[其他]数控无级变速装置

说明书

一    技术背景

自本世纪五十年代起，机械无级变速器得到迅速发展。目前，世界上许多国家（包括我国）已对多种性能良好的机械无级变速器进行系列化生产，并广泛应用到轻工、化工、纺织等行业中。不少类型的机械无级变速器具有结构简单，传动效率高，工作可靠和噪音低等特点（1）。但由于机械无级变速器是靠摩擦来传递运动的，不可避免地存在着滑动，因此，在要求较高的传动中便不能胜任。为了提高它的传动精度，可以应用自动控制理论实现闭环无级调速，在这一方面目前已有不少方案，但这些方案中，一部分虽然结构简单，但调速精度低，另一部分则是靠电气或液压来实现闭环的，因此不能发挥机械无级变速器结构简单的特点，本发明具有调速精度高，结构简单的特点。只需在现有无级变速器的基础上、略加改造和增加一些齿轮等传动件，便可实现高精度无级变速。

二    工作原理

图一为现有的一种无级变速装置。该装置具有大的变速范围，并且在电机转向不变的条件下，可以实现输出轴正反转或停止不转（2）。图二为改进后的传动简图，其传动原理框图如图三所示。它的工作原理如下输出轴转速经齿轮3，4，6和5组成的反馈传动链传到调整机构的丝杠螺母付，与步进电机B输入的转速进行比较后带动调速杠杆动作，实现无级变速。只有当丝杠和螺母的转速相等时，调速杠杆才停止动作，此时输出轴稳定在一恒定转速上。此转速值的大小与步进电机转速成一定比关系。比值由反馈链传动比Z3/Z5和输入轴传动比Z1/Z2决定。

从图一和图二的对比可以看出，本发明的关键是在原装置上增加了反馈传动链和比较机构（由原丝杠螺母付改制而成），使原开环传动成为机械闭环负反馈系统。根据自动控制原理，这种闭环系统不但可使原有性能大大提高，而且还能实现原开环系统根本无法实现的功能。根据这一原理，任何一种无级变速器（不只是机械无级变速器），都可用来组成一闭环无级调速系统。因此，可以在现有的各类无级变速器的基础上实现本发明，以满足各种不同性能的需要。

三、可实现功能

本发明可实现以下功能：

1.远距离控制高精度无级变速：

由于本发明是闭环系统，可以克服机械无级变速器所特有的丢转现象（由滑动引起的），其输出转速和信号源转速成严格的比例关系。因此具有变速精确，负载刚度无穷大，速度稳定性极好等特点。当信号源采用步进电机或其它执行元件时，便可实现远距离控制高精度无级变速

2.可做为一种新的数控系统的驱动装置：

到目前为止，开环数控系统的驱动元件主要有步进电机和电液脉冲马达。其中步进电机输出扭矩较小，只能用到小功率驱动的设备中。而电液脉冲马达则需要有一套液压供油系统。本发明的原理与电液脉冲马达相似，但与其相比具有以下优点：

（1）不需液压供油系统，因此具有结构简单效率高的特点。特别适用于没有液压供油系统，需要中大功率驱动的设备。

（2）在整个速度范围内（包括正反转转向时）速度平稳。由于液压马达的低频特性较差，所以电液脉冲马达在低速和正反转转向时速度稳定性较差。本发明不但不存在低频特性差的问题，而且还可以在主电机的转速方向不变时实现正反转转向，因此速度平稳、无冲击现象。

（3）可根据需要改变反馈传动链的齿数比，因此，本装置后可不用接变速装置，使结构得到简化。

（4）放大系数可调。本装置的调速杠杆可做成支点可调，通过改变支点位置即可调整开环速度放大系数，所以其适应性比电液脉冲马达强。

（5）可精确地计算开环速度放大系数值，因此，可在控制系统中采用补偿的办法消除因放大系数值引起的速度静差，实现高精度的控制。

（6）输出功率范围宽，可从几个瓩到上万瓩，使用机械无级变速器构成的本装置，其功率可达上百瓩，使用调速式液力偶合器或液力变拒器构成的本装置，其功率可达上万瓩（3），可实现重型设备、动力机械和运输机械的自动控制。

四    原理分析及设计计算公式：

1.运动分析：

根据差动轮系的运动关系式：

式中：_H-转架速度向量;

_A-中心轮速度向量;

_B-中心内齿轮速度向量;

Z_A、Z_B-分别为中心轮、中心内齿轮的齿数。

当_A和_B的转向相反时，可得以下代数式：