小功率機械無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1、小功率機械無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘要 機械無級變速器是一種調(diào)速傳動裝置 , 該裝置能適應(yīng)自動化和機械化發(fā)展需求，并 且能改善機械運轉(zhuǎn)過程的性能指標。 本文主要詳細闡述摩擦式機械無級變速器的機械結(jié) 構(gòu)、工作原理、設(shè)計方案選取、計算方法、潤滑密封及選材等多方面的知識，并由此給 出本文中設(shè)計的無級變速器的理論的依據(jù)。 該裝置的傳動鋼球軸的偏轉(zhuǎn)設(shè)計是用一種加壓裝置來實現(xiàn)推動的， 通過改變鋼球的 半徑大小來實現(xiàn)鋼球外推式式無級變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速變化。 本文通過研究傳動過程中 變速裝置的鋼球，主從動輪和外環(huán)的設(shè)計原理以及它的受力情況 ; 詳細的計算并推導(dǎo)了 該種減速傳動裝置設(shè)計的理論公式；

2、并通過設(shè)計參數(shù)進行了具體的計算設(shè)計。完成了所 計算的該種傳動變速速裝置的整體裝配圖和主要傳動零部件的的工程圖， 通過這些圖紙 更加直觀的將該傳動機構(gòu)的原理和結(jié)構(gòu)等方面的要求表達得更為清晰準確。 這種無級變速器具有非常實用的使用價值同時還有良好的機械結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢。 該 種無級變速裝置可以進行大規(guī)模的批量生產(chǎn)。其主要特點是： 1. 調(diào)速范圍空間大； 2. 功 率穩(wěn)定性強； 3. 可以完成正反轉(zhuǎn)和升降轉(zhuǎn)速等多種模式進行工作 ;4. 傳動平穩(wěn)，抵抗沖 擊能力強； 5. 可以輸出較大的功率； 6. 使用壽命長； 7. 工作可靠，維修方便。 關(guān)鍵詞 ： 鋼球外錐輪式，摩擦式，機械無級變速器

3、 35 SMALL POWER MACHINERY V ARIATOR STRUCTURE DESIGN Abstract The mechanical stepless transmission is a kind of speed regulating transmission device which can meet the needs of automatic and mechanized development, and can improve the performance index of mechanical operation process.This art

4、icle mainly elaborated the friction type mechanical stepless transmission of mechanical structure, working principle, design scheme selection, calculation method, lubrication, sealing and material aspects of knowledge, and thus given in this article, the design of stepless transmission theory basis.

5、 The device of the steel shaft deflection design is to use a pressure device to realize the drive, by changing the radius of the size of the steel ball steel ball extrapolation try stepless transmission output shaft speed changes. In this paper, the design principle of the driving wheel and outer r

6、ing and its stress are studied by studying the steel ball in the transmission process. The theoretical formula of the design of the deceleration drive device is derived in detail. And the design parameters are calculated.Completed the whole calculation of this kind of variable speed transmission dev

7、ice and the main transmission parts of engineering drawings, assembly drawings with these drawings more intuitive to the transmission mechanism to meet the requirements of the principle and structure of the expression is more clear and accurate. This kind of stepless transmission has very practical

8、 use value and has good mechanical structure and performance advantages. This kind of stepless variable speed device can be used for mass production.Its main features are:1. The scope of speed regulation is large; 2. Strong power stability; 3. Can complete the work of multiple modes such as positive

9、 and negative rotation and lifting speed. 4. Stable transmission and strong resistance to impact; 5. Can output large power; 6. Long service life; 7. Reliable work and convenient maintenance. Key words: Steel ball outside cone， mechanical stepless transmissio，n friction 第一章緒論 1.1畢業(yè)設(shè)計要求 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容：通過

10、對比多種設(shè)計方案，并從中選擇出合適的設(shè)計方案，并對機械 無級變速器傳動裝置的機械結(jié)構(gòu)進行分析計算。主要的過程和內(nèi)容：完成機械無級變速 器變速傳動裝置的總體設(shè)計方案，選取合適的電動機，計算該類型傳動裝置的運動和動 力參數(shù)，對關(guān)鍵的核心零部件進行強度校核和壽命計算。同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計時也要考慮制 造成本的問題，應(yīng)使制造成本盡量的小。安裝拆卸方便 ，外觀要勻稱、美觀，調(diào)速靈活 多變，并且不能出現(xiàn)卡死和堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象發(fā)生，能實現(xiàn)無級動態(tài)的調(diào)速過程；關(guān)鍵部件滿 足強度和壽命要求。 工作量要求：完成1張整體的裝配圖，2張傳動的重要零部件工作圖，編寫1份畢 業(yè)設(shè)計說明書。 設(shè)計條件： 1）輸入功率：P=1.

11、5kW 2）輸入轉(zhuǎn)速：n=1500 r/min 3）調(diào)速范圍：800-2500r/min 4）工作時間：兩班/8h , 壽命：5年 設(shè)計內(nèi)容： 1）機械無極變速器調(diào)研； 2）變速裝置整體的方案確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計； 3）機械無極變速器的參數(shù)確定； 4）主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算； 5）主要零件的校核。 6）整體的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制成套的二維設(shè)計圖紙及撰寫設(shè)計說明書。 1.2 機械無級變速器的發(fā)展史 早在19世紀70年代，機械無級變速器就已經(jīng)開始被提出，但因為當時加工所需材 料與制造工藝等因素的條件限制，機械無級變速器發(fā)展極其的緩慢。 直到1970年以后, 一方面隨著金屬冶煉技

12、術(shù)的日漸成熟和熱處理技術(shù)的不斷改進 ，高檔數(shù)控機床和精密與 超精密加工等裝備的出現(xiàn)和發(fā)展，解決了機械無級變速器的研制和生產(chǎn)過程中的限制因 素；另一方面，隨著生產(chǎn)制造工藝實現(xiàn)自動機械化，以及在一些十分重要的地方要求提升 機械的工作性能，需要大量的廣泛使用無級變速裝置。 所以在這種背景下，機械無級變速 裝置得到了十分快速和廣泛的發(fā)展。 開始時主要研制和生產(chǎn)的國家主要掌握在少數(shù)的發(fā) 達國家手里，例如：德國、日本、美國、意大利和俄國等。產(chǎn)品大約有 30多種結(jié)構(gòu)型 式，但大體上可分為鏈式、摩擦式、脈動式及帶式四種類型。 日本人在1987年把使用CVT作為變速傳動裝置的汽車投放入市場得到了廣泛的關(guān)

13、注并且獲得成功。之后歐洲也將 VDT-CV槿號變速傳動裝置用于排量為1.1-1.6L的小 轎車上。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，節(jié)約能源和環(huán)境保護意識被全球性的能源危 機引發(fā)而逐漸的被提高，在積累了第一代的 CVT號變速傳動裝置的經(jīng)驗后，逐步研究 開發(fā)了轉(zhuǎn)矩更大、性能更佳的變速傳動裝置（CVT o當前，全世界各大知名的汽車公 司為了提高公司汽車產(chǎn)品的核心競爭力， 都在極力的進行CV位速傳動裝置的研究開發(fā) 工作。目前在TOYOTANISSAN GMffi FOR必世界最為著名的汽車品牌中，銷售的轎車 都使用了 CV位速傳動裝置，全世界使用CVT作為變速傳動裝置轎車的年產(chǎn)量已達到將 近50多萬輛。

14、值得我們格外注意的一件事是，使用 CVT作為變速傳動裝置的汽車市場 中，由最初的日本、以德國為代表的歐洲等市場，已經(jīng)逐步的滲透到以美國為代表的北 美市場以及中國國內(nèi)市場，因此說無級變速汽車是當今汽車行業(yè)發(fā)展的重要趨勢之一。 1.3 機械無級變速器的研究現(xiàn)狀 當前無極變速器已經(jīng)在各類機械行業(yè)中得到了十分廣泛的應(yīng)用與發(fā)展 ，無極變速器 的變速傳動原理研究也越來越廣泛。為了實現(xiàn)無極變速，以前的機械無極變速器只依靠 摩擦的方式進行傳動，由于摩擦傳動方式具有不可消除的缺陷，因此很難實現(xiàn)大功率的 傳動變速過程；所以具有摩擦力小且傳動效率高的無極變速裝置的傳動研究已經(jīng)逐步成 為當前國內(nèi)外的主要研究方向

15、。 隨著科技近幾年來的不斷向前快速發(fā)展、新材料的不斷發(fā)展和改進，以及加工制造 技術(shù)的日益提高，以CVT乍為變速傳動裝置機器正朝著以下幾個方面提高： 在結(jié)構(gòu)上，目前CVT的變速傳動裝置在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過應(yīng)用新型材料使變速器變得 更加輕巧緊湊，同時還使結(jié)構(gòu)可靠性在優(yōu)化后得到保障。 在性能上，通過對傳動裝置與鋼帶的改進使CVT的變速傳動裝置可以廣泛的應(yīng)用于 大排量的轎車，因為結(jié)構(gòu)及嚙合部位摩擦損失的能量減少，所以 CVT的變速傳動裝置在 傳動效率方面也會有大幅度的提高。同時CVT的變速傳動裝置與其相對應(yīng)的發(fā)動機結(jié)合 也可以得到更多更好的操控性、節(jié)油性和舒適性，CV用口 CVV曬種型號變速傳動裝

16、置配 合使用是當前使用的較好的組合形式。 近年來通過相關(guān)技術(shù)的引進-消化-吸收-再創(chuàng)新, 機械無級變速器的研制和生產(chǎn)制造在國內(nèi)出現(xiàn)了新的發(fā)展方向。 在控制系統(tǒng)上，通過對現(xiàn)有控制系統(tǒng)控制精度的改進，使之完成對傳動速比、離合 器與夾緊力等方面的控制。同時對轎車在不同路況下的動力需求也更加貼切，而動力的 需求控制是一臺優(yōu)質(zhì)CVT號變速傳動裝置的前提條件。 汽車產(chǎn)業(yè)是我國重要的民族工業(yè)之一，并且我國汽車銷售市場有巨大的發(fā)展空間。 使用自行研究開發(fā)生產(chǎn)以CVT乍為變速傳動裝置，它的成本基本沒有太大的變化，這一 點充分的說明了以CVT乍為變速傳動裝置的汽車市場前景十分樂觀。在世界范圍內(nèi)，發(fā) 展?jié)摿ψ?/p>

17、大的汽車市場在中國，CVT的變速傳動裝置技術(shù)在各種中小型汽車發(fā)展史上具 有十分重要的變革意義。在所有的無級變速傳動裝置中，應(yīng)用廣泛的無級變速傳動裝置 是金屬帶式無級變速器，所以攻克CVT的變速傳動裝置傳動原理和控制方式等關(guān)鍵核心 的技術(shù)，對我國國產(chǎn)轎車的性能改善，并對我國挑戰(zhàn)國外發(fā)達國家在 eV*面的技術(shù)具 有十分重要的意義。它不僅能能帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益，還對我國汽車工業(yè)的繁榮 發(fā)展和相關(guān)工業(yè)的發(fā)展起到促進作用。 1.4 機械無級變速器的特點和應(yīng)用 CVT作為變速傳動裝置技術(shù)即無級變速技術(shù)，它的主、從動輪工作半徑可以改變， 采用主、從動輪和控制裝置的配合使用來傳遞動力。是一種在一

18、定的輸人轉(zhuǎn)速情況下來 保證輸出轉(zhuǎn)速可以在一定范圍內(nèi)進行連續(xù)不間斷變化的運動和動力傳遞機構(gòu)。 該裝置包 含：調(diào)速、變速傳動及加壓和輸出機構(gòu)。無極變速傳動裝置近年來已在汽車行業(yè)開始廣 泛的使用無級調(diào)速裝置，目前在汽車上以CVT作為調(diào)速的傳動裝置大部分都是采用摩擦 傳動，具磨損嚴重，功率小效率低，主要通過摩擦力來實現(xiàn)動力傳遞。無級變速傳動裝 置在汽車上的實際應(yīng)用，大大的提高了汽車的使用性能，同時也帶動無極變速器在汽車 上的廣泛發(fā)展，CVT的變速傳動裝置技術(shù)是推動汽車行業(yè)發(fā)展最有前景的一種有力式。 由于CVT勺變速傳動裝置可以實現(xiàn)速比的無極連續(xù)變化，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機的工作點和變 速傳動裝置的最佳

19、匹配，大大的降低了汽車的排放量，提高了整體的性能。目前在汽車 上用無極變速傳動裝置作為傳動系統(tǒng)，有非常大的發(fā)展空間，促使 CVT的整個系統(tǒng)往機 械化、自動化方面發(fā)展。而其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于拆卸、價格合理，已經(jīng)使 CVT廣泛應(yīng) 用在紡織、冶金、石油化工、制藥、和電子等領(lǐng)域的機器中。 1.5 本文研究的內(nèi)容 本文主要是對機械無極變速器的發(fā)展背景、特點進行概述。通過傳動比的計算，確 定本次設(shè)計無極變速器的調(diào)速范圍，以及給定的功率參數(shù)在機械設(shè)計手冊第五版表 10.3-1中選擇，從28種原理方案中選擇出符合參數(shù)條件的六種原理方案；并對符合條 件的原理方案的優(yōu)缺點進行分析對比，從中選擇出鋼球外推輪

20、式作為本次設(shè)計的原理方 案。并對軸和軸承的設(shè)計計算、校核進行詳細的說明，此外還對調(diào)速機構(gòu)的設(shè)計計算、 受力情況分析及加壓裝置等方面的設(shè)計計算進行說明，并且繪制出整體的裝配圖、重要 的非標零部件圖。通個以上的說明，設(shè)計出本文選擇的以鋼球外推輪式為原理方案的無 極變速器。 第二章機械無級變速器總體方案 2.1 電動機的選擇與傳動比的計算 2.1.1 電動機的選擇 所需設(shè)計的鋼球外錐式無級變速器的主要技術(shù)參數(shù)為：輸入轉(zhuǎn)速 n = 1500r/ min ,輸 入功率p=1.5kw,調(diào)速區(qū)間在Rn =800~2500r/min的范圍內(nèi)。在機械設(shè)計課程設(shè)計表 19-1 中查得：Y100L1 —4

21、型電動機(p =2.2kw, n=1430r/min )符合。 2.1.2 傳動比的計算 變速比：旦=皿="00=3.2 imin 800 2500 傳動比： imax = =1.8 1430 800 imin 0.6 1430 根據(jù)變速比、傳動比以及給定的功率參數(shù)選擇合適的原理方案，在機械設(shè)計手冊第 五版表10 3-1中查得，其中有六種原理方案符合本次的設(shè)計參數(shù)。 2.2 機械無極變速器原理方案 2.1.1 鋼球長錐式無級變速器 祇速 高速 圖1 RC型變速器結(jié)構(gòu)簡圖 圖2 RC型變速器的機械特性 圖1是一種鋼球長推錐式無級變速傳動裝置的工作原理簡

22、圖。不需要加壓裝置，而 是通過鋼環(huán)的彈性楔緊作用就可以實現(xiàn)自動加壓。由于兩對分離輪被兩軸線平行的長錐 替代，并且通過移動的鋼環(huán)來實現(xiàn)連續(xù)變速的，其調(diào)速范圍由于長錐的錐度較小而受到 一定的限制，且結(jié)構(gòu)簡單。 機械特性如圖2所示。特性參數(shù)為：變速比 七4,傳動比i=2=0.5~2,機械效 ni 率”<.85,輸入功率p37kw。rc型變速器可實現(xiàn)升速和降速功能，一般用于機床和 紡織機械等，有自緊作用不需加壓裝置。 2.1.2 滾輪平盤式無極變速器 原理簡圖 如上圖所示，通過小齒輪左右滑動，改變工作半徑來改變傳動比。特性參數(shù) is =0.5~2;RbS =4（單滾）、15雙滾）；P

23、 M4kw;。=0.8~0.85。滾輪平盤式無級變速器屬于 相交軸，升、降速型，可逆轉(zhuǎn)；用于機床、計算機構(gòu)、測速機構(gòu)。 2.1.3 鋼環(huán)分離錐型無級變速器 圖1原理簡圖 圖2機械特性 1 特性參數(shù)：is = —~3.2；Rbs <10（16）; =0.2~10kw；n =0.8?0.95。鋼環(huán)分離錐式是 3.2 平行軸分布同時可實現(xiàn)對稱調(diào)速功能的一種變速裝置，鋼環(huán)自緊加壓；用于機床，紡織 機械等。 2.1.4 齒鏈式（滑片鏈）無極變速器 圖1原理簡圖 圖2機械特性 特性參數(shù)：is =0.4 ~ 2.5; Rbs = 3 ~ 6; R

24、=0.75 ~ 22kw；n =0.9 ?0.95。齒鏈式無極變速器 是平行軸分布同時可實現(xiàn)對稱調(diào)速功能的一種變速裝置；廣泛用于紡織、重型機械和無 滑差機床等各個領(lǐng)域。 2.1.5 普通V帶、寬V帶、塊帶式無極變速器 圖1原理簡圖 特性參數(shù)：is =0.25?4 （寬 V帶、塊帶）,Q =3?6 （寬 V帶）, R E55kw,Rbs =2 ?10（16）（塊帶式）；P E44kw,Rbs =1.6?2.5（普通 V 帶），P <40kw , 刈=0.8?0.9。其屬于平行軸，對稱調(diào)速，尺寸大；用于機床、印刷機械、電工、橡膠、 農(nóng)機、紡織、輕功機械等。 2.1.6 鋼球

25、外錐輪式無級變速器 圖1原理簡圖 圖2機械特性 圖1中，通過鋼球的擠壓改變中間元件的 半徑來改變傳動比。特性參數(shù): 1 is = ~3,Rbs M9,R =0.2?12kw* =0.8?0.9。屬于同軸線，升降速型，對稱調(diào)速；用于紡 3 織、電影機械、機床等。 2.3方案的比較與選擇 通過對比上述六種設(shè)計方案并從中選出合理的設(shè)計方案。 方案1：鋼球長錐式無級變速傳動裝置在結(jié)構(gòu)上簡單， 并且由于在調(diào)速過程中控制鋼 環(huán)移動的裝置設(shè)計難度系數(shù)過大，需要高精密的裝置才能實現(xiàn)，故對增大材料和設(shè)計的 難度，增加其制造成本。因此設(shè)計顯得不合理。 方案2:滾輪平盤式無極變速器機

26、構(gòu)簡單，在調(diào)速時控制齒輪移動裝置復(fù)雜，且兩個 齒輪在移動中嚙合困難，結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大，故可行性低。 方案3:鋼環(huán)分離錐式無極變速器用兩平行的錐輪代替分離輪， 通過鋼環(huán)移動來變速。 由于錐輪的錐度小，則變速范圍受到限制，選擇空間小。而且因為鋼環(huán)內(nèi)錐頂點與錐輪 頂點的位置不一致，及其容易發(fā)生幾何滑動，降低了傳動效率，故實際符合情況低。 方案4:齒鏈式無極變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且齒鏈工作時噪聲大，對潤滑需求和潤滑油 的質(zhì)量要求大，及工作時有一定沖擊，使其傳動不平穩(wěn)，可靠性降低，故選擇性低。 方案5: V帶式無極變速器結(jié)構(gòu)簡單，并且負載過大時皮帶容易打滑、彈性滑動、發(fā) 熱等現(xiàn)象，能量大損失大，造成傳動

27、效率降低，所以可選性低。 方案6:外錐輪式無級變速器不僅結(jié)構(gòu)較簡單，且該種無級變速器還有以下特點： (1)輸入軸與輸出軸選用相同的軸，并且軸的結(jié)構(gòu)對稱，加工制造方便，輸入、輸 出端互換性良好。 (2)傳動效率高和恒功率輸出的優(yōu)點。 (3)變速范圍大。 (4)有自動加壓裝置。 (5)能再運行過程中調(diào)速。 (6)傳動功率比較大。 因此選擇此變速器方案為設(shè)計方案，對該原理方案中實現(xiàn)調(diào)速原理與傳動比的計算 公式進行分析推理，同時對該變速器的裝置進行部分優(yōu)化設(shè)計。 2.4鋼球外錐輪式無級變速器調(diào)速原理分析 圖1 圖1為外錐式無級變速器調(diào)速的原理圖。在圖 1中的中間輪為鋼球，

28、接觸方式是點 接觸。通過改變中間輪的回轉(zhuǎn)軸線傾斜角來改變兩側(cè)的工作半徑從而實現(xiàn)變速的功能。 通過對該圖的原理進行分析推導(dǎo)，得出傳動比 i與傾斜角e、鋼球工作半徑4、d2及錐 面直徑Dp D2的關(guān)系，即傳動比與傾斜角的關(guān)系，如下所示。 如圖1所示：R為鋼球的半徑，a為錐輪錐頂半角，取口 =451 由圖得.QMO = . 1 = =. 而 QMN MQO "PQO QOP = 90 即 QMN = QOP =1 貝U ZNMO =a 一6 同理可推得. OFE=：二 在三角形 OM即,cos（a-Q） = ^ML=.dL Lom 2R 在三角形 OEM, cos（二? ? u

29、）=—=山 Lof 2R 從而得到兩側(cè)工作半徑a、d2之間的關(guān)系，即 5 = 2Rcos&+e）= cos, *一 d2 2Rcos（a-日）cos（a—8） 從圖1中可得：Lpa=Lbc POM =90 - NMO - QOP =90 -（： - 二）-二-90 -： COF "COE EOF =90 -（：二）二-90 -二 在三角形 POW, sin . POM = sin（90 - - ） = LPM = LPA -D2/2 Lom R 在三角形 CON, sin COF = sin（90 - 二）二—二Lcf - D1/2 Lof R 貝q Lpa - D2 /

30、2 _ Lbc di / 2 、 R R 通過化簡得到兩個錐輪的直徑相等，即 D2 = Di 1 在接觸點F的線速度為：Vi= —d戶 2 1 在接觸點M的線速度為：V2 =」d2」 2 同一個鋼球上任意點的角速度 缶都相等，從而兩點間的線速度之比等于其半徑大小 之比，即VL =d1 V2 d2 傳動比 i 二上二」二VAD^VD^S/osC f = sin（二一）二ta《_.） n2 2 V2/D2 V2D1 d2 cos（： - u） cos（： - u） 通過以上的分析推理，得出該原理方案的傳動比與傾斜角的關(guān)系，即日=□ —arctani , 因此，該方案的調(diào)速

31、原理就是傳動比i與鋼球回轉(zhuǎn)軸線的傾斜角日有關(guān)，即此傳動比隨 著回轉(zhuǎn)軸線的傾斜角改變而改變。 第三章鋼球外錐輪式無級變速器重要零部件的計算 3.1 主、從動軸上錐輪與鋼球的計算 1 .試確定傳動件的主要尺寸 選材料：鋼球、外環(huán)、錐輪及加壓盤等關(guān)鍵零部件均使用的是 GM5材料，摩擦系 數(shù)f =0.04,表面硬度為HR61 ,許用接觸應(yīng)力，傳動件】=2200~2500MPa ,加壓元 件 %】=4000~5000MPa。 2 .預(yù)選有關(guān)參數(shù)為： 傳動鋼球個數(shù)為Z=6,錐輪錐頂半角為a =45,加壓鋼球數(shù)為m = 8,錐輪與鋼 球之間的直徑比C1 =D1/dq =1.5,載荷系數(shù)Kf

32、=1.25,機械效率刈=0.8。 3 .有關(guān)運動參數(shù)的計算 由調(diào)速范圍 800 ~ 2500 r/min Rn = 2500 = 3.2 800 2500 800 4專切比 i max = =1.8 i min = =0.6 1430 1430 鋼球支撐軸承的極限轉(zhuǎn)角： 日 1 =a-arctanI max =45"—arctan1.8 =—15.945（增速方向） 22=^- - arctan lmin =45 —arctan0.6 = 14.036 （減速方向） 4 .確定傳動鋼球的直徑dq q 曲率系數(shù)：…2^T cos45 -=0.1907 3 cos4

33、5 - 0.883 由8sl ,根據(jù)工值查表25 2-20 （機械設(shè)計手冊4）得口 =1.14 , 貝(j(aP)-1 =0.9934,代入公式 2 knPi 2g cos ; fZnJmin 366828 0.9934 3 1.25 1.5 0.8 (2 1.5 cos45 )2 一 (2.2 ?2.5) 104 1.5 \ 0.04 6 1500 0.6 =4.44~ 5.04cm 366828 3 P 10 7.5 5.5 4.0 3.0 2.2 1.5 1.1 0.75 0.5 3 一 一 一 一 一 一 69.85

34、 63.5 57.15 47.625 5 118.47 5 107.95 101.6 88.9 76.2 69.85 63.5 57.15 47.625 42 6 112.12 5 101.6 88.9 76.2 69.85 63.5 57.15 47.625 42 36.513 7 101.6 88.9 76.2 69.85 63.5 57.15 47.625 42 36.513 一 8 88.9 76.2 69.85 一 一 一 一 一 一 一 表3-1 單位mm 通過計算的傳動鋼球直

35、徑dq,以及輸入功率P從表3-1中選取標準的傳動鋼球直徑 dq,取 dq =47.625mm。 錐輪的直徑 D1 =D2 =Gdq =1.5 47.625 = 71.4375mm 圓整取 Di = D2 =75mm … D 75 貝U Ci 1 = = 1.57480315 dq 47.625 驗算接觸應(yīng)力5j1 366828 「Eq jKnP12C1 +coS可 \ fn1zImin 366828 0.9934 1.5 47.625 3 1.25 1.5 0.8(2 1.5 cos45 )2 0.04 1500 6 0.6 二 2331.11 MPa 由于

36、接觸應(yīng)力 L】=2331.11MPa介于材料 Gr15的許用接觸應(yīng)力 % =2000?2500MPa區(qū)間內(nèi)，所以該計算過程的參數(shù)可以滿足需求 5 .相關(guān)尺寸計算 鋼球中心圓直徑D3 D3 = (G cos =)dq = (1.57480315 cos45) 47.625 = 109mm 鋼球側(cè)隙.： 「 n 1 =ci cos：工 isin -

37、 -1 dq 「 o H 1 =1.57480315 cos45 sin - -1 47.625 = 1.4mm 外環(huán)內(nèi)徑Dr 由公式 Dr =D3 dq =109 47.625 = 156.625mm 外環(huán)軸向截面圓弧半徑 R R = (0. 7 ~ 0dq8)取 R = 36mm 錐輪工作圓之間的軸向距離為 B =dqsinu =47.625Msin450 = 33.68mm 取 B=34mm q 3.2 加壓盤的設(shè)計與計算 1 .鋼球式自動加壓裝置 該加壓裝置由加壓盤、保持架、鋼球、彈簧和摩擦輪等零件組成，加壓盤均布的每 個V行槽內(nèi)都有一個鋼球，加壓盤和摩擦輪之間

38、靠改變調(diào)整墊圈的厚度來調(diào)整彈簧的預(yù) 壓力及變形量來實現(xiàn)自動加壓的。 2 .加壓裝置主要參數(shù)計算 加壓盤作用直徑dD p dp =(0.5?0.6)D1 =40mm 式中D1——錐輪的直徑。 加壓盤V行槽的傾角兒 * fD1 + / 0.04 75、 _ _ =arctan =arctan( ) = 6.05 dPsin ： 40 sin45 p 取■ = 6 30 其中 a一錐輪錐頂半角； 一錐輪與鋼球的摩擦系數(shù)。 由加壓鋼球按經(jīng)驗公式得: , ,11、， 一 ~ dpY = (一~ )dq =4.7625 ~ 7.9375 py 冶 10，q 取滾子個數(shù)

39、m=8,橫向中間截面的半徑尺寸為 r2=0.8cm,軸向截面內(nèi)圓弧 半徑尺寸為r1 = 8cm。 1.25 1.5 0.8 sin 45 8 cos6 30 0.04 1500 0.6 75 檢驗其強度：每個加壓滾子上法向壓緊力 Q Qy =1.91 107 —knP sn——=1.91 107 mcos ■ fn1imin D1 = 943.97MPa 加壓滾子曲率系數(shù) r1 -r 8 -0.8 J- = =0.8182 r1 r 8 0.8 根據(jù) =0.8182,系數(shù) 口 =2.38,則 o(P-1=0.79,選取 Kz=1.1~1.2 計算出加壓盤的最大接觸應(yīng)力

40、為: 865 1 1 2 ‘ Hl3"/ c 1 1 2 = 865 0.79 3 1.1 943.97( ) 8 80 = 1843.44MPa 由校核強度 5 M 口j1=4000~5000MPa ,滿足設(shè)計要求。 3.3 調(diào)速渦輪梢型曲線的計算 通過對圖3-2的分析，計算調(diào)速渦輪槽型曲線的尺寸。 圖3-2調(diào)速渦輪的槽型曲線 在調(diào)速過程中，蝸輪轉(zhuǎn)角通常在=80：?1200的區(qū)間內(nèi)變化。槽型曲線用圓弧曲線 進行代替，同時變速槽的中心線也一定要通過 A,B,C三點，它們的極坐標(O點為極點) 分別為： 其中 l =0.5(dp +6) +(0.5?1.0) =

41、0.5(47.625 + 10)+ (0.5?1.0) =30mm i =imax時，9A=0 RA =0.5D3 -l sin6max =0.5^109-30sin15.945 0 = 46.3mm i =1 時, i max 1 - imax 1.8 : 90、=675 0.6+1.8 Rb=0.5D3=0.5 109=54.5mm i =imin時， C = " =90：, & =0.5D31sin ^min =0.5 109 30sin14.036 =61.8mm min c c 3 定出A,B,C三點位置并用作圖法作出相應(yīng)的圓弧半徑 R及圓心O，槽寬取10

42、mm 3.4 輸入、輸出軸的計算 1 .輸入軸上零件的裝配方案的擬定 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提條件是預(yù)先完成軸上零件的裝配方案， 即完成軸上主要零件的裝 配方向、順序和配合關(guān)系。所以該裝配方案對軸的基本形式起到了決定性作用。本文選 擇的裝配方案上零件有軸承端蓋、軸承、加壓裝置、套筒、錐輪等零部件來裝配，具體 見裝配圖。 2 .輸入軸上零件的定位 軸上零件均要進行軸向和周向定位，其目的是保證其準確的工作位置工作效 率，避免軸上零件受力時發(fā)生軸向或周向的相對運動。定位方式采用的是軸肩、套 筒和軸承端蓋等零件確保的。 3 .計算輸入軸的最小軸徑 選取軸的材料為經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的 45鋼，根

43、據(jù)機械設(shè)計教材中表15-3可知A0 = 112, 則有： min =A =11.2mm 4 .由軸向定位要求確定輸入軸的各段尺寸 圖3-3輸入軸 與錐輪連接處為輸入軸的最小直徑，錐輪的工作直徑為 D1=75mm,為了保證軸與 錐輪配合對稱性良好，采用錐輪標準的推薦直徑為20mm。即V軸安裝錐輪為過渡配合， 故取dvi =21mm, Lvi =28mm, V軸安裝加壓盤及軸承，通過花鍵來實現(xiàn)對錐輪端面的 固定，從而結(jié)合軸徑的選擇選取花鍵尺寸為 6M21F7M25H11X5H10 ,則軸的尺寸為 Lv =30mm , dv =25mm , IV軸段上的軸

44、肩對III、V上的軸承起定位作用，取 dIV =30mm,L1V =14mm, III 軸段安裝一軸承，取該段 d川=25mm, L 川=16mm,軸 II 安裝軸承端蓋，對軸承擋圈有定位作用，取 du = 23mm, Lii =25mm,直接采用氈圈密 封，軸I安裝V帶，取dI =21mm, Li =35mm。到這已基本上完成了軸的各段直徑和長 度。其中，退刀槽的槽寬2mm深2mm由表6-1 （機械設(shè)計教材）查得I軸上平鍵截面： = 6mmx6mm ,鍵槽用鍵槽銃刀加工，長度l = 28mm , II軸上平鍵截面: = 8mm^7mm,長度l =18mm。為保證軸與錐輪的對中性

45、良好，所以選擇其配合為 H7 n6 參考表15-2取軸端倒角為C1。 dmin =Ao譚=112 為減少工藝和和保證軸良好的互換性，并根據(jù)輸出軸上的最小軸直徑估算為 —=13.8mm,輸入軸上的最小軸徑d = 21mm> dmin符合要求, 所以本文選擇主、從動軸完全相同的方式進行設(shè)計。 3.5 軸承的選取 由于滾動軸承不僅可以承受徑向力作用，還可以承受軸向力作用，并且根據(jù)軸的受 力情況和工作要求，初步選擇滾動軸承。軸 III上的軸承主要用來平衡軸的軸向載荷， 由di” =25mm在表13-3 （機械設(shè)計成設(shè)計）中選擇型號為 7305c的角接觸軸承（摘自 GB/T

46、292 -1994 ）。軸dv段主要承受徑向載荷作用，只需在軸 V段上安裝深溝球軸承 配合承受徑向載荷即可，根據(jù)dV =25mm,故從表13-2 （機械設(shè)計課程設(shè)計）選取型號 為6005深溝球軸承（摘自 GB/T276 -1994 ）。 3.6 端蓋的設(shè)計計算 軸承及變速器的結(jié)構(gòu)決定了端蓋的尺寸，左右兩端的端蓋相同，其結(jié)構(gòu)和計算公式 由機械設(shè)計課程設(shè)計表4-15選取，具體見裝配圖。 圖3-4 凸緣式軸承端蓋 3.7 調(diào)速機構(gòu)的設(shè)計計算 1 .調(diào)速機構(gòu)的設(shè)計 調(diào)速機構(gòu)的作用：按工作要求，通過改變傳動鋼球回轉(zhuǎn)軸線的傾斜角使其工作半徑 變化，來改變其傳動比來輸出速度，從而實現(xiàn)無級

47、變速。 變速器中傳動機構(gòu)和滾動體結(jié)構(gòu)不同，其調(diào)速機構(gòu)也不同，但基本原理都是調(diào)速時 使?jié)L動體沿另一物體表面作相對運動的方式，一般是直線移動和旋轉(zhuǎn)(擺動)兩種力式[7] 因此將調(diào)速機構(gòu)分為以下兩大類： (1)使?jié)L動體移動來改變工作半徑的一種調(diào)速機構(gòu)。 (2)通過使?jié)L動體的回轉(zhuǎn)軸線的偏轉(zhuǎn)來改變工作半徑的一種調(diào)速機構(gòu)。 本文選用第二種調(diào)速機構(gòu)，通過渦桿與渦輪組合而成的普通圓柱蝸桿傳動機構(gòu)。通 過渦桿與渦輪控制鋼球圍繞其軸心轉(zhuǎn)動，改變鋼球主、從動側(cè)工作半徑來調(diào)速。采用單 頭蝸桿來增加自鎖性，設(shè)計時保證調(diào)速渦輪避免與其它零件發(fā)生干涉 [7]。 =arcsin 11 asin z1- - bcos

48、-z1 : l Z2 Z2 傳動鋼球回轉(zhuǎn)軸偏角日與手輪轉(zhuǎn)角P關(guān)系為： +/R2—e2+(asin"z1 P +bcos二 P — R3 3 \ z2 z2 )\ 乙=1,由于 2 .圓柱蝸桿傳動的計算 根據(jù)設(shè)計要求，要求反行程具有自鎖性，即蝸桿帶動渦輪。則蝸桿的齒數(shù) 是動力傳動，根據(jù)推薦值取 Z2=62 (機械設(shè)計表11-1),則傳動比i=Z2=62。本次 Zi 設(shè)計用蝸桿傳動控制鋼球轉(zhuǎn)動，因轉(zhuǎn)動速度不會太大，故采用浸油潤滑。 故取輸入轉(zhuǎn)速n1 =1430r/min 則渦輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 =9.55 106— =9.55 106 1.5 0.8 =496867 N mm n

49、2 1430/62 其中因工作載荷穩(wěn)定，故取 Kp=1,由表11-5(機械設(shè)計)選取使用系數(shù)Ka=1.15,由于 轉(zhuǎn)速不高、沖擊小取動載系數(shù) KV =1.05。 則載荷系數(shù) K=KaK Kv =1.15 1 1.05=1.21 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅且蝸桿螺旋齒面硬度 A45HRC ,從表11-7中查得渦輪的許 用應(yīng)力.1rH 1 =268MPa。 貝壯H 1 = 0.8134 268 = 218MPa 由式 11-10 (機械設(shè)計)得：m2dl 至 KT2( 480 ])=1.21m496867( 480 )2 = 758mm3 Z2!「hI 62 218 因Zi=1,從表

50、11-2 (機械設(shè)計)中取模數(shù) m = 4mm,蝸桿分度圓直徑d〔 = 71mm。由 表11-3 (機械設(shè)計)中的計算公式得出以下幾個表中渦輪、蝸桿的基本參數(shù)。 表3-2蝸桿基本尺寸 模數(shù) m (mm) 軸向齒距 Px (mm) 分度圓直徑 d1 (mm) 頭數(shù) 乙 直徑系 數(shù)q (mm) 齒頂圓 直徑da1 (mm) 齒根圓 直徑df1 (mm) 2 m d1值 m2 dl 3 mm 4 12.56 71 1 17.75 79 61.4 1136 表3-3渦輪基本尺寸 渦輪齒高 h2 (mrm 渦輪齒頂 高ha

51、2 (mrm 渦輪齒 根高hf2 (mrm 蝸輪分度 圓直徑d2 (mrm 渦輪喉圓 直徑da2 a2 (mrm 蝸輪齒根圓 直徑df 2 (mrm 渦輪咽喉母 圓半徑rq2 g J (mrm 8.8 4 4.8 248 256 238.4 31.5 表3-4渦輪、蝸桿匹配參數(shù) 中心距 a (mm) 傳動比 i 模數(shù) m (mm) 壓力角 aa 蝸桿頭數(shù) 4 渦輪齒數(shù) Z2 分度圓導(dǎo) 程角尸 渦輪變位 系數(shù) x2 159.5 62 4 20 1 62 31328 0 生產(chǎn)制造過程中，曲線

52、槽與支承軸的側(cè)隙 0.05mm左右，過大可能導(dǎo)致沖擊 現(xiàn)象, 造成支承軸彎曲或折斷，蝸輪上的槽要嚴格控制其圓周不等分性 [7],避免造成因鋼球轉(zhuǎn) 速不一而導(dǎo)致的磨損和溫升過高等現(xiàn)象發(fā)生。 第四章主要零件的校核 4.1輸入、輸出軸的校核 圖4-1 依據(jù)圖4-1中軸的結(jié)構(gòu)簡圖做出軸的計算簡圖 圖4-2 轉(zhuǎn)矩 T = 9550000 - 95500001.5-

53、 = 9550 N mm 1500 圓周力 F 2T Ft7 2 9550 二255N 75 徑向力 Fr =Fttan 二 cos、=255tan20 cos45 =66N 軸向力 Fa = Ft tan 二 sin、二 66N 從輸入、輸出軸的彎矩和扭矩圖中可以得出：軸的截面C是軸的最為危險的截面, 截面C處的的計算數(shù)據(jù)如表4-1所示。 表4-1 載荷 水平囿H 垂直向V 支反力F Fnhi =371N,Fnh2 =626N Fnvi = —9N , Fnv2 =75N 彎矩M MH =10573.5N

54、 Fnv1 = -630N mm FNV2 =3112.5N mm 總彎矩 Mi 7M 2h +M 2vi =10592N mm J 2 2 M2 =yiM 2h +M 2V2 =11022N mm 扭矩T T3 = 9550N mm 按彎扭合成應(yīng)力對軸的強度進行校核， 只需校核軸上最危險截面C的強度即可保證 軸的強度安全，由（機械設(shè)計）第十五章中式 15-5和表4-1中最危險截面C的數(shù)據(jù)可 知：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 口=0.6[4]。軸的計算表達式為： pa =4.46MPa ca W 0.1 0.033 VMi2 +(*2 V 10.5922 +

55、 (0.6^9.55)2 之前選定軸的材料為經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的 45鋼，按照表 15-1 （機械設(shè)計）可知 口-1】=60MP a。因此crca < 口」，因此安全。 4.2軸承的校核 1 .輸入、輸出軸都使用相同型號的軸承，所以只校核輸入軸或輸出軸的軸承能否滿 足需求即可。 F1V Fre 67 - Fac ; 107 8886 67 -8886 70 二-249N 107 Fr 2V =Fre -Fr1V =8886 —249 =8637N 67 67 Fr1H ="6-Fte ="6- 3769 -2360N 107 107 Fr2H 二Fte-Fr1H =37

56、69 -2360 =1409N Fr1 =JFr1v2 Fr1H2 = .2492 23602 -2373N Fr2 f jFr2V2 , Fr2H2- = ：/23602 14092” -2749N 2 .計算軸向力Fa1和Fa2 經(jīng)查閱機械設(shè)計課程手冊可知，軸承 70000c型的軸向力Fd =eFr ,式中e為判斷系 數(shù)，其值由 且來確定，但由于軸承軸向力Fa開始為未知，故先初取e = 0.4,所以可估 C。 算: Fd1 =0.4Fr1 =949N Fd2 =0.4Fr2 =1100N Fa1 =Fae Fd2 =8886 1100 =9986N Fa1 C0 =

57、 0.607 Fa2 =Fd1 =946 Fa2 注=0.0503 C0 查機械設(shè)計手冊確定： e =0.56 =0.43,Fa1 =9986N, Fa2 =946N 3 .采用插值計算方法計算軸承的當量動載荷 P和巳，可以得到徑向載荷系數(shù)和軸向 載荷系數(shù)為： 對軸承 1 旦=4.21 之 0.68 故P「=F「=2373 Fr F a - 對軸承 2 — = 0.344 <0.68 故 Pr = 0.41 Fr+0.87Fa =1950 Fr 4 .驗算軸承壽命 因為P2 WP1 ,所以只需驗算軸承受力大的軸承即可： Lh 二匠(C) —— (30500)3

58、=24746.8h 60n P2 60 1430 2373 由表13-3 （機械設(shè)計教材）查得軸承得預(yù)期計算壽命： Lh =20000?30000h ,故 Lh

59、p [op]取=110 Mp 平鍵的校核公式: — 3 2T 10 kld (k=0.5h l=L-b d 為軸的直徑) 校核平鍵：二p p _ 3 3 2T 103 2 1 103 kld = 11.369MPa三Zp〕，故符合要求。 花鍵使用的是鋼材，齒面要經(jīng)過熱處理來提高它的性能，同時保證使用和制造情況 良好，其許用強度[.]=120?200MPa?；ㄦI的校核公式： 八 2T 103 zhldm （中取值為 0.7 ~ 0.8, h為齒側(cè)的工作高度，z為齒數(shù)，l是工作長度） (J p 2T 103 2、- 103

60、zhldm 0.8 6 21 21 1 = 48.91MPaE 仃 p p I,故符合要求。 第五章變速器裝配說明 5.1 變速器的裝配 1）變速器內(nèi)部零部件要清洗干凈，尤其是鐵屑，并用壓縮空氣機吹干或擦干。 2）在安裝之前，各鍵槽及軸承間應(yīng)涂抹相關(guān)的潤滑油。 3）裝入軸承前時，為防止對軸承造成損傷，應(yīng)用銅棒在軸承四周均勻敲入。 4）在安裝軸承端蓋時，為了防止漏油發(fā)生，應(yīng)該在殼體上的螺孔和軸承孔位置涂 上密封膠。 5）所有被緊固的螺栓都應(yīng)該按規(guī)定的要求鎖上。 5.2 變速器在裝配中的調(diào)整 1）渦輪與錐輪端面二者間的間隙尺寸一般應(yīng)為 0.1~ 0.35mm的尺寸范圍內(nèi)。

61、 2）檢查蝸桿傳動情況，渦輪的自鎖性符合要求。 3）軸的軸向間隙尺寸為0.10mm-0.40mm通過在軸承蓋內(nèi)增減墊片進行調(diào)整。 參考文獻 [1] .聞邦椿.機械設(shè)計手冊第五版[M].北京：機械工業(yè)出版社.2014.12. [2] .金清肅.機械設(shè)計課程設(shè)計第二版[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社 .2011.4. [3] .葛安林自動變速器（一）--自動變速器綜述 2001.05.1-72. [4] .濮良貴，紀名剛主編.機械設(shè)計[S].北京：高等教育出版社，2005.56-109. [5] .孫桓，陳作模，葛文杰主編.機械原理[s].北京：高等教育出版社.2013.5. [6] .吳光強；孫賢安汽車無級變速器技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展綜述 [期刊論文卜同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） 2009.第 12 期.2-6 . [7] .谷耀新.多頭蝸桿加工專用機床的進給系統(tǒng)軸的設(shè)計 [J].黑龍江科技信息.2014-03-25. [8] .阮忠唐.機械無級變速器設(shè)計與選用指南 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1983.34-68. [9] .徐激.機械設(shè)計手冊第 3卷[M].北京：機械工業(yè)出版社.1991.135-169. 33