基于CATIA的錐形凸輪無(wú)極變速器的建模與仿真

摘要：對(duì)錐形凸輪無(wú)極變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了介紹，運(yùn)用CATIA軟件對(duì)錐形凸輪無(wú)極變速器的主要零部件進(jìn)行三維建模和裝配，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，結(jié)果表明凸輪無(wú)極變速器可以實(shí)現(xiàn)完全勻速輸出，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

關(guān)鍵詞：無(wú)級(jí)變速器；錐形凸輪；齒輪機(jī)構(gòu)；CATIA

中圖分類(lèi)號(hào)：U483文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.06.001

The Modeling and simulation of conical cam continuously variable transmission based on CATIA

Ren Fenglan

（Change Vocationel Technical College，Changde 415000，China）

Abstract： The structure and working principle of conical cam continuously variable transmission are introduced， a three-dimensional modeling and assembly with the main components is carried by using CATIA， so the kinematics simulation， It is indicated that the constant speed output of the transmission is achieved， and the expected effect is reached.

Key words： Continuously Variable Transmission（CVT）， conical cam， gear mechanism， CATIA

基金項(xiàng)目：湖南省教育基金項(xiàng)目（11C0169）。

作者簡(jiǎn)介：任豐蘭（1976-），男，碩士，湖南永州人，常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究領(lǐng)域：先進(jìn)制造技術(shù)。E-MAIL：fenglanren@163.com。

0引言

無(wú)級(jí)變速器（Continuously Variable Transmission，簡(jiǎn)稱(chēng) CVT）是一種應(yīng)用較廣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，目前機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器普遍存在速度波動(dòng)較大、傳動(dòng)比較小、輸出運(yùn)動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)勻速輸出等缺點(diǎn)，而錐形凸輪式的無(wú)極變速器利用錐形凸輪機(jī)構(gòu)以及單向超越離合器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，理論上可以得到速度波動(dòng)非常小的勻速輸出運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，而且還能大大降低開(kāi)發(fā)成本。本文運(yùn)用CATIA軟件對(duì)錐形凸輪無(wú)極變速器的主要零部件進(jìn)行三維建模和裝配，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，實(shí)現(xiàn)輸出運(yùn)動(dòng)達(dá)到勻速輸出的效果。

1錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理

1.1錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)

錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由主動(dòng)軸（凸輪軸）、從動(dòng)軸、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、凸輪、擺桿、單向超越離合器等組成。

1.2錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的工作原理

錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器工作原理是：通過(guò)輸入軸連接傳動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)三驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而擺桿和輸出軸的單向超越離合器連接，擺桿來(lái)回?cái)[動(dòng)作為輸出驅(qū)動(dòng)軸連續(xù)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

2基于CATIA的錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的主要零部件建模與裝配

2.1主要零部件的建模

2.1.1主動(dòng)、從動(dòng)齒輪的建模

錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器所設(shè)計(jì)的齒輪都是漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。在CATIA軟件中，以齒頂圓半徑為半徑建立一圓弧，然后拉伸成一圓柱體。根據(jù)設(shè)計(jì)的齒輪參數(shù)，做出一個(gè)齒的齒廓曲線，拉伸該齒廓曲線并與前面生成的圓柱體做布爾運(yùn)算，然后用圓周陣列命令生成其他的齒，最后拉伸切除齒輪的中心安裝孔，得到齒輪的三維模型，如圖2所示。

2.1.2輸入軸、輸出花鍵軸的建模

根據(jù)錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用CATIA軟件對(duì)輸入軸、輸出花鍵建立的模型如圖3和圖4所示。

2.1.3錐形凸輪的建模

錐形凸輪根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理來(lái)設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，把曲線坐標(biāo)通過(guò)TXT格式導(dǎo)入CATIA軟件中，偏移兩條曲線即可得到凸輪兩端的實(shí)際輪廓曲線。兩輪廓距離為凸輪長(zhǎng)度，然后用軟件對(duì)兩端的實(shí)際輪廓進(jìn)行放樣特征處理，得到各橫截面均相似的三維錐形凸輪，最后得到錐形凸輪的三維模型如圖5所示。

2.2裝配

利用CATIA軟件對(duì)錐形凸輪的無(wú)極變速器進(jìn)行裝配，插入該無(wú)級(jí)變速器零部件的三維模型，通過(guò)重合、平行、相切、同軸心等一系列裝配命令，最后得到該新型無(wú)級(jí)變速器的整體裝配圖，如圖6所示。

3基于CATIA錐形凸輪式無(wú)級(jí)變速器的運(yùn)動(dòng)仿真

3.1運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

在CATIA軟件輸入中軸設(shè)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其角速度為ω=150 r/min=900 d/s。根據(jù)運(yùn)算能力及仿真要求，把仿真時(shí)間設(shè)置成6 s，仿真步長(zhǎng)設(shè)置成1200 mm，其他按照默認(rèn)值設(shè)置。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，仿真過(guò)程圖如7至9所示。

3.2運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果分析

將建立的無(wú)級(jí)變速器裝配體通過(guò)導(dǎo)入CATIA中然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。從仿真過(guò)程圖可以得出，該凸輪式無(wú)級(jí)變速器采用具有組合規(guī)律的擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，配合單向超越離合器，理論上可以實(shí)現(xiàn)完全的勻速輸出。仿真結(jié)果與目前一些機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器的參數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果證明該錐形凸輪式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器可以實(shí)現(xiàn)完全勻速輸出、性能良好。

4小結(jié)

文章對(duì)錐形凸輪無(wú)級(jí)變速器的工作原理進(jìn)行了介紹，

運(yùn)用CATIA軟件對(duì)錐形凸輪無(wú)極變速器的主要零部件進(jìn)行了模型的構(gòu)建，并對(duì)其進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明該錐形凸輪式機(jī)械無(wú)級(jí)變速器可以實(shí)現(xiàn)完全勻速輸出的良好效果。

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