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行星錐盤無級變速機(jī)中碟簧的參數(shù)應(yīng)該如何確定 ？發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時間：2019-08-01 21:33
廈門力常彈簧有限公司在本文分析碟簧特性曲線的基礎(chǔ)上,確定行星錐盤無級變速機(jī)中碟簧的參數(shù)，其結(jié)果可使行星錐盤無級變速機(jī)的性能得到好的效果。
目前國內(nèi)生產(chǎn)的行星錐盤無級變速機(jī)中的碟簧,一般采用國標(biāo)，GB1972-80系列三,即碟
簧外徑 D與碟簧厚度t之 比 D/t≈40,內(nèi)錐高度h0與厚度t之比h0/t≈1.3，采用這種碟簧的原因是市場上易采購,但很少有人考慮碟簧參數(shù)對行星錐盤無級變速機(jī)性能的影響,因此本文對此進(jìn)行分析討論。
1.碟形彈簧的特性曲線
當(dāng)?shù)傻牟牧�、�?nèi)徑d，外徑D和厚度t一定時,碟簧所承受的載荷P與變形量的特性曲線如圖1所示,圖中橫坐標(biāo)為單片碟簧的變形量f與板厚t之比f/t。由圖可知,碟簧的內(nèi)錐高度h0
與板厚t之比h0/t對特性曲線有很大的影響。其特點為:
(1)h0/t<0.5時，當(dāng)f/t
( 2 ) 0.5< h0/t<根號2時，特性曲線呈非線性曲線，碟簧被壓平之前剛度隨變形增加而減小，隨后剛度不斷增大。
(3)h0/t=根號2時，特性曲線在壓平點附近有一段為水平線，即碟簧剛度為零，工程上通常把h0/t在根號2左右的碟簧稱為零剛度碟簧，或恒力碟簧。
(4)根號2< h0/t時，當(dāng)載荷增大到一定數(shù)值時，出現(xiàn)負(fù)剛度區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，載荷減小而變形增大，這時碟簧的錐形會突然翻過來。欲恢復(fù)原來形狀，須加上方向相反的載荷。
(5)在f/t較小時，h/t愈小的碟簧，其平均剛度愈小。
2.變速機(jī)中的碟簧參數(shù)選擇
國內(nèi)生產(chǎn)的行星錐盤無級變速機(jī)上所采用的碟簧,一般選用GB1972-80系列三;例如2.2kW的行星錐盤無級變速機(jī)中的碟簧參數(shù)是D =112mm，d=55.8mm，t=3mm，h0=3.9mm;其特性曲線如圖2的曲線 1所示,由于厚度t較大,碟簧的剛度大。根據(jù)文獻(xiàn)〔2〕〔3〕計算的結(jié)果列于表1中。
由表1可知，因碟簧剛度大，在傳動比i=1.42時，碟簧中的實際壓力，按傳遞轉(zhuǎn)矩所需的碟簧壓力大了許多,不必要地使行星輪與太陽輪間接觸應(yīng)力aH增大 ,從而油膜變薄 ,傳動效率降低,溫升增大。
根據(jù)文獻(xiàn)(2)和上例可知 ,行星錐盤無級變速機(jī)在傳動比最大時,所需的碟簧壓力為最大 ,令為F0max;這時圖3 中的r’c為最大,碟簧的壓縮量最小,故碟簧 的初 壓力F0=F0max。在變速過程中,所需的碟簧壓力隨傳動比的變小而減少;由圖3可知 ,這時碟簧的壓縮反而增加 ,因此根據(jù)上節(jié)介紹的特性曲線似乎應(yīng)當(dāng)選用圖1中的h0/t>根號2的碟簧，但這種碟簧的工作情況不穩(wěn)定，會突然倒翻起來，不能采用。h0/t=根號2的碟簧,其特性曲線有一段為零剛度,即在變形過程中壓力不再增大,似乎較為理想。但其水平線在壓平點附近,變速機(jī)所用碟簧的變形量達(dá)不到該處 (圖2中曲線2 )。根據(jù)上節(jié)中特性曲線可知 ,當(dāng)?shù)傻耐鈴紻、內(nèi)徑d,厚度t一定時, h0/t愈小碟簧的初始剛度愈小，因此我們在2.2kW的行星錐盤無級變速機(jī)中，采用了D=112mm，d=55.8，t=2.5，h0/t=1.3的碟簧，其特性曲線如圖2中曲線3所示。其最大壓力較曲線2小。如取t=2.4，h0/t=1.41，其性能更好�，F(xiàn)把以上 3種碟簧按文獻(xiàn)〔2〕和(3〕計算的結(jié)果列于表2中。
由表2可知,這3種碟簧對接觸應(yīng)力αH的影響不大,遠(yuǎn)比表1中的αH小。但考慮到板厚的公差、制造公差,恒力碟簧在串聯(lián)迭置時,其中一個或幾個可能在某一位置錐形突然翻過來,因此還是采用圖2 中的3號彈簧較為妥善。
3.結(jié)束語
根據(jù)以上的分析可知,目前行星錐盤無級變速機(jī)中采用標(biāo)準(zhǔn)的碟簧,將使碟簧壓力過大,不必要地使行星輪與太 陽輪間接觸應(yīng)力αH增大，從而使油膜變薄,傳動效率降低,溫升增高。
如對碟簧參數(shù)適當(dāng)調(diào)整,則可顯著地改善行星錐盤無級變速機(jī)的性能。
目前國內(nèi)生產(chǎn)的行星錐盤無級變速機(jī)中的碟簧,一般采用國標(biāo)，GB1972-80系列三,即碟
簧外徑 D與碟簧厚度t之 比 D/t≈40,內(nèi)錐高度h0與厚度t之比h0/t≈1.3，采用這種碟簧的原因是市場上易采購,但很少有人考慮碟簧參數(shù)對行星錐盤無級變速機(jī)性能的影響,因此本文對此進(jìn)行分析討論。
1.碟形彈簧的特性曲線
當(dāng)?shù)傻牟牧�、�?nèi)徑d，外徑D和厚度t一定時,碟簧所承受的載荷P與變形量的特性曲線如圖1所示,圖中橫坐標(biāo)為單片碟簧的變形量f與板厚t之比f/t。由圖可知,碟簧的內(nèi)錐高度h0
與板厚t之比h0/t對特性曲線有很大的影響。其特點為:
(1)h0/t<0.5時，當(dāng)f/t
( 2 ) 0.5< h0/t<根號2時，特性曲線呈非線性曲線，碟簧被壓平之前剛度隨變形增加而減小，隨后剛度不斷增大。
(3)h0/t=根號2時，特性曲線在壓平點附近有一段為水平線，即碟簧剛度為零，工程上通常把h0/t在根號2左右的碟簧稱為零剛度碟簧，或恒力碟簧。
(4)根號2< h0/t時，當(dāng)載荷增大到一定數(shù)值時，出現(xiàn)負(fù)剛度區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，載荷減小而變形增大，這時碟簧的錐形會突然翻過來。欲恢復(fù)原來形狀，須加上方向相反的載荷。
(5)在f/t較小時，h/t愈小的碟簧，其平均剛度愈小。
2.變速機(jī)中的碟簧參數(shù)選擇
國內(nèi)生產(chǎn)的行星錐盤無級變速機(jī)上所采用的碟簧,一般選用GB1972-80系列三;例如2.2kW的行星錐盤無級變速機(jī)中的碟簧參數(shù)是D =112mm，d=55.8mm，t=3mm，h0=3.9mm;其特性曲線如圖2的曲線 1所示,由于厚度t較大,碟簧的剛度大。根據(jù)文獻(xiàn)〔2〕〔3〕計算的結(jié)果列于表1中。
由表1可知，因碟簧剛度大，在傳動比i=1.42時，碟簧中的實際壓力，按傳遞轉(zhuǎn)矩所需的碟簧壓力大了許多,不必要地使行星輪與太陽輪間接觸應(yīng)力aH增大 ,從而油膜變薄 ,傳動效率降低,溫升增大。
根據(jù)文獻(xiàn)(2)和上例可知 ,行星錐盤無級變速機(jī)在傳動比最大時,所需的碟簧壓力為最大 ,令為F0max;這時圖3 中的r’c為最大,碟簧的壓縮量最小,故碟簧 的初 壓力F0=F0max。在變速過程中,所需的碟簧壓力隨傳動比的變小而減少;由圖3可知 ,這時碟簧的壓縮反而增加 ,因此根據(jù)上節(jié)介紹的特性曲線似乎應(yīng)當(dāng)選用圖1中的h0/t>根號2的碟簧，但這種碟簧的工作情況不穩(wěn)定，會突然倒翻起來，不能采用。h0/t=根號2的碟簧,其特性曲線有一段為零剛度,即在變形過程中壓力不再增大,似乎較為理想。但其水平線在壓平點附近,變速機(jī)所用碟簧的變形量達(dá)不到該處 (圖2中曲線2 )。根據(jù)上節(jié)中特性曲線可知 ,當(dāng)?shù)傻耐鈴紻、內(nèi)徑d,厚度t一定時, h0/t愈小碟簧的初始剛度愈小，因此我們在2.2kW的行星錐盤無級變速機(jī)中，采用了D=112mm，d=55.8，t=2.5，h0/t=1.3的碟簧，其特性曲線如圖2中曲線3所示。其最大壓力較曲線2小。如取t=2.4，h0/t=1.41，其性能更好�，F(xiàn)把以上 3種碟簧按文獻(xiàn)〔2〕和(3〕計算的結(jié)果列于表2中。
由表2可知,這3種碟簧對接觸應(yīng)力αH的影響不大,遠(yuǎn)比表1中的αH小。但考慮到板厚的公差、制造公差,恒力碟簧在串聯(lián)迭置時,其中一個或幾個可能在某一位置錐形突然翻過來,因此還是采用圖2 中的3號彈簧較為妥善。
3.結(jié)束語
根據(jù)以上的分析可知,目前行星錐盤無級變速機(jī)中采用標(biāo)準(zhǔn)的碟簧,將使碟簧壓力過大,不必要地使行星輪與太 陽輪間接觸應(yīng)力αH增大，從而使油膜變薄,傳動效率降低,溫升增高。
如對碟簧參數(shù)適當(dāng)調(diào)整,則可顯著地改善行星錐盤無級變速機(jī)的性能。