[科普中国]-调速特性

简介

喷油泵调速手柄位置固定，在调速器起作用时，柴油机的性能指标随转速的变化关系称调速特性。

根据调速特性，容积调速可分为有级调速回路和无极调速回路。

机械式调速器的工作与调速特性分析调速器它能够灵敏的感觉到外界负荷变化所引起的柴油机转速的变化而自动调节喷油泵供油拉杆的位置增减供油量，从而改变喷油泵的自然供油特性，改变柴油机的扭矩特性，适应外界负荷的要求，保持柴油机的转速始终在给定的范围内稳定运转，以防止柴油机熄火和超速。1

调速器的调速特性分析调速器的调速特性是指喷油泵供油调节拉杆的位置随喷油泵凸轮轴转速而变化的规律。通常它用特性曲线的形式来表示。1

两极式调速器的调速特性：

全程式调速器和两极式调速器的调速特性曲线可以看出，操纵杆在全负荷位置时它们的特性曲线形状相似( 带校正装置) ，但部分特性曲线不相同。

全程式调速器操纵杆在不同位置，调速器起作用转速不同，使调速器有无数个调速范围，都能根据负荷的变化自动调速。两极式调速器不管操纵杆在任何位置，其调速器起作用转速不变，只有在怠速和高速调节范围可以自动调节。1

结论机械式调速器的工作稳定性与调速率的关系是随着转速变化而不同。在实际的结构中低速时用软弹簧，在高速时用硬弹簧，这样既保持了原有的调速率又不失去稳定性。

机械式调速器由于结构的差异，所以型式较多，它们之间的差异仅在于它们的工作点和工作转速区间不同，但工作原理是没有原则的区别。1

随着柴油机的飞速发展，不断的向强化( 增压和扩大缸径) 和高速化发展，车用喷油泵调速器的发展也很快。在额定工况时喷油泵应有较大的循环供油量，提高喷油速率和喷油压力。调速器的调速率不超 10% ( 日产两极式 RAD 调速器的调速率只有 4% ) ，不灵敏度在 2% 以内，泵体刚度要高，密封性好。

为使喷油压力提高后的喷油泵定型，必须采取措施提高喷油泵的低速稳定性和耐久性。比如把RFD 调速器的飞锤重量在增加 5% ，以提高它的低速控制能力，同时为适应耐久性的要求，吸收驱动调速器飞锤的凸轮轴的传动扭矩变化所引起的冲击振动，研制出使用橡胶块减震器的 RFD———D 型调速器。1

摩托车无级变速器调速特性分析V 型橡胶带式无级自动变速器具有结构简单、操作方便、变速平稳、速比范围宽、重量轻、造价低廉及易于维护等优点，被广泛应用于踏板摩托车、沙滩车、雪橇车和清扫车等小排量机动车辆的变速传动系统。国内摩托车生产厂家对无级自动变速器的研制开发，主要是在引进样机的基础上进行仿造，对其设计理论和调控方法的研究，调控系统结构参数对踏板摩托车性能的影响的研究几近空白，使其生产的摩托车产品的性能不能得到充分地发挥。

采用双象限调速蹄块新结构，利用其可实现调速蹄块在合适的位置给传动带施加所需轴向力的特性，使车辆能够顺利起步，并使无级变速器具有良好的调速特性。2

调速机构存在的主要问题1 调速机构工作原理：

摩托车 V 型橡胶带式无级自动变速器主要由3个功能部件组成：主动带轮、V 型橡胶带及从动带轮等。通过适当调整这3部分的相互作用，使摩托车无级变速传动系统完成无级变速传动机构的基本功能。主动带轮安装在曲轴上，由固定轮盘、移动轮盘、调速蹄块、回位弹簧、三角架、压盘和滚子等组成。

其工作原理是将调速蹄块随曲轴旋转产生的离心力，通过滚子转换为作用于移动轮盘上的轴向力，实现对整个传动系统速比的调节。2

2 存在的主要问题：

摩托车无级变速传动系统是靠摩擦力工作的，传动带与带轮的工作面之间必须压紧，而压紧力由加压装置提供，即随着调速蹄块位置和弹簧压缩程度的不同，压紧力将有不同。最主要的因素是在低速比时，传动带和带轮之间的接触弧段过小，导致传动带所受轴向力不足。2

调速机构对主动带轮的轴向作用力摩托车无级变速传动系统主动带轮上的转速感应离心调节机构的设计，是在力的平衡关系分析基础上进行的，包括径向力和轴向 力的平衡关系分析。通过受力平衡分析可以求出在给定速比和输入转矩的情况下，实现匹配策略所设定的目标转速(发动机或主动带轮)与调速蹄块结构参数和质心位置的关系式，进而算出离心式转速感应调控机构的相应参数。通过对整个速比范围和各种输入转矩的计算， 最终获得调控机构的结构参数。2

调速机构的改进设计增加调速蹄块的质量， 或者减小回位弹簧的预紧力和刚度， 虽然能够提高低速比时带轮所受的轴向力，将会使整个变速过程带轮所受的轴向力都增大，在高速比时，会使传动带受到的轴向力过大而过度拉伸，引起传动带传递效率的降低，并降低传动带的使用寿命。如果针对传动带和带轮之间接触弧段过小的问题而增大两者之间的接触弧段，又会丧失变速器在速比变化范围上的优势。2

双象限调速蹄块技术可实现调速蹄块在合适的位置给传动带施加所需的轴向力。还解决了变速初始阶段传动带打滑的问题，而且在低速比时，还能够为车辆提供更好的换挡力。换挡力和轴向力是通过带轮的楔角联系在一起的，提高低速比传动带所受轴向力的同时，提高传动带所受的换挡力，获得更好的加速性能。2

调速特性分析与参数匹配以国内某型雪橇车无级变速器为例，建立了雪橇车 V 型胶带式无级变速器( Continuously Variable Transmission，CVT) 主、从动轮的轴向力加压模型； 选取主、从动弹簧的刚度及其初始压缩量 4 个参数作为无级变速器的主要设计参数，分析其调速特性与参数匹配； 通过专用试验台的测试实验，验证了理论分析的正确性，同时测试结果也表明该 CVT 能够满足某型雪橇车的匹配要求。3

胶带式无级变速器结构原理及模型建立某 V 型胶带式无级变速器，是由宽 V 胶带、可调锥轮式带轮与调速机构组成。宽 V 型胶带嵌于由两对锥轮组成的轮槽中，借助宽 V 带与带轮间的摩擦力来传递运动和转矩； 调速形式为双向调节式，根据功率输入或负载的变化由调速机构与弹簧压紧力共同作用，改变主、从动轮上胶带的工作直径，从而实现平滑地改变从动锥轮的输出转速以达到调速的目的。3

某型雪橇车 CVT 调速特性分析与匹配轴向力的大小决定了CVT 的传动比、结合转速和调速区间，为了得到符合设计要求的结合转速和调速范围，需要进行分析和匹配。由于调速蹄块质量和形状的调整较为繁琐，不易实现，因此提出的理论优化方案只涉及到主、从动弹簧的刚度及其初始压缩量 4 个参数的调整，而保持调速蹄块的形状和质量不变。3

主、从动轮弹簧刚度和初始压缩量这 4 个参数对于 CVT 的调速特性影响较大，其中结合转速仅和主动轮弹簧刚度及其初始压缩量有关，而整个调速范围除了和主动轮弹簧刚度及其初始压缩量有关以外还和被动弹簧的刚度及其初始压缩量有关。3

结论( 1) 对 CVT 的主要变速结构进行了力学分析，分别得到主、从动轮的轴向力加压模型；

( 2) 确定 CVT 的主要设计参数，并重点分析主动弹簧的刚度及其初始压缩量和被动弹簧的刚度及其初始压缩量 4 个参数对调速性能的影响；

( 3) 通过实验，验证了 CVT 单轮加压模型的正确性，测试结果也表明该 CVT 能够满足某型雪橇车的匹配要求。3