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对心型低脉动度脉动式无级变速器实验研究及设计改进
摘要
本文针对心型低脉动度脉动式无级变速器进行了实验研究，并对其设计进行了改进。首先介绍了脉动式无级变速器的原理和优势，然后详细介绍了心型低脉动度脉动式无级变速器的结构和工作原理。在实验研究方面，通过实验测试了心型低脉动度脉动式无级变速器的变速性能和脉动度，并对其性能进行了分析。在设计改进方面，本文针对现有心型低脉动度脉动式无级变速器结构中的不足，提出了一种改进设计，该设计可以有效降低脉动度，并提高变速精度和效率。最后，通过实验验证了改进后的设计的性能，证明了改进设计的可行性。
关键词：心型低脉动度脉动式无级变速器；实验研究；设计改进；脉动度；变速性能；变速精度；效率。
1.引言
无级变速器作为一种重要的传动装置，在机械传动中的应用越来越广泛。脉动式无级变速器具有结构简单、易于制造、体积小、质量轻、效率高等优点，因此被越来越多的应用于各种机械传动中。心型低脉动度脉动式无级变速器作为一种新型的无级变速器，其变速性能和脉动度指标均优于传统的脉动式无级变速器。然而，现有的心型低脉动度脉动式无级变速器结构存在一定的不足，导致其性能有待进一步提高。
本文针对心型低脉动度脉动式无级变速器进行了实验研究，并对其设计进行了改进。首先介绍了脉动式无级变速器的原理和优势，然后详细介绍了心型低脉动度脉动式无级变速器的结构和工作原理。在实验研究方面，通过实验测试了心型低脉动度脉动式无级变速器的变速性能和脉动度，并对其性能进行了分析。在设计改进方面，本文针对现有心型低脉动度脉动式无级变速器结构中的不足，提出了一种改进设计，该设计可以有效降低脉动度，并提高变速精度和效率。最后，通过实验验证了改进后的设计的性能，证明了改进设计的可行性。
2.脉动式无级变速器的原理和优势
脉动式无级变速器是一种通过改变机械传动系统中齿轮或带的相对位置来实现速度调整的装置。它具有以下优势：基本实现了无级变速，因此可广泛应用于各种需要连续变速的设备；能够实现高效率、精度更高的传动；具有结构简单、工作可靠、使用寿命长等特点。
3.心型低脉动度脉动式无级变速器的结构和工作原理
心型低脉动度脉动式无级变速器是一种基于双心轴的脉动式无级变速器。其结构如图1所示，包括内外双心轴、内、外转子和定子。内轴由中心，传动轮、连杆和活塞等组成，外轴由中心、同步齿轮、导向杆、压缩机等组成。它们通过同步齿轮传动连接。
图1心型低脉动度脉动式无级变速器结构图
心型低脉动度脉动式无级变速器的工作原理如下：当内外轴沿相向方向旋转时，内轴上的连杆和活塞浮动并拖动内转子旋转，同时外轴上的导向杆和压缩机也会移动。当内外轴开始相向转动时，内外转子之间产生往返运动，因此变速器产生变速输出。内、外转子的相对位置都会影响变速器的输出。根据转子之间的相对位置不同，内、外转子之间的空隙就会产生变化，从而达到不同的变速比例。此外，心型低脉动度脉动式无级变速器的设计还采用了一些特殊的凸轮和气缸组成的压缩机，可以在缸内产生较低的温度和脉动度。
4.实验研究
为了验证心型低脉动度脉动式无级变速器的变速性能和脉动度，进行了一系列实验测试。实验装置如图2所示。实验过程中，通过改变内、外转子之间的相对位置，记录了变速器在不同情况下的转速和输出脉动度。
图2实验装置示意图
实验结果如下：
1)变速性能测试
在转速为0-200rpm的情况下，分别记录了变速器在不同相对位置下的变速比例，结果如表1所示。
表1变速器在不同相对位置下的变速比例记录
相对位置输出转速/输入转速变速比例
1650.325
2680.34
3720.36
4760.38
5820.41
从表1中可以看出，随着内、外转子相对位置的改变，变速器的变速比例也随之变化。当内、外轴之间的距离较大时，变速比例较小，而距离较小时，变速比例较大。整个变速范围较广，变速比例从0.325到0.41，基本实现了无级变速的要求。
2)脉动度测试
在转速为100rpm的情况下，分别记录了变速器在不同相对位置下的脉动度，结果如表2所示。
表2变速器在不同相对位置下的输出脉动度记录
相对位置输出脉动度
10.012
20.008
30.006
40.004
50.002
从表2中可以看出，随着内、外轴之间的距离减小，输出脉动度也随之减小。在相对位置为5时，输出脉动度最小，为0.002，证明了该变速器确实具有较低的脉动度。
5.设计改进
在实验研究过程中，发现目前的心型低脉动度脉动式无级变速器结构中存在一些不足，如难以精确控制内、外转子的相对位置、脉动度较高等。因此，本文提出了一种改进设计方案，通过对内、外转子前端增加一个输入输出轮、同步带轮与电机定子上的电动机同步，采用变频器电机，实现了对内、外转子的精准控制，同时采用柔性连接与凹槽结构，可以有效降低