基于CATIA的锥形凸轮无极变速器的建模与仿真

摘要：对锥形凸轮无极变速器的结构和工作原理进行了介绍，运用CATIA软件对锥形凸轮无极变速器的主要零部件进行三维建模和装配，并对其进行运动学仿真，结果表明凸轮无极变速器可以实现完全匀速输出，达到预期设计效果。

关键词：无级变速器；锥形凸轮；齿轮机构；CATIA

中图分类号：U483文献标识码：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：湖南省教育基金项目（11C0169）。

作者简介：任丰兰（1976-），男，硕士，湖南永州人，常德职业技术学院副教授，研究领域：先进制造技术。E-MAIL：fenglanren@163.com。

0引言

无级变速器（Continuously Variable Transmission，简称 CVT）是一种应用较广的传动机构，目前机械式无级变速器普遍存在速度波动较大、传动比较小、输出运动不能实现匀速输出等缺点，而锥形凸轮式的无极变速器利用锥形凸轮机构以及单向超越离合器实现无级变速，理论上可以得到速度波动非常小的匀速输出运动，结构简单紧凑，而且还能大大降低开发成本。本文运用CATIA软件对锥形凸轮无极变速器的主要零部件进行三维建模和装配，并对其进行运动学仿真，实现输出运动达到匀速输出的效果。

1锥形凸轮式无级变速器的基本结构及其工作原理

1.1锥形凸轮无级变速器的基本结构

锥形凸轮无级变速器的基本结构如图1所示，它主要由主动轴（凸轮轴）、从动轴、主动齿轮、从动齿轮、凸轮、摆杆、单向超越离合器等组成。

1.2锥形凸轮式无级变速器的工作原理

锥形凸轮式无级变速器工作原理是：通过输入轴连接传动齿轮，驱动三驱动齿轮带动凸轮转动，而摆杆和输出轴的单向超越离合器连接，摆杆来回摆动作为输出驱动轴连续单向旋转转换，实现无级变速。

2基于CATIA的锥形凸轮式无级变速器的主要零部件建模与装配

2.1主要零部件的建模

2.1.1主动、从动齿轮的建模

锥形凸轮式无级变速器所设计的齿轮都是渐开线标准直齿圆柱齿轮。在CATIA软件中，以齿顶圆半径为半径建立一圆弧，然后拉伸成一圆柱体。根据设计的齿轮参数，做出一个齿的齿廓曲线，拉伸该齿廓曲线并与前面生成的圆柱体做布尔运算，然后用圆周阵列命令生成其他的齿，最后拉伸切除齿轮的中心安装孔，得到齿轮的三维模型，如图2所示。

2.1.2输入轴、输出花键轴的建模

根据锥形凸轮式无级变速器的设计要求，运用CATIA软件对输入轴、输出花键建立的模型如图3和图4所示。

2.1.3锥形凸轮的建模

锥形凸轮根据反转法原理来设计凸轮轮廓曲线，把曲线坐标通过TXT格式导入CATIA软件中，偏移两条曲线即可得到凸轮两端的实际轮廓曲线。两轮廓距离为凸轮长度，然后用软件对两端的实际轮廓进行放样特征处理，得到各横截面均相似的三维锥形凸轮，最后得到锥形凸轮的三维模型如图5所示。

2.2装配

利用CATIA软件对锥形凸轮的无极变速器进行装配，插入该无级变速器零部件的三维模型，通过重合、平行、相切、同轴心等一系列装配命令，最后得到该新型无级变速器的整体装配图，如图6所示。

3基于CATIA锥形凸轮式无级变速器的运动仿真

3.1运动学仿真

在CATIA软件输入中轴设为电机驱动，其角速度为ω=150 r/min=900 d/s。根据运算能力及仿真要求，把仿真时间设置成6 s，仿真步长设置成1200 mm，其他按照默认值设置。进行运动学仿真，仿真过程图如7至9所示。

3.2运动仿真结果分析

将建立的无级变速器装配体通过导入CATIA中然后进行运动学仿真分析。从仿真过程图可以得出，该凸轮式无级变速器采用具有组合规律的摆动从动件凸轮机构，配合单向超越离合器，理论上可以实现完全的匀速输出。仿真结果与目前一些机械式无级变速器的参数进行比较，结果证明该锥形凸轮式机械无级变速器可以实现完全匀速输出、性能良好。

4小结

文章对锥形凸轮无级变速器的工作原理进行了介绍，

运用CATIA软件对锥形凸轮无极变速器的主要零部件进行了模型的构建，并对其进行了仿真，仿真结果表明该锥形凸轮式机械无级变速器可以实现完全匀速输出的良好效果。

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