液壓機械分流無極傳動

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1、文檔從網(wǎng)絡中收集，已重新整理排版.word版本可編輯.歡迎下載支持. 現(xiàn)代坦克,對于極大影響其機動性的傳動系統(tǒng)，提出了越來越高的要求.鑒于充分利用發(fā)動機功率、節(jié)省能源,及獲得最佳理想傳動的要求，現(xiàn)代坦克傳動系統(tǒng)已逐漸從傳統(tǒng)的有級式傳動向無級傳動發(fā)展.在此發(fā)展過程中，人們進行了不斷地探索.其中，液壓傳動是一種較好的傳動,它有許多優(yōu)點，最主要的是它可以使傳動裝置的傳動比，在一個較寬的范圍內，實現(xiàn)連續(xù)可控的調節(jié)變化，以實現(xiàn)車輛無級變速直駛或轉向的理想傳動性能.它的比較有效的功能部件是液壓泵、馬達的組合機構，通過對變排量泵(或馬達)的調節(jié)，可實現(xiàn)機構輸出、入端無級變化的傳動比.統(tǒng)計資料表明，液壓

2、泵、馬達的無級傳動裝置，當前在坦克裝甲戰(zhàn)車上比較普遍地被用于轉向傳動系統(tǒng).如:美國LvTP一7兩棲登陸車,Ml坦克，西德的豹I坦克，法國的AMx一和坦克以及英國的挑戰(zhàn)者坦克等，使用這類無級轉向裝置，大大提高了車輛的轉向機動性能.但是，由于液壓傳動有其不足之處，這主要是它的傳動效率低于傳統(tǒng)的機械傳動效率;且鑒于現(xiàn)有技術水平的限制，液壓泵、馬達元件的制造比較困難，因此，限制了它在需要大功率、緊湊體積、高效率的坦克戰(zhàn)車傳動裝置上的應用. 為了改善純液壓傳動(HydrostarseTransmjssjon,簡稱:HT)的不足，近年來，綜合有壓和機械傳動優(yōu)良特性的液壓一機械分流無級傳動(Hydrost

3、atie一MeehaniealTrans,nission),簡稱:HMT得到了極大的發(fā)展. 一.變速器 1.1 有級變速器 手動換檔機械變速器(MechanicalTransmission,簡稱MT)。其變速原理是通過多對齒輪傳動組合實現(xiàn)變速，傳動比為幾個定值，因此稱之為有級變速器。由于其傳動比為定值，不能保證發(fā)動機始終工作在最佳動力性和最佳經(jīng)濟性工作區(qū),換檔時會產(chǎn)生沖擊和噪聲，降低舒適性。 1.2 無級變速器 無級變速器是指采用控制系統(tǒng)使傳動比可在一定范圍內連續(xù)變化的變速 器，簡稱CVT(ContinuouslyVariableTransmission)能夠使車輛自動適應外界工況

4、的變化，可保證車輛始終工作在最佳動力性和最佳經(jīng)濟性工作區(qū)，可提高車輛的動力性、經(jīng)濟性、生產(chǎn)效率，實現(xiàn)操作自動化，簡化駕駛員操作，降低駕駛員的勞動強度，使車輛運行平穩(wěn)，也為綜合控制車輛傳動系提供可能。按照結構和傳動介質主要分為機械式、液力機械式、液壓機械式、靜液式、電力式等。 lword版本可編輯.歡迎下載支持. 文檔從網(wǎng)絡中收集，已重新整理排版.word版本可編輯.歡迎下載支持. 液壓機械無級變速器(HMT)由液壓調速機構和機械變速機構及分、匯流機構組成，是一種液壓功率流與機械功率流并聯(lián)的新型傳動形式，通過機械傳動實現(xiàn)傳動高效率，通過液壓傳動與機械傳動相結合實現(xiàn)無級變速。與傳統(tǒng)的機械

5、式有級變速器相比，液壓機械無級變速器有以下特點：①能自動適應負荷和行駛阻力的變化，實現(xiàn)無級變速，保證發(fā)動機工作在最佳工作點，有利于提高車輛動力性、燃油經(jīng)濟性和工作效率。②以液體為傳力介質，大大減輕傳動系動載，易防止發(fā)動機超載和熄火，可提高有關零部件的壽命，對工作條件惡劣的農(nóng)業(yè)機械和工程機械尤為重要。③行駛平穩(wěn)，能吸收和衰減振動，減少沖擊和噪聲，提高乘坐舒適性。④有很低的穩(wěn)定行駛車速，可提高拖拉機在壞路上的通過性和低速作業(yè)質量。⑤操作輕便，便于實現(xiàn)換檔自動化，降低駕駛員勞動強度。⑥與純機械傳動相比，傳動效率不很高，對變量泵和定量馬達及液壓系統(tǒng)要求較高，制造及使用成本較高。該傳動綜合了液壓傳動和機

6、械傳動的主要優(yōu)點，兼有無級調速性能和較高的傳動效率，因此在大功率拖拉機、汽車、工程機械、坦克、電力機械等許多領域有著良好的應用前景。 二.液壓機械雙流傳動原理分析 2.1 雙流傳動原理研究 車輛的雙流傳動是相對于單功率流傳動而言的，既具有單流傳動的特點乂有很大的不同，單功率流傳動中功率流是按一路傳動，是串聯(lián)的。雙流傳動中功率流向是并聯(lián)的，兩路功率是并聯(lián)傳動，如圖1所示。主要有分流機構、單流傳動機構1和2、匯流機構組成。發(fā)動機功率輸入分流機構后分為兩路，一路經(jīng)單流傳動機構1傳至匯流機構，另一路經(jīng)單流傳動機構2傳至匯流機構，兩路功率在匯流機構處匯合后輸出。車輛的分流機構和匯流機構可分別為定軸

7、齒輪副或行星齒輪傳動，單流傳動機構可為液壓傳動、液力傳動、機械傳動電力傳動等多種形式。 圖1雙流傳動原理圖 2.2 定軸齒輪副分流和匯流 定軸齒輪副分流和匯流可用圖2說明其原理。傳動路線及元件轉速和轉矩如圖2所示，其關系為下式： 上述式中，i為主動齒輪對被動齒輪的傳動比，n為轉速，M為轉矩。由 式(2-1)和(2-2)可知該分匯流形式有如下特點： 轉速特點：機構一定時，各元件轉速之間保持一定的比例關系，即任一元件轉速一定，其他元件轉速也一定并與之成比例變化。 轉矩特點：機構一定且Mo—定時，Mi與M2代數(shù)和一定，但其間的分配比例可以變化，可使一路為零，甚至于為負值，輸出的

8、關系發(fā)生變化。因此，用定軸齒輪副分匯流時，可稱之為分矩式或匯矩式的功率分流和匯流，或稱之為差矩機構。 圖2定軸齒輪副分流和匯流 23普通行星排分流和匯流 普通行星排分流和匯流可用圖3說明。當用普通行星排分流和匯流時，并不局限于圖3的形式，行星排的三元件均可作輸入端和輸出端。現(xiàn)以圖3說明，傳動路線和各元件轉速與轉矩如圖3所示。k代表太陽輪，j代表行星架,q代 表齒圈，k為行星排特性參數(shù)，n、M代表轉速和轉矩相互關系如下： (2-4) (2-5) (2-6) %+hiq-(1+k)%=0 =MjQ+k) Mnt+〃n-Mn.=0 」qq3j 從式(2-4)和(2-

9、5)可知該分流和匯流形式有如下特點： 轉速特點：對一定的行星排，當任一元件轉速一定時，其他兩元件轉速的代數(shù)和一定，但其間的比例分配關系可發(fā)生變化。 轉矩特點：三元件轉矩之間成一定比例關系，任一元件轉矩一定時.，其他兩元件轉矩也為一定并與之成比例變化。 ⑹忙;流: 圖3行星排分流和匯流 因此，當傳遞的功率一定時，由于轉速分配的變化，兩路所傳遞的功率也發(fā)生變化，一路可為零，甚至為負值，就使輸入和輸出的關系發(fā)生變化，這種特點正好與定軸齒輪副分流和匯流時相反，可稱之為“分速式”和“匯速式”,屬于差速機構。 上述兩種分流和匯流方式可兩兩組合得到多種分流和匯流傳動方案，具體設計傳動方案時應

10、考慮組合后的方案的傳動比變化范圍、傳動效率和是否存在功率循環(huán)、結構大小、操縱是否方便等因素。 5word版本可編輯.歡迎下載支持. 文檔從網(wǎng)絡中收集，已重新整理排版.word版本可編輯.歡迎下載支持. 三.液壓機械雙流傳動原理分析 液壓機械雙流傳動由液壓調速機構和機械變速機構及分、匯流機構組成，是一種液壓功率流與機械功率流并聯(lián)的傳動形式，通過機械傳動實現(xiàn)傳動高效率,通過液壓傳動與機械傳動相結合實現(xiàn)無級變速。其原理如圖2-4和2-5所示,輸入功率經(jīng)分流機構分流為兩路，一路經(jīng)液壓調速機構流至匯流機構，另一路經(jīng)機械變速機構傳至匯流機構，兩路功率在匯流機構處匯流后輸出。通過控制系統(tǒng)控制

11、變量泵或變量馬達的排量使液壓調速機構具有無級調速特性，并與機械變速機構經(jīng)匯流機構結合，實現(xiàn)無級變速傳動。 液壓泵和液壓馬達是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，為能量轉換裝置。液壓泵是在 原動機的驅動下旋轉，輸入轉矩和轉速即機械能，輸出一定流量的壓力油即液壓能。液壓馬達則相反，是在一定流量的壓力油驅動下旋轉，輸出轉矩和轉速,即將液壓能轉換為機械能。 液壓泵的工作原理是通過密封容積的變化改變液壓油壓力來傳遞動力。通 常液壓泵的排油壓力取決于其負載，即液壓系統(tǒng)的負教。 根據(jù)改變液壓泵或馬達的排量來調速，液壓機械雙流傳動中的液壓調速機構主要有三種形式：變量泵?定量馬達、定量泵?變量馬達、變量泵?變量馬達。

12、 變量泵調速系統(tǒng)的性能是優(yōu)越的。馬達轉速是泵的排量相對變化率￡的連續(xù)單調函數(shù)，反向性能良好，反向平穩(wěn)迅速。通過調節(jié)馬達轉速，功率變化而馬達的轉矩可保持恒定，故稱為恒轉矩輸出。 定量泵?變量馬達系統(tǒng)通過改變馬達排量的正負值及馬達的旋轉方向來 實現(xiàn)調速。當排量相對變化率減小到某一值時，馬達自鎖，輸出轉矩為零。輸 出轉速不高，且不是單調連續(xù)變化，傳動比變化范圍小，一般不超過4,因而不能用于反向。當排量相對變化率變化時，馬達轉矩也變化，功率保持恒定，為恒功率輸出，功率利用較好。因此，但常用于車輛制動。 變量泵?變量馬達的排量相對變化率的調節(jié)是有一個程序調速機構按一 定的順序完成的，該機構按

13、程序雙變量進一步擴大傳動的調速范圍，且低速時 保持較大的輸出轉矩，高速時保持恒功率輸出。但是傳遞功率不大，主要應用于 5word版本可編輯.歡迎下載支持. 文檔從網(wǎng)絡中收集，已重新整理排版.word版本可編輯.歡迎下載支持.行駛速度不高的中小噸位的輪式或履帶工程車輛。 四.液壓機械無級變速傳動原理及形式 4.1無級變速原理 液壓機械無級傳動屬于多功率流無級傳動這一領域，根據(jù)系統(tǒng)輸出速度與定排量液壓元件的輸出速度之間的速度關系，一般將其分為正相位工作狀態(tài)及反相位工作狀態(tài)。所謂正相位是指:系統(tǒng)輸出速度隨定排量液壓元件的輸出速度的增大而增大；反之，系統(tǒng)輸出速度隨定排量液壓元件的輸

14、出速度的增大而減小，即所謂反相位。 圖4(a)所示即所謂正相位，輸入軸與行星排太陽輪相聯(lián)，行星架與輸出軸相聯(lián)。定排量液壓元件轉速nm隨變排量液壓元件排量的變化而無級變化，經(jīng)過定傳動比i2與輸入軸的固定轉速在行星排處匯合，輸出轉速也隨面的增大而增大。用公式來解釋： 1，？、 n,=n.=in,+￡) "3a十用)" (b) 7word版本可編輯.歡迎下載支持. 文檔從網(wǎng)絡中收集，已重新整理排版.word版本可編輯.歡迎下載支持. 圖4無級變速原理 圖4(b)所示即所謂反相位，輸入軸與行星架相聯(lián)，太陽輪與輸出軸相聯(lián)。定排量液壓元件轉速nm從圖4(a)工況之末向相反方向

15、無級變速時，齒圈速度的減慢反而使合成的太陽輪的速度愈來愈高，輸出轉速肌隨nm的減小而增大。即當胴隨nm由正值經(jīng)過零向另一方向負值變化時，輸出也不是減少而是繼續(xù)升高。用公式來解釋： %=%=(1+自況一魚％ 式中， K1、k2一一行星排特性參數(shù)； 5、nq、nj一一行星排太陽輪、齒圈及行星架的轉速。 若適當選取各傳動參數(shù)，可以使圖(a)工況末尾的nb等于圖(b)工況開始的nb,即兩階段的輸出速度血相銜接。這樣，當定排量液壓元件不間斷地作一次往返無級變速時，輸出轉速M可得到不間斷地連續(xù)提高。這里分析的只是兩工作階段之間液壓元件一次往返的連續(xù)無級變速，即工作階段一次轉換的最簡單的例子，僅用

16、以說明其變速原理。不同方案可以利用定排量液壓元件的多次往返變速，每一行程配合以不同的預定機械工況，可以作到輸出速度的多段連續(xù)、不斷提高。 通常，由零速開始的第一無級變速階段，常是純液壓的單流工況。然后，從相連續(xù)的第二段開始，才進入液壓機械分流工況。 4.2液壓機械無級傳動的結構形式 液壓機械無級傳動可以從多方面來分類，可能的變化較多。此外，同一種類利用不同的機構，例如不同的行星變速及其操縱件，可構成許多不同的方案。 1、n段式 在液壓機械無級傳動中，所謂一段即一個工作段，它是指定排量液壓元件往返無級變速的一個行程，即定排量液壓元件的轉速由正向最高轉速到反向最高轉速、或由反向最高轉速到

17、正向最高轉速的一個工況。一般說，系統(tǒng)在一個輸出速度方向(正向或反向)，有幾個工況(幾段)稱為幾段式。 同時，每段以定排量液壓元件轉速為零速時為界，分為前半段和后半段。 11word版本可編輯.歡迎下載支持. 從無級變速的段數(shù)來分，可分為兩段、三段、四段……。連續(xù)的段數(shù)愈多，機構和操縱都愈復雜。 2、單向連續(xù)式和雙向連續(xù)式 從系統(tǒng)無級變速的輸出轉速為正方向的單向，或正、反兩方向的雙向來區(qū)分，液壓機械無級傳動可分為單向式和雙向式兩類。與單向式相對照，雙向式無級變速可以相互對稱也可以是非對稱的，例如正向為四段、反向為兩段連續(xù)等。若只有純液壓的第一階段具有半段負向輸出，而無負向連續(xù)段，仍

18、定義為單向式。 3、等差連續(xù)式和等比連續(xù)式 若每段的開始與末尾輸出速度的差值相等，即各段連續(xù)的輸出速度相對于變量泵排量比的斜率相同，各段為等差連續(xù)式。若各段的無級變速范圍逐段增大，其每段末尾速度與開始速度的比值為一定的公比值，這樣的各段間關系，稱為等比連續(xù)式。等差連續(xù)式的最大輸出力矩一般為恒定的，其速度變化均勻,利于操縱，使用較多。等比連續(xù)式的最大輸出功率一般為恒定的，因而低速段的力矩大，高速段的力矩逐段減小。其初始段利于微調速度，而其后連續(xù)各段的操縱變速效果愈來愈顯著，利于迅速達到最高速度。也有復合使用等差和等比連續(xù)段的方案。 前述各類液壓機械無級傳動系各有特點和規(guī)律。其中如單向或雙向

19、連續(xù)，及若干段連續(xù)等區(qū)別，雖對使用性能有重要影響，但更為本質的區(qū)別，是各無級變速段為等差式還是等比式連續(xù)的問題。 等差式液壓機械無級傳動的基本工作特征，就是在定排量液壓元件往返無級變速的每一行程與機械分路的適當傳動比相匹配，機械分路匹配的傳動比逐段減小，其速度逐段升高，液壓分路與機械分路由正相位和反相位的兩種匯流行星排輪流輸出，從而使輸出轉速逐漸提高，實現(xiàn)無級變速，以至于傳遞最大功率。等差連續(xù)式的輸出速度變化均勻，利于操縱，最大輸出力矩一般為恒定8word版本可編輯.歡迎下載支持. 的，其輸出功率隨輸出轉速的增大而增大。根據(jù)這些工作特性，等差式液壓機械無級傳動一般用于履帶車輛無級轉向系統(tǒng)使用。 等比式液壓機械無級傳動的基本工作特征，就是在液壓系統(tǒng)往返無級變速的每一行程，與機械分路的固定傳動比相匹配，液壓分路與機械分路由正相位和反相位的兩種匯流行星排輪流輸出后，再分別經(jīng)正相位和反相位變傳動比輸出。等比連續(xù)式的最大輸出功率一般為恒定的，低速段的力矩大，高速段的力矩逐段減小。其初始段利于微調速度，而其后連續(xù)各段的操縱變速效果愈來愈顯著，利于迅速達到最高速度。因此，等比式液壓機械無級傳動一般用于車輛直駛推進使用。