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1、 现代坦克,对于极大影响其机动性的传动系统,提出了越来越高的要求.鉴于充分利用发动机功率、节省能源,及获得最佳理想传动的要求,现代坦克传动系统已逐渐从传统的有级式传动向无级传动发展.在此发展过程中,人们进行了不断地探索.其中,液压传动是一种较好的传动,它有许多优点,最主要的是它可以使传动装置的传动比,在一个较宽的范围内,实现连续可控的调节变化,以实现车辆无级变速直驶或转向的理想传动性能.它的比较有效的功能部件是液压泵、马达的组合机构,通过对变排量泵(或马达)的调节,可实现机构输出、入端无级变化的传动比.统计资料表明,液压泵、马达的无级传动装置,当前在坦克装甲战车上比较普遍地被用于转向传动系统.
2、如:美国LvTP一7两栖登陆车,Ml坦克,西德的豹l坦克,法国的AMx一和坦克以及英国的挑战者坦克等,使用这类无级转向装置,大大提高了车辆的转向机动性能.但是,由于液压传动有其不足之处,这主要是它的传动效率低于传统的机械传动效率;且鉴于现有技术水平的限制,液压泵、马达元件的制造比较困难,因此,限制了它在需要大功率、紧凑体积、高效率的坦克战车传动装置上的应用. 为了改善纯液压传动(HydrostarseTransmjssjon,简称:HT)的不足,近年来,综合有压和机械传动优良特性的液压一机械分流无级传动(Hydrostatie一MeehaniealTrans,nission),简称:HMT得到
3、了极大的发展.一变速器1.1 有级变速器 手动换档机械变速器(Mechanical Transmission,简称 MT)。其变速原理是通过多对齿轮传动组合实现变速，传动比为几个定值，因此称之为有级变速器。由于其传动比为定值，不能保证发动机始终工作在最佳动力性和最佳经济性工作区，换档时会产生冲击和噪声，降低舒适性。1.2 无级变速器 无级变速器是指采用控制系统使传动比可在一定范围内连续变化的变速器，简称 CVT(Continuously Variable Transmission)能够使车辆自动适应外界工况的变化，可保证车辆始终工作在最佳动力性和最佳经济性工作区，可提高车辆的动力性、经济性、生
4、产效率，实现操作自动化，简化驾驶员操作，降低驾驶员的劳动强度，使车辆运行平稳，也为综合控制车辆传动系提供可能。按照结构和传动介质主要分为机械式、液力机械式、液压机械式、静液式、电力式等。 液压机械无级变速器(HMT)由液压调速机构和机械变速机构及分、汇流机构组成，是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动形式，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现无级变速。与传统的机械式有级变速器相比，液压机械无级变速器有以下特点：能自动适应负荷和行驶阻力的变化，实现无级变速，保证发动机工作在最佳工作点，有利于提高车辆动力性、燃油经济性和工作效率。以液体为传力介质，大大减轻传动系动载，易
5、防止发动机超载和熄火，可提高有关零部件的寿命，对工作条件恶劣的农业机械和工程机械尤为重要。行驶平稳，能吸收和衰减振动，减少冲击和噪声，提高乘坐舒适性。有很低的稳定行驶车速，可提高拖拉机在坏路上的通过性和低速作业质量。 操作轻便，便于实现换档自动化，降低驾驶员劳动强度。与纯机械传动相比，传动效率不很高，对变量泵和定量马达及液压系统要求较高，制造及使用成本较高。该传动综合了液压传动和机械传动的主要优点，兼有无级调速性能和较高的传动效率，因此在大功率拖拉机、汽车、工程机械、坦克、电力机械等许多领域有着良好的应用前景。二液压机械双流传动原理分析 2.1 双流传动原理研究 车辆的双流传动是相对于单功率流
6、传动而言的，既具有单流传动的特点又有很大的不同，单功率流传动中功率流是按一路传动，是串联的。双流传动中功率流向是并联的，两路功率是并联传动，如图1所示。主要有分流机构、单流传动机构1 和 2、汇流机构组成。发动机功率输入分流机构后分为两路，一路经单流传动机构1传至汇流机构，另一路经单流传动机构2传至汇流机构，两路功率在汇流机构处汇合后输出。车辆的分流机构和汇流机构可分别为定轴齿轮副或行星齿轮传动，单流传动机构可为液压传动、液力传动、机械传动电力传动等多种形式。 图 1 双流传动原理图2.2 定轴齿轮副分流和汇流 定轴齿轮副分流和汇流可用图2说明其原理。传动路线及元件转速和转矩如图2所示，其关系
7、为下式：上述式中，i 为主动齿轮对被动齿轮的传动比，n 为转速，M 为转矩。由式(2-1)和(2-2)可知该分汇流形式有如下特点：转速特点：机构一定时，各元件转速之间保持一定的比例关系，即任一元件转速一定，其他元件转速也一定并与之成比例变化。 转矩特点：机构一定且M0 一定时，M1与M2代数和一定，但其间的分配比例可以变化，可使一路为零，甚至于为负值，输出的关系发生变化。因此，用定轴齿轮副分汇流时，可称之为分矩式或汇矩式的功率分流和汇流，或称之为差矩机构。 图2 定轴齿轮副分流和汇流2.3 普通行星排分流和汇流 普通行星排分流和汇流可用图3 说明。当用普通行星排分流和汇流时，并不局限于图3 的
8、形式，行星排的三元件均可作输入端和输出端。现以图3 说明，传动路线和各元件转速与转矩如图3 所示。 k 代表太阳轮， j 代表行星架，q 代表齿圈，k 为行星排特性参数，n 、M 代表转速和转矩相互关系如下：从式(2-4)和(2-5)可知该分流和汇流形式有如下特点： 转速特点：对一定的行星排，当任一元件转速一定时，其他两元件转速的代数和一定，但其间的比例分配关系可发生变化。 转矩特点：三元件转矩之间成一定比例关系，任一元件转矩一定时，其他两元件转矩也为一定并与之成比例变化。图3 行星排分流和汇流 因此，当传递的功率一定时，由于转速分配的变化，两路所传递的功率也发生变化，一路可为零，甚至为负值，
9、就使输入和输出的关系发生变化，这种特点正好与定轴齿轮副分流和汇流时相反，可称之为“分速式”和“汇速式”，属于差速机构。 上述两种分流和汇流方式可两两组合得到多种分流和汇流传动方案，具体设计传动方案时应考虑组合后的方案的传动比变化范围、传动效率和是否存在功率循环、结构大小、操纵是否方便等因素。三液压机械双流传动原理分析 液压机械双流传动由液压调速机构和机械变速机构及分、汇流机构组成，是一种液压功率流与机械功率流并联的传动形式，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现无级变速。其原理如图 2-4 和 2-5 所示，输入功率经分流机构分流为两路，一路经液压调速机构流至汇流机构，另
10、一路经机械变速机构传至汇流机构，两路功率在汇流机构处汇流后输出。通过控制系统控制变量泵或变量马达的排量使液压调速机构具有无级调速特性，并与机械变速机构经汇流机构结合，实现无级变速传动。 液压泵和液压马达是液压系统的执行元件，为能量转换装置。液压泵是在原动机的驱动下旋转，输入转矩和转速即机械能，输出一定流量的压力油即液压能。液压马达则相反，是在一定流量的压力油驱动下旋转，输出转矩和转速，即将液压能转换为机械能。 液压泵的工作原理是通过密封容积的变化改变液压油压力来传递动力。通常液压泵的排油压力取决于其负载，即液压系统的负载。 根据改变液压泵或马达的排量来调速，液压机械双流传动中的液压调速机构主要
11、有三种形式：变量泵定量马达、定量泵变量马达、变量泵变量马达。 变量泵调速系统的性能是优越的。马达转速是泵的排量相对变化率 的连续单调函数，反向性能良好，反向平稳迅速。通过调节马达转速，功率变化而马达的转矩可保持恒定，故称为恒转矩输出。 定量泵变量马达系统通过改变马达排量的正负值及马达的旋转方向来实现调速。当排量相对变化率减小到某一值时，马达自锁，输出转矩为零。输出转速不高，且不是单调连续变化，传动比变化范围小，一般不超过 4，因而不能用于反向。当排量相对变化率变化时，马达转矩也变化，功率保持恒定，为恒功率输出，功率利用较好。因此，但常用于车辆制动。 变量泵变量马达的排量相对变化率的调节是有一个
12、程序调速机构按一定的顺序完成的，该机构按程序双变量进一步扩大传动的调速范围，且低速时保持较大的输出转矩，高速时保持恒功率输出。但是传递功率不大，主要应用于行驶速度不高的中小吨位的轮式或履带工程车辆。四 液压机械无级变速传动原理及形式4.1 无级变速原理 液压机械无级传动属于多功率流无级传动这一领域，根据系统输出速度与定排量液压元件的输出速度之间的速度关系，一般将其分为正相位工作状态及反相位工作状态。所谓正相位是指:系统输出速度随定排量液压元件的输出速度的增大而增大；反之，系统输出速度随定排量液压元件的输出速度的增大而减小，即所谓反相位。 图4(a)所示即所谓正相位，输入轴与行星排太阳轮相联，行
13、星架与输出轴相联。定排量液压元件转速nm随变排量液压元件排量的变化而无级变化，经过定传动比i2与输入轴的固定转速在行星排处汇合，输出转速nb随nm的增大而增大。用公式来解释：图4 无级变速原理图 4(b)所示即所谓反相位，输入轴与行星架相联，太阳轮与输出轴相联。定排量液压元件转速nm从图 4(a)工况之末向相反方向无级变速时，齿圈速度的减慢反而使合成的太阳轮的速度愈来愈高，输出转速nb随nm的减小而增大。即当nq随nm由正值经过零向另一方向负值变化时，输出nb不是减少而是继续升高。用公式来解释：式中，K1、k2行星排特性参数;nt、nq 、nj行星排太阳轮、齿圈及行星架的转速。若适当选取各传动
14、参数，可以使图(a)工况末尾的nb等于图(b)工况开始的nb ，即两阶段的输出速度nb相衔接。这样，当定排量液压元件不间断地作一次往返无级变速时，输出转速nb可得到不间断地连续提高。这里分析的只是两工作阶段之间液压元件一次往返的连续无级变速，即工作阶段一次转换的最简单的例子，仅用以说明其变速原理。不同方案可以利用定排量液压元件的多次往返变速，每一行程配合以不同的预定机械工况，可以作到输出速度的多段连续、不断提高。通常，由零速开始的第一无级变速阶段，常是纯液压的单流工况。然后，从相连续的第二段开始，才进入液压机械分流工况。4.2 液压机械无级传动的结构形式液压机械无级传动可以从多方面来分类，可能
15、的变化较多。此外，同一种类利用不同的机构，例如不同的行星变速及其操纵件，可构成许多不同的方案。1、 n 段式 在液压机械无级传动中，所谓一段即一个工作段，它是指定排量液压元件往返无级变速的一个行程，即定排量液压元件的转速由正向最高转速到反向最高转速、或由反向最高转速到正向最高转速的一个工况。一般说，系统在一个输出速度方向(正向或反向)，有几个工况(几段)称为几段式。 同时，每段以定排量液压元件转速为零速时为界，分为前半段和后半段。从无级变速的段数来分，可分为两段、三段、四段。连续的段数愈多，机构和操纵都愈复杂。 2、单向连续式和双向连续式 从系统无级变速的输出转速为正方向的单向，或正、反两方向的双向来区分，液压机械无级传动可分为单向式和双向式两类。与单向式相对照，双向式无级变速可以相互对称也可以是非对称的，例如正向为四段、反向为两段连续等。若只有纯液压的第一阶段具有半段负向输出，而无负向连续段，仍定义为单向式。3、 等差连续式和等比连续式 若每段的开始与末尾输出速度的差值相等，即各段连续的输出速度相对于变量泵排量比的斜率相同，各段为等差连续式。
