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(xiàn)勻速輸出等缺點，而錐形凸輪式的無級變速器利用錐形凸輪機構以及單向超越離合器實現(xiàn)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(fā)成本。本文運用CATIA軟件對錐形凸輪無級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(xiàn)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:通過輸人軸連接傳動齒輪，驅(qū)動三驅(qū)動齒輪帶動凸輪轉(zhuǎn)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(qū)動軸連續(xù)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)無級變速。
圖1 錐形凸輪無級變速器總體結構圖
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(jù)設計的齒輪參數(shù)，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 輸人軸、輸出花鍵軸的建模
根據(jù)錐形凸輪式無級變速器的設計要求，運用CATIA軟件對輸人軸、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(jù)反轉(zhuǎn)法原理來設計凸輪輪廓曲線，把曲線坐標通過TXT格式導人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。
圖5 錐形凸輪三維模型
2 . 2 裝配
利用CATIA軟件對錐形凸輪的無級變速器進行裝配，插人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軟件輸人中軸設為電機驅(qū)動，其角速度為w=150r/min=900d/S。根據(jù)運算能力及仿真要求，把仿真時間設置成6s，仿真步長設置成1200mm,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。
圖9 仿真過程圖3
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人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(guī)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)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軟件對錐形凸輪無級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(xiàn)完全勻速輸出的良好效果。
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