基于CATIA的錐形凸輪無極變速器的建模與仿真

摘要：對錐形凸輪無極變速器的結構和工作原理進行了介紹，運用CATIA軟件對錐形凸輪無極變速器的主要零部件進行三維建模和裝配，并對其進行運動學仿真，結果表明凸輪無極變速器可以實現完全勻速輸出，達到預期設計效果。

關鍵詞：無級變速器；錐形凸輪；齒輪機構；CATIA

中圖分類號：U483文獻標識碼：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

基金項目：湖南省教育基金項目（11C0169）。

作者簡介：任豐蘭（1976-），男，碩士，湖南永州人，常德職業技術學院副教授，研究領域：先進制造技術。E-MAIL：fenglanren@163.com。

0引言

無級變速器（Continuously Variable Transmission，簡稱 CVT）是一種應用較廣的傳動機構，目前機械式無級變速器普遍存在速度波動較大、傳動比較小、輸出運動不能實現勻速輸出等缺點，而錐形凸輪式的無極變速器利用錐形凸輪機構以及單向超越離合器實現無級變速，理論上可以得到速度波動非常小的勻速輸出運動，結構簡單緊湊，而且還能大大降低開發成本。本文運用CATIA軟件對錐形凸輪無極變速器的主要零部件進行三維建模和裝配，并對其進行運動學仿真，實現輸出運動達到勻速輸出的效果。

1錐形凸輪式無級變速器的基本結構及其工作原理

1.1錐形凸輪無級變速器的基本結構

錐形凸輪無級變速器的基本結構如圖1所示，它主要由主動軸（凸輪軸）、從動軸、主動齒輪、從動齒輪、凸輪、擺桿、單向超越離合器等組成。

1.2錐形凸輪式無級變速器的工作原理

錐形凸輪式無級變速器工作原理是：通過輸入軸連接傳動齒輪，驅動三驅動齒輪帶動凸輪轉動，而擺桿和輸出軸的單向超越離合器連接，擺桿來回擺動作為輸出驅動軸連續單向旋轉轉換，實現無級變速。

2基于CATIA的錐形凸輪式無級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、從動齒輪的建模

錐形凸輪式無級變速器所設計的齒輪都是漸開線標準直齒圓柱齒輪。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。根據設計的齒輪參數，做出一個齒的齒廓曲線，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

根據錐形凸輪式無級變速器的設計要求，運用CATIA軟件對輸入軸、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

錐形凸輪根據反轉法原理來設計凸輪輪廓曲線，把曲線坐標通過TXT格式導入CATIA軟件中，偏移兩條曲線即可得到凸輪兩端的實際輪廓曲線。兩輪廓距離為凸輪長度，然后用軟件對兩端的實際輪廓進行放樣特征處理，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軟件對錐形凸輪的無極變速器進行裝配，插入該無級變速器零部件的三維模型，通過重合、平行、相切、同軸心等一系列裝配命令，最后得到該新型無級變速器的整體裝配圖，如圖6所示。

3基于CATIA錐形凸輪式無級變速器的運動仿真

3.1運動學仿真

在CATIA軟件輸入中軸設為電機驅動，其角速度為ω=150 r/min=900 d/s。根據運算能力及仿真要求，把仿真時間設置成6 s，仿真步長設置成1200 mm，其他按照默認值設置。進行運動學仿真，仿真過程圖如7至9所示。

3.2運動仿真結果分析

將建立的無級變速器裝配體通過導入CATIA中然后進行運動學仿真分析。從仿真過程圖可以得出，該凸輪式無級變速器采用具有組合規律的擺動從動件凸輪機構，配合單向超越離合器，理論上可以實現完全的勻速輸出。仿真結果與目前一些機械式無級變速器的參數進行比較，結果證明該錐形凸輪式機械無級變速器可以實現完全勻速輸出、性能良好。

4小結

文章對錐形凸輪無級變速器的工作原理進行了介紹，

運用CATIA軟件對錐形凸輪無極變速器的主要零部件進行了模型的構建，并對其進行了仿真，仿真結果表明該錐形凸輪式機械無級變速器可以實現完全勻速輸出的良好效果。

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