機械畢業(yè)設計（論文）-三角帶無極變速裝置設計【全套圖紙SW三維】

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1、編編 號號 無錫太湖學院無錫太湖學院 畢畢業(yè)業(yè)設設計計（論論文文） 題目：題目： 三角帶無極變速裝置設計 信機 系系 機械工程及自動化 專專 業(yè)業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年年 5 月月 25 I 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 三角帶無級變速裝置 設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除 了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢 業(yè)設計（論文）不包含

2、任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 92 學 號： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無無錫錫太太湖湖學學院院 信信 機機 系系 機機械械工工程程及及自自動動化化 專專業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計論論 文文 任任 務務 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 三角帶無極變速裝置設計 2、專題 二、課題來源及選題依據二、課題來源及選題依據 包裝機應用中，因待包裝產品的長度、大小不同，導致包裝機的使用局限 性較大。往往，一臺包裝機僅適合某特定產品，從而加大了投資成本。故而，設 計一臺能夠自動調節(jié)包裝紙輸送長度的包裝機成為一種需要。紙長調節(jié)無級 變速器

3、即是用于能夠包裝多種長度的物品的包裝機上。由于包裝紙的輸送長 度是根據被包裝物決定的，因此，每當變換被包裝物時，必須相應調節(jié)包裝紙 的輸送長度。 無級變速器在紙長調節(jié)包裝機中是主導性的部件，無級變速器的研究幾 乎成為包裝機改進的全部。能夠自動調節(jié)變速比，即調節(jié)包裝紙的輸送速度 的變速器成為目前的主流。由速比計算公式可知，需要改變包裝紙的輸送長 度時，僅需在主動輪直徑保持固定時，改變從動輪的直徑即可，所以本設計的 主要設計皆是基于改變從動輪的直徑進行的。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求：三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 熟悉無級變速器的發(fā)展歷程，特別是近年來，由于材料、潤滑油、微機控

4、 II 制及加工技術的進步，給無級變速器所促成的發(fā)展； 熟練掌握變速器的工作原理以及調節(jié)過程； 熟練掌握 CAD 的圖紙繪制； Solidworks 的學習，并掌握基本操作； 完成畢業(yè)設計說明書，并按要求排版。 四、接受任務學生：四、接受任務學生： 機械 92 班班 姓名姓名 胡建義 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 7 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設計（論文）指導（或顧問）：六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師指導教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學科組組長研究所所長學科組組長研究所所長 簽名簽

5、名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 7 日日 III 摘摘 要要 無級變速技術，它采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力，可 以實現傳動比的連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配。常見的無級變速 器有液力機械式無級變速器和金屬帶式無級變速器。 自動變速器，按齒輪變速系統(tǒng)的控制方式，它可以分為液控液壓自動變速器和電控 液壓自動變速器；按傳動比的變化方式又可分為有級式自動變速器和無級式自動變速器。 因此，無級變速器實際上是自動變速器的一種，但它比常見的自動變速器要復雜得多， 技術上也更為先進。 無級變速器與常見的液壓自動變速器最大的不同是在結構上，后者是由

6、液壓控制的 齒輪變速系統(tǒng)構成，還是有擋位的，它所能實現的是在兩擋之間的無級變速，而無級變 速器則是兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的，比傳統(tǒng)自動變速器結構簡單，體積更小。 另外，它可以自由改變傳動比，從而實現全程無級變速，使車速變化更為平穩(wěn)，沒有傳 統(tǒng)變速器換擋時那種“頓”的感覺。 關鍵字：關鍵字：無級變速器；自動變速器；齒輪變速 IV AbstractAbstract Stepless speed technology USES belt and the work of the Lord diameters driven pulley, cooperated with the power to

7、deliver, can realize the TRANSMISSION ratio of the continuous change, and get the TRANSMISSION and engine condition the best match between. Common step-less transmission have hydraulic mechanical step-less transmission and belt type step-less transmission , the current domestic market of the vehicle

8、s already more and more. Editor this section step-less transmission and the origin of the automatic transmission. Automatic transmission is easy to operate, reduce fatigue driving, born of the gear drive system, the control method, it can be divided into the hydraulic controlled hydraulic and electr

9、ic automatic transmission hydraulic automatic transmission; According to the change of the transmission way and can be divided into have levels of automatic transmission and no levels of automatic transmission. Therefore, step-less transmission is actually a kind of automatic transmission, but it th

10、an common automatic transmission is much more complex, more advanced technologies. Step-less transmission and common hydraulic automatic transmission of the biggest differences is on the structure, the latter is by hydraulic control gear drive system structure, still have the gears, it can be realiz

11、ed in between the two block is continuously variable transmission , and is two groups plate and a belt speed of than traditional automatic transmission, simple structure, smaller. In addition, it is free to change gear ratios, so as to realize the full speed stepless speed change, make more smoothly

12、, without the traditional transmission shift at the “ feeling. Editor this section step-less transmission classification. Key words:Stepless speed technology；Automatic transmission；reduce fatigue driving 三角帶無級變速裝置設計 V 目目 錄錄 摘 要 III Abstract .IV 目 錄 V 1 緒論 1 1.1 無極變速器的發(fā)展 .1 1.1.1 國外無極變速器的發(fā)展及現狀 .1 1.1

13、.2 國內無級變速器的發(fā)展及現狀 .2 2 紙長調節(jié)無極變速器的結構及傳動原理 4 2.1 紙長調節(jié)無極變速器的結構 .44 2.2 傳動原理 .4 2.3 調節(jié)過程 .5 3 電動機的選擇 7 4 傳動齒輪設計 8 4.1 概述： .8 4.2 齒輪設計 .8 4.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數 .8 4.2.2 初步設計 .9 4.2.3 幾何計算 .9 4.2.4 強度設計 11 4.2.5 齒根彎曲強度驗算 12 5 軸的設計計算 .14 5.1 概述 14 5.2 軸的設計 14 5.2.1 求輸入軸上的功率,轉速 n 和轉矩14 p1 T1 5.2.2 求作用在齒輪上的

14、力 14 5.2.3 初步確定軸的最小直徑 14 5.2.4 按彎扭合成應力校核軸的強度 15 5.2.5 精確校核軸的疲勞強度 15 6 螺桿的設計計算 .17 6.1 根據耐磨性計算螺桿直徑 17 6.2 牙型、材料和許用應力 18 6.3 按耐磨性設計 19 6.4 驗算耐磨性 19 6.5 螺紋牙的強度計算 20 7 軸承的校核 .21 7.1 概述 21 7.2 軸承的校核 22 7.2.1 求兩軸承收到的徑向載荷.23 21rr FF 和 7.2.3 求軸承當量動載荷和25 1 p 2 p 7.2.4 驗算軸承壽命 25 8 鏈傳動的設計計算 .26 VI 8.1 概述 26 8.

15、2 鏈設計計算 26 8.2.1 選擇鏈輪齒數 26 8.2.3 選擇鏈條型號和節(jié)距 26 8.2.4 計算鏈節(jié)數和中心距 26 總 結 28 致 謝 .29 參考文獻 .30 三角帶無極變速裝置設計 1 1 緒論緒論 機械無級變速器是由變速傳動機構、調速機構以及加壓裝置或輸出機構三部分組成 的一種傳動裝置。其功能特征主要是:在輸入轉速不變的情況下,能實現輸出軸的轉速在一 定范圍內連續(xù)變化,以滿足機器或生產系統(tǒng)在運轉過程中各種不同工況的要求。它在配合 減速器傳動時可進一步擴大變速范圍與輸出轉矩,對提高產品的產量,適應產品變換需要,節(jié)、 約能源,實現整個系統(tǒng)的機械化、自動化等各方面皆具有顯著的效

16、果。故無級變速器目前 已成為一種通用的傳動元件,在各工業(yè)部門已獲得廣泛應用。 紙長調節(jié)無極變速器用于能包裝多種長度的物品的包裝機上。傳動器的主、被動工 作輪的固定和可動部分形成V形槽，與金屬傳送帶嚙合。當主、被動工作輪可動部分作軸 向移動時，改變了傳送帶的回轉半徑，從而改變傳動比。可動輪的軸間移動是根據包裝 物品的長度要求通過控制系統(tǒng)進行連續(xù)地調節(jié)，從而實現無極變速。 1.1 無極變速器的發(fā)展無極變速器的發(fā)展 1.1.1 國外無極變速器的發(fā)展及現狀國外無極變速器的發(fā)展及現狀 早在1490年，Leonardo da Vinic 勾畫了機械無級變速器（無級變速器, Continuous Varia

17、ble transmission）的草圖，并簡要描述了它的潛在優(yōu)勢。但是，機械無級變速器的真 正發(fā)展是在19世紀后半葉開始的發(fā)展的，但由于當時受材質與工藝方面的條件限制,發(fā)展 緩慢。直到20世紀70年代以后,一方面隨著先進的冶煉和熱處理技術,精密加工和數控機床 以及牽引傳動理論與油品的出現和發(fā)展,解決了研制和生產無級變速器的限制因素;另一方 面,隨著生產工藝流程實現機械化、自動化以及要求改進機械工作性能,需要大量采用無級 變速器。因此這種形勢下,機械無級變速器獲得迅速和廣泛的發(fā)展。主要研制和生產的國 家有日本、德國、意大利、美國和俄國等。產品有摩擦式、鏈式、帶式及脈動式四大類 約30多種結構型

18、式。輸入功率一般為N=(0.09-30)kW,個別類型可達到N=(150-175)kW,輸入 轉速一般為n1=(750、1500、3000)r/min;輸出轉速可以正、反轉,增速或降速,最低轉速可降 低至零。自20世紀80年代以后,機械無級變速器的主要展趨向是美、日等國進行用于汽車 的高速、高效、大轉矩機械無級變速器的研制開發(fā)。 無級變速器在汽車工業(yè)上的應用： 在汽車早期發(fā)展的歷史中，人們就已認識到在發(fā)動機與傳動系之間實現無級變速調 節(jié)才能使汽車達到理想的行駛工況。長期以來，人們一直進行著能傳遞大功率、維持高 效率、高壽命的機械式無級變速器的研究工作。近年來，由于材料、潤滑油、微機控制 及加工

19、技術的進步，無級變速器有了很大發(fā)展。最早應用于汽車的無級變速傳動是V型橡 膠帶式無級自動變速傳動，它出現在1886年由德國Daimlar一Benz公司生產的汽油機汽車 上。而后，荷蘭DAF公司H.Vandoom。博士于1958年研制成功了雙V型橡膠帶式無級自動 變速器，并裝備于DAF公司的小型轎車上。無級變速器取得里程碑式的成績是在本世紀 六十年代中期，VDT公司的研究人員在荷蘭研制出能傳遞功率容量大，效率高，結構緊 湊的無級自動變速器無級變速器，使金屬帶式無級變速器取得突破性進展。1987年， VDT公司的金屬帶式無級變速器進人商品化階段，這年，福特汽車公司首次在市場上推 無錫太湖學院學士學

20、位論文 2 出裝用這種金屬帶的 無級變速器。日本富士重工也于同年研制成功裝備于Juste車上(排量11.ZIJ)電子控制 無級變速器。之后，菲亞特，福特日產等汽車公司都在公司生產的一些1.21.6IJ排量轎車 上裝備這種變速器。 九十年代，在總結八十年代產品開發(fā)和使用經驗的基礎上，VDT公司研制成功了傳 動轉距大，性能更佳的第二代無級變速器傳動器。到1995年，裝有無級變速器的汽車產 量已達到100萬多輛。目前主要有以下的無級變速器生產廠商: FHISubaruJusty、Ford、Fiat、Nissan等。其中歐洲Ford公司無級變速器產量為15萬/年， FHI無級變速器產量為20萬/年。特

21、別指出的是:美國福特公司在1997年有了歷史性的突破， 生產出可用于大轉矩、排放量高達3.81，(轉矩為3o5Nm)V6發(fā)動機的無級變速器，并成 功安裝于Winstarminivan汽車上。這就結束了無級變速器只能應用于中型汽車上的歷史， 為大規(guī)模應用無級變速器于汽車上開辟了道路。而且，無級變速器已與當今先進的計算 機技術結合起來，構成高性能的無級自動變速器，性能更加完善。世界上的主要汽車生 產國都在積極開發(fā)無級變速器系統(tǒng)，已經出現了很好的實用化發(fā)展勢頭。 1.1.2 國內無級變速器的發(fā)展及現狀國內無級變速器的發(fā)展及現狀 國內機械無級變速器基本上是在20世紀60年代前后起步,到80年代中期以后

22、,隨著國外 先進設備的大量引進,工業(yè)生產現代化及自動流水線的迅速發(fā)展,對各種類型機械無級變速 器的需求大幅度增加,專業(yè)廠開始建立并進行規(guī)模化生產,一些高等院校也開展了該領域的 研究工作。經過十幾年發(fā)展,現在,國內機械無級變速器行業(yè)從研制、生產、到情報信息各 方面已組成一較完整的體系,發(fā)展為機械領域中一個新興行業(yè)。 目前,國內生產的機械無級變速器大都是在引進國外先進技術基礎上發(fā)展起來的,主要 系列產品類型有： （1）摩擦式無級變速器:行星錐盤式(DISCO型);行星環(huán)錐式(RX型);錐盤 環(huán)盤式(干式、濕式);多盤式(Beier型)等。(2)齒鏈式無級變速器:滑片鏈式;滾柱鏈式; 鏈式卷繞式。(

23、3)帶式無級變速器:普通V帶;寬V帶;(4)脈動式無級變速器:三相并列 連桿式(GUSA型)與四相并開連桿式(Zero-Max型)。其中行星錐盤式無級變速器通用性較 強,結構和工藝較簡單,工作可靠,綜合性能優(yōu)良,尤其是能適應各種生產流水線需要,故應用 最廣,產量最大,其年產量約占機械無級變速器總產量的50%以上。大部分無級變速器產品 的輸入功率為(0.18-7.5)kW,少數類型可以達到(2230)kW左右。 通過一定時期的實踐,并掌握了現有技術之后,近年來國內機械無級變速器的研制生產 出現了新的發(fā)展趨向,主要是： (1)對原有產品創(chuàng)新改進：在原來行星錐盤式無級變速器的基礎上,創(chuàng)新開發(fā)出恒功

24、率行星摩擦式無級變速器及無物理心軸行星輪無級變速器,后者的變速比由原來的 56增大到20或更大,輸出轉矩也提高了一倍以上,而且其他性能指標優(yōu)良,目前已有系列產 品。 (2)研制開發(fā)汽車用無級變速器：汽車用無級變速器屬高新技術產品,目前國內已開出 金屬帶式無級變速器,通過試驗,現正準備進行產業(yè)化生產;而其中靠進口的關鍵零件金屬 鋼帶也將自行生產。另外,新型的車用無級變速器及復合帶也在探討之中。(3)創(chuàng)新研制 三角帶無極變速裝置設計 3 新型(車用和通用)無級變速器。近年來不斷提出有創(chuàng)新型無級變速器,這些無級變速器的特 點主 無錫太湖學院學士學位論文 4 要是不用摩擦式變速傳動而多半以連桿脈動式無

25、級變速器傳動為主或采取鏈式傳 動;要求實現大功率、恒功率或者高速;力爭結構簡單緊湊,并獲得優(yōu)良的性能。上述情 況可以說明,國內無級變速器的研制生產已由過去的仿造階段進入到創(chuàng)新階段,由小功率往 大功率方向發(fā)展,由一般技術往高新技術發(fā)展,故今后有可能出現一些性能優(yōu)良的新一代機 械無級變速器。 隨著電力電子技術的發(fā)展,自20世紀80年代以來,出現多種通過交流電動機進行調速的 方式。其中作為先進的變速裝置,交流變頻器及其派生的控制器獲得迅速的發(fā)展和推廣應 用,對機械無級變速器產生了一定的沖擊。其優(yōu)點主要是調速性能好、范圍大、效率高、 自控性好、功率范圍寬等。近年來,又出現一種新型的開關磁阻調速電動機(

26、Switched Reluctance Drive-SRD),性能有進一步提高;而它們的缺點在于低于電機額定轉速時,僅具有 恒轉矩特性,低速運轉時效率較低且不夠穩(wěn)定,起動過載性能較差等。與上述電力調速方式 相比較,機械無級變速器的特點主要是:具有恒功率機械特性,轉速穩(wěn)定,工作可靠,傳動效率 較高,結構簡單,維修方便,而且類型多,適用范圍廣。因此,在今后的發(fā)展中,依然有著廣闊的 前景。 無級變速器在我國汽車工業(yè)上的應用： 在我國六十年代，“紅旗”770轎車上就使用了具有兩個前進檔的液力自動變速器， 之后又研究了有三個前進檔的CA774。1998年，一汽大眾公司生產的“捷達王”，已將自 動變速器列

27、為選裝件。神龍汽車公司也在其“富康”1.6IJ的車型上推出了電控式液力自動 變速器。至于無級變速器，早在十年前，國內就有高校購買過國外樣機進行分析研究。 目前，重慶大學正在對無級變速器的結構、運動機理進行基礎研究;東風汽車公司和吉林 工業(yè)大學、東北工業(yè)大學、湖北汽車工業(yè)學院合作，承擔了國家科技部九五重大攻關項 目，對無級變速器技術進行實用化研究。 3）無級變速器的發(fā)展前景 隨著電子技術、材料及加工技術的發(fā)展，無級變速器正朝著以下幾個方面發(fā)展: 向3升以上排量的汽車上發(fā)展，以實現更廣泛的應用; 更加優(yōu)越的控制及快捷的反應; 更低廉的價格。 由于采用機械無級變速器可以得到傳動系與發(fā)動機工況的最好匹

28、配，提高整車的燃 油經濟性和動力性，并可以提高操縱方便性和舒適性，有效地降低了排放污染，且綜合 性能優(yōu)于T、AMT系統(tǒng)。一些主要的汽車廠開始液力機械自動變速器過渡到無級變速器系 統(tǒng);或者直接發(fā)展無級變速器系統(tǒng);或兩者兼有之。 近幾年來，隨著高科技的發(fā)展及市場需要，無級變速器的機一液式控制系統(tǒng)已逐步 被電一液式控制系統(tǒng)所取代，從而實現無級變速傳動裝置與發(fā)動機的靈活匹配，以滿足 多種控制模式的要求。對各種工況的控制策略也正在作更加深入的研究，以使無級變速 器的優(yōu)越性更大限度地發(fā)揮出來。目前，無級變速器的電子控制又進一步向智能化方向 發(fā)展，如對濕式離合器的接合采用模糊控制來改善汽車的起動性能等。同時

29、無級變速器 的結構也越來越小巧和緊湊，加上對前輪驅動的無級變速器進行結構上的修改，使其可 用于后輪驅動的汽車上，進一步增強了無級變速器的應用范圍。 三角帶無極變速裝置設計 5 2 紙長調節(jié)無極變速器的結構及傳動原理紙長調節(jié)無極變速器的結構及傳動原理 2.1 紙長調節(jié)無極變速器的結構紙長調節(jié)無極變速器的結構 圖 2.1 總體裝配圖 2.2 傳動原理傳動原理 紙長調節(jié)無級變速器用于能包裝多種長度的物品的包裝機上。由于包裝紙的輸送長 度是根據被包裝物決定的，因此，每當變換被包裝物時，必須相應調節(jié)包裝紙的輸送長 度。 包裝紙輸送長度的調節(jié)是通過調節(jié)滑輪的位置，改變變速器的速比，即輸紙滾筒的 送紙速度來

30、實現的。當需要改變變速器的速比時，啟動電動機，經減速器降低轉動速度， 通過錐齒輪將電動機的動力傳動到17軸上，又經鏈傳動，降低速比，將動力傳動到20 軸上。通過錐齒輪將動力傳至螺桿，因螺桿與滑座為螺紋配合，螺桿的轉動使得滑座上 下移動，從而導致滑輪上下移動。又上下對稱布置的兩個皮帶輪是固定在軸套上的，故 滑輪的移動使得主動輪的直徑發(fā)生變化，從而使速比得以改變，也就改變了輸送滾筒的 送紙速度，使得包裝紙輸送長度得到了調節(jié)。 無錫太湖學院學士學位論文 6 2.3 調節(jié)過程調節(jié)過程 1螺桿； 2皮帶輪； 3軸； 4滑座； 5軸套； 6滑輪； 7減速器；8刻度盤； 9減速器； 10電動機 圖 2.2

31、紙長調節(jié)無級變速器 當需要調節(jié)包裝紙輸送長度時，可用手動或自動啟動，使紙長調節(jié)電動機 10 進行順 時針或逆時針轉動。此時，經減速器 10 進行順時針或逆時針轉動。此時，經減速器 9（速比）和齒輪、鏈輪傳動后，螺桿 1 帶動滑座 4 左右移動，因滑輪 6 是固定， 121i 而對稱布置的皮帶輪 2 將沿豎直方向上下移動，從而，滑輪 6 兩側三角帶的傳動中心距 發(fā)生的改變，和滑輪 6 依靠交代的張力自動進行的前后移動，使變速器的速比隨即得到 了調整，也就改變了輸送滾筒的送紙速度，使得包裝紙輸送長度得到了調節(jié)。紙長的變 動由刻度盤 8 的指針指示出。由于螺桿 1 是傾斜設置的，因此在變速過程中三角

32、帶始終 是保持平直的。 紙長調節(jié)必須在包裝機開動情況下進行。 三角帶無極變速裝置設計 7 圖 2.3 滑輪裝配圖 無級變速器調速時，滑座上下移動，使得滑輪同時上下移動，又因對稱布置的兩個 皮帶輪是固定于軸套上的，從而使滑輪與皮帶輪間的間隙發(fā)生變化。由可知，在 2 1 d d i 固定不變的情況下，的大小變化使得傳動速比發(fā)生變化。 護套的作用，固定皮帶輪 1 d 2 d 位置，防止無級變速器調速時，皮帶輪掉落。 無級變速器的調速范圍： 當滑座位置處于螺桿的最上端位置時，上面皮帶輪與滑輪的，下面皮帶輪mmd58 1 與滑輪的。mmd70 1 又主動輪mmd100 2 所以變速器的速比范圍為 10

33、7 50 29 100 70 100 58 i 又主動輪的轉速為 min 20r 故變速器的調速范圍為 nin r v14 6 . 11) 10 7 50 29 (20 結論：無級變速器的調速范圍：。 min 14 6 . 11 r 無錫太湖學院學士學位論文 8 3 電動機選擇電動機選擇 電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生產單位一般多采用三相交流電源， 因此，無特殊要求時，應選用三相交流電動機，其中以三相交流異步電動機應用廣泛。 所以選擇使用三相交流異步電動機，其型號為 JW4524。 由資料可知，JW4524 型三相交流異步電動機的參數如下： 額定功率：wPN25 額定電壓：VUN3

34、80 額定電流：AIN18 . 0 額定轉速： n=1400r/min 三角帶無極變速裝置設計 9 4 傳動齒輪設計傳動齒輪設計 4.1 概述：概述： 齒輪傳動機構用于傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，是機械傳動中應用非常廣泛 的機構。其主要優(yōu)點是：1）適用的圓周速度和功率范圍廣；2)傳動比準確；3）傳遞的機 械效率高；4）工作可靠;6)可實現平行軸，相交軸，交錯軸之間的傳動;7)結構緊湊。但制 造及安裝要求較高，且需專門的加工，測量設備，因而成本較高。 錐齒輪是圓錐齒輪的簡稱，它用來實現兩相交軸之間的傳動,兩軸交角 S 稱為軸角， 其值可根據傳動需要確定，一般多采用 90。錐齒輪的輪齒排列在截

35、圓錐體上，輪齒由 齒輪的大端到小端逐漸收縮變小，如下圖所示。由于這一特點，對應于圓柱齒輪中的各 有關“圓柱“在錐齒輪中就變成了“圓錐“，如分度錐、節(jié)錐、基錐、齒頂錐等。錐齒輪的 輪齒有直齒、斜齒和曲線齒等形式。直齒和斜齒錐齒輪設計、制造及安裝均較簡單，但 噪聲較大，用于低速傳動（5m/s）；曲線齒錐齒輪具有傳動平穩(wěn)、噪聲小及承載能力 大等特點，用于高速重載的場合。本節(jié)只討論 S=90的標準直齒錐齒輪傳動。 4.2 齒輪設計：齒輪設計： 4.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數 根據使用要求，選用錐齒輪傳動； 無極變速器為一般工作機器，速度不高，故選用 7

36、 級精度（GB10095-88)； 材料選擇： 由表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr(調質） ，硬度為 280HBS；大齒輪材料為 45 鋼（調 無錫太湖學院學士學位論文 10 質） ，硬度為 240HBS。二者材料硬度差為 40HBS。 選小齒輪齒數為。13 1 Z 4.2.2 初步設計初步設計 Zb0.85, Z=1.735，KA=1.5, K=1.5, u=3.77, Hlim=1500 N/ mm, e=1100, =90。 DH1 e Zb Z KAKT11/3 （4.1） 2 Hlim )u( sim =11000.851.735（1.51.5220）1/3 2 150077

37、 . 3 sim =33.42 1）選定齒數 Z 和模數 m: 選 Z1=13, 則 Z2=u Z1 =49.01, 取 Z2=49 m =DH1/ Z1 = 33.42/ 13 =2.5708 2）選變位系數： 螺旋角=5.5接近零度曲齒錐齒輪，取 x1=0.8, x2=0.3 X=x1+x2=0.8+0.3=1.1 切向變位系數： X1=0.8 使小齒輪齒頂變尖，取 xt1=0.2 根據保持標準齒全高 =0 xt2=xt- xt1=0.0312-0.2=-0.1688 4.2.3 幾何計算幾何計算 軸交角 =90 齒數比 u u=Z2/Z1=49/13=3.769 節(jié)錐角 1 =arc t

38、an =14.8667 COSU sin 2=90-14.8667=75.1333 三角帶無極變速裝置設計 11 分度圓大端端面模數 m m=2.5708 齒形角 0=20 齒頂高系數=1 a h 頂隙系數 c*=0.2 齒寬 b=R/4R/3=50 徑向變位系數 x1=0.8 x2=0.3 齒高變動系數 =0 平均當量齒輪 Zvm =0.5 2 1 coscos ZZ （4.2） =102.266 節(jié)錐與分錐的比值 Ka=(X/ Zvm)+1 =1.01076 中點當量齒輪分度圓壓力角 m=arc tan0 /cosm=20.085 中點當量齒輪齒合角 m=arc cos (cosm /Ka

39、)=21.6913 切向變位系數之和 Xt=2Zvminv m-inv m -2X tan m=0.0312 切向變位系數 xt 按 =0 及補償小齒輪尖頂： xt1=0.2 , xt2=-0.1688 分度圓直徑 d1=mz1=86.688 d2=mz2=326.747 節(jié)錐距 R=0.5Kad1/ sin 2=170.850 中點錐距 Rm=R-0.5b=145.850 齒全高 h=(2h*+c*-)m=14.67 分圓齒頂高 ha=( h*+x- ) m ha1=12 ha2=8.669 分圓齒根高 hf=h-ha hf1=2.677 hf2=6.001 節(jié)圓齒根高 hf=0.5( Ka

40、-1 ) d/cos hf1=3.149 hf2=12.854 節(jié)圓齒頂高 無錫太湖學院學士學位論文 12 ha=h-hf ha1=11.521 ha2=1.816 節(jié)錐齒根角 f= arc tan(hf-R) f1 =1.056f2=4.303 根錐角 f= f1 f1=13.8f2=70.833 頂錐角 a=+f a1=19.17 a2=76.2 頂圓直徑 da=Kd+2ha cos da1=109.89, da2=331.19 冠頂距 Aa=R cos- ha sin Aa1=162.176 Aa2=42.055 安裝距 A A1=168 A2=80 輪冠距 Ha=A-Aa Ha1 =5

41、.824 Ha2=37.945 4.2.4 強度設計強度設計 按國標 GB/ T =10062-1988 公式驗算計算接觸應力 H=ZHZE ZZ Z 1 mbeH / ) 1( uuuuFKKKK tmHHVA （1）節(jié)點區(qū)域系數 ZH ZH= （4.3） t b w tan cos cos 2cos tt 三角帶無極變速裝置設計 13 b=arc sin sin m cos 0=5.1674 t=20.085 w1=21.6913 ZH=2.382 (2) 查表，彈性系數 ZE=189.3 N/mm2 (3) 重合度系數 Z Z=+ =0.926 （4.4） 3 )1)(4( mm=mRm

42、/ R =5.625 mm = beH tan m/(mm)=5.6925 mm ramv1=Rm d a1 / (2R COS1) =48.529 mm ramv2 =Rmda2/ (2R cos2)=550.975mm rbmv1=Rmd1cos m/ ( 2RCOS1)=35.955mm rbmv2=Rmd2cos m/ (2Rcos2)=510.525mm gam=+ -(rbmv1+rbmv2)tanm 2 1 2 1amvmv rbra 2 2 2 2mvmv rbra =22.4mm pm=mmcos m=16.8mm = gm/ pm=1.33 (4) 螺旋角系數 Z= =0.

43、998 m cos (5)有效寬度 beH=0.85b=42.5mm （6）錐齒輪系數 Zk=0.85 （7)使用系數 KA=1.5 (8)齒寬中點分錐的圓周力： dm1= Rm d1/R=74mm Ftm=2000T1/dm1=15459.5N (9)動載系數 Kv=NK+1 N=0.0273 K=K1beH/ (KAFtm) + cv3=0.499 Kv=1.013 （10）齒向載荷分布系數 KH=1.65 （11）齒間載荷分配系數 KH= 1.4 （12）輪滑劑系數 ZL=0.95 無錫太湖學院學士學位論文 14 (13)速度系數 Zv=0.97 (14)粗糙度系數 ZR=0.98 (1

44、5)溫度系數 ZT=1 (16)尺寸系數 Zx=1 (17)SHmin=1 (18)查表，Hlim=1500 N/mm2 H=1496.8 N/ mm2 許用接觸應力 Hp=ZLZvZRZXHlim/ZTSHmin =1355 N/mm2h 用變位類型影響系數 Zb=0.85 修正 H=0.85H=1272 N/mm2 故安全 4.2.5 齒根彎曲強度驗算齒根彎曲強度驗算 f1。2=KAKvKFKFFtmYsa1.2YYYFa1.2Yk/ beFmnm KF=1.4 KF=1.65 beF= 42.5 Sfmin= 1 YST=2 Yk=1 Mnm=5.6666 Yfa1=2.03 Yfa2=

45、2.09 Ysa1=2.03 Ysa2=2.14 Y=0.805 Y=0.99 Yre1T=1.02 Yrre1T=1.02 Yx=0.995 Flim=470 N/mm 2(MQ ) 320 N/mm2 (ML) 小輪計算應力 F1=740N/mm2 大輪計算應力 F2=803N/mm2 三角帶無極變速裝置設計 15 小輪許用齒根應力 Fp1=824N/mm2 大輪許用齒根應力 Fp2=828N/mm2 故安全 無錫太湖學院學士學位論文 16 5 軸的設計計算軸的設計計算 5.1 概述概述 軸是組成機器的主要零件之一。機器中作回轉運動的零件如齒輪、帶輪、鏈輪等都 要安裝在軸上才能實現其回轉運

46、動。軸的主要功能在于支持傳動零件，使其具有確定的 工作位置，并傳遞運動和動力。 5.2 軸的設計軸的設計 5.2.1 求輸入軸上的功率求輸入軸上的功率,轉速轉速 n 和轉矩和轉矩 p1 T1 若取每級齒輪傳動的效率（包括軸承效率在內），則97. 0 wp p 52.2325 97 . 0 2 2 1 又min/57.11 121 1 1400 1 1 r i n n 于是 mmN n p T 66.19413 57.11 52.23 95500009550000 10 3 1 1 1 （5.1） 5.2.2 求作用在齒輪上的力求作用在齒輪上的力 因已知低速大齒輪的分度圓直徑為 mm Zmd 9

47、7.125 212 N T d Ft 23.308 97.125 66.1941322 2 而 N n trFF 5 . 112 17 . 5 cos 20tan 23.308 cos tan N FFta 89.2717 . 5 tan23.308tan 5.2.3 初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑 先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調質處理。根據 15- 三角帶無極變速裝置設計 17 3，取,于是得112 0 A mm n p Ad 2 .14 57.11 52.23 112 3 3 3 1 1 0min 10 （5.2） 取mmd17 5.2.4

48、按彎扭合成應力校核軸的強度按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭轉的截面的強度，根據式（15-5）及 上表中的數據以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動玄幻變應力，取。6 . 0 彎矩 M： 水平面彎矩 MH mmNr FMrH 25.9562/175 .112 垂直面彎矩 MV mmN lFM tV 11404537023.308 11 mmN lFM aV 1031937089.27 12 總彎矩：mmNM114017 1 . 114045 2 . 956 22 2 mmNM10363 3 . 1031925.956 22 2 軸的計算應力： Mpa W TM c

49、a 21.23 171 . 0 )194136 . 0(114017)( 3 222 1 2 1 （5.3） 前已選定軸的材料為 45 鋼，調質處理，由表 15-1 查得。因此 Mpa60 1 ，故安全。 1 ca 5.2.5 精確校核軸的疲勞強度精確校核軸的疲勞強度 抗彎截面系數 333 3 . 491171 . 01 . 0mmdW 抗扭截面系數 333 6 . 982172 . 02 . 0mmdWT 截面左側的彎矩 M mmNM 34420 530 370530 11407 截面上的扭矩 1 TmmNT66.19413 1 無錫太湖學院學士學位論文 18 截面上的彎曲應力 Mpa W

50、M b 02.68 3 .491 34420 截面上的扭轉切應力 Mpa W T T T 76.19 6 . 982 66.19413 1 （5.4） 軸的材料為 45 鋼，調質處理。由表 15-1 查得.155,275,640 11 MpaMpaMpa B 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數及按附表 3-2 查取。 因。經插值后可查得： 8 . 1 17 20 ,118 . 0 17 2 d D d r 65 . 1 3 . 1 又由附圖 3-1 可得軸的材料敏性系數為： 82 . 0 q85 . 0 q 故有效應力集中系數（附表 3-4）為： 533 . 1 ) 165. 1 (82.

51、 01) 1(1 qk 255 . 1 ) 13 . 1 (85 . 0 1) 1(1 qk 由附圖 3-2 的尺寸系數；由附圖 3-3 的扭轉尺寸系數67 . 0 82 . 0 軸按磨削加工，由附圖 3-4 得表面質量系數為92 . 0 軸未經表面強化處理，即，則按式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數為1 q 38. 21 92. 0 1 67. 0 533 . 1 1 1 k K 617 . 1 1 92 . 0 1 82. 0 255 . 1 1 1 k K 又由3-1 及3-2 得碳鋼的特性系數 05 . 0 , 1 . 005 . 0 1 . 0, 2 . 01 . 0 取 取

52、 于是，計算安全系數值，按式（15-6）（15-8）得 ca s 7 . 1 01 . 002.6838. 2 275 1 ma k s 89.12 2 76.19 05 . 0 2 76.19 255 . 1 155 1 ma K s 故安全。5 . 169 . 1 89.127 . 1 89.127 . 1 2222 ss ss sca 三角帶無極變速裝置設計 19 無錫太湖學院學士學位論文 20 6 螺桿的設計計算螺桿的設計計算 6.1 概述概述 螺桿：外表面切有螺旋槽的圓柱或者切有錐面螺旋槽的圓錐。由擠出過程可知， 螺桿是在高溫、一定腐蝕、強烈磨損、大扭矩下工作的，因此，螺桿必須： 1

53、）耐高溫，高溫下不變形； 2）耐磨損，壽命長； 3）耐腐蝕，物料具有腐蝕性； 4）高強度，可承受大扭矩，高轉速； 5）具有良好的切削加工性能； 6）熱處理后殘余應力小，熱變形小等。 6.1 根據耐磨性計算螺桿直徑根據耐磨性計算螺桿直徑 螺母所用的材料一般比螺桿的材料軟，所以磨損主要發(fā)生在螺母的螺紋表面。影響 螺紋磨損的因素很多，目前尚缺乏完善的計算方法，故常用限制螺紋表面的壓強不超過 材料的許用壓強來進行計算，即。螺桿直徑可按下式計算： pp （6.1）)(8 . 0 2 mm P F d p 式中: d2 為螺紋中徑（mm） ；PP 為許用壓強（N/） ，查表 4-6；h 為螺紋的工作 2

54、mm 高度(mm)，對矩形、梯形螺紋 h=0.5P，鋸齒螺紋 h=0.75P，P 為螺矩（mm） ； 為螺母 高度系數，對整體螺母取 =1.52.5，剖分式螺母或受載較大的取 =2.53.5；傳動精 度較高、載荷較大、要求壽命較長時取 = 4。根據公式算得螺紋中徑后，應按標準選 2 d 取相應的公稱直徑 d 及螺距 P。由于圈數愈多各圈受力愈不均勻，所以螺紋圈數一般不宜 超過 10 圈 三角帶無極變速裝置設計 21 圖6.1 螺桿 表表61 滑動螺旋傳動的許用壓強滑動螺旋傳動的許用壓強 P P 螺紋副材料 滑動速度 （m/min） 許用壓強 （N/mm2） 螺紋材料 滑動速度 （m/min）

55、許用壓強 （N/mm2） 鋼對鑄鐵 2.4 6 12 13 18 4 7 銅對青銅 低速 3.0 612 15 1825 1118 710 12 鋼對鋼低速7.5 13 鋼對耐磨鑄 鐵 61268 淬火鋼對 青銅 6 1210 13 6.2 牙型、材料和許用應力牙型、材料和許用應力 采用梯形螺紋，單線n=1 螺桿45鋼，螺母ZCuSn5Pb5Zn5 滑動速度Vs3m/s,許用壓強 2218p,2518 mm N b mm N b p取 螺桿的許用應力： 45剛屈服點 取 2340 mm N x 2)684 .113( 53 340 53 mm N s p 290 mm N p 取 2)1089

56、0()2 . 10 . 1 ( mm N pb 299 mm N b 254906 . 06 . 0 mm N p 無錫太湖學院學士學位論文 22 螺母的許用應力： 取 2)6040( mm N b 250 mm N b 取 2)4030( mm N 235 mm N 6.3 按耐磨性設計按耐磨性設計 采取整體螺母式，取8 . 1 = 2 d P P .80 F mm8 . 2 188 . 1 5 . 405 8 . 0 取 mmd20mmd16 2 mmd5 .13 1 螺母高度 mmdH 8 . 28168 . 1 2 螺紋旋合圈數 96 . 0 30 8 .28 P H Z 螺紋的工作高

57、度 mmph15305 . 05 . 0 6.4 驗算耐磨性驗算耐磨性 單線螺紋導程與螺距相等，即mms30 導程角 84.30 16 30 arctanarctan 2 d s 牙面滑動速度 (6.2) s m ss m x s v s vd v4 . 2027 . 0 84.30cos30 014 . 0 16 cos 2 小于許用比壓下的牙面滑動速度，符合要求。 螺桿的強度計算 螺紋摩擦轉矩 (6.3)mmNdT v 2371 5 . 405)3232. 584.30tan(16 2 1 )tan( 2 1 21 (6.4) 22 .11) 5 .132 . 0 19413 (3) 5

58、. 13 5 .4054 () 2 . 0 (3) 4 ( 2 3 2 2 2 3 1 2 2 1 mm N ca d T d F =25.2 N/mm2 =50N/mm2，滿足強度要求 ca b 三角帶無極變速裝置設計 23 6.5 螺紋牙的強度計算螺紋牙的強度計算 鋼制螺桿螺牙強度高于青銅質螺母，只計算螺母的螺牙強度 壓根寬度 mmpb5 .193065 . 0 65. 0 234 . 0 96. 0 5 . 1920 5 . 405 mm N dbz F 28 . 0 96. 0 5 . 1920 155 .40533 22mm N b zdb Fh ，牙根剪貼滿足強度要求 223534

59、. 0 mm N mm N ，牙根彎曲滿足強度要求 22508 . 0 mm N b mm N b 無錫太湖學院學士學位論文 24 7 軸承的校核軸承的校核 7.1 概述概述 滾動軸承是應用很廣的一種基礎部件，已標準化，并由軸承廠大量生產。它有多 種類型規(guī)格以適應不同的工況需要。所以，在設計機器時，只需要根據具體工作條件， 選用適合類型和尺寸的滾動軸承即可。 滾動軸承使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。與 滑動軸承 圖2.16滾動軸承 滾動軸承的徑向尺寸較大，減振能力較差，高速時壽命低，聲響較大。滾動軸承中 的向心軸承（主要承受徑向力）通常由內圈、外圈、滾動體和滾動體

60、保持架4部分組成。 內圈緊套在軸頸上并與軸一起旋轉，外圈裝在軸承座孔中。在內圈的外周和外圈的內周 上均制有滾道。當內外圈相對轉動時，滾動體即在內外圈的滾道上滾動，它們由保持架 隔開，避免相互摩擦。推力軸承分緊圈和活圈兩部分。緊圈與軸套緊，活圈支承在軸承 座上。套圈和滾動體通常采用強度高、耐磨性好的滾動軸承鋼制造，淬火后表面硬度應 達到HRC6065。保持架多用軟鋼沖壓制成，也可以采用銅合金夾布膠木或塑料等制造。 滾動軸承和滑動軸承的區(qū)別首先表象在結構上，滾動軸承是靠滾動體的轉動來支撐 轉動軸的，因而接觸部位是一個點，滾動體越多，接觸點就越多；滑動軸承是靠平滑的 面來支撐轉動軸的，因而接觸部位是

61、一個面。其次是運動方式不同，滾動軸承的運動方 式是滾動；滑動軸承的運動方式是滑動，因而摩擦形式上也就完全不相同。 滾動軸承是將運轉的軸與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而減少摩擦損失的 一種精密的機械元件。滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成，內圈 的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動 體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內圈和外圈之間，其形狀大小和數量直接影響 著滾動軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導滾 動體旋轉起潤滑作用。主要作用是支承轉動的軸及軸上零件，并保持軸的正常工作位置 和旋轉精度，滾動軸承使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載