基于/特性图的扩大调速范围型无级变速器的设计bookmark0桂乃磐，何哲民，张世安bookmark1（湖南文理学院机械系，湖南常德415000）计算法，查表可确定功率流形态。又采用了求J直线和f直1封闭行星轮系的特性图bookmark2线交点，按图由交点直接确定功率流种类的方法。以一种扩1.1/特性图大调速范围型无级变速机为实例，用这些“特性图”对其进行了设计和功率流分析。
速机；设计封闭式行星轮系具有体积小，速比范围宽和传递功率大等优点。在其封闭机构中加入无级变速机可组成扩大调速范围型、精密调速型等多种类型的控制式差动齿轮无级变速机。其结构框图如所示。图中n表示差动轮系（原始机构）；R表示无级变速机；B表示定轴轮系。
设差动轮系n的3个基本构件为1、2、3，其角速度分别为叫、《2、《3，相对角速比中的石3、立：j23=.则有下式成中的公式较多，亦较复杂。现改用J特性图以图解解析法对其进行设计和功率流分析的新方法，此法较简明，可根据不同的已知条件采用不同的程序进行设计，也可以编程后应用计算机进行设计。本文中以一种扩大调速范围型无级变速机的实例来应用此法进行设计。
据此，可以一1为横坐标（X轴），一为纵坐标（7轴）作出直线“i23为/直线的斜率，i23为/直线在7轴上的截距。又由（1）式可知，当叫=W2=W3时，（1）式的第二式恒成立，即/直线束必定通过（1，1）点。这个坐标系与直线的关系称之为”J特性图“，如。
/直线与X轴交点坐标（xc，0）中的为：/直线表示作为原始机构的差动轮系n三个基本构件角速比的关系。
将差动轮系n被封闭的基本构件角速度设作q和ffl2，而将差动轮系中未被封闭的基本构件设作基准件3，其角速度为ffl3.由于封闭机构传动比易求，于是可得q与》2之间线性关系式，此关系式与之间线性关系式形式相同，也画在/特性图上，就得到过原点的直线，=721.如。直线表示封闭机构对原始机构的约束条件，且令，=在上，/直线与（直接的交点，即封闭行星齿轮传动的工作点。其坐标为。如果封闭机构中有无级变速机R，则工作点将在/直线上移动。
1.4心直线取与上述特性图相同的坐标刻度，但改设横坐标（的变量为q，纵坐标（7）的变量为ffl4（见，端点④的位置在定轴轮系B与无级变速机R之间），或者设横坐标的变量为，纵坐标的变量为，则表示定轴轮系B的传动比714=的“714直线”，可仿照（直线的画法作出。如所示。
义4线（斜率为）参照线若取7=1直线为“参照线‘’，则714线与”参照线“交点的横坐标值X=y14.又如所示取A角，则取与上述特性图相同的坐标刻度，但改设纵坐标的变量为无级变速机R的变速比r=，无级变速机R的变速范围为rmr，则以两条水平线7=rm和7=r之间的区间表示R的变速范围，如所示。
R的变速范围中，可由rm~rn，求得m~，反之亦然，如所示。于是x =线与上述7=1的参照线的交点与原点的连线为线，x =（线与7=1线的交点与原点的连线为线。
1.6功率分配系数与功率流分类令流经轮系中被封闭两基本构件1和2的功率乃和A之比叫做功率分配系数根据受力分析，在不计摩擦损失时，可得行星齿轮传动各基本构件间转矩M的普遍关系式又据相对角速比的计算式j23Pj3，整理得：根据（4）式再作功率流分析如下：当Pf>时，分子、分母的符号相同，则分子、分母所代表的功率同为输入功率或同为输出功率。端子③的功率符号与端子①、②的功率符号相反。因此，在闭路中，功率从③或V流入，实现功率分流，这样的机构叫功率分流型行星齿轮机构*②的功率流向相反，则端子①与②中总有一个与端子③的功率同号，而且与端子③异号的功率一定比端子③的功率大。因此，在闭路中，有循环功率。这样的机构叫功率循环型行星齿轮机构。
在以上分析的基础上加以细分，可得表1.功率分配系数Pf功率流形态代号输入功率结合型输出功率结合型表1功率流的分类由于（2）式可改写为/直线束方程：=而（4）式可写为/F得：于是，由以上两式可y=x，为“值线”据此，便可得。
根据（5）式，按表1所示的不同Pf值分别对应的4种“功率流形态代号”：％、a.、、Y，在册平面上分区，则首先应求出“分界线”由XV-x=为“零值线‘’；由y?xv=区域，不易明显区分。现以x> 1，j<0的区域为例说明如下：Pf为负值。
卜吵|=||吵|卜||，所以|Pf| <0时，Pf是绝对值大于1 >1时，Pf为绝对值小于1的负值，此区为夕区。
有了，在运动分析的同时，进行功率流分析就很方便了。
例如所示的点在区，为Pf>1的功率2扩大调速范围型无级变速机的设计实例已知：所示的PX型控制式差动无级变速机是由皮带式无级变速器与定轴轮系、差动轮系组合而成，要求其实现过零的扩大调速范围调速。输入转速《1=1370r/min，输出轴为差动轮系的系杆H，其转速为=-289.340122.43r/min，转向由与《1相反至零再与《1相同。差动轮系中的太阳轮1的齿数厶=22，内齿圈3的齿数Z3=94；定轴轮系夕的传动比=1；皮带式无级变速器的传动比=0.52.试求定轴轮系a的齿数Z4和厶，并对此PX型无级变速机进行功率流分析。
解：设计时，对于不同的已知条件，可酌情采用不同的设计程序，本题可按以下6步进行。
分清轮系各组成部分：对照，原始机构为差动轮系n，其3个基本构件为太阳轮①、内齿圈②、系杆③；封闭机构中的定轴轮系B由a、夕两个定轴轮系组成，封闭机构中的无级变速器R由皮带式无级变速器组成。
作/直线：对于原始机构n有：所以/直线的方程式为y=- a）根据已知条件，可得在J直线上两界限工作点m和w的横坐标为：再由/直线的方程式可得工作点m和n的纵坐标为：b）作，直线，直线的方程式为：根据4=?的关系，由，m 6）功率流分析。由rn点和《点出发沿/直线反向无限延伸，对照可知两区段分别在A区和y区，对照表1、均属“功率循环型”，在A区时，功率分配系数0>心>-1；在y区时功率分配系数心<-1.也可直接由（4）式算功率分配系数，查表1确定功率流形态，结果相同。
将以上各图叠放在同一刻度的义T坐标平面内，如所示。
3结论利用各封闭行星轮系特性图之间的关系来设计控制式差动齿轮无级变速装置有较为简明的特点。写出各特性直线或曲线的直角坐标方程式，即可绘出相应图形；求解联立方程组，可求得有关点的坐标值，可根据不同的已知条件和求解目标酌情采用不同的程序进行设计。
求/直线与一系列，直线的交点（工作区间），对照，可确定功率流形态。也可直接由（4）式算功率分配系数，查表1确定功率流形态。
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