液压无级变速器的设计

1、xxxx大学本科生毕业设计 液压无级变速器的设计目录摘要.3第一章 绪论.51.1概述.51.1.1液压传动的工作原理、特点及应用前景51.1.2无级变速器51.1.3无级变速器的分类61.2 液压无级变速器的研究状况和发展趋势.71.3 本论文研究的意义.81.4 本论文研究的工作.8第二章 关于液压无级变速器的理论基础.10 2.1 概述. 10 2.2 调速方案特点与适用情况的比较.12第三章 液压无级变速器系统的设计.133.1 液压泵及马达形式的选择133.2 径向柱塞泵及马达的工作原理143.2.1径向柱塞泵的工作原理.143.2.2径向柱塞马达的工作原理.153.3 液压无级变速

2、器的工作原理163.4 液压无级变速器柱塞形式的讨论183.5 变速器配流轴和配油盘原理结构分析193.6 液压无级变速器的结构分析20第四章 液压无级变速器性能参数的分析.234.1 液压传动系统特性的分析234.1.1 液压系统的转速特性分析.234.1.2液压系统的转矩特性分析.244.2 变速器系统主要参数的确定254.2.1 液压马达输出转速范围的确定.254.2.2 液压马达最大扭矩的确定.254.2.3 系统最大压力的确定.264.3 变速器的工作效率264.3.1 变速器的容积效率.264.3.2 变速器的机械效率.274.4考虑工作孩度的变速器等效工作效率.274.5变速器流

3、量的分析.28第五章 液压无级变速器的计算.305.1 液压系统主要参数305.1.1 液压泵的主要参数.305.1.2液压马达的主要参数.305.2 液压泵的选择.315.3 液压马达的选择325.4 参数计算分析325.5 系统具体参数.335.5.1 传动比.335.5.2 功率.345.5.3 转矩.34小结.35致谢.36参考文献.37摘要本文通过液压容积调速回路的基本理论分析，设计了一种液压无级变速器，在特定条件下，完成无级变速。通过对传统容积调速回路的分析，采用了液压泵和液压马达搭配使用的方式，对整个系统进行了简单的选型计算。本文以输出功率10kw为例，对所设计的系统进行了分析和

4、计算。通过本文的研究工作，为液压无级变速器的实验研究工作奠定了理论基础。关键词：液压传动、容积调速、无级变速abstractthis article through the analysis of the basic theory of hydraulic volumetric speed control circuit, design a kind of hydraulic automatic transmission, under certain conditions, the completion of cvt. through the analysis of the tradition

5、al volumetric speed control loop, the hydraulic pump and hydraulic motor collocation use way, has carried on the simple to the other components of the whole system of the type selection calculation. this article 10kw output power, for example, for the designed system is analyzed and calculated. thro

6、ugh the research work of this paper, for the hydraulic automatic transmission which lay a theoretical foundation for experimental research work.key words: hydraulic transmission ，volumetric speed control ，infinitely variable speed第一章 绪论1.1概述1.1.1 液压传动的工作原理、特点及应用前景液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动和气

7、压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。液压传动具有其它传动方式所没有的独特的优点，它具有运动惯性小，动作灵敏，制动迅速，运动平稳，易于实现无级调速，可以获得很大的调速比，而且在大功率、高承载场合易

8、于实现自动化及控制。就是这些别的传动系统很难达到的特点，使液压传动技术一直让各国科学工作者和工程技术人员致力于此方面的研究，到本世纪60年代后，原子能技术、空间技术、计算机技术的发展进一步推动了液压技术的发展，使它成为包括传动控制和检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各方面都得到了应用。现在，国外生产的95%的工程机械， 90%的数控加工中心，95%以上的自动化现都采用了液压技术。液压传动技术独特的优点使其在各种机械装置中得到广泛的应用，而作为最能体现液压传动技术独特特点的液压和液力变速器也必然会得到广泛使用，如汽车、工程机械、金属切削机床、机器人等。但传统的液压或液力变速传动一般采用

9、分体式结构，液压泵、液压马达、阀及液压管路等液压元件分立，结构庞大，布置复杂，可靠性差。随着液压气动行业发展方向向集成化、小型化、机电一体化、节能、高效、多样化转变，近几年也发展起来很多此类产品，如将液压泵液压马达与控制阀构成一体化的液压无级变速器，其机构紧凑，体积小，重量轻，布局灵活，操作使用方便，简化了传动装置的结构，改善了各种装备的质量，因此得到了广泛的认可和应用，在国外已广泛用于汽车、农林业机械、环保机械、矿山机械、工业机器人驱动系统、太空探测机械等领域。1.1.2 无极变速器在一定速度范围内，能连续、任意的变换速度。cvt即无级变速传动，其英文全称continuously varia

10、ble transmission，简称cvt。发明这种变速传动机构的是荷兰人，有其装置的变速器也称为无段变速箱或者无级变速器。这种无级变速变速器和普通自动变速器的最大区别是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速，其设计构思十分巧妙。由于cvt可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它是理想的汽车传动装置。无极变速箱轿车一样有自己的档位，停车档p、倒车档r、空档n、前进档d等，使汽车前进自动换档时十分平稳，没有突跳的感觉

11、。 1.1.3 无级变速器的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。胶带式无级变速器链式无级变速器带传动式机械式带牵引传动式胶带式无级变速器电动式金属带式无级变速器液力式无级变速器电传动无级变速器流体式液压式无级变速器金属带式无级变速器无级变速器图1.1 无级

12、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，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。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

13、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。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

14、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

15、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。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。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。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

16、率则更低;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。1.2 液压无极变速器的研究状况和发展趋势液压无级变速器其最基本的工作原理为液压传动的容积式调速，对容积式调速的研究在国外开展的很早，前苏联在上个世纪此项技术己基本成熟，在一些国外的矿山工业中，采用液压泵和液压马达的液压传动装置获得了广泛的应用。在这种传动装置中，可将外形尺寸不大的液压马达安装在工作机器的传动机头上，而将尺寸很大的液压泵站安装在外形尺寸没有严格要求的巷道中，然后通过下列方式进行液压传动的功率、速度和扭矩调节:i)变量泵定量液压马达；ii)定量泵变量液压马达；iii)变量泵变量液压马达。根据不同的场合选择不同的

17、调节方式。这可以近似认为是最早的分体式液压无级变速器。但这些液压变速的装置中各种液压元件分立，它们之间靠管路连接，系统复杂，体积庞大，工作可靠性较差，操纵控制困难，不适合应用于多种场合，如要求结构紧凑、操纵方便、独立执行、轻载小功率传动等场合。我国也在60年代末期从前苏联引进了此项技术，加以消化和吸收并应用在我国的采矿业上，取得了很好的成效。但我国在此类集成式一体化液压无级变速器方面的研究和应用还是比较少，近几年才出现少量的报道及研究。液压无级变速器产品大都以机械或杠杆操纵调节输出速度，使输出速度随外载荷的变化波动较大，不适合于需稳定输出的场合，并且目前该类产品容积效率较低，承载能力较低，价格

18、也较高。另外，该类型的液压无级变速器转子与定子目前采用固定式结构，使传动过程中配流轴所受不平衡径向力较大，易于损坏，使变速器的工作寿命和可靠性受到影响，故此类液压无级变速器只能适合于轻载非连续工作场合。但从目前液压产品的发展趋势来看，该产品发展的前景却十分看好。现在液压气动行业正向节能、小型化、机电一体化、集成化、多样化发展，而现有产业化的液压无级变速器的控制大部分都是采用纯机械式的调节，使得变速器的调节控制很难实现精确稳定的输出，又不能满足多种工作场合控制的多变和远距离控制的需要，大大的限制了其应用的工作场合，只有机电结合，才是其发展的方向。因此液压无级变速器的机电一体化、自动化、智能化将成

19、为当今世界本行业新的发展潮流。1.3 本论文研究的意义工程车辆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。我国的液压气动行业经过三、四十年的发