用来切换工作段，可以实现0～6.4km/h、6.4～13km/h、13～26km/h、26～65km/h 四个速度段调速，可以实现前轮驱动也可以实现后轮驱动，其传动系统如图1-2所示。德国RENK公司和ZF公司研制的Audi100汽车液压机械无级变速箱属于等
比式四段液压机械无级传动，公比值为1.68，并舍弃了低效率的初始纯液压段，没有零速输出，只有四个相衔接的液压机械段，需要使用离合器起步[26]。
德国ZF公司开发的180马力的S-MATIC系列变速器，如图1-3所示[27]。德国著名拖拉机制造商Class公司也开发了自己的多段液压机械无级传动变速技术，并应用于公司产品上；Fendt公司也推出了装备有HMT的Vario、Favorit 系列拖拉机[26]。
日本也开展了相应的研究，日本小松制作所研制的HMST液压机械无级传动装置，于1982年由日本防卫厅第四研究所试验成功[28]。日本小松公司还开发成功了适合于工程机械用的液压机械无级传动装置，并已经在D155AX-3推土机和WA380-3装载机上使用。和液力机械变速器相比，推土机每小时作业量增加29%，燃油经济性最大增加可达24%，装载机作业量最大可提高30%，经济性最大可提高30%[29-30]。
在理论研究方面，德国波鸿大学对液压机械无级传动的理论有较深的研究，1981年由Ali H.Shaker完成了题目为《载重汽车无级液压耦合变速器》的博士论文，论文对液压机械无级传动的结构、性能和控制方式等进行了系统的研究。1986年由Guenter Berger完成了题目为《自动无级液压机械动力换挡变速器》的博士论文，对液压机械无级变速传动的机构、性能、控制规律进行了系统的研究[31]。
总之，从上世纪70年代液压机械传动装置的概念被提出来以后，国外各发达国家均开展了液压机械传动装置的研制工作，但大部分为专利，从文献中无法获得详细的结构参数和机构传动的规律。
1.2.2 国内研究现状
在国内的研究领域中，以北京理工大学的研究为主，集中在坦克和履带装甲车辆传动方面，并对开发的二段式液压机械无级转向机进行了系列的研究。刘修骥教授在1998年编著的《车辆传动系统分析》一书中，对液压机械无级传动做了系统的分析论述[32]。石家庄铁道学院的郭京波、赖涤泉、高国生关于液压机械复合传动的特性做了研究[33]。此外，吉林工业大学、葛洲坝水电工程学院也对液压机械无级传动理论进行了研究[34]。但这些研究多应用在军用车辆上，针对诸如农用车辆、工程车辆等的应用很少。
1.3 本文所研究的主要目标和内容
本文在查阅国内外大量与液压机械无级传动技术相关资料的基础上，在导师的指导下，针对液压机械无级变速系统进行了如下研究：
（1）从理论上分析机液无级变速系统的基本原理，对各种方案进行分析、比较和选择；
（2）基于定轴齿轮副和行星齿轮机构分流和汇流的特点，综合出可作为液压机械传动系统的分流和汇流的组合形式，并借助MATLAB软件对其传动特性进行分析，优选出适合作为液压机械传动的分/汇流的组合形式；
（3）从所选定的拖拉机的实际工况出发，运用机液无级变速系统的基本原理对液压机械无级变速器进行设计以及计算行星排等相关参数。同时从理论上分析该无极变速器的转速特性、转矩特性、功率特性、功率分流特性和效率特性。 （4）根据确定的最终方案，并根据参数数据合理选择发动机型号以及液压部分
的泵和马达型号，再根据参数合理计算个齿轮间的传动比，以及各个齿轮的规格
参数，并对各对齿轮进行相应的校核；
（5）根据齿轮规格，画出几个具有代表性的齿轮的工程图，最后根据传动要求，
画出总的传动三维图，更为直观的展现出工作流程及原理。
2 液压机械传动系统理论研究
2.1液压机械无级变速的基本原理
2.1.1差动变速原理
因差动轮系具有两个自由度，故在给定两个原动件时，即可得到一个确定的
输出转矩和转速。常用的差动轮系为2K-H 型。因有两个原动件，故可实现两个
功率功率流的分流传动，如图2-1所示。
图2-1 差速器原理
现将输入轴1、3分别接液压支路和机械支路，得到如图2-1，差动机构的
转速方程为：
0)1(231=+-+n A An n （2-1)
式中A ——差动机构特征系数
n 1，n 2，n 3——构件1、2、3的转速
2.1.2双电机驱动有级变速
在图2-1中将主动件1、3分别接上电机M 1、M 3分别制动电机M 1、M 3，使
两者转速旋转相同或相反，可得到四种输出转速：
电动机M 1制动：
3211,0n A A n n +=
= （2-2）
电动机M 3制动： 12311,0n A n n +=
= （2-3） 电动机M 1、M 3转向相同：
312111n A
A n A n +++= （2-4） 电动机M 1、M 3转向相反： 312111n A A n A n +-+=
（2-5） 2.1.3直流电机无级变速
将图2-2中主动构件3、1分别接上小功率直流电机和大功率交流电机时，可得到大功率的无级变速器。设两电机转向相同，其转速比为：
1
31212111n n A A A n n i +++== （2-6） 2.1.4液压马达驱动无级变速
当图2-1中主动件3接上液压马达后，设计时使大部分功率从机械支路通过，
这样，功率损失较少。液压支路靠容积调速，传动效率稍低，但因传输功率小，
故功率损失也少。从而使整个装置传动效率提高。分流传动在变速过程中，液压
马达转速3和输出转速2随着变量泵排量的变化而改变。同时两支路的功率分配
也发生变化，因此装置的传动效率也随之改变。液压机械变速器的功率损失包括
差动机构的啮合损失、轴承损失、油阻损失、液压功率传输中的液压损失和机械
损失、分流传动功率损失按两功率流损失之和计算ΔP=ΔP h +ΔP m 。
机械功率损失：
))(1()1(s b m h i m m m P P P ψψψρη++-=-=? （2-7）
式中：P i ——总输入功率；
ρh ——液压功率比；
ψm ,ψb ,ψs ——啮合损失系数，轴承损失系数。油阻损失系数，其值按
库德略夫采夫公式计算液压功率损失：
)()1(s b m n h i m h h h P P P ψψψψρηη+++=-=? （2-8）
ψh ——液压损失系数，包括泵，液压马达的机械损失、容积损失、管
路损失等。
2.1.5机械液压式双流传动系统
液压机械无级传动系统是由液压系统和机械系统分流传递功率的一种双流
传动系统。液压机械双流传动由液压调速机构和机械变速机构及分、汇流机构组
成，是一种液压功率流与机械功率流并联的传动形式。液压机械无级变速传动兼
有液压传动无级可调和机械传动高效的优点。因此，将液压机械无级变速传动应
用于车辆传动系统，能够有效地改善行驶阻力与发动机特性的匹配，从而提高车
辆的动力性和经济性。本章将深入分析液压机械无级传动的基本原理。
液压机械无级变速器（HMCVT）根据液压机械传动原理，将输入动力经分流机构分成两路，分别经接卸变速机构和液压调速机构汇集至汇流机构后输出，如图2-2所示。
图2-2 液压机械传动原理
液压机械无级变速传动是一种功率分流传动，具有输出分流和输入分流两种形式，如图2-3所示。
(a)输出分流式 (b)输入分流式
图2-3 液压机械无级变速器传动简图
如图2-3可知液压机械无级传动系统主要由差速器X和液压泵P与液压马达肘所构成的液压系统两大部分所组成。由图2-3(a)所示，发动机的功率流自输入端，输入后分成两路，一路直接传递到差速器X的输入端1，另一路经液压传动系统传递到差速器的另一输入端2，两路功率流经差速器汇流后由差速器输出端3输出。工作时通过调节液压传动系统中液压元件的排量比来改变液压传动系统输出端的转速，从而使输出端O的转速连续无级变化。
马达的转速需要调节时，直接改变油泵的排量，逐步接近所需的转速。液压调速机构的特点是传递效率低，改变档位时，传递功率连续可变。两功率由一个两自由度差速机构进行汇流，这个差速机构常使用行星排。根据差速器在输出端实现功率汇流和在输入端实现功率分流，可将液压机械无级变速传动分为两大类。图2-3(a)所示：行星排位于系统输出端，为“分速-汇矩式”；图2-3(b)所示：行星排位于系统输入端，为“分矩-汇速式”。按行星排处于变速机构的输入端还是输出端或者可分为和两类如图2-4所示。
(a)分速-汇矩式 (b)分矩-汇速式
图2-4 带有功率分流的两种CVT示意图
2.2液压机械传动系统原理及液压系统元件的选择
液压机械传动系统为液压元件和机械元件并联而成，发动机输入功率经分流机构后分别经机械路和液压路传动，液压路由变排量液压元件构成，变排量液压元件可为“变量泵+定量马达”、“定量泵+变量马达”和“变量泵+变量马达”三种不同的组合。在传动中，机械传动为液压传动提供一定的基础转速，液压传动转速的变化，使机械路基础转速在一定范围内变化，形成该范围内的无级变速。机械路提供的转速是阶跃式变化的，液压路提供的转速是随变排量液压元件排量比的变化连续可调的。这样机械路功率和液压路功率经汇流机构输出后，就可实现速度的连续可调。在传递较大功率的液压系统中常采用容积调速回路，这种回路利用改变液压泵或液压马达的工作容积从而改变排量来实现输出转速的无级变化，与节流调速相比其具有较高的效率[35]。
容积调速系统多采用闭式回路系统，其按泵与马达的不同组合方式分为变量泵-定量马达(PV-MF)系统、定量泵-变量马达(PF-MV)系统以及变量泵-变量马达(PV-MV)系统三种形式。
变量泵调速系统的性能比较优越。马达转速是泵的排量相对变化率ε的连续单调函数，反向性能良好，反向平稳迅速。通过调节液压泵排量，功率变化而马达的转矩可保持恒定，故称为恒转矩输出。在实际使用中，液压系统的传动形式通常采用变量泵．定量马达调速系统，且液压变量泵的最大排量与马达的排量相等[19]。
定量泵-变量马达系统通过改变马达排量的正负值及马达的旋转方向来实现调速。当排量相对变化率减小到某一值时，马达自锁，输出转矩为零。输出转速不高，且不是单调连续变化，传动比变化范围小，一般不超过4，因而不能用于反向。当排量相对变化率变化时，马达转矩也变化，但功率保持恒定，为恒功率输出，功率利用较好。因此，定量泵-变量马达调速系统很少用于车辆传动，但常用于车辆制动。
变量泵-变量马达的排量相对变化率的调节是有一个程序调速机构按一定的顺序完成的，该机构按程序双变量进一步扩大传动的调速范围，且低速时保持较大的输出转矩，高速时保持恒功率输出，比较适合车辆传动，特别是直驶传动。但是传递功率不大，且机构复杂，制造和使用成本较高，主要应用于行驶速度不高的中小吨位的轮式或履带工程车辆。
2.3液压机械传动分/汇流的基本形式及特点
液压机械传动分、汇流的形式影响传动系统的特性，分、汇流的形式有定轴
齿轮副和行星齿轮机构两种。
2.3.1定轴齿轮副分/汇流特点
定轴齿轮副分流、汇流如图2-5所示。
图2-5 顶轴齿轮副分流与汇流
其转速、转矩和功率表达式为：
321in n n == （2-9） 0321=-
-i M M M （2-10） 0332211=--n M n M n M （2-11）
其式中，i为主齿轮对被动齿轮的传动比，n为转速，M为转矩。
定轴齿轮副在进行分流和汇流时，它的转速特点是：当传动比i 为定值时，
各个元件转速之间保持一定的比例关系，因此当其中一个元件转速为某一固定值
时，其余两个也为某一固定值，不会改变且会与其成相关比例；它的转矩特点是：
当传动比i 为某一固定值时，其中有一个转矩为固定值时，其它的两个转矩的代
数和不会发生变化，但其中两者的分配比例可能会发生改变。因此，顶轴齿轮副
在对功率进行分流或汇流时，可称为“分矩式”或“汇矩式”两种。这时固定齿
轮副称为“差矩机构”[36]。
2.3.2行星齿轮机构分/汇流特点
行星齿轮机构分流如图2-6（a）所示，汇流如图2-6（b）所示。
(a)分流 （b）汇流
图2-6行星齿轮机构
(1)行星排的转速特性．
行星齿轮机构中太阳轮t ，齿圈q 和行星架j 的行星排的运动学方程为：
0)1(=+-+j q t n k kn n （2-12）
式中： n t ——太阳轮转速（r/min）；
n q ——齿圈转速（r/min）；
n j ——行星架转速（r/min）。
(2)行星排转矩特性
在忽略行星排齿轮之间啮合效率的前提下，则行星排三元件的输出功率等于
输入功率，即：
0=++Pj Pq Pt （2-13）
联立式2-12和2-13，则可以推导出行星排三元件转矩关系，有： )
1(k M k M M j q t +-== （2-14） 0=--q q t t j j n M n M n M （2-15）
式中，k 为行星齿轮机构特性参数，定义为齿圈齿数与太阳轮齿数之比；n t 、n q
和n j 分别为太阳轮、齿圈和行星架的转速（r/min ）；M t 、M q 和M j 分别为太阳轮、
齿圈和行星架的转矩（N/m ）。
行星齿轮机构进行分流和汇流时，它的转速特点是：对一定的行星排，如果一个
元件的转速为某一固定值时，其它两个元件的转速代数和也为某一固定值，但这
两个元件的分配比例可能发生改变；它的转矩特点是：当各元件的转矩保持某一
固定的比例关系时，就是一个元件的转矩为某一固定值时，它其它的两个元件的
转矩也为某一固定值，且会随之发生比例变化。因此，如果传递功率为某一固定
值时，随着转速分配发生的变化，两路随着传递功率也发生改变，一路可能为0，
也可为负值，这样使输入或输出的关系也发生改变，这时行星齿轮机构的转速转矩特点正好与定轴齿轮副的在进行分、汇流时相反，因此以行星齿轮机构分汇流时，称为“分速式”或“汇速式”，这时行星齿轮机构称为“差速机构”。
2.4液压机械传动分/汇流的组合形式
由前面分析可知，液压机械无级变速传动可分为输出分流式和输入分流式两大类。单行星排齿轮机构为各行星齿轮系的基础，就输出分流式和输入分流式而言，单行星排和多行星排组具有相同的作用，但单行星排结构简单。故首先对单行星排进行分析讨论。
分/汇流形式有分速、分矩、汇速和汇矩四种形式，而液压机械传动需要分流和汇流的组合，它们可组合成为分速汇矩、分速汇速、分矩汇速和分矩汇矩型四种类型，定轴齿轮副为单自由度结构，不能同时用于分流和汇流装置，分流和汇流装置都用行星齿轮机构又使传动系统变的复杂，现在来分析分速汇矩和分矩汇速两种类型。
2.4.1分速—汇矩式
由于此类型结构以行星排分流，以固定轴齿轮汇流，所以，根据两种结构分、汇流的特点，称此类型结构为分速-汇矩式。位于输入端的是二自由度的行星排机构。位于输出端的是固定轴齿轮。行星排的三构件：太阳轮t，齿圈q，行星架j，可分别与输入轴n i即机械功率流m，液压功率流h，输出轴n o三者分别相连，共提供六种方案，如下表2-1所示，其原理是一样的，液压元件相对排量比ε从-1～ +1连续变化。
表2-1 分速-汇矩式方案简图
(A) (B)
(C) (D)
(E) (F)
无级变速原理表明液压机械无级变速传动是以机械传动为基础传动，通过改
变液压元件排量达到转速变化而实现无级变速的。现在主要讨论液压无级传动的
类型的选择问题，不考虑机械传动基础转速的变化，认为其只在一个基础转速上
进行液压无级传动的。
现在来分析分速汇矩型方案的传动比特性，以方案B（如下图）为例进行分
析，由行星排速度特性关系式（2-7）、传动比关系式（2-8）和（2-9）可得传动
比随排量比变化关系式（2-10）。
图2-7 方案B
行星排的运动学方程为：
0)1(=+-+b q o n k kn n （2-16）
前面得出液压马达与液压泵之间转速的关系为n m =n p ε，(-l≤ε≤+1)。同时
由方案1可以得出马达转速n m 与输出转速n b 之间的关系以及泵的转速n p 与齿圈转
速n q 之间的关系分别为：
p q n n i =
1 （2-17） b m n n i =
2 （2-18） 联立上面两式可以得出：
b q n i i n ε2
1= （2-19） 根据公式（2-16）和（2-19）可得：
)1()1(21k i ki n n i b
o ++==ε （2-20） 式中：n o ——发动机输入转速，r/min ；
n b ——输出转速，r/min ；
n p ——液压泵的转速，r/min ；
n m ——液压马达转速，r/min ；
i 1——泵前传动比；
i 2——汇流前液压路传动比；
i ——总传动比；
ε——排量比，定义为液压泵的即时排量与最大排量之比，变化范围
为-1～+1。
对其余五种分速汇矩型方案做同样分析，得到方案A、C、D、E和F的传动比
特性分别如式（2-21）～（2-25）所示，针对不同行星排特性参数的行星排做出
总传动比i 随排量比ε变化的曲线如表2-2所示。
)1()(2
1k i i k i ++=ε （2-21）
k i i k i ]1)1([2
1-+=ε
（2-22） k i i k i )1(21ε-+= （2-23）
k i i k i -+=ε2
1)1( （2-24）
ε2
11i ki k i -+= （2-25）
由表2-2可以看出，对于分速汇矩型方案，传动系统速比i与排量比ε呈非线
性变化关系，不易实现控制；当排量比ε从-1变化到+1时，方案B、C、E能实现连
续的传动比，而方案D和F不能实现连续的传动系统传动比，方案A的传动系统传
动比有较大的突变。由分速汇矩型特性分析可知，分速汇矩型不适合用作液压机
械传动的分汇流的组合形式。
表2-2 分速-汇矩型方案传动比特性曲线
（A） (B)
（C） (D)
（E） (F)
2.4.2分矩—汇速式
由于此类型结构以固定轴齿轮分流，以行星排汇流，所以，根据两种结构分、汇流的特点，称此类型结构为分矩-汇速式。位于输入端的是固定轴齿轮机构，位于输出端的是二自由度的行星排机构。同样也有六种方案，如下表2-3所示。
表2-3 分矩-汇速式方案结构简图
(A) (B)
(C) (D)
(E) (F)
现在来分析分矩汇速型方案的传动比特性，分析方法同分速汇矩型，得到分
矩汇速型G～L方案的传动比特性如式（2-26）～（2-31）所示，针对不同行星排特性参数的行星排做出总传动比i随排量比ε变化的曲线如表2-4所示。
)1()1(21i i k k i ε+
+= （2-26） )
()1(21i i k k i ε++= （2-27） )1(21i i k k i ε-
+= （2-28） )11(2
1-+=εi i k k i （2-29） 1(121i i k k i ε-
+= （2-30） )1(12
1k i i k i -+=ε （2-31）
表2-4 分矩-汇速型方案传动比特性曲线
（G） (H)
（I） (J)
（K） (L)
由表2-2和2-4可以看出，对于分速-汇矩式无级变速器方案，传动系统传动
比i 与液压排量比ε呈非线性变化关系，且对不同的ε值，传动系统传动比i 的变化
速度也不同；而对于分矩-汇速式无级变速器传动系统传动比i 与液压排量比ε有
几个呈线性关系，易于实现线性控制，且便于操作，适合于车辆传动。对于方案
I、K，当排量比ε从-1变化到+1时，传动系统传动比线性单调递增；对于方案H, 当
排量比ε从-1变化到+1时，传动系统传动比线性单调递减。综合以上分析可知分
矩-汇速型方案适合作为液压机械传动的分汇流组合形式，且只有H、I两方案传
动比i可以在排量比ε从-1变化到+1时保持方向不变的传输，因此H、I作为最为合
适的方案[19]。
2.5 分矩汇速式组合方案特性分析
2.5.1液压机械传动系统转速特性
由上一小节分析可知分矩汇速型方案适合作为液压机械传动分汇流的组合
方式，并推导了传动比特性关系式，从传动比随排量比ε变化曲线可以看出，输
出转速随排量比的变化单调递增或单调递减。现在来分析下分矩汇速型方案液压
泵转速特性，对于方案H、I，液压泵转速都可由式2-32表示： 液压泵的转速为：
1
i n n o p = （2-32） 马达的输出转速为：
εε10i n n n p m == （2-33）
行星排齿圈的转速为： ε2102i i n i n n m q == （2-34） 行星排太阳轮的转速等于输入转速，即n t =n 0；行星架转速等于系统输出转速，
即n j =n b 。
0)1(2100=+-+b n K i i n K n ε （2-35）
所以得出输出转速为：
德国SEW机械无级变速器
德国SEW机械无级变速器 简介 SEW生产两种系列的机械变速器：VARILOC?系列宽V带式无级变速器与VARIMOT?系列摩擦盘式无级变速器，结构见下图。变速器与交流鼠笼电动机组合而成调速驱动装置，在SEW模块系统里能套配各种型号（R../F../K../S..）的齿轮减速器构成输出低速、高转矩的无级调速减速电机。也可不经减速器直接驱动工作机。无级调速减速电机样本可向SEW公司函索。 1—可调带轮2—宽V带3—分离式箱体4—电动机5—调节装置6—配接附件7—减速器 1-电动机和调节座2-驱动锥3-摩擦环境和输出轴总成4-传动箱体5-箱罩6-速度控制机构 输出速度可通过手轮或链轮手动调节，也可通过伺服电机遥控。若使用变极电机可以扩大调速范围。机械调速的调节时间约为20～40s，所以这些变速装置只用于不需经常调速的场合。 机械调速传动装置的选择。 在确定所需功率和输出速度的范围之后，可从SEW产品样本中选择变速器。选择时必须注意一些重要因素。 对VARIBLOC?调速传动装置，V带的结构和尺寸是计算功率的决定因素。对VARIMOT ?调速传动装置，摩擦环的接触应力和材料是重要因素。为了能够正确地确定调速传动装置的尺寸，除所需功率和调速范围外，还应知道安装高度，环境温度和工作制。图3给出输出功率P a、效率η、转差率s与调速比i0的关系曲线。其中
机械调速传动装置不仅变换速度，而且变换转矩，因而可根据不同准则来选型。 1 按恒转矩选择 大多数传动装置需要在整个速度范围内输出转矩基本恒定。按此要求调速传动装置能承受的转矩（N·m）按下式计算 式中P amax、n amax-----最大输出功率（kw）和转速（r/min）。 这种情况所连的减速器在整个速度范围内受均匀载荷。变速器只有在最大速度时才会被完全利用，在低速时许用输出功率减小。在速度范围内的最低速度时最小输出功率（KW）按下式计算 式中R—速度范围。 2 按恒功率选择 在整个调节范围内可以利用下式计算出输出功率Pa 式中M amax—最大转矩（N·m）。 这种情况所连的减速器必须能传递合成转矩，这些转矩约比恒转矩设计时的转矩高200%～600%。变速器只有在最低输出速度时才被完全利用。 3 按恒功率和恒转矩选择 在这种情况下，调速性能被最佳利用。选择减速器应保证能够传递所出现的最大输出转矩。在n′a—n amax范围内功率保持不变. 在 n amax—n′a范围内转矩保持不变。 如果不全部利用变速器的可用速度范围，那么，由于效率的原因就使用较高的速度级。实际上，速度级较高时变速器打滑最小，传递功率最大。 SEW带式无级变速器技术数据列于下表。表中符号意义如下： R- 调速范围； R m-电动机功率（KW）； n a1-转速下限（r/min）； n a2-转速上限（r/min）； P a1-转速下限时的输出功率（KW）； P a2-转速上限时的输出功率（KW）； RZ-小齿轮轴直径(mm)。 如果用户需要无级调速斜齿轮减速电机（R../VU/VZ..DT/DV..）、无级调速斜齿轮-蜗杆减速电机（S..VU/VZ..DT/DV..）、无级调速斜齿轮-锥齿轮减速电机（K..VU/VZ..DT/DV..）的技术数据和外形尺寸，可查阅SEW产品样本。样本可向SEW公司各办事处函索。 VARIBLOC?带式无级变速器技术数据
乘用车无级变速器液压系统设计
本科学生毕业设计 乘用车无级变速器液压系统设计 系部名称：汽车工程系 专业班级：车辆工程B05-18班 学生：高新明 指导教师：安永东 职称：副教授 黑龙江工程学院 二○○九年六月
The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Passenger CVT hydraulic system design Candidate：Gao XinMing Specialty：Vehicle Engineering Class：B05-18 Supervisor：Associate Prof. An YongDong Heilongjiang Institute of Technology
2009-06·Harbin
摘要 液压控制系统是通过控制金属带轮的夹紧力来实现无级自动变速器速比调节的,其设计方法是开发无级变速传动系统的关键技术之一.在分析了金属带式无级变速器的结构特征和力学关系的基础上,通过对汽车典型行驶工况的仿真分析,提出了无级自动变速液压控制系统关键参数—速比变化率的设计方法,完成了液压系统的结构参数设计,并进行了仿真验证,从而为无级自动变速汽车的研制开发奠定了基础. 针对无级变速器电液控制系统的工作要求，应用数字比例控制技术设计了可用作无级变速器中夹紧力控制阀的数字调压阀。介绍了该数字调压阀的结构以及驱动器的设计方法，并对其进行了静态特性、动态特性试验。试验结果表明，该数字调压阀的控制精度及可靠性高，能满足金属带式无级变速器电液控制系统的要求。 关键词:无级变速传动；液压系统；无级变速器；电液控制系统；数字调压阀
液压机械无级变速传动在拖拉机上的应用分析
液压机械无级变速传动在拖拉机上的应用分析 徐立友1,李金辉1,张彦勇2 (1.河南科技大学车辆与动力工程学院,河南洛阳 471003;2.洛阳L Y C轴承有限公司,河南洛阳 471039) 摘 要:液压机械无级变速器是一种新型的无级变速传动装置。为此,介绍了液压机械无级变速传动的工作原理,在给出具有代表性的拖拉机用液压机械无级变速器结构方案的同时,简单分析了其传动原理和特点。同时, 结合拖拉机的作业要求,对液压机械无级变速器的结构方案、参数的选择以及自动控制系统等主要问题进行了阐述,提出了相应的原则,对应用于拖拉机的液压机械无级变速器的产品开发设计和选配具有一定的借鉴意义。关键词:拖拉机;液压机械无级变速传动;关键技术 中图分类号:S219.032.1 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)11-0215-04 0 引言 目前,国外大功率拖拉机以及部分工程车辆的传动系广泛采用液力机械传动变速箱,还有部分先进机型采用全液压传动技术。其操纵方式已由手动液控向电液控制技术方面发展,并取得了非常好的效果,大大提高了整机行驶平顺性和作业性能。虽然它们都具有无级变速功能,操纵轻便,整机动力性好,可靠性高,但由于传动系的传动效率较低,直接影响了整机生产率和经济性。液压机械无级变速传动(H M-C V T)综合了液压传动和机械传动的主要优点,兼有无级调速性能和较高的传动效率。在大功率拖拉机、重型汽车、工程机械等车辆上有着良好的应用前景[1-6]。本文在分析液压机械无级变速传动原理的基础上,给出具有代表性的拖拉机用液压机械无级变速器,并结合拖拉机的作业要求,对液压机械无级变速传动的关键技术进行了阐述,以期为拖拉机液压机械无级变速器的产品开发设计提供参考。 1 液压机械无级变速传动原理 图1为液压机械无级变速传动的基本形式,发动机输出的功率分成两路,一路作为机械功率通过离合器直接传给太阳轮s,另一路作为液压功率,经传动齿轮后,通过液压传动系将功率传给齿圈r,最后功率经差动轮系合成后由行星架c输出。当离合器C脱开、 收稿日期:2009-01-09 基金项目:河南省教育厅自然科学研究计划项目(2008B460006);河南科技大学博士科研启动基金资助项目(2008-2010);河 南科技大学科学研究基金项目(2008Z Y007) 作者简介:徐立友(1974-),男,河南息县人,副教授,博士,(E-m a i l)x l y o u2002@s i n a.c o m。 制动器B接合时,发动机的功率全部经液压传动输出,随着变量泵和定量马达排量比e从0～+1变化,输出转速n b从零逐渐增大,其关系如图2中的H段。 当离合器C接合、制动器B脱开时,机械功率和液压功率经差动轮系合成后输出,此时随着e从+1～-1变化,输出转速n b在一定范围内连续无级变化,如图2中的H M段。若通过电液伺服阀控制变量泵的斜盘倾角,使液压马达的转速为0,则发动机的功率全部由机械功率传递,此时传动效率最高。 图1 液压机械传动结构图 F i g.1 C o n f i g u r a t i o no f h y d r o-m e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o n 图2 输出转速与e的关系 F i g.2 R e l a t i o n s h i p o f o u t p u t r e v o l u t i o ns p e e d a n de · 215 · 2009年11月 农机化研究 第11期
液压机械无级变速器设计与试验分析
液压机械无级变速器设计与试验分析 摘要：液压机械无级变速器（HMCVT）兼具机械传动高效和液压传动无级调速的特点，适应了大功率拖拉机的传动要求。功率经分流机构分流，液压调速机构中的变量泵驱动定量马达，在正、反向最大速度间无级调速，液压调速机构与机械变速机构相配合，经汇流机构汇合，实现档位内微调，通过换挡机构实现档位间粗调，最终实现车辆的无级变速。 关键词：单行星齿轮；液压机械无级变速器；设计 对大马力拖拉机进行动力学和运动学分析，根据性能参数，设计一种单行星排汇流液压机械无级变速器（HMCVT），包括发动机、液压调速机构和离合器的选择，单行星齿轮、换挡机构齿轮传动比的设计。 一、变速器总体设计方案 1.变速器用途和选材。设计一种用于时速－10～30 km/h大马力拖拉机的单行星排汇流液压机械无级变速器。变速器由纯液压起步、后退档，液压机械4个前进档位和2个后退档位构成。液压调速机构选择SAUEＲ90系列055型变量泵、定量马达及附件，采用电气排量控制（EDC）构成闭环回路。选择潍柴WP4．165柴油机作为变速器配套发动机，最大输出功率Pemax=120 kW，全负荷最低燃油消耗率gemin=190 g/kW·h，额定转速nemax=2 300 r/min，最大转矩Temax=600 N·m。汇流机构选用2K－H行星排，行星排特性参数k定义为行星排齿圈齿数与太阳轮齿数之比，取k=3．7。太阳轮、行星架材料选用20crmnti，齿圈材料选用40cr。模数为3，实际中心距为57 mm，太阳轮与行星架采用角度变位，行星架与齿圈采用高度变位。太阳轮轴连接液压调速机构可使系统增速减矩，并充分利用液压元件特性，以提高使用寿命。 2.变速器设计方案。液压机械无级变速器设计方案如图1。变速器输入轴、输出轴和液压动力输入轴成“品”字型布局，行星排通过离合器与机械动力输入轴和液压机械输出轴相连。 1．机械动力输入轴2．输入轴3．前进后退档接合套4．变量泵5．定量马达6．液压机械输出轴7．液压动力输入轴8．输出轴 图1 液压机械无级变速器结构图 离合器L1、L2由比例压力阀控制，结合平稳，起主离合器作用，其它离合器采用电磁换向阀控制，以降低成本；变速器起步和制动为纯液压传动，此时，离合器L8接合；L1～L4是行星排同步离合器，L5～L7是换挡机构离合器。所有离合器由补油泵供油，采用蓄能器减小离合器动作时的油压波动，采用大排量低压齿轮泵供油冷却润滑油路。 二、HMCVT试验台设计 HMCVT试验台用于HMCVT性能试验，试验内容包括空载损耗特性试验、无级调速特性试验、传动效率特性试验和自动调速特性试验。空载损耗试验用于考查HMCVT输出轴不加载状态下变速器功率消耗随变速器速比变化情况；无级调速特性试验用于考查发动机工作在最佳工作点下HMCVT的无级调速范围；传动效率特性试验用于考查HMCVT在不同速比下的传动效率，验证HMVCT传动的高效率特性；自动调速特性试验用于考查负载连续变化时HMCVT速比对发动机最
乘用车无级变速器液压系统毕业设计
摘要 液压控制系统是通过控制金属带轮的夹紧力来实现无级自动变速器速比调节的,其设计方法是开发无级变速传动系统的关键技术之一.在分析了金属带式无级变速器的结构特征和力学关系的基础上,通过对汽车典型行驶工况的仿真分析,提出了无级自动变速液压控制系统关键参数—速比变化率的设计方法,完成了液压系统的结构参数设计,并进行了仿真验证,从而为无级自动变速汽车的研制开发奠定了基础. 针对无级变速器电液控制系统的工作要求，应用数字比例控制技术设计了可用作无级变速器中夹紧力控制阀的数字调压阀。介绍了该数字调压阀的结构以及驱动器的设计方法，并对其进行了静态特性、动态特性试验。试验结果表明，该数字调压阀的控制精度及可靠性高，能满足金属带式无级变速器电液控制系统的要求。 关键词:无级变速传动；液压系统；无级变速器；电液控制系统；数字调压阀
ABSTRACT The design method on the hydraulic control system is one of the key technologies of a metal V-belt continuously variable transmission(CVT).It can change the ratio of the transmission system by adjusting thepu-Shing force of the pulley.By analyzing the structure characteristics andForce relationgs,the design method of an important parameter of the CVTHydranlic system and the rate of transmission ratio are put forward by Simulation to the emblematical driving models. The structure parametersOf hydraulic system is gotten and validated by simulation on specific Driving model. An effective design method is provided to develop the co-ntinuously variable transmission system. In terms of working requirements of the electric-hydraulic controlSystem of continuous variable transmissions,the ditital pressure regulator valve,which can be used as the clamping force valve of CVT,is designed with the digital proportional control technology .The st-Ructure of the digital pressure regulator valve and design method forDrivers is introduced. Tests of static characteristics and dynamic cha-racteristics of digital pressure regulator valve is high, it can meetrequirements of the electric-hydraulic control system of system of metalv-belt type continuous variable transmission. Key words:Continuously variable transmission；Hydraulic system；Electric-hydraulic control system；Digital pressure regulator valve
机械无级变速机构
图12.1 移动滚轮平盘式无级变速器 12 机械无级变速机构 12.1 概述 无级变速传动是一种输出转速在一定范围内可以调节的独立工作单元，无级变速传动分为电力无级变速传动、液力无级变速传动和机械无级变速传动。电力无级变速的原理是改变电机的磁通、电压、电流或频率；液力无级变速传动的原理是改变液体的体积或液流的路径；机械无级变速传动的原理是改变某一构件的位置或尺寸。从传动原理上划分，机械无级变速传动分为牵引力（摩擦力）式与机构传动式。从结构上划分，机械无级变速传动分为定轴无中间滚动体式，中间滚动体定轴式和行星运动中间滚动体式。本书仅介绍机械无级变速传动的类型、工作原理、传动特性与应用。在某些生产工艺中，采用机械无级变速传动有利于简化传动的结构，提高生产率与产品质量，节约能源，便于实现自动控制。 12.2 定轴无中间滚动体式机械无级变速传动 12.2.1 正交轴无级传动 定轴无中间滚动体式机械无级变速传动是结构相对简单的一种牵引力式无级变器。图12.1为一种正交轴结构的移动滚轮平盘式无级变速器，通过滑键或花键将滚轮2装于输入轴1上，输入轴1向下压滚轮2，滚轮2与输出轴3上的圆盘之间产生摩擦力，滚轮2在水平方向由调速机构改变位置（如螺旋机构）。设输入轴1的转速为ω1，输出轴3的转速为ω3，滚轮2的位置为R 3，滚轮2的直径为d 2，滚轮2与圆盘3之间无相对滑动时，输出轴3的转速ω3与传动比i 13分别为 )112(/5.03123-= R d ωω )212()5.0/(/233113-== d R i ωω 当R 3在一定范围内变化时，输出轴的转速得到调节，ω3与R 3成反比关系。 当轴1主动时，设滚轮2与圆盘3之间的正压力为N 23，两者之间的摩擦系数为f ，摩擦力F 23＝N 23f ，则圆盘3获得的功率P 3＝N 23fR 3ω3＝N 23fR 3(0.5d 2ω1)/ R 3＝0.5N 23fd 2ω1，不论R 3如何变化，即滚轮2在任何位 置，其输出的功率P 3不变，称为恒功率型无级传动。当轴1主动时，圆盘3获得的转矩T 3＝N 23fR 3，T 3与R 3成正比。 当圆盘3主动时，轴1获得的功率P 1＝N 23f (0.5d 2ω1)＝N 23f (0.5d 2)R 3/(0.5d 2)ω3＝N 23fR 3ω3，P 1与R 3、ω3成正比。当圆盘3主动时，轴1获得的转矩T 1＝0.5d 2N 23f ，不论R 3如何变化，即滚轮2在任何位置，轴1所得到的转矩T 1不变，称为恒转矩型无级传动。 该种无级变速器传递的功率可达4 KW ，机械效率在0.8～0.85之间，传动比在0.2～2.0之间。 12.2.2 相交轴锥盘环锥式无级传动 图12.2为一种相交轴锥盘环锥式无级变速器。锥盘2的半锥角为θ，通过滑键或花键将锥盘2
乘用车无级变速器液压系统设计
二○○九年六月 The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Passenger CVT hydraulic system design Candidate：Gao XinMing Specialty：Vehicle Engineering Class：B05-18 Supervisor：Associate Prof. An YongDong Heilongjiang Institute of Technology 2009-06·Harbin
摘要 液压控制系统是通过控制金属带轮的夹紧力来实现无级自动变速器速比调节的,其设计方法是开发无级变速传动系统的关键技术之一.在分析了金属带式无级变速器的结构特征和力学关系的基础上,通过对汽车典型行驶工况的仿真分析,提出了无级自动变速液压控制系统关键参数—速比变化率的设计方法,完成了液压系统的结构参数设计,并进行了仿真验证,从而为无级自动变速汽车的研制开发奠定了基础. 针对无级变速器电液控制系统的工作要求，应用数字比例控制技术设计了可用作无级变速器中夹紧力控制阀的数字调压阀。介绍了该数字调压阀的结构以及驱动器的设计方法，并对其进行了静态特性、动态特性试验。试验结果表明，该数字调压阀的控制精度及可靠性高，能满足金属带式无级变速器电液控制系统的要求。 关键词:无级变速传动；液压系统；无级变速器；电液控制系统；数字调压阀 ABSTRACT The design method on the hydraulic control system is one of the key technologies of a metal V-belt continuously variable transmission(CVT).It can change the ratio of the transmission system by adjusting thepu-Shing force of the pulley.By analyzing the structure characteristics andForce relationgs,the design method of an important parameter of the CVTHydranlic system and the rate of transmission ratio are put forward by Simulation to the emblematical driving models. The structure parametersOf hydraulic system is gotten and validated by simulation on specific Driving model. An effective design method is provided to develop the co-ntinuously variable transmission system. In terms of working requirements of the electric-hydraulic controlSystem of continuous variable transmissions,the ditital pressure regulator valve,which can be used as the clamping force valve of CVT,is designed with the digital proportional control technology .The st-Ructure of the digital pressure regulator valve and design method forDrivers is introduced. Tests of static characteristics and dynamic cha-racteristics of digital pressure regulator valve is high, it can meetrequirements of the electric-hydraulic control system of system of metalv-belt type continuous variable transmission. Key words:Continuously variable transmission；Hydraulic system；Electric-hydraulic
液压机械无级变速器( HMT)原理及应用分析
现在车辆上的传动装置多采用机械式变速器， 1液力机械式变速器（AT）液力机械式变速器由液力变矩器和多挡机械变速箱组成。 2液压机械无级变速器（HMT）及应用分析 3静液压无级变速器（HST）及其应用分析静液压无级变速器（HST）依靠液压变量马达实现纯液压无级变速，效率较AT高，但较齿轮变速器低许多，传递功率不大 4 金属带式无级变速器 为了充分利用发动机大的功率，节约能源以及获得优良的动力性能，最理想的方法是从传统的有级传动发展为无级传动。 目前普遍采用的液力变矩器及其闭锁装置，自动换挡机构等均是为了弥补有级传动的不足而产生的传动模式，但不能实现真正的无级变速。 另外还出现了全液压传动的无级变速器，其操纵方式也由手动液控向电液控制或微电脑控制技术方面发展，并取得了非常好的效果，大大提高了整机的行使平顺性和作业性能，液压传动可以保证车辆具有稳定的行驶速度。但是在液压传动的车辆中传动效率低也是一个不容忽视的问题，按当代的技术水平，纯液压传动中最高效率在80-85%左右，而在车辆使用中，一般只能达到50-60%。此外，适用于重型车辆使用的大功率的液压元件难以加工，也使液压传动的车辆增加了制造成本。另外，这种高油压高转速的变量泵和定量马达的排量越大，即功率越大时，效率和寿命愈难以保证，生产愈困难，在市场上愈难买到。液压传动的低效率直接影响了整机的生产率和经济性，决定了它在车辆上很难有较大的发展空间。 机械液压双功率流则兼有机械传动的高效率和液压无级传动的双重优点，可在较宽的范围内实现可控的无级变速和所需的车速。以小功率的液压元件传递大功率特性，高效率特性，为车辆的经济性和动力性问题的解决找到了理想的道路。 液压机械无级传动是一种双功率流传动系统，分为液压功率和机械功率两路传递，分流机构分流后液压马达在正向和反向最大速度之间来回无级变速。其每一个行程和行星齿轮机构的一种工况相配合，最后两路汇合成由若干无级调速段相衔接并组逐段升高的全程无级输出速度。液压元件只负担最大功率的一部分，其他功率都由机械路传递。这相当于将液压无级变速功率扩大，传动总效率相对于液压传动也显著提高，和液力机械传动相比，装载量最大可提高30%，燃油经济性最大可提高25%。其特点是通过机械传动实现功率转递，通过液压机械相结合实现无级变速。 液压机械无级变速器（ HMT）及应用分析 液压机械无级变速器（HMT）由液压调速机构和机械变速机构及分、汇流机构组成，是一种液压功率流与机械功率流并联的传动形式，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现无级变速。其原理如1所示，输入功率经分流机构分流为两路，一路经液压调速机构流至汇流机构，另一路经机械变速机构传至汇流机构，由于液压调速机构具有无级调速特性（通过控制系统控制变量泵斜盘倾角的变化使排量改变来实现），与机械变速机构经汇流机构汇流后，使HMT实现无级变速。液压调速机构有变量泵-定量马达，定量泵-变量马达，变量泵-变量马达3种形式，第一种应用较多。机械变速机构为自动有级变速器。分、汇流机构为定轴齿轮传动或行星齿轮传动，从成本及实
机械无级变速传动例题讲解
1． 推导BUS 型机械无级变速器的滑动率ε。 解：BUS 的滑动率求解主要求出*i ，要根据有滑移存在时的几何尺寸来计算，方法同无滑移时一样，关键是找出几何关系，可求出BUS 的滑动率。 图1 BUS 变速器运动分析简图(主要几何尺寸) 由图1可知BUS 型变速器的传动原理属于3K 型行星传动，a,b,e 为中心论，H 为转臂，V 为行星锥。当中心轮e 固定不动时，中心轮b 和a 之间的传动比为： H ae H be e ba i i i --=11 (1) 上式中H ae i 是转臂H 固定不动时，a 和e 的传动比，由下图 2 图2 BUS 变速器运动分析简图(角速度矢量图) 可知它应为：
r R r R r R R r i a e e e a H ae 11-=?- = 而H be i 是转臂不动时，b 和e 的传动比为： r R r R r R R r i b e e e b H be 11-=?- = 将H ae i 和H be i 代入式(1)中，得到： 1 1r R R r r R R r i b e b e e ba +- = 由于外环e 实际是固定不动的，其角速度0=e ω，所以： a b e a e b e ba i ωωωωωω= --= 由此可知e ae i 实际上就是变速器的传动比，并且等于输出轴角速度b ω与输入轴a ω角速度的比值。把变速器的传动比e ba i 简写为i ，则： 1 1 r R R r r R R r i b e b e a b +- = =ωω (2) (2)式可进一步简化为： 1 1 r R R r r r i a e +-= (3) 又由锥体半径之间的关系：当βα,被确定后，外环的摩擦半径e R ，主动锥的大端半径a R 和行星锥打断半径1r 之间有下述唯一确定的关系： ()()β βαβαsin sin sin 1 r R R a e =-=+ 则式(3)可简化为
液压机械无级变速器( HMT)原理及应用分析.
现在车辆上的传动装置多采用机械式变速器, 1液力机械式变速器(AT液力机械式变速器由液力变矩器和多挡机械变速箱组成。 2液压机械无级变速器(HMT及应用分析 3静液压无级变速器(HST及其应用分析静液压无级变速器(HST依靠液压变量马达实现纯液压无级变速,效率较AT高,但较齿轮变速器低许多,传递功率不大 4 金属带式无级变速器 为了充分利用发动机大的功率,节约能源以及获得优良的动力性能,最理想的方法是从传统的有级传动发展为无级传动。 目前普遍采用的液力变矩器及其闭锁装置,自动换挡机构等均是为了弥补有级传动的不足而产生的传动模式,但不能实现真正的无级变速。 另外还出现了全液压传动的无级变速器,其操纵方式也由手动液控向电液控制或微电脑控制技术方面发展,并取得了非常好的效果,大大提高了整机的行使平顺性和作业性能,液压传动可以保证车辆具有稳定的行驶速度。但是在液压传动的车辆中传动效率低也是一个不容忽视的问题,按当代的技术水平,纯液压传动中最高效率在80-85%左右,而在车辆使用中,一般只能达到50-60%。此外,适用于重型车辆使用的大功率的液压元件难以加工,也使液压传动的车辆增加了制造成本。另外,这种高油压高转速的变量泵和定量马达的排量越大,即功率越大时,效率和寿命愈难以保证,生产愈困难,在市场上愈难买到。液压传动的低效率直接影响了整机的生产率和经济性,决定了它在车辆上很难有较大的发展空间。 机械液压双功率流则兼有机械传动的高效率和液压无级传动的双重优点,可在较宽的范围内实现可控的无级变速和所需的车速。以小功率的液压元件传递大功率特性,高效率特性,为车辆的经济性和动力性问题的解决找到了理想的道路。
小功率机械摩擦式无级变速器结构设计
目录 摘要 (2) Abstract: (4) 第一章绪论 (5) §1.2 机械无级变速器的特征和应用 (6) §1.3机械无级变速器的选用和润滑密封 (8) §1.4 本文的主要内容及要求 (10) 第二章摩擦无级变速器的机械特性加压装置和调速机构 (11) §2.1 机械特性 (11) §2.2 调速操纵机构 (12) §2.3 加压装置 (13) 第三章摩擦式无级变速器设计说明和计算过程 (14) §3.1 摩擦机械无级变速器的工作原理 (14) §3.2 摩擦无级变速器的特点 (15) §3.3 锥轮的设计与计算 (15) §3.4 钢环的设计与计算 (19) 1、钢环尺寸和参数的确定 (19) 2、强度验算 (21) §3.5 轴系的设计 (22) §3.6 轴的结构设计 (23) 第四章主要零件的校核 (25) §4.1 ．输出，输入轴的校核 (25) §4.2 . 轴承的校核 (26) 总结 (27) 致谢 (28) 参考文献资料 (29) 附录：文献翻译 (29)
摩擦式机械无级变速器结构设计 摘要 在某种控制的作用下，使机器的输出轴转速可在两个极值范围内连续变化的无级变速器传动随着机械、材质及加工工艺的高速发展和其需求量日益增多而得到广泛应用和发展。无级变速器的主动和从动两根轴通过传递转矩的中间介质（机械构件、流体、电磁流等）把两根轴直接或间接地联系起来并传递动力。当对主、从动轴的联系关系进行控制时，则两轴间的传动比发生变化（在两极值范围内连续而任意地变化）。用机械构件作为中间介质的为机械无级变速器，其包括摩擦式和脉动式。无级变速器与定传动比传动及有级变速传动（它只有有限的几种传动比）相比，其优点是能够根据工作需要在一定范围内连续变换速度，以适应输出转速和外界负载变化的要求，摩擦式机械无级变速器依靠传动元件之间的摩擦进行传动，钢材材质、加工工艺水平和润滑油料品质等因素是摩擦式机械式无级变速器不断发展的重要保证。本文通过查阅相关的诸多文献和书籍手册等进行钢环式无级变速器原理及其结构、变速原理的传动结构的实现的研究，并对摩擦式机械无级变速器进行结构设计，可直接作为设计文件或指导文件进行生产加工。 关键词：无级变速器；摩擦式；传动；润滑；
液压机械无级变速器传动系统设计与仿真研究
本科生毕业论文（设计） 题 目: 液压机械无级变速器传动系统 设计与仿真研究 姓 名: 孙东磊 学 院: 工学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机制104班 学 号: 33110404 指导教师: 肖茂华 职称: 讲师 2014年5月1日 南京农业大学教务处制
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 1 绪论 (2) 1.1论文研究背景和意义 (2) 1.1.1无级变速器分类 (3) 1.2国内外研究现状 (4) 1.2.1国外研究现状 (4) 1.2.2 国内研究现状 (5) 1.3 本文所研究的主要目标和内容 (5) 2 液压机械传动系统理论研究 (6) 2.1液压机械无级变速的基本原理 (6) 2.1.1差动变速原理 (6) 2.1.2双电机驱动有级变速 (6) 2.1.3直流电机无级变速 (7) 2.1.4液压马达驱动无级变速 (7) 2.1.5机械液压式双流传动系统 (7) 2.2液压机械传动系统原理及液压系统元件的选择 (9) 2.3液压机械传动分/汇流的基本形式及特点 (10) 2.3.1定轴齿轮副分/汇流特点 (10) 2.3.2行星齿轮机构分/汇流特点 (10) 2.4液压机械传动分/汇流的组合形式 (12) 2.4.1分速-汇矩式 (12) 2.4.2分矩-汇速式 (15) 2.5分矩-汇速式组合方案特性分析 (17) 2.5.1液压机械传动系统转速特性 (17) 2.5.2 液压机械传动系统转矩特性 (18) 2.5.3液压功率分流比特性 (19) 2.5.4液压机械传动系统效率特性 (20) 2.6本章小结 (21) 3 液压机械无级变速器参数确定 (22) 3.1液压机械无级变速器方案 (22) 3.2 输出转速理论模型 (22) 3.2.1 液压路转速理论模型 (22) 3.2.2总输出转速理论模型 (23) 3.3结构参数关系 (24) 3.3.1等比传动条件下的参数关系 (24)
无级变速器的基本结构和变速原理
无级变速器的基本结构和变速原理 沈林江，胥家政 摘要：无级变速技术是目前汽车传动系统中的前沿技术，无级变速器（CVT）与手动变速器（MT）、自动变速器（AT）相比，综合动力性能更佳，能与发动机形成理想的动力匹配，因此，无级变速汽车是当今发展的主要趋势之一。无级变速器中最为重要的一项是电液控制技术，直接影响到汽车变速品质、经济性以及动力性。速比控制、夹紧力控制和起步离合器的控制是无级变速控制系统的关键。 关键词：无级变速；结构；原理；特点 Basic structure and Variable speed principle of the CVT Shen lin-jiang , Xu jia-zheng Abstract: Continuously variable transmission technology is currently in the forefront of automotive technology,continuously variable transmission (CVT) with manual transmission(MT),automatic transmission(AT),an integrated vechicle is the development of the car one of the main trend. CVT is the most important one is the electro-hydraulic control technology.Car speed directly affects the quality and economy, and dynamic.However ratio control, clamping force control and control is the key to starting clutch CVT control system. Key word: I nfinitely variable speeds; structure; principle; characteristic 引言 汽车无级变速器能实现传动比连续变化，在更大范围内控制发动机的工作点，真正实现发动机—变速器—道路载荷的最佳匹配，所以一直以来是汽车制造商和用户追求的理想变速器。无级变速器按作用方式的不同和传动形式的差异，可分为机械式、电气式、液压式三大类。其中机械式无级变速器恒功率特性较好，有较高的传动效率，应用比较广泛，金属带式无级变速器就是典型的一种机械式摩擦无级变速器。由于金属带式无极变速器最为普遍，所以本文主要研究金属带式无级变速器的基本结构和变速原理。 1 汽车无级变速器的类型和特点 无级变速器可分为：液力变矩器，摆销链式无级变速器CVT，金属带式无级变速器CVT，环盘滚轮式无级变速器IVT这4大类。与有级变速器相比，它的优点明显：（1）提高燃油
探讨拖拉机液压机械无级变速器的设计理念(新编版)
探讨拖拉机液压机械无级变速器的设计理念(新编版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0417
探讨拖拉机液压机械无级变速器的设计理 念(新编版) 无论是农用还是工业运输用途，拖拉机机械运转质量都发挥着不可小觑的功效。根据现下技术条件基础下的液压机械无级变速操控装置现状进行观察，其中的单排机理部件和变量泵支持的马达液压式传动结构，利用多档支持功能的变速箱实现系统中心的搭建。 拖拉机进行实地作业操作环节中，面临不同环境因素和外界负荷的频繁危机影响，必须深度掌握内部发动机机理和变速结构的适时变更转换原理，适当控制扭矩适应负荷程度和行驶活动过程中的阻力效果，充分发挥机械运转制动质量，保证内部油气的合理消耗，满足经济效果的科学补充要求。传统拖拉机变速系统中的换挡机制自由掌控标准有限，对于一些连续性的无级操控处理无法全面掌控，
即便适当增加档位结构，也会造成变速箱机械结构的严重负担。而液压式无级变速器在利用机械功率新型传动制备装置的机理条件下，配合变量泵和单排内部部件进行马达制动结构范围的拓展，促进先进科技校正后的机械整改工作质量得到完善和提高。 相关机械传动方案的原理内容整理 目前市面上存在的拖拉机变速箱既定样本格式主要是（6+2）档，在一定传动结构必要模式的控制范围下，这种拖拉机在对速比机制的调整工作上没有过高的主观定义效果，实际工作有效区段把握范围不够宽泛。透过传统工艺的潜在继承要求和整体机械配套的固化样式因素进行保留意见的阐述，这种原始机型总体尺寸和结构效应参数规模基本可以保持不变，只要全力对变速箱结构进行整改即可。由于这类样品的中央传动设备和尾端制动占总体动力比例值约为22.134，实际驱动支持轮部分的动力扩展范围在0.437米左右，加上发动机机械的基本转速可以维持在每分钟2200转的前提因素下，这种对机械原理内容的总结工作还是利用现实生产工业活动中的机械适应状况进行国外先进经验技术的武装、补充，并根据同类型的
液压机械无级变速器传动特性分析示范文本
液压机械无级变速器传动特性分析示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
液压机械无级变速器传动特性分析示范 文本 使用指引：此解决方案资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 液压机械无级变速器对车辆实现无级变速具有重要的 作用。本文先对液压机械无级变速器进行了简单的介绍， 再重点分析了液压机械无级传动变速器的传动特性。 在车辆动力系统发展的过程中，从有级变速发展到无 级变速成为了一种趋势。安装有级变速器的车辆在行驶过 程中，发动机不能够一直处于最佳状态。这不仅降低了驾 驶的舒适性，而且降低了发动机的使用效率，造成了一定 能源的浪费。在改进的过程中，人们发明了液力变矩器及 其闭锁装置、自动换挡机构等。这些改进虽然在一定程度 上弥补了有级传动的不足，但是还不能够实现真正的无级 变速。液压传动技术的发展为无级变速提供了新的技术支
持，纯液压传动能够实现无级变速，保证汽车行驶的稳定性能。但是纯液压传动的传动效率偏低，能源利用率不高。为此可以将液压和机械进行结合，将机械的高传动效率和液压的无级控制结合在一起，从而实现液压机械无级传动。液压机械无级传动变速器工作时，具有无级调速、传动功率比值高以及高效率等传动特性。本文先对液压机械无级传动变速器的工作原理和特点进行介绍，再着重探讨和分析液压机械无级传动变速器的传动特性。 液压机械无级变速器概述 在液压机械无级传动器中，存在着两个功率流的传动，属于双功率流传动范畴。液压机械无级传动器主要由液压和机械两个部分组成。液压部分是由一些液压元件组成，包括变排量和定排量元件，主要负责传递液压路功率。机械部分是由行星排或齿轮构成，主要负责传递机械路功率。液压部分传递的功率可以通过液压元件调节实现
机械无级变速器分类及型号编制方法
机械无级变速器分类及型号编制方法（JB/T7683-95） 1主题内容与适用范围 本标准规定了机械无级变速器（简称无级变速器）的分类和型号编制方法。本标准适用于机械无级变速器。 2无级变速器的分类 2.1固定轴无级变速器 2.1.1滚轮平盘无级变速器 2.1.2滚轮长锥无级变速器 2.1.3球轮锥盘无级变速器 2.1.4锥盘环盘无级变速器 2.1.4.1相交轴锥盘环盘无级变速器（干式、湿式） 2.1.4.2平行轴锥盘环盘无级变速器（干式、湿式） 2.1.4.3两级锥盘环盘无级变速器 2.1.5光杆转环直线无级变速器 2.1.6滚锥平盘无级变速器 2.1.6.1单滚锥平盘无级变速器 2.1.6.2双滚锥平盘无级变速器 2.1.6.3四滚锥平盘无级变速器 2.1.7偏置球锥无级变速器 2.1.8钢环锥轮无级变速器 2.1.8.1 内钢环长锥无级变速器
2.1.8.2 外钢环长锥无级变速器 2.1.8.3 刚环分离锥轮无级变速器2.1.9多盘无级变速器； 2.1.9.1单锥多盘无级变速器 2.1.9.2单级多盘无级变速器 2.1.9.3两级多盘无级变速器 2.1.10钢球无级变速器 2.1.10.1钢球平盘无级变速器 2.1.10.2钢球杯轮无级变速器 2.1.10.3钢球锥轮无级变速器 2.1.10.4无轴钢球锥轮无级变速器2.1.10.5无轴钢球内锥轮无级变速器2.1.11弧锥轮无级速器 2.1.11.2弦置弧锥轮无级变速器2.1.11.3络筒式弧锥轮无级变速器2.1.12菱锥锥轮无级变速器 2.2行星无级变速器 2.2.1行星锥盘无级变速器 2.2.2行星菱锥无级变速器 2.2.3行星长锥无级变速器 2.2.4行星锥鼓无级变速器 2.2.5无轴行星菱锥无级变速器