Zero-max無(wú)級(jí)變速器的仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)【PROE三維】

Zero-max無(wú)級(jí)變速器的仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)【PROE三維】,PROE三維,zero,max,無(wú)級(jí),變速器,仿真,分析,以及,優(yōu)化,設(shè)計(jì),proe,三維 目錄 目 錄 II 摘 要 III Abstract IV 1 緒 論 1 1.1 前言 1 1.2 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的分類 1 1.2.1 剛性定軸式 1 1.2.2 行星式 2 1.2.3 變節(jié)距式 2 1.2.4 牽引式 3 1.2.5 脈動(dòng)式 3 1.3 無(wú)級(jí)變速器的研究現(xiàn)狀 5 1.4 本課題的產(chǎn)生 5 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容及意義 6 2 連桿式脈動(dòng)變速器簡(jiǎn)介 7 2.1 連桿式變速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 7 2.2 Pro/ENGINEER 環(huán)境中實(shí)體建模 8 2.2.1 創(chuàng)建零件 8 2.2.2 虛擬裝配 10 2.3 連桿式無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu) 11 2.4 連桿式變速器工作原理 12 3 Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器的運(yùn)動(dòng)仿真 14 3.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)和ADAMS 軟件簡(jiǎn)介 14 3.2 基于ADAMS 建立Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器虛擬模型 15 3.2.1 簡(jiǎn)化模型 15 3.2.2 施加約束和驅(qū)動(dòng) 16 3.3 運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果分析 17 4 連桿式變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 21 4.1 背景分析 21 4.2 設(shè)計(jì)思路 21 4.3 八桿變速器的結(jié)構(gòu)及工作原理 23 4.4 簡(jiǎn)化模型與仿真分析 23 4.5 仿真數(shù)據(jù)分析比較 25 4.6 結(jié)論 26 5 結(jié) 語(yǔ) 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 30 摘要 Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器的仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘 要 無(wú)級(jí)變速器（Continuously Variable Transmission，簡(jiǎn)稱 CVT）能夠?qū)崿F(xiàn)輸入轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩向輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作壽命長(zhǎng)，而且還具有較寬的變速范圍、穩(wěn)定的調(diào)速性能以及傳動(dòng)可靠等特點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用日益廣泛。目前常用的無(wú)級(jí)變速器，存在輸出不穩(wěn)定、脈動(dòng)率較大，機(jī)構(gòu)功率不高等不足，有待研究者進(jìn)一步完善和改進(jìn)。 虛擬樣機(jī)技術(shù)是一門廣泛應(yīng)用的仿真技術(shù)，利用 ADAMS 軟件建立真實(shí)的仿真模型，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)節(jié)省成本，是一種高效的開發(fā)工具。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文闡述了 Zero-Max 變速器的機(jī)構(gòu)，對(duì)其工作原理和傳輸特性進(jìn)行了探討與分析，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用 Pro/ENGINEER 和 ADAMS 軟件，對(duì) Zero-Max 變速器進(jìn)行建模仿真，分析與評(píng)估，基于速度波動(dòng)的考慮，重新設(shè)計(jì)，把脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)從原來(lái)的六桿機(jī)構(gòu)中分離出來(lái)，設(shè)計(jì)了一種脈動(dòng)值較好、速度波動(dòng)更小的八桿變速器。 關(guān)鍵詞：無(wú)級(jí)變速器；虛擬樣機(jī)技術(shù)；ADAMS；優(yōu)化設(shè)計(jì) III Abstract Simulation Analysis and Optimization Design of Zero-Max Continuous Variable Transmission Abstract Continuously Variable Transmission (CVT) can turn the input speed and torque into the output speed and torque .CVT has been widely used in practice in that its simple structure, long working life,a wide range of speed, stable speed performance and reliable transmission characteristics. At present ,for the widespread use of CVT,what has a few of shortages,such as instability in output ,lower pulsating rate and the low-power of mechanism,all of this need to be further improved and improved by the researchers. Virtual Prototyping Technology is a simulation technology,which has been widely used. The use of ADAMS software to establish a real simulation model for product design and production cost savings, which is an efficient development tool. The paper discusses the mechanism of Zero-Max transmission, discussing its working principle and transmission characteristics. Based on this,using Pro / ENGINEER and ADAMS software to simulate and analyze and evaluation.Taking velocity fluctuation into account and redesigning the mechanism, the pulse generator is separated from the original six-bar mechanism.Moreover,I design a eight-bar transmission which has a better pulse value and faster fluctuations . Key words: Continuous Variable Transmission; Virtual Prototype; ADAMS; Optimization Design IV 第 1 章 緒論 1 緒 論 1.1 前言 當(dāng)今，中國(guó)制造的要求是：節(jié)能高效、易調(diào)節(jié)、智能化控制與可持續(xù)發(fā)展，能適應(yīng)各種內(nèi)外部的不確定因素。機(jī)械無(wú)級(jí)變速器作為通用的傳動(dòng)裝置，它可以適應(yīng)生產(chǎn)過程的機(jī)械化和自動(dòng)化，并且能夠改良一些機(jī)械性能。當(dāng)固定輸入軸的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，通過無(wú)級(jí)變速器的工作，可以實(shí)現(xiàn)輸出軸連續(xù)變化的轉(zhuǎn)速，從而滿足各種不同工況的要求。 無(wú)級(jí)變速器作為傳動(dòng)部件，依靠固體等中間介質(zhì)把輸入軸和輸出軸聯(lián)系起來(lái)，通過控制輸入軸和輸出軸兩者相應(yīng)的傳動(dòng)比關(guān)系，從而獲得輸出軸連續(xù)任意變化的轉(zhuǎn)速[1]。所以， 無(wú)級(jí)變速傳輸與其它傳輸形式不同，它不僅能根據(jù)實(shí)際工況實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的連續(xù)輸出，而且其輸出功率恒定不變，能夠滿足變化的工況要求 [2]。因而，如果能開發(fā)出滿足客戶需求的大功率、高效率，而且能夠滿足動(dòng)力學(xué)性能以及承載能力要求的無(wú)級(jí)變速器[3]，可以大大提高汽車重要零部件（變速器）及整體設(shè)計(jì)水平，提升我國(guó)汽車在國(guó)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是研發(fā)者生產(chǎn)出物理樣機(jī)，經(jīng)過“設(shè)計(jì)—試驗(yàn)—再設(shè)計(jì)—再試驗(yàn)”的循環(huán)生產(chǎn)過程，產(chǎn)品才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這樣的設(shè)計(jì)過程，不僅開發(fā)過程復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，增加樣機(jī)的制造成本，而且人工計(jì)算速度慢、精度低，且很難進(jìn)行多種方案的對(duì)比分析，嚴(yán)重地制約了產(chǎn)品質(zhì)量的提高，并影響市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力[4]。采用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)無(wú)級(jí)變速器，通過模擬無(wú)級(jí)變速器各部件的受力條件和運(yùn)行時(shí)的工況，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)體建模仿真， 分析評(píng)估設(shè)計(jì)結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的早期反饋，減少實(shí)物的后期修正，避免或減少不必要的工序，并選擇影響汽車性能的關(guān)鍵性的優(yōu)化參數(shù)，是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)方法 [5]。 1.2 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的分類 一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械無(wú)級(jí)變速器主要從機(jī)構(gòu)的角度進(jìn)行分類，每種分類、各類機(jī)構(gòu)及其原理可能會(huì)有部分交叉，且每一類變速器也有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。目前，機(jī)械無(wú)級(jí)變速器樣式各異，但從結(jié)構(gòu)角度歸類，不外乎有剛性定軸、行星以及變節(jié)距、牽引和脈動(dòng)式等【1】。 1.2.1 剛性定軸式 這類變速器的傳動(dòng)元件由剛性部件組成，是摩擦傳遞，不僅其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且這類變 9 速器品種多樣，其區(qū)別在于中間有無(wú)滾輪。如果變速器中間裝配了滾輪，那這類變速器就具有較大調(diào)速比 Rb ￡ 16 ~ 20 ，例如滾輪平盤式變速器、錐盤式變速器和多盤式變速器；如果變速器中間沒有裝配滾輪，那這類變速器就具有較小調(diào)速比，一般為 Rb ￡ 6 ，例如平盤式變速器和環(huán)盤式變速器。剛性定軸式無(wú)級(jí)變速器采用的傳動(dòng)方式大多是分匯流方式，采取這種方式可以提高功率體積比。一般來(lái)說(shuō)，采用兩套加壓裝置，以達(dá)到升速和降速的目的。如果把傳動(dòng)件設(shè)計(jì)成點(diǎn)觸機(jī)構(gòu)，則其承載能力不理想，但其滑動(dòng)系數(shù)較小，而且可以補(bǔ)償由于受力不均而引起的變形以及在加工裝配過程中引起的誤差，如果把傳動(dòng)件設(shè)計(jì)成線觸結(jié)構(gòu)，雖然提高了承載能力，但加工裝配要求則比較苛刻。所以，這兩種方式各有千秋。 1.2.2 行星式 這類變速器的滾動(dòng)體做行星運(yùn)動(dòng)，借助滾動(dòng)副的摩擦力傳遞動(dòng)力。工作中，由于中間滾動(dòng)體的行星運(yùn)動(dòng)，使得行星輪的工作半徑不斷在變化，因此可以達(dá)到變速的目的。行星式變速器涵蓋行星錐盤、行星錐鼓以及諧波行星式等，形式多樣?；谶@類變速器沒有設(shè)計(jì)齒輪，行程中能夠不斷調(diào)整它的工作半徑這一工作原理，把這類變速器的共同特性概括如下： （1） 這類變速器的輸出軸既能夠保持靜態(tài)不運(yùn)動(dòng)，還能夠?qū)崿F(xiàn)反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以在理論狀態(tài)下，調(diào)速比 Rb 無(wú)窮大，因而它們都具有較大的變速區(qū)間。 （2） 這類變速器是一種減速型機(jī)構(gòu)，其輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)速度始終比輸入時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，正 因如此，實(shí)踐中它們被廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)流線上。 （3） 具有輸出性能好這一特點(diǎn)。高輸出時(shí)，其功率特性能夠保持相對(duì)比較恒定的狀態(tài)； 低輸出時(shí)，其轉(zhuǎn)矩特性能夠保持相對(duì)比較恒定的狀態(tài)。 （4） 行星式無(wú)級(jí)變速器工作壽命比較長(zhǎng)，承載能力比較高，功率可以幾十瓦，甚至可以達(dá)到幾十千瓦，選擇空間比較大。 （5） 行星式無(wú)級(jí)變速器的加壓裝置和調(diào)速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，這樣的設(shè)計(jì)使得結(jié)構(gòu)比較緊湊，產(chǎn)品質(zhì)量較小。 1.2.3 變節(jié)距式 這種變速器是由 Daimler 和 Benz 于 1886 年研發(fā)設(shè)計(jì)的，選用各種各樣的帶鏈傳輸動(dòng)力。這類變速器對(duì)帶鏈沒有特殊的要求，各種不同品質(zhì)的帶鏈都可以用來(lái)當(dāng)作傳動(dòng)介質(zhì)， 其工作原理一直以來(lái)沒有什么改良。實(shí)際行程中，這類變速器借助帶鏈的傳動(dòng)，以此來(lái)改變變速器各傳動(dòng)副之間的工作半徑來(lái)達(dá)到調(diào)速目的。 這類變速器對(duì)帶鏈的要求不高，且材料的選擇面比較廣，因此制造起來(lái)比較簡(jiǎn)單，另 外，部件耐磨不容易損壞，更換帶輪比較簡(jiǎn)便，并能吸收部分振動(dòng)穩(wěn)定地工作，基于以上原因，所以近來(lái)發(fā)展迅速，應(yīng)用也十分廣泛，并已經(jīng)開始應(yīng)用在汽車的變速器上，然而它也存在著其外形尺寸較大，變速范圍相對(duì)較小等不足，在推廣使用的過程中也有其局限性。 1.2.4 牽引式 當(dāng)今，新一代的傳輸機(jī)構(gòu)是依靠牽引傳動(dòng)來(lái)傳遞在推動(dòng)，是由摩擦傳動(dòng)發(fā)展而來(lái)，它改善了摩擦傳動(dòng)的一些缺陷。由于摩擦傳動(dòng)完全借助材料間的直接摩擦傳遞動(dòng)力，這樣不僅會(huì)嚴(yán)重造成材料的磨損，而且也會(huì)縮短其工作壽命。牽引驅(qū)動(dòng)是在潤(rùn)滑劑的環(huán)境中，依靠潤(rùn)滑劑的牽引能力來(lái)傳輸運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)移動(dòng)能，工作中可以通過調(diào)整變速器輸入軸和輸出軸的摩擦半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)變速請(qǐng)求。由于采用了潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑措施，不僅能夠較大程度地減少零部件之間的摩擦系數(shù)，而且還提高了零部件材料的承載能力，延長(zhǎng)了變速器的工作壽命。目前，研究人員已經(jīng)研制了較大功率的牽引式無(wú)級(jí)變速器，不但工作壽命長(zhǎng)而且工作 效率也能達(dá)到 85%--95%，但是它抵抗負(fù)載沖擊性能不夠，存在開發(fā)成本很高以及生產(chǎn)精度要求相對(duì)較高等不足，而且工作環(huán)境也十分苛刻，所以一般只會(huì)在一些特殊的場(chǎng)合使用。 1.2.5 脈動(dòng)式 這類變速器一般是由傳輸機(jī)構(gòu)和調(diào)速機(jī)構(gòu)以及輸出機(jī)構(gòu)等基本構(gòu)件構(gòu)成，輸出機(jī)構(gòu)還配備單向超越離合器陣列。其工作原理是：輸入軸在外驅(qū)作用下勻速旋轉(zhuǎn)，這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)借助連桿轉(zhuǎn)變成搖桿的來(lái)回均擺狀態(tài)，依靠超越離合器陣列，把搖桿的均擺運(yùn)動(dòng)再次轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出。經(jīng)過這樣的循環(huán)工作，不僅可以實(shí)現(xiàn)以單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸出，而且輸出脈動(dòng)率還會(huì)相對(duì)很小。在變速器工作的時(shí)候，調(diào)整機(jī)架的長(zhǎng)短，形成新的工作環(huán)境下每個(gè)組件新的比例關(guān)系，這樣搖臂擺動(dòng)角度和輸出軸轉(zhuǎn)速也隨之發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 基于變速器的結(jié)構(gòu)和性能分析，脈動(dòng)式變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅更易于開發(fā)研制，而且具有穩(wěn)定的調(diào)速性能和可靠的傳動(dòng)性能以及工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但它的一些不足還是顯而易見的，還有待進(jìn)一步得到解決，例如：當(dāng)以較高轉(zhuǎn)速輸出的時(shí)候，由于不平衡慣性力的存在會(huì)增大振動(dòng)，從而導(dǎo)致共振現(xiàn)象；當(dāng)以較低轉(zhuǎn)速輸出的時(shí)候，脈動(dòng)的不均勻性又會(huì)顯著增加等。為了減小輸出軸的運(yùn)動(dòng)波動(dòng)性和獲得傳動(dòng)的連續(xù)性平穩(wěn)性，實(shí)際生產(chǎn)中通常采用增加脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器的相數(shù)。雖然組合結(jié)構(gòu)的相數(shù)越多，輸出軸的傳動(dòng)輸出也就越平穩(wěn)， 與此同時(shí)，變速器的結(jié)構(gòu)也不可避免地變得更加復(fù)雜了?；谝陨显颍谏a(chǎn)實(shí)踐中， 大多數(shù)采用的是四相結(jié)構(gòu)。 德國(guó)第一個(gè)研制脈動(dòng)變速器，美國(guó)和日本等國(guó)不甘落后紛紛效仿，經(jīng)過研究人員的不斷探索，不斷更新，變速器的性能也較以前更加成熟。德國(guó)先后在 1950 和 1980 年代研制 開發(fā)了 GUSA-I 和 GUSA-Ⅱ型變速器，這兩類變速器均采用了Ⅲ級(jí)六桿機(jī)構(gòu)作為主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它不僅具有多樣化的調(diào)速方式與輸出形式，調(diào)速區(qū)間較大，甚至能實(shí)現(xiàn)零輸出，而且有穩(wěn)定的速度輸出。1960 年代美國(guó)的 Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器，為實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，采取的是四相并列連桿，這樣不僅調(diào)節(jié)方便，還能夠借助蝸輪蝸桿的運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)搖桿的位置。但是這類變速器由于結(jié)構(gòu)上存在一定的局限性，因此也就存在著傳遞功率相對(duì)較小，加工成本也相對(duì)較高等不足。另外，日本科研人員為了實(shí)現(xiàn)變速器雙向傳輸以及防止超負(fù)載，在變速器上配備了變向手柄和轉(zhuǎn)矩制動(dòng)器，這使得變速器的性能有了很大的改良。1970 年代早期我國(guó)開始生產(chǎn)脈動(dòng)無(wú)級(jí)變速器，最初僅僅只在 GUSA 型或 Zero-Max 型模仿的基礎(chǔ)上生產(chǎn)，隨后也進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)。例如，基于對(duì)德國(guó) GUSAⅠ變速器的研究，我國(guó)生產(chǎn)出了三相并列脈動(dòng)型無(wú)級(jí)變速器系列，只是這種系列的變速器結(jié)構(gòu)比較單一、傳遞功率有限， 工作性能也不是十分理想，針對(duì)這些不能滿足實(shí)際情況的問題，國(guó)內(nèi)一些專家潛心研究GUSAⅡ型變速器，經(jīng)過不斷的努力，又對(duì)變速器進(jìn)行了改進(jìn)，性能在原來(lái)的基礎(chǔ)上有了很大的提高；基于對(duì)美國(guó) Zero-Max 變速器的研究，我國(guó)生產(chǎn)了 MT 和 DBL 型變速器，這兩類變速器的沖壓桿件扁平，軸向尺寸相對(duì)比較小，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單而又緊湊，而且這類變速器采用的是外置螺桿，可以十分方便地通過控制調(diào)速架來(lái)進(jìn)行調(diào)速，同時(shí)調(diào)速性能也相對(duì)較好，只不過其傳遞功率通常在 1.5kW 左右。迄今為止，國(guó)內(nèi)一些專家學(xué)者對(duì)機(jī)械無(wú)級(jí)變速器都有過深入的研究，也取得了一些有價(jià)值的成果。 目前，如果脈動(dòng)變速器克服了以下問題，肯定會(huì)引起用戶的青睞。 a、在變速器工作的時(shí)候，連桿等會(huì)有慣性力存在，想要消除很困難。當(dāng)在高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，由于慣性力的不平衡，以及由其產(chǎn)生的慣性力矩使得振動(dòng)顯著增大，由其產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)載荷嚴(yán)重降低了機(jī)械效率。 b、這種變速器使用了超越離合器，受限于它的負(fù)荷和抗擊能力，因此，當(dāng)它做高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，不得不考慮動(dòng)力因素，另一方面只能在較低功率環(huán)境中使用，一般不在大功率環(huán)境中應(yīng)用。 c、由于是脈動(dòng)性輸出，脈動(dòng)率一定程度上還相對(duì)較高，不可能完全消除。 今后，我認(rèn)為研究者應(yīng)該著手解決三方面問題，就能夠研制出輸出平穩(wěn)、功率較大、效率較高的無(wú)級(jí)變速器。 （1） 改良機(jī)構(gòu)，優(yōu)化尺寸，以此來(lái)增大調(diào)速區(qū)間，降低脈動(dòng)率，削弱運(yùn)動(dòng)慣性，改良變速器性能。 （2） 為了提高傳動(dòng)效率，應(yīng)該充分考慮到超越離合器的承裁能力和工作性能，以及在工作過程中單相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不連續(xù)功率流等。 （3） 多相結(jié)構(gòu)必定會(huì)引起系統(tǒng)過多的重復(fù)約束，而這些約束又不能忽略，因?yàn)檫@些設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)中有一定的必要性。 1.3 無(wú)級(jí)變速器的研究現(xiàn)狀 2003 年陳志剛、鄒懷武等人利用 ADAMS 軟件中的 Engineer 模塊對(duì)行星式齒輪結(jié)構(gòu)的變速器建立了動(dòng)力學(xué)模型，基于齒輪的運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)動(dòng)力學(xué)仿真，獲得了嚙合齒輪的正向力、切向力、合力和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的作用力，同時(shí)也獲得了各齒輪的扭矩等[6] [7]。2004 年崔新濤運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)在 UG 中創(chuàng)建變速器的裝配主模型，以 parasolid 格式輸出到 ADAMS 環(huán)境中，并對(duì)其動(dòng)力學(xué)仿真 [8]。2005 年馬志良等運(yùn)用 ADAMS 軟件仿真模擬了變速器，對(duì)無(wú)級(jí)傳輸體系進(jìn)行了多體動(dòng)力學(xué)分析，并從動(dòng)力學(xué)角度分析了傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)整車動(dòng)力性和舒適性的影響[9]。2006 年田云峰等人基于 ADAMS 軟件對(duì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真建模，給曲柄施加初始角速度驅(qū)動(dòng),調(diào)用 ADAMS/Solver 模塊計(jì)算目標(biāo)數(shù)值，從而得到了輸出構(gòu)件的速度、加速度和位移等關(guān)鍵信息，并且通過 ADAMS/View 中的 Ploting 模塊，把這些關(guān)鍵信息轉(zhuǎn)換為圖形圖表形式,從而各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征和變化規(guī)律就能十分清晰地呈現(xiàn) [10]。2007 年關(guān)平運(yùn)用 MATLAB/Simulink 模塊，以帶式變速器為研究目標(biāo)，建模仿真，通過典型工況分析，找出最佳速比變化率的控制參數(shù)，是一個(gè)比較完善的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，可以隨著車型參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的改變進(jìn)行仿真研究，并且在整個(gè)仿真過程中，研究人員創(chuàng)造性地增設(shè)了評(píng)估程序，這樣，對(duì)金屬帶式的 CVT 變速器，可以對(duì)其運(yùn)動(dòng)性能和性價(jià)比作出一個(gè)初步的評(píng)估[11]。2008 年盧錦奎基于 UG 軟件虛擬建模了變速器的關(guān)鍵部件，在整體模型成型后，依靠 Parasolid 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口一次性導(dǎo)入 ADAMS 中，在 ADAMS 環(huán)境中進(jìn)行約束，添加驅(qū)動(dòng)和施加接觸力，并對(duì)模型的結(jié)構(gòu)做適宜的微調(diào)，形成一個(gè)在 ADAMS 環(huán)境中所能運(yùn)行的金屬帶式 CVT 核心虛擬樣機(jī)，對(duì)模型施加運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，進(jìn)而進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析[12]。2000 年 ROBERT G. PARKER 研究了行星齒輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，指出了其產(chǎn)生振動(dòng)的來(lái)源于太陽(yáng)輪－—行星輪、環(huán)－—行星輪之間的復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的作用力，并提出了通過行星相位調(diào)整是有效減少行星齒輪振動(dòng)的方法，而且對(duì)其進(jìn)行了深入地研究[13] 。2007 年Wen-Hsiang Hsieh 論述了一種凸輪控制的行星輪系的設(shè)計(jì)過程，從理論上推導(dǎo)了其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，利用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算功能，輸入真實(shí)數(shù)據(jù)，得出計(jì)算結(jié)果，同時(shí)在 ADAMS 環(huán)境中完成對(duì)行星輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，兩者的關(guān)鍵數(shù)據(jù)基本一致，該設(shè)計(jì)從理論上得到了證明[14]，可以生產(chǎn)物理樣機(jī)在實(shí)際中進(jìn)一步加以驗(yàn)證。 此外，國(guó)外一些學(xué)者[15] [16][17][18]還從無(wú)級(jí)變速器的控制方面著手研究，提高無(wú)級(jí)變速器的性能和減少汽車廢氣的排放。他們建立了 2K–H 型[15]的行星擺線針輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能的數(shù)學(xué)模式，開發(fā)了一套力矩計(jì)算的計(jì)算機(jī)輸出程序，且通過和試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，證實(shí)其可靠性。 1.4 本課題的產(chǎn)生 Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器不僅因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作壽命長(zhǎng)，而且還具有較寬的變速范圍、 穩(wěn)定的調(diào)速性能以及傳動(dòng)可靠等特點(diǎn)，所以近年來(lái)發(fā)展較為迅速，但一些不足也是顯而易見的，還有待進(jìn)一步得到解決。例如：當(dāng)以較高轉(zhuǎn)速輸出的時(shí)候，由于不平衡慣性力的存在會(huì)增大振動(dòng)，從而導(dǎo)致共振現(xiàn)象；當(dāng)以較低轉(zhuǎn)速輸出的時(shí)候，脈動(dòng)的不均勻性又會(huì)顯著增加等。因此，改良變速器，不但要解決功率偏低的問題，更重要的是，在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，變速器還必須保證有比較平穩(wěn)的輸出?；谝陨戏治觯救舜_定了《Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器的仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)》這一畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究課題，在 ADAMS 環(huán)境中對(duì)某種型號(hào)的 Zero-Max 變速器建立簡(jiǎn)化模型，分析運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)連桿式無(wú)級(jí)變速器進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，改良機(jī)構(gòu)外型和尺寸，從而降低輸出脈動(dòng)率，提高機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容及意義 本課題主要研究?jī)?nèi)容： (1) 認(rèn)識(shí) Zero-Max 變速器的基本構(gòu)造，運(yùn)用 Pro/ENGINEER 軟件完成零部件的 3D 建模， 實(shí)現(xiàn)虛擬裝配。 (2) 根據(jù)變速器的信息參數(shù)，在 ADAMS 環(huán)境中建立簡(jiǎn)化模型，施加約束和動(dòng)力，盡可能模擬真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 (3) 在 ADAMS/View 環(huán)境中對(duì)單相六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬，分別比較分析各搖桿的角速度ω、角加速度а和角位移Φ等變化曲線，繼而對(duì)合成的四相并列六桿機(jī)構(gòu)的脈動(dòng)曲線進(jìn)行了簡(jiǎn)要對(duì)比分析。 (4) 利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)連桿式無(wú)級(jí)變速器進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，改良機(jī)構(gòu)的外型和尺寸，減小機(jī)構(gòu)的輸出脈動(dòng)率，達(dá)到預(yù)期要求。 本課題研究意義： 通過對(duì) Zero-Max 變速器的運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬仿真，進(jìn)一步證實(shí)了虛擬樣機(jī)技術(shù)和 ADAMS 軟件分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的可靠性和重要性；通過對(duì)變速器的改良設(shè)計(jì)，仿真對(duì)比分析， 降低了輸出脈動(dòng)率，速度輸出更加平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)性能更加優(yōu)良；運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品， 可以避免生產(chǎn)物理樣機(jī)，不僅過程簡(jiǎn)約，而且周期短成本低。 第 2 章 連桿式脈動(dòng)變速器簡(jiǎn)介 2 連桿式脈動(dòng)變速器簡(jiǎn)介 1962 年，Zero-Max 公司研制了第一臺(tái)連桿變速器（Zero-Max 型），這種變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便輕巧，調(diào)速區(qū)間跨度大，而且調(diào)速的反應(yīng)時(shí)間很短，常常在小功率場(chǎng)合使用，在無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置中占主導(dǎo)地位，在輕工、紡織、印刷及汽車等行業(yè)中經(jīng)常使用這種類型的變速器。 2.1 連桿式變速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 Zero-Max 變速器是一種變速裝置，它由傳動(dòng)、輸出、調(diào)速機(jī)構(gòu)組成。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是 Zero-Max 變速器的關(guān)鍵部位，通常是六桿機(jī)構(gòu)，它由兩組四桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。為了解決運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，Zero-Max 變速器配備了偏心輪，不僅解決了設(shè)計(jì)難題， 而且還增加了變速器的承載能力。輸入軸是動(dòng)力構(gòu)件，是變速器工作的動(dòng)力源，驅(qū)使輸入軸保持勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在變速器運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，借助偏心輪機(jī)構(gòu)，把原先的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成為來(lái)回均擺運(yùn)動(dòng)。這樣，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，變速器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，從剛開始的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的來(lái)回均擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。顯然，就機(jī)構(gòu)構(gòu)成和運(yùn)動(dòng)特性而言，偏心輪和曲柄搖桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是完全相同的。 輸出機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)變速器的往復(fù)均擺運(yùn)動(dòng)向單相旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變的機(jī)構(gòu)，為了達(dá)到這個(gè)目的，在輸出機(jī)構(gòu)的輸出軸與輸出搖桿之間必須裝配超越離合器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過輸出機(jī)構(gòu)之后，依靠單向超越離合器的單相傳動(dòng)特性，便把輸出轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的單相轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然， 若變速器中僅僅只設(shè)計(jì)了一組六桿機(jī)構(gòu)，那么輸出軸的旋轉(zhuǎn)就會(huì)出現(xiàn)間斷性的不連續(xù)，而且其轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生間隙性的變化，導(dǎo)致輸出的轉(zhuǎn)速十分不平穩(wěn)。為了能夠使輸出軸獲得連續(xù)性的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，生產(chǎn)中采用的是多相結(jié)構(gòu)的變速器，即在輸出機(jī)構(gòu)中配備單相超越離合器，相互間構(gòu)成 90°的相位差。例如，德國(guó) GUSA 變速器采用三相機(jī)構(gòu)，美國(guó)Zero-Max 變速器采用四相機(jī)構(gòu)。由單相超越離合器的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和相位差可知，機(jī)構(gòu)中各組的輸出搖桿不會(huì)同時(shí)達(dá)到最大角速度，而是這幾組超越離合器交替達(dá)到最大角速度，某時(shí)間段內(nèi)輸出軸與輸出搖桿輸出的是相對(duì)速度最大的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，為了防止變速器運(yùn)動(dòng)特性發(fā)生改變， 在定義輸入軸的旋轉(zhuǎn)方向的時(shí)候，應(yīng)充分考慮到越離合器運(yùn)動(dòng)的單方向性這一因素，因此， 選擇好合適的方向才能獲得理想的平穩(wěn)的脈動(dòng)輸出速度。 調(diào)速機(jī)構(gòu)是速度調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部位，變速器實(shí)際工作中，不斷地改變著曲柄支點(diǎn)坐標(biāo)， 從而使曲柄支點(diǎn)坐標(biāo)在整個(gè)工作期間發(fā)生周期性變化，這樣可以實(shí)現(xiàn)輸出搖桿擺角和均擺速度的連續(xù)改變，在定義區(qū)間內(nèi)的傳動(dòng)速度比更加平穩(wěn)，使速度輸出保持連續(xù)性。通過下面兩種方式可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的：（1）調(diào)節(jié)機(jī)架的長(zhǎng)度，（2）調(diào)節(jié)連桿的長(zhǎng)度。因?yàn)檫B桿在變速器工作行程中不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷工作，要想在不停機(jī)的情況下，通過調(diào)節(jié)連桿長(zhǎng)度來(lái)達(dá) 到調(diào)速的目的，顯然比較困難。相反通過調(diào)節(jié)機(jī)架的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的，是相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵诠潭C(jī)架上進(jìn)行調(diào)節(jié)，相對(duì)較為方便。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題以 Zero-Max 變速器作為研究對(duì)象，采用調(diào)節(jié)機(jī)架的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。 2.2 Pro/ENGINEER 環(huán)境中實(shí)體建模 2.2.1 創(chuàng)建零件 為了使虛擬仿真更加符合實(shí)體模型，防止各構(gòu)件之間相互干擾，得到真實(shí)理想的系統(tǒng)仿真和運(yùn)動(dòng)分析，最關(guān)鍵之處在于裝配效果和施加約束。因此，運(yùn)用 Pro/ENGINEER 軟件進(jìn)行實(shí)體建模的時(shí)候，應(yīng)該把零部件的外形考慮其中，機(jī)構(gòu)的幾何尺寸盡量與圖紙匹配， 施加適當(dāng)?shù)募s束等。 運(yùn)行 Pro/ENGINEER 軟件中的 PART 模塊，可以對(duì)簡(jiǎn)易零部件創(chuàng)建虛擬模型。在Pro/ENGINEER 環(huán)境中進(jìn)行實(shí)體模型的設(shè)計(jì)時(shí)，主要是通過一些成型命令完成操作，例如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描混合等特征命令，具體的操作過程，大致可以分為以下四個(gè)過程：(1) 選擇參考平面；(2)繪制草圖；(3)形成實(shí)體；(4)進(jìn)行必要的編輯。 實(shí)體建模時(shí)，選擇合適的基準(zhǔn)面不僅可以快速、準(zhǔn)確的建立模型，而且還能提高建模的效率?？偟膩?lái)說(shuō)，Zero-Max 變速器的機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)易，只要直接調(diào)用命令，變速器的大部分構(gòu)件都能很輕松地完成，但是軸承和彈簧擋圈以及箱體的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，操作比較困難，需要反復(fù)用到基準(zhǔn)面、拉伸、旋轉(zhuǎn)等命令。通過拉伸和旋轉(zhuǎn)等命令可以創(chuàng)建如下的一些三維零件模型。如圖 2.1 輸入軸，圖 2.2 輸出軸，圖 2.3 輸入連桿，圖 2.4 輸出搖 桿，圖 2.5 偏心盤，圖 2.6 輸出連桿，圖 2.7 調(diào)速桿，圖 2.8 彈簧擋圈，圖 2.9 彈簧架， 圖 2.10 箱體。 圖 2.1 輸入軸 圖 2.2 輸出軸 圖 2.3 輸入連桿 圖 2.4 輸出搖桿 圖 2.5 偏心盤 圖 2.6 輸出連桿 圖 2.7 調(diào)速桿 圖 2.8 彈簧擋圈 圖 2.9 彈簧架 圖 2.10 箱體 2.2.2 虛擬裝配 在實(shí)施虛擬裝配的過程中，不僅需要給待裝零部件添加適當(dāng)?shù)募s束，還應(yīng)該把產(chǎn)品在裝配環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的不確定因素考慮其中，把各零部件裝配成所需要的組件產(chǎn)品，使組件產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期的功能及性能，借助各種分析、評(píng)價(jià)等一系列技術(shù)手段，進(jìn)一步改良優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)，并檢測(cè)組件產(chǎn)品的裝配效果，最終完成變速器的總體虛擬裝配，并進(jìn)行總體效果的檢測(cè)，以此來(lái)評(píng)估產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量以及產(chǎn)品的性價(jià)比。 從產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)來(lái)看，能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)裝配，支持由零件到部件，由組件到產(chǎn)品的層次性裝配。Pro/ENGINEER 軟件為客戶提供了各式裝配關(guān)系，在對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬裝配的過程中，客戶可以根據(jù)裝配需求，分別調(diào)用諸如連接、匹配、插入、軸對(duì)齊、固定等相關(guān)命令，使虛擬裝配與產(chǎn)品實(shí)際保持一致。裝配過程中的所有的裝配關(guān)系、約束定義以及位置關(guān)系等重要數(shù)據(jù)都保存在產(chǎn)品的信息庫(kù)中，在實(shí)施仿真的時(shí)候可以實(shí)時(shí)調(diào)用這些重要信息，從而得到正確的圖像數(shù)據(jù)。 在虛擬裝配過程中，將整體看作是由若干零件以及子裝配體組合而成的，遵循從簡(jiǎn)易至復(fù)雜，以及從零件到組件的原則。一旦確定了裝配體中各零部件的方向、位置及其層次關(guān)系后，便能建立完整的裝配模型圖?；?Zero-Max 變速器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，構(gòu)件簡(jiǎn)易， 因此，選用由底向上的方式進(jìn)行裝配，可以簡(jiǎn)捷快速地建立每個(gè)組件的模擬模型。圖 2.11 所示是 Zero-Max 變速器裝配圖。 19 圖 2.11 Zero-Max 變速器裝配圖 2.3 連桿式無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu) 連桿無(wú)級(jí)變速器實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖 2.12 所示，它包括傳動(dòng)、調(diào)速、輸出三部分機(jī)構(gòu)，還 配備有偏心盤和超越離合器。圖 2.12 所示的變速器中，輸入連桿、曲柄、調(diào)速桿、機(jī)架 構(gòu)成 1 個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，調(diào)速桿、輸出連桿、輸出搖桿、機(jī)架又構(gòu)成 1 個(gè)新的四桿機(jī)構(gòu)，兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)。這樣，這個(gè)六桿機(jī)構(gòu)借助偏心盤和超越離合器的支撐，可以把起先的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過渡為均擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，最終以單向脈動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)輸出。如果變速器中僅僅只設(shè)計(jì)了一組六桿機(jī)構(gòu)，那么輸出軸的旋轉(zhuǎn)就會(huì)出現(xiàn)間斷性的不連續(xù)，而且其轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生間隙性的變化，角速度輸出也極不平穩(wěn)。為了能夠得到平穩(wěn)均勻的脈動(dòng)輸出， 現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的無(wú)級(jí)變速器大多裝配了四組相位差為 90°的曲柄搖桿，它們?cè)跈C(jī)構(gòu)中平行裝配，這四組曲柄搖桿并非同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)，傳遞轉(zhuǎn)矩的是瞬時(shí)角速度最大的一組曲柄搖桿， 四組曲柄搖桿在驅(qū)動(dòng)方向上互相交替?zhèn)鬟f著。 根據(jù)連桿變速器的機(jī)構(gòu)構(gòu)成分析，在四組曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，一定存在這樣一組輸出搖桿，在某個(gè)瞬間，其瞬時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到最大，而且其擺動(dòng)轉(zhuǎn)速與瞬時(shí)輸出轉(zhuǎn)速相等。在工作中， 連桿無(wú)級(jí)變速器在一定區(qū)間內(nèi)改變機(jī)構(gòu)的機(jī)架位置，憑借變速器中支點(diǎn)位置的改變，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。 圖 2.12 Zero-Max 變速器實(shí)際結(jié)構(gòu) 2.4 連桿式變速器工作原理 圖 2.13 連桿變速器工作原理圖 連桿變速器工作原理如圖 2.13 所示，該簡(jiǎn)略圖是一個(gè)單相的六桿機(jī)構(gòu)，從圖中可以看出這個(gè)六桿機(jī)構(gòu)是由曲柄搖桿 ABCD 以及雙搖桿 DCEF 組合而成的，機(jī)構(gòu)中還裝配有偏心盤和單向超越離合器。圖中軸 1 為輸入軸，輸入的驅(qū)動(dòng)經(jīng)過連桿機(jī)構(gòu)和超越離合器的一 系列轉(zhuǎn)換，變換成單向的連續(xù)脈動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最終從輸出軸 2 輸出。當(dāng)需要調(diào)速的時(shí)候， 在施加的外力作用下，調(diào)速手輪 5 發(fā)生的轉(zhuǎn)動(dòng)使蝸桿 4 工作，并驅(qū)動(dòng)蝸輪 3 發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這樣，固定鉸 D 的位置隨著調(diào)速手輪 5 的變化而改變，使得機(jī)架 AD 和 DF 的尺寸也隨之改變，一系列的調(diào)整變化歸結(jié)起來(lái)都反映給搖桿 EF，這樣搖桿 EF 擺動(dòng)也隨之發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速目標(biāo)。實(shí)際生產(chǎn)中，通常使用是連桿組合機(jī)構(gòu)，該組合機(jī)構(gòu)裝配著有相位差的單向超越離合器，這樣做的目的就是降低輸出的單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的脈動(dòng)率[19]。 事實(shí)上，在運(yùn)用 ADAMS 系統(tǒng)對(duì) Zero-Max 變速器進(jìn)行虛擬建模的時(shí)候，建議把零部件當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來(lái)分析，可以忽略零件本身的質(zhì)量和外部形狀，如果把圖形考慮的過于復(fù)雜， 必將導(dǎo)致模型中存在過多的約束，有些則沒有實(shí)際意義，而且反而會(huì)增加計(jì)算的誤差，降低仿真的成功率。因此，在第 3 章中對(duì) Zero-Max 型無(wú)級(jí)變速器進(jìn)行仿真時(shí)，將采用其簡(jiǎn)化模型，只添加相應(yīng)的約束，定義必要的參數(shù)，以便得到預(yù)期的仿真結(jié)果，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 第 3 章 Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器的運(yùn)動(dòng)仿真 3 Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器的運(yùn)動(dòng)仿真 3.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)和 ADAMS 軟件簡(jiǎn)介 虛擬樣機(jī)技術(shù)(Virtual Prototyping)是一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，1980 年代迅速崛起， 實(shí)現(xiàn)了從 2D 圖紙向 3D 實(shí)體建模的轉(zhuǎn)化，為研究者提供了機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真軟件，其中仿真技術(shù)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析是它的核心，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的全過程，越來(lái)越受到人們的青睞。虛擬樣機(jī)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)模擬輔助功能，把各種前沿的設(shè)計(jì)方法以及仿真技術(shù)和評(píng)估管理系統(tǒng)融合在一起，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。它是各種先進(jìn)技術(shù)的集成，并將這些集成技術(shù)貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，進(jìn)行綜合評(píng)估。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法把產(chǎn)品的各個(gè)零件割立開來(lái)，一個(gè)個(gè)零件拼接成產(chǎn)品，缺少系統(tǒng)性和整體性，不能保證產(chǎn)品整體性能。虛擬樣機(jī)技術(shù)恰恰相反，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的系統(tǒng)性和整體性，從設(shè)計(jì)的全方位綜合考慮問題。虛擬樣機(jī)技術(shù)貫穿在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，并支持產(chǎn)品測(cè)試、分析和評(píng)價(jià)，強(qiáng)調(diào)協(xié)同設(shè)計(jì)[19]。 今天，虛擬樣機(jī)技術(shù)思想已經(jīng)貫穿機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，是一門應(yīng)用較為廣泛的仿真技術(shù)。研究人員通過計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，利用 CAD/CAM/CAE 的輔助功能，將產(chǎn)品的信息導(dǎo)入計(jì)算機(jī)處理的環(huán)境體系中，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)品的仿真與分析。運(yùn)行 ADAMS 仿真軟件，可以呈現(xiàn)虛擬環(huán)境下目標(biāo)產(chǎn)品真實(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不理想，不符合要求，說(shuō)明設(shè)計(jì)有瑕疵，研究人員可以非常方便地在計(jì)算機(jī)上直接修正，經(jīng)過不斷的驗(yàn)證改進(jìn)，最終確定最佳設(shè)計(jì)方案，然后根據(jù)方案的信息參數(shù)生產(chǎn)物理產(chǎn)品。 傳統(tǒng)的物理樣機(jī)是由下至上的設(shè)計(jì)過程，先是一個(gè)個(gè)零部件的設(shè)計(jì)，最后把這些零件拼接疊加成一臺(tái)整機(jī)。這種設(shè)計(jì)方式過于注重細(xì)節(jié)，關(guān)注零部件的設(shè)計(jì)，而恰恰忽視了系統(tǒng)的整體性能，然而，虛擬樣機(jī)技術(shù)則是從系統(tǒng)的整體角度分析，是一種由上向下的復(fù)雜的系統(tǒng)開發(fā)模式。因此，在設(shè)計(jì)的初始階段，就應(yīng)該運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)整體進(jìn)行完整的分析，通過仿真、評(píng)估和結(jié)果分析，了解機(jī)構(gòu)各組成部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 總之，虛擬樣機(jī)技術(shù)從系統(tǒng)整體的層面來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試、評(píng)估整個(gè)過程，避免了生產(chǎn)物理樣機(jī)，不僅過程簡(jiǎn)約，而且周期短成本低。 ADAMS 是Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System 的縮寫，由美國(guó)Mechanical Dynamics Inc 公司開發(fā)，是使用范圍最廣的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件，在全球占有率高。ADAMS 軟件是由五個(gè)模塊組成，包含著各種各樣的實(shí)用性很強(qiáng)的模塊和工具包等。通過這五個(gè)部分的組合，使用者可以比較方便地進(jìn)行仿真作業(yè)，比較容易地建立仿真模型并進(jìn)行研究分析。在仿真實(shí)踐過程中，研究人員首先根據(jù)產(chǎn)品的特征，建立仿真模型，然后施加約束和運(yùn)動(dòng)副，在 ADAMS 環(huán)境中運(yùn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析等特征命令，系統(tǒng)就會(huì)輸出位移Φ、角速度ω、角加速度а等動(dòng)態(tài)的變化曲線，研究人員對(duì)這些動(dòng)態(tài)曲線進(jìn)行評(píng)估。 目前，ADAMS 軟件現(xiàn)在已經(jīng)普遍應(yīng)用于普通機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)，另外 ADAMS 軟件還也 應(yīng)用于一些高端技術(shù)領(lǐng)域。ADAMS 軟件不僅可以為使用者在虛擬環(huán)境下非常便利地對(duì)樣機(jī)進(jìn)行仿真作業(yè)；而且該軟件也具備機(jī)械系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)仿真分析開發(fā)的功能，它擁有多種接口和開放型的程序結(jié)構(gòu)，可以滿足某些特殊行業(yè)的特殊用戶對(duì)整體機(jī)械系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)，為用戶提供了便利。同時(shí) ADAMS 軟件能夠與現(xiàn)在常用的CAD 軟件（UG、Pro/ENGINEER、CATIA）和 CAE 軟件（ANSYS 技術(shù)）通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)圖形文件格式的轉(zhuǎn)換，并能保證數(shù)據(jù)一致性。ADAMS 軟件的開發(fā)與應(yīng)用，為工程的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)節(jié)省了大量的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間， 利用 ADAMS 軟件可以建立參數(shù)化的仿真模型，進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，優(yōu)化分析，為整體系統(tǒng)的高度參數(shù)化提供了有效的手段，是一種高效的開發(fā)工具。 3.2 基于ADAMS 建立 Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器虛擬模型 3.2.1 簡(jiǎn)化模型 基于 ADAMS 建立 Zero –Max 型無(wú)級(jí)變速器虛擬模型的時(shí)候，如果考慮得因素過于仔細(xì)，在零部件上施加較多的不必要約束，這些約束之間勢(shì)必會(huì)相互影響相互干擾，仿真效果反而會(huì)適得其反。所以，為了避免這些干擾因素，得到理想的仿真，操作的時(shí)候應(yīng)該簡(jiǎn)化零部件約束，兩構(gòu)件之間盡可能用一個(gè)運(yùn)動(dòng)副來(lái)銜接 [21]。又源于 ADAMS 軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真的時(shí)候，系統(tǒng)忽略了零件的外觀而僅僅關(guān)注的是零件的質(zhì)心。因此，沒有必要花更多的時(shí)間和精力來(lái)準(zhǔn)確描述零部件的外觀，仿真分析過程中也體現(xiàn)不了實(shí)用價(jià)值 [22]。綜上，研究者在建模時(shí)，應(yīng)該關(guān)注三點(diǎn)：（1）盡可能簡(jiǎn)化零件外觀，對(duì)零件的質(zhì)心進(jìn) 行研究，減少零件銜接以避免過多運(yùn)動(dòng)副之間的相互影響，這樣可以有效避免計(jì)算誤差， （2）產(chǎn)品生產(chǎn)過程中留存的一些次要因素，對(duì)仿真結(jié)果影響很小，建議省略，（3）恰如其分地施加一些約束和驅(qū)動(dòng)，否則，如果在 ADAMS 環(huán)境中添加過多無(wú)關(guān)緊要的約束，會(huì)增加仿真時(shí)間，降低仿真效率 [23]。 Zero-Max 變速器的核心機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿，為了仿真簡(jiǎn)單高效，因此可以忽略零件的外觀而關(guān)注零件的質(zhì)心。圖 3.1 所示的 Zero-Max 無(wú)級(jí)變速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該六桿機(jī)構(gòu)是按照機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)尺寸比例而建立的各構(gòu)件機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖 3.1 六桿變速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3.2.2 施加約束和驅(qū)動(dòng) 按照表 3.2 所示參數(shù)建立六桿無(wú)級(jí)變速器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化模型的基礎(chǔ)上，施加恰當(dāng)?shù)募s束和 驅(qū)動(dòng)，形成六桿變速器運(yùn)動(dòng)建模示意圖（如圖 3.2 所示）。圖中機(jī)構(gòu)的機(jī)架與各桿件之間都是用轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈接，用固定副固結(jié)機(jī)架與大地。 表 3.2 六桿變速器結(jié)構(gòu)參數(shù)表[24] 長(zhǎng)度 r1 r2 r3 r4 r5 單位/mm 25 105 130 205 75 角度 θ1 θ2 θ3 θ4 θ5 度數(shù)/弧度 0 1.226 2.278 0.144 1.182 在輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)副上施加驅(qū)動(dòng)ω1=157rad/s，得到六桿變速器運(yùn)動(dòng)仿真示意圖（如圖 3.3 所示），并驗(yàn)證模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否跟真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)符合。由圖 3.2 可知，該簡(jiǎn)化模型中 包含了 6 個(gè)連桿構(gòu)件、施加了 8 個(gè)旋轉(zhuǎn)副以及定義了 2 個(gè)固定副。 圖 3.2 六桿變速器運(yùn)動(dòng)建模示意圖 圖 3.3 六桿變速器運(yùn)動(dòng)仿真示意圖 3.3 運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果分析 按照上述六桿無(wú)級(jí)變速器參數(shù)，創(chuàng)建仿真模型，施加約束，在輸入轉(zhuǎn)動(dòng)副上添加驅(qū)動(dòng)ω1=157rad/s，仿真時(shí)間設(shè)定為 5 S，步長(zhǎng)設(shè)定為 50，在 ADAMS/PostProcessor 環(huán)境中運(yùn)行， 得到了各桿角加速度а、角速度ω和角位移Φ的仿真曲線（如圖 3.4-3.15）。 圖 3.4 搖桿 BC 角加速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.5 搖桿 CD 角加速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.6 搖桿CE 角加速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.7 搖桿 EF 角加速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.8 搖桿 BC 角速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.9 搖桿 CD 角速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.10 搖桿 CE 角速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.11 搖桿 EF 角速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.12 搖桿 BC 角位移～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.13 搖桿 CD 角位移～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.14 搖桿 CE 角位移～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 圖 3.15 搖桿EF 角位移～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 結(jié)果分析： （1） 從圖 3.4-3.15 可以清晰地看出輸出搖桿 EF 的角加速度а、角速度ω、角位移Φ隨曲柄轉(zhuǎn)角（Crank Angle）變化的曲線。由曲柄轉(zhuǎn)角和搖桿 EF 角位移的測(cè)量結(jié)果可得， 當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)過 109.9°時(shí)，搖桿 EF 轉(zhuǎn)過最大角度 85.1256°，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)過 298.3°，搖桿 EF 轉(zhuǎn)過最小角度 59.7115°，故搖桿 EF 的總行程為 25.4141°；由曲柄轉(zhuǎn)角和搖桿 EF 角速度關(guān)系（圖 3.11）的數(shù)據(jù)分析可以知道，輸出搖桿 EF 的最大角速度ωmax=39.1697rad/s， 輸出搖桿 EF 的最小角速度ωmin=-34.3621rad/s，由此可知搖桿 EF 角速度ω的數(shù)值沒有對(duì)稱性，我們可以知道該機(jī)構(gòu)為非對(duì)稱機(jī)構(gòu)；另外，搖桿 EF 從最小位置向最大位置轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，曲柄也隨之轉(zhuǎn)過了 140.2°，搖桿 EF 由最大位置向最小位置轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，曲柄也隨之轉(zhuǎn)過了 219.8°。假如工作輸出選定的是輸出軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（ω為正值），則此環(huán)境體系的行程速比系數(shù) K1=140.2/219.8=0.64；假如工作輸出選定輸出軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（ω為負(fù) 值），則此環(huán)境體系的行程速比系數(shù) K2=219.8/140.2=1.57，由此可知該六桿機(jī)構(gòu)具有急 回特性。 速度脈動(dòng)率δ是用來(lái)表示變速器輸出角速度脈動(dòng)性能的物理量，它是反應(yīng)變速器運(yùn)動(dòng)性能好壞的指數(shù)。δ值小，表示輸出速度脈動(dòng)性好，δ值大，表示輸出速度脈動(dòng)性差。 d=| wmax -wmin | wm 式中：wmax 、wmin ——最大和最小輸出角速度 wm ——平均輸出角速度 （3-1） w = 2wmax +wmin m 3 （3-2） 由圖可得ωmax=39.1697rad/s, ωmin=34.3621rad/s, 代入公式（3-2）可知ω m=37.5672rad/s, 代入公式（3-1）可得δ=0.127973。 （2） 實(shí)際生產(chǎn)中，使用的是四相并列六桿機(jī)構(gòu)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)上裝配有四組相位差為 90°的偏心盤，它們交替轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿 EF 形成如圖 3.16 a 所示的變化曲線，并且借助輸出軸上裝配的超越離合器隱藏曲線中的正值或負(fù)值部分，這樣，如果取 a 中四條曲線的波峰進(jìn)行疊加合成，則搖桿 EF 的輸出曲線如圖 3.16 b 所示。所以，從搖桿 EF 的輸出曲線可以知道，四相六桿機(jī)構(gòu)的速度輸出具有一定的脈動(dòng)性。 a b 圖 3.16 四相（相位差為 90°）機(jī)構(gòu)搖桿 EF 角速度～曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系 四相六桿的速度輸出曲線隨著離合器不同的取向會(huì)產(chǎn)生明顯的差異，如果選定離合器的擺桿輸出速度以正值輸出，就得到 3.16 圖中 1 的合成曲線；假如選定離合器的擺桿輸 出速度以負(fù)值輸出，就得到 3.16 圖中 2 的合成曲線，通過這兩條輸出曲線的比較，負(fù)值 輸出產(chǎn)生的輸出波動(dòng)顯然比正值輸出產(chǎn)生的輸出波動(dòng)大許多，曲線 2 速度輸出的平穩(wěn)性較不理想，不符合實(shí)際需要。 由圖可知ωmax=34.34rad/s，ωmin=24.85rad/s,代入公式（3-2）可知ωm=31.18rad/s, 代入公式（3-1）可得δ=0.304。 實(shí)際工作中，調(diào)速點(diǎn)的位置在某個(gè)區(qū)間內(nèi)會(huì)隨著工作時(shí)間的變化而發(fā)生改變，可以用類似的方法求得速度脈動(dòng)率，其數(shù)值也是隨之發(fā)生變化的。 綜上，在 ADAMS/View 環(huán)境下，使用者可以運(yùn)用仿真命令對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真， 并在 ADAMS/PostProcessor 環(huán)境下運(yùn)行，得到的仿真變化曲線簡(jiǎn)單直觀， 分析研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征就變得簡(jiǎn)易高效；研究人員可以清晰地了解變速器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài), 為分析變速器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)提供了方便，為創(chuàng)新改進(jìn)機(jī)構(gòu)和優(yōu)化尺寸參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。 29 第 4 章 連桿式變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 4 連桿式變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 4.1 背景分析 在變速器的實(shí)際工作中，依靠其傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)輸入轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩向輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換。迄今為止，經(jīng)過一些專家學(xué)者的研究，一些變速器的技術(shù)已經(jīng)有了很大進(jìn)步，性能也有了很大改善，例如在現(xiàn)實(shí)中普遍使用的 Zero-Max 和 GUSA 變速器，但它們?nèi)匀淮嬖谝恍┕餐牟蛔?，甚至有些還會(huì)影響到變速器性能。比如 GUSA 和 Zero-Max 兩種變速器都表現(xiàn)出較大的脈動(dòng)輸出，而且在調(diào)速過程中不能穩(wěn)定輸出，在持續(xù)變化。例如，當(dāng) GUSA 變速器處于低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候， 輸出脈動(dòng)值會(huì)較大，甚至可能會(huì)達(dá)到 50% 左右， Zero-Max 變速器而言，從前一章計(jì)算出的速度波動(dòng)數(shù)據(jù)，可以知道四相并列六桿機(jī)構(gòu)的速度波動(dòng)也達(dá)到了 30%，這些數(shù)據(jù)都并不理想。 基于上述原因，筆者從一些關(guān)鍵因素入手研究，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，優(yōu)化無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)，努力設(shè)計(jì)一種新的變速器，使之脈沖機(jī)構(gòu)與調(diào)速機(jī)構(gòu)相分離。新設(shè)計(jì)的變速器要盡可能做到速度輸出保持穩(wěn)定，且輸出速度的波動(dòng)值在 1%左右，并借助 ADAMS 軟件中的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能進(jìn)行不斷的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，以獲得最佳設(shè)計(jì)。圖 4-1 所示的是筆者設(shè)計(jì)的八桿變速器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中脈沖與調(diào)速機(jī)構(gòu)實(shí)行了分離。 圖 4-1 八桿變速器結(jié)構(gòu)示意圖 4.2 設(shè)計(jì)思路 為了保證輸出轉(zhuǎn)速最大，應(yīng)該根據(jù)曲柄搖桿的急回特性來(lái)優(yōu)化四桿機(jī)構(gòu)，在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，要確保在工作周期中曲柄有恰當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)角，只有這樣，在工作行程中，曲柄搖 桿才能確保有比較理想的運(yùn)動(dòng)性能。 為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求和滿意的性能，為了完成分離調(diào)速與脈沖機(jī)構(gòu)之目的，采取曲柄滑塊后置的方法。在設(shè)計(jì)的過程中，需要滿足以下條件：（1）滑塊在工作行程中有一段平穩(wěn)的速度變化，速度波動(dòng)不超過20%，（2）將滑塊的移動(dòng)依靠二級(jí)桿組轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)輸出， 并定義其轉(zhuǎn)速為300r/min，（3）圖中HG連桿長(zhǎng)度雖然取決于滑塊移動(dòng)時(shí)的速度，但為了結(jié)構(gòu)緊湊，一般在60mm-70mm這一區(qū)間范圍內(nèi)選擇，（4）曲柄滑塊應(yīng)有比較理想的動(dòng)力學(xué)性能，滿足機(jī)構(gòu)要求。本設(shè)計(jì)與原來(lái)的設(shè)計(jì)思路不同，設(shè)計(jì)先后順序發(fā)生了變化， 這種設(shè)計(jì)思路更可靠，不但能夠確保轉(zhuǎn)速的有效輸出，而且還能有效地降低系統(tǒng)誤差。 對(duì)于影響滑塊輸出速度穩(wěn)定性的一些重要參數(shù)，一方面可以通過ADAMS軟件優(yōu)化得到，另一方面還可以根據(jù)機(jī)構(gòu)圖通過數(shù)學(xué)解析法求出。 如圖4-1簡(jiǎn)圖，設(shè)角CDF為θ，輸入勻速運(yùn)動(dòng)，ω為搖桿輸出角速度。A為原點(diǎn)，B點(diǎn)坐標(biāo)：（Bx，By）；C點(diǎn)坐標(biāo)：（Cx，Cy） Bx = l1 cos(wt) By = l1 sin(wt) Cx = l6 -l 3cos(180° -q) Cy = l3 sin(q) 2 6 l 2 = (Cx - Bx)2 + (Cy - By)2 = (l + l3 cos(q) - l1 cos(wt))2 + (l sin(q) - l sin(wt))2 1 3 化簡(jiǎn)得 l 2 = l 2 + l 2 + l 2 + 2l l cos(q) - 2l l cos(wt) - 2l l  cos(q-wt) 2 6 3 1 6 3 6 1 1 3 將q對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)得 w= dq = l1w(l6 sin(wt) - l3 sin(q-wt)) dt l6l3 sin(q) - l1l3 sin(q-wt) 前置的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)確定，四桿機(jī)構(gòu)中 L1，L2，L3，L6 的長(zhǎng)度保持不變。從上述數(shù)學(xué)解析式可以看出，搖桿角速度ω與θ有著一定的數(shù)學(xué)推導(dǎo)關(guān)系，從中可以看出，機(jī)構(gòu)角和曲柄滑塊本身是決定滑塊速度輸出的兩個(gè)重要因素。 通過解析計(jì)算和ADAMS的仿真驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了一種八桿變速器，其機(jī)構(gòu)尺寸如表4-1 所示。 表 4-1 八桿變速器機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù) 機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度 L1 L2 L3 L4 L5 L6 DF HG 單位 /mm 25 89.4 100 48.8 65 150 150 65 機(jī)構(gòu)角度 θ4=60° 4.3 八桿變速器的結(jié)構(gòu)及工作原理 由前一章的仿真分析知道，輸出速度的波動(dòng)直接受到脈沖機(jī)構(gòu)的急回特性影響。因此， 在變速器的設(shè)計(jì)過程中要實(shí)現(xiàn)輸出速度波動(dòng)的降低，脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要。如 Zero-Max 變速器在調(diào)整機(jī)架尺寸的過程中，行程速比 K 也在隨之發(fā)生改變，正因?yàn)檫@一原因造成了脈動(dòng)值很大（即速度波動(dòng)值很大）。因此，本設(shè)計(jì)把調(diào)速機(jī)構(gòu)與曲柄搖桿脈動(dòng)發(fā)生機(jī)構(gòu)進(jìn)行分離，盡可能保證調(diào)速結(jié)構(gòu)不影響急回特性，從而有效地降低速度脈動(dòng)值。該設(shè)計(jì)一方面分離了調(diào)速結(jié)構(gòu)和脈沖機(jī)構(gòu)；另一方面選用對(duì)心式的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其偏心距 e=0，不會(huì)產(chǎn)生急回特性，用它來(lái)進(jìn)行調(diào)速，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的急回特性產(chǎn)生影響，所以前置四桿機(jī)構(gòu)中的曲柄搖桿決定了系統(tǒng)的急回特性，而且前置四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸是定值不會(huì)變化，因此在整個(gè)調(diào)速過程中，八桿機(jī)構(gòu)的急回特性保持不變，速度輸出也很穩(wěn)定。對(duì)心式曲柄滑塊跟前置的四桿機(jī)構(gòu)是串聯(lián)銜接，再選擇合適的機(jī)構(gòu)角θ，工作行程中，就能確?；瑝K的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與前置搖桿保持統(tǒng)一，借助二級(jí)桿組的工作，實(shí)現(xiàn)滑塊的直線運(yùn)動(dòng)向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的轉(zhuǎn)變。在八桿結(jié)構(gòu)模型基本確定后，為了使 G 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和滑塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本相同，應(yīng)該保證構(gòu)件 HG 在豎直方向來(lái)回均擺，并使構(gòu)件 HG 擺動(dòng)弦長(zhǎng)