轎車變速器設(shè)計(jì)-機(jī)械菱錐式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轎車變速器設(shè)計(jì)-機(jī)械菱錐式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),轎車,變速器,設(shè)計(jì),機(jī)械,菱錐式,無級(jí),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 緒 論 4 §1.1機(jī)械無級(jí)變速器的發(fā)展概況 4 §1.2機(jī)械無級(jí)變速器的特點(diǎn) 4 §1.3機(jī)械無級(jí)變速器的研究現(xiàn)狀 8 §1.4課題的研究?jī)?nèi)容和要求 10 第二章 菱錐式無級(jí)變速器工作原理 13 §2.1 無級(jí)變速器的工作原理 13 §2.2 菱錐無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 15 §2.3 菱錐無級(jí)變速器的變速原理 16 第三章 菱錐無級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 20 §3.1 菱錐與主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 20 §3.2傳動(dòng)件有關(guān)尺寸計(jì)算 20 §3.3 傳動(dòng)件有關(guān)尺寸的校核 21 §3.4 加壓裝置有關(guān)尺寸的計(jì)算： 22 §3.5 輸入、輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 24 §3.6 輸入、輸出軸上軸承的選用 25 第四章 主要零件的校核 26 §4.1 輸出、輸入軸的校核 26 §4.2 軸承的校核 28 總 結(jié) 28 致謝 30 附錄 ：英文文獻(xiàn)翻譯 32 機(jī)械菱錐式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要: 機(jī)械無級(jí)變速器是一種能適應(yīng)工藝要求多變、工藝流程機(jī)械化和自動(dòng)化發(fā)展以及改善機(jī)械工作性能的一種通用傳動(dòng)裝置。本文簡(jiǎn)要介紹了菱錐式機(jī)械無級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)計(jì)算的方法、材質(zhì)及潤(rùn)滑等方面的知識(shí)，并以此作為本次無級(jí)變速器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)采用的是以菱形錐輪作為中間傳動(dòng)元件，通過改變錐輪的工作半徑來實(shí)現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的菱錐錐輪式無級(jí)變速器。本文分析了在傳動(dòng)過程中變速器的主動(dòng)輪、菱錐、和外環(huán)的工作原理和受力關(guān)系；詳細(xì)推導(dǎo)了實(shí)用的菱錐錐輪式無級(jí)變速器設(shè)計(jì)的計(jì)算公式；并針對(duì)設(shè)計(jì)所選擇的參數(shù)進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)計(jì)算；繪制了所計(jì)算的菱錐錐輪式無級(jí)變速器的裝配圖和主要傳動(dòng)元件的零件圖，將此變速器的結(jié)構(gòu)和工藝等方面的要求表達(dá)得更為清楚。由于機(jī)械無級(jí)變速器絕大多數(shù)是依靠摩擦傳遞動(dòng)力，故承受過載和沖擊的能力差，且不能滿足嚴(yán)格的傳動(dòng)比要求。 這種無級(jí)變速器有良好的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，完全可以作為批量生產(chǎn)的無級(jí)變速器。其主要特點(diǎn)是：1.變速范圍較寬；2.恒功率特性好；3.可以升、降速，正、反轉(zhuǎn)。4.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗沖擊能力較強(qiáng)；5.輸出功率較大；6.使用壽命長(zhǎng)；7.調(diào)速簡(jiǎn)單，工作可靠；8.容易維修。 關(guān)鍵詞：機(jī)械無級(jí)變速器 摩擦式 菱錐錐輪式 Ling cone CVT mechanical structure design NAME: Tu Yu TEACHER:Nie Songhui Abstract: The mechanical variable speed drives is a general purpose gearing which can accommodate the variable requirements of the process planning, mechanization of the schedule drawing ,the development of automation and the improvement of the mechanical working capabilities. The article briefly introduce the basic structure, the way of design and calculation, material and lubricate of the pyramid type variable speed drives, and taking them as the theory basis of the design of mechanical variable speed drives. This design uses the pyramid wheel as the middle transmission component, by changing its’ working radius to realize the continuous change of the output axis. This article analyzes the working theory and the working forces of the drive wheel, pyramid wheel and outer ring during the transmission process. It also deduces the practical calculation formula of the pyramid wheel type variable speed drives, it also goes on the material calculation aim at the selection parameter. It protracts the assemble-drawing of the pyramid wheel type variable speed drives and the accessory-drawing of the mostly drive component. So it can express more clearly of the structure and process planning of the variable speed drives. Since the vast majority of mechanical transmission rely on mechanical friction CVT to transmit power, so it is of poor quality to withstand the impact of overload, and can not fullfil the foot strict transmission ratio. The variable speed drives has good structure and properties, and it can use as batch production. The most specialties: 1 wide range of variable speed;2 the constant output power; 3 it can rotate positively and versedly; 4 stable accuracy of speed; 5 high output power; 6 long life; 7 simply and precise control of speed; 8 easy maintain. Key Words: mechanical variable speed drives, friction type, pyramid type 第一章 緒 論 §1.1機(jī)械無級(jí)變速器的發(fā)展概況 無級(jí)變速器（Continuously Variable Transmission，簡(jiǎn)稱 CVT）是一種能夠使機(jī)器的輸出軸轉(zhuǎn)速在兩個(gè)極值范圍內(nèi)連續(xù)變化的傳動(dòng)部件。它具有輸入和輸出兩根軸，通過固體、液體、電磁流等中間介質(zhì)將輸入、輸出軸直接或間接地聯(lián)系起來，以傳遞動(dòng)力。當(dāng)對(duì)輸入輸出軸的聯(lián)系關(guān)系進(jìn)行控制時(shí)，即可使兩軸間的傳動(dòng)比在兩個(gè)極值范圍內(nèi)連續(xù)而任意地變化。其結(jié)構(gòu)特征主要是：需由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)以及加壓裝置和輸出機(jī)構(gòu)三部分組成。 傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速一般有兩種方式:一種是動(dòng)力源速度恒定，調(diào)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，即所謂的機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng);一種是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比恒定，調(diào)節(jié)動(dòng)力源速度，即所謂的電力無級(jí)變速傳動(dòng)。無級(jí)變速器的適用范圍廣，可以在驅(qū)動(dòng)固定的情況下，因工作阻力變化而需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力矩（如化工行業(yè)中的攪拌機(jī)械，即要求隨著攪拌物料的粘度、阻力增大而能相應(yīng)減慢攪拌速度）；可以根據(jù)工況要求調(diào)節(jié)速度（如起重運(yùn)輸機(jī)械要求隨物料及運(yùn)行區(qū)段的變化而能相應(yīng)改變提升或運(yùn)行速度，食品機(jī)械中的烤干機(jī)或制藥機(jī)械要求隨著溫度變化而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移速度）；可以為獲得恒定的工作速度或張力而需要調(diào)節(jié)速度（如斷面切削機(jī)床加工時(shí)需保持恒定的切削線速度，電工機(jī)械中的繞線機(jī)需保持恒定的卷繞速度，紡織機(jī)械中的漿紗機(jī)及輕工機(jī)械中的薄膜機(jī)皆需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保持恒定的張力）；可以為適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)中各種工況、工位、工序或單元的不同要求而需協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及需要配合自動(dòng)控制者（如各種各樣半自動(dòng)或自動(dòng)的生產(chǎn)、操作或裝配流水線）；可以為探求獲得最佳效果而需變換速度（如試驗(yàn)機(jī)械或離心機(jī)需調(diào)速以獲得最佳分離效果）；可以為節(jié)約源而需進(jìn)行調(diào)速（如風(fēng)機(jī)、水泵等）；此外，還有按各種規(guī)律的或不規(guī)律的變化要求而進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以及綜上所述，可以看出采用無級(jí)變速器，尤其是配合減速傳動(dòng)時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大其變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩，能更好地適應(yīng)各種機(jī)械的工況要求，使之效能最佳，在提高產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，適應(yīng)產(chǎn)品變換需要，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等各方面皆具有顯著的效果。所以無級(jí)變速器目前已成為一種基本的通用傳動(dòng)形式，廣泛應(yīng)用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機(jī)床、電工、起重運(yùn)輸、礦山冶金、工程、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、及試驗(yàn)等各類機(jī)械，已開發(fā)有各種類型并已系列化生產(chǎn)。 §1.2機(jī)械無級(jí)變速器的特點(diǎn) CVT技術(shù)真正應(yīng)用在汽車上不過十幾年的時(shí)間，但它比傳統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)變速器的優(yōu)勢(shì)卻是顯而易見的： 　　1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，零件少，大批量生產(chǎn)后的成本肯定要低于當(dāng)前普通自動(dòng)變速器的成本； 　　2. 它的工作速比范圍寬，容易與發(fā)動(dòng)機(jī)形成理想的匹配，從而改善燃燒過程，進(jìn)而降低油耗和排放； 　　3. 具有較高的傳送效率，功率損失少，經(jīng)濟(jì)性高。 　　當(dāng)然，CVT技術(shù)也有它的弱點(diǎn)，比如傳動(dòng)帶容易損壞，無法承受較大的載荷等等，這些技術(shù)上的難關(guān)使得它一直以來多應(yīng)用在小排量、低功率的汽車上。 目前CVT技術(shù)發(fā)展得相當(dāng)迅速，各大汽車廠家都在加強(qiáng)這一領(lǐng)域的研發(fā)。尤其是在混合動(dòng)力汽車具有廣泛前景的將來，CVT的地位和作用更是無可替代，它將會(huì)是未來變速器發(fā)展的大趨勢(shì) 1、經(jīng)濟(jì)性 　　CVT可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，從而獲得傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。德國(guó)的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進(jìn)行ECE市區(qū)循環(huán)和ECE郊區(qū)循環(huán)測(cè)試，證明CVT能夠有效節(jié)約燃油(如表1) 　　安裝4-AT和CVT的大眾公司的Golf VR6汽車的燃油消耗對(duì)比 　　試驗(yàn)油耗 4-AT CVT 　　ECE市區(qū)循環(huán)，L/100km 14.4 13.2 　　ECE郊區(qū)/遠(yuǎn)程循環(huán)，L/100km 10.8 9.8 　　90km/h勻速，L/100km 8.3 7.0 　　120km/h，L/100km 10.3 9.2 2、動(dòng)力性 　　汽車的后備功率決定了汽車的爬坡能力和加速能力。汽車的后備功率愈大，汽車的動(dòng)力性愈好。由于CVT的無級(jí)變速特性，能夠獲得后備功率最大的傳動(dòng)比，所以CVT的動(dòng)力性能明顯優(yōu)于機(jī)械變速器(MT)和自動(dòng)變速器(AT)。 3、排放 　　CVT的速比工作范圍寬，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)以最佳工況工作，從而改善了燃燒過程，降低了廢氣的排放量。ZF公司將自己生產(chǎn)的CVT裝車進(jìn)行測(cè)試，其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%。 4、成本 　　CVT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件數(shù)目比AT(約500個(gè))少(約300個(gè))，一旦汽車制造商開始大規(guī)模生產(chǎn)，CVT的成本將會(huì)比AT小。由于采用該系統(tǒng)可以節(jié)約燃油，隨著大規(guī)模生產(chǎn)以及系統(tǒng)、材料的革新，CVT零部件(如傳動(dòng)帶或傳動(dòng)鏈、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和液壓泵)的生產(chǎn)成本，將降低20%-30%。 　　勿庸置疑，CVT變速器的技術(shù)含量和制造難度都要比MT變速器高，與AT變速器相仿，由于金屬帶式CVT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所含的零件數(shù)量比AT變速器少40％左右，整車的質(zhì)量因而也有所減輕。 5、駕駛平順性 由于CVT的速比變化是連續(xù)不斷的，所以汽車的加速或減速過程非常平緩，而且駕駛非常簡(jiǎn)單、安全。從而使用戶獲得全方位的“行駛樂趣”。 無級(jí)變速器優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：制造成本低，動(dòng)力輸出平滑順暢，燃油經(jīng)濟(jì)性堪比手動(dòng)擋。 缺點(diǎn)：由于鋼制皮帶本身的承受力有限，因此大排量大扭矩的轎車不太適合，也不適宜做激烈的運(yùn)動(dòng)。 無級(jí)變速器類型 為實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，按傳動(dòng)方式可采用液體傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)三種方式。 液體傳動(dòng) 　　液體傳動(dòng)分為兩類：一類是液壓式，主要是由泵和馬達(dá)組成或者由閥和泵組成的變速傳動(dòng)裝置，適用于中小功率傳動(dòng)。另一類為液力式，采用液力耦合器或液力矩進(jìn)行變速傳動(dòng)，適用于大功率（幾百至幾千千瓦）。 液體傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是：調(diào)速范圍大，可吸收沖擊和防止過載，傳動(dòng)效率較高，壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：制造精度要求高，價(jià)格較貴，輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩，滑動(dòng)率較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生漏油。 電力傳動(dòng) 電力傳動(dòng)基本上分為三類：一類是電磁滑動(dòng)式，它是在異步電動(dòng)機(jī)中安裝一電磁滑差離合器，通過改變其勵(lì)磁電流來調(diào)速，這屬于一種較為落后的調(diào)速方式。其特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作維護(hù)方便：滑動(dòng)最大，效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，不適合長(zhǎng)期負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，故一般只用于小功率傳動(dòng)。 二類是直流電動(dòng)機(jī)式，通過改變磁通或改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其特點(diǎn)是調(diào)速范圍大，精度也較高，但設(shè)備復(fù)雜，成本高，維護(hù)困難，一般用于中等功率范圍（幾十至幾百千瓦），現(xiàn)已逐步被交流電動(dòng)機(jī)式替代。 三類是交流電動(dòng)機(jī)式，通過變極、調(diào)壓和變頻進(jìn)行調(diào)速。實(shí)際應(yīng)用最多者為變頻調(diào)速，即采用一變幅器獲得變幅電源，然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變速。其特點(diǎn)是調(diào)速性能好、范圍大、效率較高，可自動(dòng)控制，體積小，適用功率范圍寬：機(jī)械特性在降速段位恒轉(zhuǎn)矩，低速時(shí)效率低且運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)，價(jià)格較高，維修需專業(yè)人員。近年來，變頻器作為一種先進(jìn)、優(yōu)良的變速裝置迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)械無級(jí)變速器產(chǎn)生了一定的沖擊。 機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)械無級(jí)變速器與液力無級(jí)變速器和電力無級(jí)變速器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)格低廉，傳動(dòng)效率較高，實(shí)用性強(qiáng)，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，工作可靠。特別是某些機(jī)械無級(jí)變速器在很大范圍內(nèi)具有恒功率的機(jī)械特性（這是電力和液壓無級(jí)調(diào)速裝置所難達(dá)到的）。因此，可以實(shí)現(xiàn)能適應(yīng)變工況工作，簡(jiǎn)化傳動(dòng)方案，節(jié)約能源和減少污染等要求，但不能從零開始變速。機(jī)械式無級(jí)變速器按傳動(dòng)原理一般可分為：摩擦式、帶式、鏈?zhǔn)胶兔}動(dòng)式四大類,約 30種類型。 摩擦式 摩擦式無級(jí)變速器是指利用主、從動(dòng)剛性元件(或通過中間元件)在接觸處產(chǎn)生的摩擦力和潤(rùn)滑油膜牽引力進(jìn)行傳動(dòng)，并可通過改變其接觸處的工作半徑進(jìn)行無級(jí)變速的一種變速器。摩擦式無級(jí)變速器由三部分組成:傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的摩擦變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu);保證產(chǎn)生摩擦力所需的加壓裝置;實(shí)現(xiàn)變速的調(diào)速機(jī)構(gòu)。它具有各種不同的結(jié)構(gòu)類型，一般可分為: 直接傳動(dòng)式，即主、從動(dòng)摩擦元件直接接觸傳動(dòng); 中間元件式，即主、從動(dòng)元件通過中間元件進(jìn)行傳動(dòng); 行星傳動(dòng)式，即中間元件作行星運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣或已形成系列進(jìn)行生產(chǎn)的主要有:錐盤環(huán)盤式、多盤式、轉(zhuǎn)環(huán)直動(dòng)式、鋼球錐輪式、菱錐式、行星錐盤和行星環(huán)錐無級(jí)變速器等。 2、鏈傳動(dòng)式 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器是一種利用鏈輪和鋼質(zhì)撓性鏈條作為傳動(dòng)元件來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械變速裝置。它屬于開發(fā)較早、應(yīng)用較多的一種通用型變速器。 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器由鏈輪和鏈條構(gòu)成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)和鏈條張緊加壓機(jī)構(gòu)三部分組成。它是通過主、從動(dòng)鏈輪的兩對(duì)錐盤的軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。按鏈條結(jié)構(gòu)形式可分為以下幾類:滑片鏈無級(jí)變速器、滾柱鏈無級(jí)變速器、套環(huán)鏈無級(jí)變速器、擺銷鏈無級(jí)變速器等幾種。前兩種變速器發(fā)展比較成熟，應(yīng)用廣泛，后兩種變速器體現(xiàn)了鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器的發(fā)展方向。 3、帶傳動(dòng)式 它與鏈?zhǔn)阶兯倨飨嗨疲渥兯賯鲃?dòng)機(jī)構(gòu)是由作為主、從動(dòng)帶輪的兩對(duì)錐盤及張緊在其上的傳動(dòng)帶組成。其工作原理是利用傳動(dòng)帶左右兩側(cè)面與錐盤接觸所產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調(diào)整它們與傳動(dòng)帶的接觸位置和工作半徑，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。它由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械無級(jí)變速器中可以說是應(yīng)用最廣的一種。 帶式無級(jí)變速器根據(jù)傳動(dòng)帶的形狀不同，可分為平帶無級(jí)變速器和 V 帶無級(jí)變速器兩種類型。帶式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)、變速范圍大、制造容易、工作平穩(wěn)、易損件少、能吸收振動(dòng)、噪聲低、節(jié)能環(huán)保、帶的更換方便，尤其是它克服了以往各類無級(jí)變速器傳遞功率較小的缺點(diǎn) ,可用于需要中大功率范圍。因而是機(jī)械無級(jí)變速器中廣泛應(yīng)用的一種；其缺點(diǎn)是外形尺寸較大而變速范圍較小。 4、脈動(dòng)式 脈動(dòng)式無級(jí)變速器主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸出機(jī)構(gòu)(超越離合器)和調(diào)速機(jī)構(gòu)三個(gè)基本部分組成的低副機(jī)構(gòu)，故具有以下特點(diǎn)：傳動(dòng)可靠、壽命長(zhǎng)、變速范圍大、調(diào)速精度高、最低輸出轉(zhuǎn)速可為零、調(diào)速性能穩(wěn)定、靜止和運(yùn)動(dòng)時(shí)均可調(diào)速、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、制造較容易。但它存在著有待進(jìn)一步解決的問題，例如：調(diào)速范圍在擴(kuò)大之后，在結(jié)構(gòu)和使用上如何實(shí)現(xiàn)增速變速傳動(dòng)和采用復(fù)合式超越離合器；高速輸出時(shí)不平衡慣性力所引起的振動(dòng)增大，如何避免共振現(xiàn)象；低速輸出時(shí)脈動(dòng)不均勻性顯著增加，如何提高單向超越離合器的承載能力和抗沖擊能力等。國(guó)際上，在機(jī)械式脈動(dòng)無級(jí)變速器領(lǐng)域，目前以德國(guó)、美國(guó)和日本的技術(shù)水平較高，其成熟技術(shù)以德國(guó)的 GUSA型及美國(guó)的 ZERO-MAX 型系列產(chǎn)品為代表。就目前來說，鑒于結(jié)構(gòu)性能上的局限性，現(xiàn)有脈動(dòng)式無級(jí)變速器主要用于中小功率(18kW 以下)、中低速(輸入n1=1440r/min，輸出 n2=0-1000r/min)、降速型以及對(duì)輸出軸旋轉(zhuǎn)均勻性要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。例如在熱處理設(shè)備、清洗設(shè)備以及化工、醫(yī)藥、塑料、食品和電器裝配運(yùn)輸線等領(lǐng)域的應(yīng)用。 §1.3機(jī)械無級(jí)變速器的研究現(xiàn)狀 CVT變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)早在1908年就已應(yīng)用于摩托車。1955年，荷蘭DAF公司首先在汽車上試裝采用“V”型橡膠帶的CVT。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材等方面的問題，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積過大，傳動(dòng)比過小，無法滿足汽車行駛的要求。1972年H Van-Doorne博士成立Van Doorne’s Transmission B.V公司，簡(jiǎn)稱VDT公司，進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)研究金屬帶式無級(jí)變速器。因此，習(xí)慣上把這種金屬帶式無級(jí)變速器稱為VDT-CVT。金屬帶傳動(dòng)不僅可以實(shí)現(xiàn)傳遞功率容量大、效率高，同時(shí)也改變了帶傳動(dòng)傳遞的傳統(tǒng)原理，將拉式傳動(dòng)改為推式為主。 ???? 由于金屬帶大量生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，直到1987年才實(shí)現(xiàn)CVT商品化。日本Subaru汽車廠是首先開始大量生產(chǎn)CVT的汽車廠。1987年Subaru將電子控制的CVT（P821 型）裝備于Justy汽車（發(fā)動(dòng)機(jī)排量1～1.2 升）上,成功占領(lǐng)了日本市場(chǎng)。之后,歐洲的Ford和Fiat把CVT（機(jī)械式，P811 型）裝備于發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.1～1.6L的轎車上，投入市場(chǎng)，受到用戶好評(píng)。兩系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為： ???? 1、P811以濕式多片離合器為起步裝置，P821用電磁離合器作起步裝置 ???? 2、P811采用機(jī)—液控制系統(tǒng)，P821采用電—液控制系統(tǒng)。 ???? 3、他們都以外嚙合齒輪作為液壓元件，并采用單液壓回路，即主動(dòng)缸的面積大于被動(dòng)缸面積的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。 ???? 90 年代，VDT公司在第一代產(chǎn)品生產(chǎn)和使用總結(jié)基礎(chǔ)上，開發(fā)第二代產(chǎn)品。第二代產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)較多地超過目前最先進(jìn)地液力機(jī)械自動(dòng)變速器，具有更好的經(jīng)濟(jì)性和操縱平順型。并在結(jié)構(gòu)上作了較多改進(jìn)，如： ???? 1、采用新型金屬傳動(dòng)帶 ???? 2、雙級(jí)滾子葉片泵 ???? 3、全電子控制系統(tǒng) ???? 目前,金屬帶式無級(jí)變速是國(guó)外汽車無級(jí)變速傳動(dòng)研究和推廣的重點(diǎn),世界主要汽車公司都在研究和開發(fā)金屬帶無級(jí)變速系統(tǒng)。1991 年，德國(guó)ZF公司應(yīng)用VDT技術(shù)開發(fā)了適用于發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.5～2.5L前置前驅(qū)動(dòng)轎車的CVT系列產(chǎn)品。1996年，日本Honda公司和荷蘭的VDT公司共同研制的新型無級(jí)變速器已裝備在發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.6L經(jīng)濟(jì)型轎車Civic上。裝備的CVT傳動(dòng)裝置稱為Honda Multi Matic其產(chǎn)品與CVT的產(chǎn)品有些不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如： ???? 1、起步離合器放到了被動(dòng)輪的輸出端 ???? 2、用了雙壓力回路，于是主動(dòng)缸面積與被動(dòng)缸面積可做成相等的對(duì)稱結(jié)構(gòu)； ???? 3、增加電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的備用液壓回路。 ???? 金屬帶式無級(jí)變速器由VDT公司取得重大突破，所以習(xí)慣上又稱為VDT—CVT，其關(guān)鍵部件包括：金屬傳動(dòng)帶、工作輪、油泵、起步離合器、中間減速機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)組成。 ???? 傳動(dòng)器的主、被動(dòng)輪由固定和可動(dòng)的兩部分組成，形成V型槽，與金屬帶嚙合。當(dāng)輸入工作帶輪的可動(dòng)部分沿軸向外移動(dòng)，輸出工作輪的可動(dòng)部分沿軸向內(nèi)移動(dòng)，使得輸入帶輪工作半徑變小，而輸出帶輪半徑變大，輸出與輸入帶輪的工作半徑之比變大，即傳動(dòng)比變大，反之，傳動(dòng)比將變小，工作半徑大小變化是連續(xù)的。金屬傳動(dòng)帶有多個(gè)金屬片與兩組金屬環(huán)組成。每片金屬片的厚度為1.4mm，在兩側(cè)工作輪擠壓力作用下傳遞動(dòng)力。每組金屬環(huán)由數(shù)條厚為0.18mm的環(huán)帶疊合而成，金屬環(huán)功用是提供預(yù)緊力，在動(dòng)力傳遞過程中，約束和引導(dǎo)金屬片的運(yùn)動(dòng)，有時(shí)承擔(dān)部分轉(zhuǎn)矩傳遞。主從動(dòng)輪由可動(dòng)與不動(dòng)的半錐輪組成。其工作面大多為直線錐面體。在液壓控制系統(tǒng)作用下，依靠鋼球—滑道結(jié)構(gòu)作軸向移動(dòng)，可連續(xù)的改變傳動(dòng)帶輪工作半徑，實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速傳動(dòng)。油泵是為CVT傳動(dòng)系統(tǒng)提供控制、冷卻和潤(rùn)滑的液壓油源。常用的液壓油泵有兩種形式，既齒輪泵和葉片泵。為提高液壓油泵的工作效率，在最近開發(fā)的CVT傳動(dòng)器中采用滾子式葉片泵。汽車起步離合器包括濕式多片離合器、電磁離和器和液力變矩器三種。液力變矩器與CVT系統(tǒng)合理匹配，可使汽車以足夠大的牽引力平順的起步，提高駕駛舒適性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，閉鎖離合器將泵輪與渦輪鎖住，成為整機(jī)傳動(dòng)，提高了傳動(dòng)效率。但成本較高，為降低成本，研究人員一直在致力于引用電控技術(shù)，在電磁離合器或多片濕式離合器上實(shí)現(xiàn)液力變矩器的傳遞特性。由于無級(jí)變速機(jī)構(gòu)可提供的傳動(dòng)比（即速比，輸出帶輪的工作半徑與輸入帶輪工作半徑之比）范圍為0.445~2.6左右,不能完全滿足整車傳動(dòng)比變化范圍的要求,因而設(shè)有中間減速機(jī)構(gòu)。控制系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)CVT系統(tǒng)傳動(dòng)速比無級(jí)自動(dòng)變化的VDT—CVT控制系統(tǒng)，分機(jī)—液控制系統(tǒng)和電—液控制系統(tǒng)。機(jī)液控制系統(tǒng)主要有油泵、液壓調(diào)節(jié)閥（速比和帶與輪間壓緊力的調(diào)節(jié)）、傳感器（油門和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）和主、從工作輪的液壓缸及管道組成。日本的本田公司開發(fā)的CVT中，采用是電—液控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以利用電子控制系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)控制算法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精確的控制。而采用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以利用液壓系統(tǒng)反應(yīng)快的特點(diǎn)。CVT初期產(chǎn)品多采用機(jī)—液控制系統(tǒng)，近期一般采用電—液控制系統(tǒng)，但電—液控制系統(tǒng)成本高。 ???? ECVT電子控制系統(tǒng)由電磁控制離合器、電子控制單元、傳感元件、電磁閥組成。傳感元件包括選檔操縱手柄位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器和制動(dòng)踏板位置傳感器等，它們?yōu)榭刂茊卧峁└鞣N與汽車行駛狀態(tài)有關(guān)的信號(hào)?？刂茊卧源藶楦鶕?jù)做出判斷，并將控制信號(hào)送至電磁閥，控制電磁離合器和液壓系統(tǒng)的工作。當(dāng)選檔手柄位于P、N之外任一位置時(shí)，電子控制單元使離合器內(nèi)的金屬粉末磁化，離合器接合，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力平穩(wěn)地傳遞給主動(dòng)輪。液壓系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要輸出適當(dāng)?shù)膲毫刂茙л唭刹糠珠g相對(duì)滑移程度，并使兩帶輪工作直徑的變化趨勢(shì)相反，進(jìn)而改變變速器傳動(dòng)比。為提高ECVT總體工作性能，電磁閥還可調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的線壓力。當(dāng)變速器的輸出轉(zhuǎn)矩小于最大轉(zhuǎn)矩的60%時(shí)，線壓力降低，帶輪夾緊力相應(yīng)減小，變速器工作更加平穩(wěn)。反之，帶輪在高壓作用下夾緊鋼帶，避免鋼速打滑，保證動(dòng)力傳遞的可靠性。德國(guó)ZF公司開發(fā)的智能型ECVT加大了金屬帶的寬度，它所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩達(dá)210N?m，可應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)排量2.5L的中型轎車上。它還具有更好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。制造工藝要求較高給CVT(ECVT)的普及帶來了新的困難。但隨著汽車制造工業(yè)水平的不斷提高，這一問題將會(huì)解決。 §1.4課題的研究?jī)?nèi)容和要求 本設(shè)計(jì)采用的是以菱形錐輪作為中間傳動(dòng)元件，通過改變錐輪的工作半徑來實(shí)現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的菱錐錐輪式無級(jí)變速器。本文分析了在傳動(dòng)過程中變速器的主動(dòng)輪、菱錐、和外環(huán)的工作原理和受力關(guān)系；詳細(xì)推導(dǎo)了實(shí)用的菱錐錐輪式無級(jí)變速器設(shè)計(jì)的計(jì)算公式；并針對(duì)設(shè)計(jì)所選擇的參數(shù)進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)計(jì)算；繪制了所計(jì)算的菱錐錐輪式無級(jí)變速器的裝配圖和主要傳動(dòng)元件的零件圖，將此變速器的結(jié)構(gòu)和工藝等方面的要求表達(dá)得更為清楚。 目前，工業(yè)自動(dòng)化的不斷提高和無級(jí)變速器的廣泛應(yīng)用也對(duì)它提出了更高的要求。機(jī)械式無級(jí)變速器主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，滑動(dòng)率小；工作可靠，具有恒功率機(jī)械特性和較高的傳動(dòng)效率；維修方便；適用于條件惡劣的應(yīng)用工況。但零部件加工及潤(rùn)滑要求較高，承載能力低，抗過載及耐沖擊性能較差，故一般適合于中小功率傳動(dòng)。與齒輪變速箱調(diào)速相比，只適用于小功率調(diào)速系統(tǒng)。摩擦式由于主要依靠摩擦而使機(jī)械效率較低；帶式和鏈?zhǔn)接捎谥圃斐杀竞统叽巛^大所以變速范圍較??；脈動(dòng)式由于結(jié)構(gòu)問題依然存在速度脈動(dòng)。 由于機(jī)械無級(jí)變速器自身的特點(diǎn)已不能完全適應(yīng)各種機(jī)械的工況要求，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，又出現(xiàn)了電力調(diào)速技術(shù)和液壓調(diào)速技術(shù)。在電力調(diào)速技術(shù)中，由于直流調(diào)速技術(shù)的設(shè)備復(fù)雜，成本高，維護(hù)困難等不足，促使人們尋求一種更為先進(jìn)的調(diào)速方式，即交流調(diào)速技術(shù)的研發(fā)已逐步取代了直流調(diào)速技術(shù)的使用。交流電動(dòng)機(jī)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但其最大的缺點(diǎn)是調(diào)速困難。 隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)制造技術(shù)的日益復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)工藝的要求進(jìn)一步提高，這就要求生產(chǎn)機(jī)械能夠在工作速度、定位精度、快速啟動(dòng)和制動(dòng)、控制靈活性和自動(dòng)化水平等方面達(dá)到更高水平，力求既能夠具有良好的驅(qū)動(dòng)性能，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作最優(yōu)化，同時(shí)也能夠把人們從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來。因此，人們努力尋找解決交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速難的問題，從而出現(xiàn)了更先進(jìn)的變頻調(diào)速、伺服控制調(diào)速等新技術(shù)。交流變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)是壓頻比一定的變頻調(diào)速方法。目前變頻調(diào)速控制器主要采用以下控制結(jié)構(gòu):交一交變頻和交一直一交變頻，變頻控制可分為兩類:脈沖幅值調(diào)節(jié)方式(PAM)和脈寬調(diào)制方式(PWN)，后一種是目前變頻控制中應(yīng)用最多的一種方式。這兩種控制方式基本上是基于異步電動(dòng)機(jī)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，其運(yùn)行動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)不高，只能適用于一般工況，對(duì)于動(dòng)態(tài)性能要求提高的應(yīng)用場(chǎng)合又出現(xiàn)了交流矢量控制技術(shù)。近十年來，除交流變頻調(diào)速外，交流伺服控制異軍突起，其應(yīng)用已日益廣泛。由于伺服系統(tǒng)在矢量控制的基礎(chǔ)上，通過電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件，對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，使得整個(gè)系統(tǒng)具有非常高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，其調(diào)速范圍、輸出力矩等均大大優(yōu)于普通變頻系統(tǒng)。交流伺服調(diào)速方式是當(dāng)今最為先進(jìn)的無級(jí)變速技術(shù)，其公認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)使其必將成為日后調(diào)速控制的主要手段。隨著其控制性能的日益完善，特別是信息技術(shù)等諸多功能的開發(fā)順應(yīng)了傳動(dòng)系統(tǒng)控制自動(dòng)化的歷史潮流，因此它必將成為未來調(diào)速技術(shù)的主流。在不斷追求更先進(jìn)、更高效的新型調(diào)速技術(shù)的同時(shí)，需要注意其性能價(jià)格比問題。因此，機(jī)械調(diào)速技術(shù)在一些簡(jiǎn)單的、要求不高的單機(jī)、手動(dòng)調(diào)速工況中仍占有一席之地。所以未來的機(jī)械式無級(jí)變速器要求能夠高效地傳遞功率，有較大的變速范圍，調(diào)速性能穩(wěn)定且運(yùn)行平穩(wěn)。采用齒輪嚙合或桿件組合實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速是機(jī)械式無級(jí)變速器今后發(fā)展的一個(gè)方向，因?yàn)檫@種類型的無級(jí)變速器可以實(shí)現(xiàn)無摩擦，高效地傳遞大功率，變速平穩(wěn)，壽命長(zhǎng)，變速范圍大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。 課題研究的內(nèi)容：機(jī)械菱錐式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；無級(jí)變速器變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算；對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度和壽命校核 設(shè)計(jì)要求：輸入功率P=3kw，輸入轉(zhuǎn)速n=1000rpm，調(diào)速范圍Rb=12；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使制造成本盡可能低；安裝拆卸要方便；外觀要?jiǎng)蚍Q，美觀；調(diào)速要靈活，調(diào)速過程中不能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無級(jí)調(diào)速；關(guān)鍵部件滿足強(qiáng)度和壽命要求；畫零件圖和裝配圖。 第二章 菱錐式無級(jí)變速器工作原理 §2.1 無級(jí)變速器的工作原理 無級(jí)變速器(CVT：Continuous Variable Transmission)與有級(jí)式的主要區(qū)別在于：它的速比不是間斷的，而是一系列連續(xù)的值，譬如可以從3.455一直變化到0.85。CVT結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)自動(dòng)變速器簡(jiǎn)單，體積更小，它既沒有手動(dòng)變速器的眾多齒輪副，也沒有自動(dòng)變速器復(fù)雜的行星齒輪組，它主要靠主、從動(dòng)輪和金屬帶或滾輪轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)速比的無級(jí)變化。 　　其原理是與普通的變速箱一樣大小不一的幾組齒輪在操控下有分有合，形成不同的速比，像自行車的踏板經(jīng)大小輪盤與鏈條帶動(dòng)車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)。由于不同的力度對(duì)各組齒輪產(chǎn)生的推力大小不一，致使變速箱輸出的轉(zhuǎn)速也隨之變化，從而實(shí)現(xiàn)不分檔次的徐緩轉(zhuǎn)動(dòng)。 　　CVT采用傳動(dòng)帶和可變槽寬的棘輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞，即當(dāng)棘輪變化槽寬肘，相應(yīng)改變驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪上傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速，傳動(dòng)帶一般用橡膠帶、金屬帶和金屬鏈等。CVT是真正無級(jí)化了，它的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，體積小，零件少，與AT比較具有較高的運(yùn)行效率，油耗較低。但CVT的缺點(diǎn)也是明顯的，就是傳動(dòng)帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，只能限用于在1升排量左右的低功率和低扭矩汽車，因此在自動(dòng)變速器占有率約4以下。近年來經(jīng)過各大汽車公司的大力研究，情況有所改善。CVT將是自動(dòng)變速箱的發(fā)展方向。 　　國(guó)內(nèi)目前有多款車型裝備了CVT，如東風(fēng)日產(chǎn)天籟、軒逸、奇駿等全系列車型，一汽大眾奧迪，廣汽本田飛度，南汽菲亞特西耶那、帕力奧，奇瑞旗云等。 CVT的工作原理 CVT (Continuously Variable Transmission) 即無級(jí)變速器，是能在保持發(fā)動(dòng)機(jī)的低油耗和低轉(zhuǎn)速的同時(shí)連續(xù)無級(jí)改變速比的變速器。  CVT技術(shù)目前只能用在小排量汽車上的，而各個(gè)汽車廠商針對(duì)CVT都有了不同的叫法，當(dāng)然也會(huì)根據(jù)他們自己情況作出改動(dòng)啦，比如本田就叫eCVT，而日產(chǎn)日產(chǎn)則稱為Hyper CVT。  人們平時(shí)乘車時(shí)所關(guān)心的是油耗、動(dòng)力以及車的駕駛性能。但是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，油耗、動(dòng)力、駕駛性能有其各自最佳轉(zhuǎn)數(shù)范圍。發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)試范圍是扭矩曲線的峰值部分，通常也是指發(fā)動(dòng)機(jī)的高速領(lǐng)域。但另一方面，油耗也是有其最佳 圍的。不知大家是否聽說過"合理油耗駕駛"一詞。當(dāng)車在高速路上以時(shí)速 80km 行駛時(shí)并且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持在 2500 轉(zhuǎn)左右，半油門狀態(tài)時(shí)，即維持了最小限度的馬力又不浪費(fèi)汽油的高效率發(fā)揮，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處?kù)蹲罴堰\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果以此狀態(tài)在一般路面上行駛的油耗也能令人滿意，但是，對(duì)於裝配了只有4、5檔變速器的汽車來說，這是相當(dāng)困難的問題。解決此問題的最好方式就是使用CVT (無級(jí)變速器) 。CVT可以在維持最佳油耗下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí)實(shí)現(xiàn)無變檔的連續(xù)變速。而且，CVT在提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到發(fā)揮最佳功率的 圍時(shí)，可以選擇全功率狀態(tài)下的行駛。普通車在傾斜路面上行駛，會(huì)發(fā)生3檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過高，4檔時(shí)馬力不足的尷尬局面。而自動(dòng)變速的車輛，變速箱會(huì)在3檔4檔之間往返，車子的變速處?kù)恫环€(wěn)定的狀態(tài)。安裝了CVT的話，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳動(dòng)力領(lǐng)域的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，使駕駛者能夠真正享受輕松駕駛的感受。   只有在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的情況下，才能夠?qū)崿F(xiàn)全動(dòng)力的駕駛。例如在盤山路上，就會(huì)出現(xiàn)用3檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過高，用4檔動(dòng)力不足的現(xiàn)象。這就是使用自動(dòng)變速器 (AT) 的車輛自動(dòng)改變檔位而處?kù)恫环€(wěn)定的狀態(tài)。CVT可以在保持發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力的整個(gè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的無級(jí)傳遞，從而實(shí)現(xiàn)順暢駕駛。  通常的自動(dòng)變速器是有檔變速，通過幾個(gè)齒輪來決定變速比。CVT是通過改變2個(gè)滑輪的槽的寬度而實(shí)現(xiàn)變速比的無級(jí)次改變，從而可以按駕駛的狀況得到最佳驅(qū)動(dòng)力。通常這2個(gè)滑輪受到的力量非常大，通過改變2個(gè)滑輪的槽的寬度，使加在滑輪上的鋼帶的輸入軸/輸出軸的各直徑間實(shí)現(xiàn)無級(jí)連續(xù)變化，按各種狀況選擇最佳的變速比行駛，就像帶有變速器的自行車的齒輪變成無級(jí)變速齒輪一樣。由於是無級(jí)變速，在換檔時(shí)完全沒有變速的沖擊，行駛非常平穩(wěn)。通常的4檔AT轎車是將4個(gè)檔的齒輪按行駛狀態(tài)進(jìn)行變速。而CVT是無級(jí)變速，所以不會(huì)出現(xiàn)上坡時(shí)檔位在3檔、4檔之間來回變化的情況。這種無齒的變速器，實(shí)現(xiàn)了扭矩的零損失傳遞，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)有力的行駛，對(duì)於汽車工業(yè)是一個(gè)巨大的貢獻(xiàn)。  全電子控制提高了駕駛性能并同時(shí)降低了油耗。一般CVT的變速控制、油壓控制、固定控制全部由電子控制，從而實(shí)現(xiàn)了按駕駛情況選擇速比的最佳選擇。 由於傳統(tǒng)的CVT采用的是沒有增大扭矩作用的電磁離合器，在起步時(shí)缺乏強(qiáng)有力的扭矩，所以起步加速性較差。CVT采用了液壓變矩器，其增加扭矩的作用使起步加速性能有很大的提高。液壓變矩器的超低扭力使傳統(tǒng)CVT所不擅長(zhǎng)的斜坡起步、倒車入庫(kù)等性能也得到了提高。 它的內(nèi)部并沒有傳統(tǒng)變速箱的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，而是以兩個(gè)可改變直徑的傳動(dòng)輪，中間套上傳動(dòng)帶來傳動(dòng)。基本原理是將傳動(dòng)帶兩端繞在一個(gè)錐形帶輪上，帶輪的外徑大小靠油壓大小進(jìn)行無級(jí)的變化。起步時(shí)，主動(dòng)帶輪直徑變?yōu)樽畲笾睆剑粍?dòng)帶輪變?yōu)樽钚?，?shí)現(xiàn)較高的傳動(dòng)比。隨著車速的增加和各個(gè)傳感器信號(hào)的變化，電腦控制系統(tǒng)來斷定控制兩個(gè)帶輪的控制油壓，最終改變帶輪直徑的連續(xù)變化，從而在整個(gè)變速過程中達(dá)到無級(jí)變速。 　　而錐形帶輪之間的傳動(dòng)帶，在過去的一段時(shí)間，由于材質(zhì)的原因，所受的拉力有限，所能承受的扭矩有限，只能用在摩托車式小排量車上。近些年來，隨著材料技術(shù)、加工工藝的不斷提高，生產(chǎn)出特殊材料制造的剛制傳動(dòng)帶和錐型帶輪。徹底實(shí)現(xiàn)了大功率、大扭矩轎車的要求。 CVT最大的特點(diǎn)是無級(jí)控制輸出的速比，在行駛中達(dá)到行云流水的感覺，從而沒有了換檔的感覺。乘員感覺不到換檔沖擊，動(dòng)力銜接連貫。這樣CVT在行駛時(shí)增加了舒適性，加速也會(huì)比自動(dòng)變速器快。 CVT系統(tǒng)主要包括主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個(gè)金屬片構(gòu)成。主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組都由可動(dòng)盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動(dòng)，另一側(cè)則固定?？蓜?dòng)盤與固定盤都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動(dòng)帶嚙合。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸輸出的動(dòng)力首先傳遞到CVT的主動(dòng)輪，然后通過V型傳動(dòng)帶傳遞到從動(dòng)輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車輪來驅(qū)動(dòng)汽車。工作時(shí)通過主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的可動(dòng)盤作軸向移動(dòng)來改變主動(dòng)輪、從動(dòng)輪錐面與V型傳動(dòng)帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動(dòng)比?？蓜?dòng)盤的軸向移動(dòng)量是由駕駛者根據(jù)需要通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)主動(dòng)輪、從動(dòng)輪液壓泵油缸壓力來實(shí)現(xiàn)的。由于主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的工作半徑可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了無級(jí)變速。 　　在金屬帶式無級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)中，從動(dòng)油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力高效、可靠的傳遞。主動(dòng)油缸控制主動(dòng)錐輪的位置沿軸向移動(dòng)，在主動(dòng)輪組金屬帶沿V型槽移動(dòng)，由于金屬帶的長(zhǎng)度不變，在從動(dòng)輪組上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化。 　　汽車開始起步時(shí)，主動(dòng)輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動(dòng)比，從而保證驅(qū)動(dòng)橋能夠有足夠的扭矩來保證汽車有較高的加速度。隨著車速的增加，主動(dòng)輪的工作半徑逐漸減小，從動(dòng)輪的工作半徑相應(yīng)增大，CVT的傳動(dòng)比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。 §2.2 菱錐無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 菱錐變速器的輸入軸與輸出軸位于同一軸線上，采用了中間體并列分流的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、單位體積的承載能力大。 菱錐的形狀是對(duì)稱的，兩側(cè)椎體的接觸母線A和B平行，而且相對(duì)于輸入和輸出軸傾斜安裝。因?yàn)閬砹忮F與主動(dòng)輪和外環(huán)的連線在變速及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終與母線A、B垂直，所以主動(dòng)輪和外環(huán)作用在菱錐上的壓緊力、互相抵消，菱錐及其心軸不受彎曲力矩作用。這樣，菱錐心軸和菱錐之間的滾針軸承幾乎沒有磨擦損失。圖3-51是菱錐裝在支架上的情況。 菱錐母線與水平軸線之間的交角很小，通常取=，因輸入和輸出軸的軸承上受到的軸向力很小，僅為法向總壓緊力的1/8,因此，傳遞大功率時(shí)軸承負(fù)載不嚴(yán)重。 采用了兩套鋼球V形槽自動(dòng)加壓裝置，保證了傳動(dòng)件不會(huì)受到不必要的、過大的預(yù)壓緊力，為提高傳動(dòng)效率與壽命有利。由于加壓裝置的槽升角較大（輸入側(cè)=、輸出側(cè)），而摩擦副處所需的軸向壓緊力又較小，因此加壓裝置的動(dòng)作特別靈敏，抗沖擊能力也較強(qiáng)。 由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，變速器可以正反轉(zhuǎn)。 它靠散熱片散熱降溫，并提高殼體剛性。目前，國(guó)外生產(chǎn)的中小型菱錐無級(jí)變速器（10kW）是與電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接的，傳動(dòng)部分靠飛濺潤(rùn)滑；而較大功率者（10kW以上）則有風(fēng)扇冷卻，并用油泵進(jìn)行強(qiáng)迫潤(rùn)滑。油泵的排油端裝有高靈敏度流量開關(guān)，當(dāng)排油量下降時(shí)，它立即使主電機(jī)停止。為了適應(yīng)大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和沖壓負(fù)載的條件，在電機(jī)與變速器之間裝有磁粉離合器。菱錐變速器的安裝形式有立式和臥式兩種，可根據(jù)需要選用。 §2.3 菱錐無級(jí)變速器的變速原理 ω3 P3 T3 T3 P3 0 2 r23 r21 δ δ b L H (b) (a) α β d1 d3 d 2 1 3 r23 r21 r23 r21 ω1 ω3 O2 O2 O2 ω2 T3 P3 ω2 圖2-1菱錐式無級(jí)變速器原理 圖2-1為一種型式的菱錐式無級(jí)變速器。輸入軸1的轉(zhuǎn)速為ω1，菱錐2被壓緊在輸入與輸出軸端部的環(huán)狀空間之間，菱錐2的軸線與輸入軸1的軸線之間的夾角為α，菱錐2繞自身的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，菱錐2的水平位置由位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)菱錐2與輸入軸環(huán)的接觸點(diǎn)到輸入軸線的距離為0.5d1，菱錐2的接觸半徑為r21；菱錐2與輸出環(huán)的接觸點(diǎn)到輸出軸線的距離為0.5d3，菱錐2的接觸半徑為r23。由圖12.13(b)的尺寸關(guān)系得r21、r23的函數(shù)式分別為r21＝(L－b－H)tanδ，r23＝btanδ，L、H為結(jié)構(gòu)常數(shù)，b為自變量。設(shè)菱錐2作無相對(duì)滑動(dòng)的相對(duì)滾動(dòng)，菱錐2與輸入軸環(huán)之間的速度關(guān)系為0.5d1 ω1＝ω2 r21，菱錐2與輸出環(huán)之間的速度關(guān)系為0.5d3 ω3＝ω2 r23，則輸出軸3的轉(zhuǎn)速ω3與傳動(dòng)比i13分別為 當(dāng)菱錐2在水平方向移動(dòng)（在垂直方向也產(chǎn)生附加的移動(dòng)）時(shí)，輸出軸的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。該種無級(jí)變速器傳遞的功率可達(dá)37 KW，機(jī)械效率為0.8～0.93，傳動(dòng)比在0.8～7之間。設(shè)P3、T3分別表示輸出軸3的功率與轉(zhuǎn)矩，則菱錐式無級(jí)變速器的機(jī)械特征如圖12.14所示。 圖2-2為菱錐在支架上的分布；圖2-3示為菱錐無級(jí)變速器的兩種結(jié)構(gòu)，變速器的主要元件是主動(dòng)輪3、菱錐4和外環(huán)8。菱錐一般為3～8個(gè)圓周方向均布支撐在支架11上。鋼球V形槽加壓裝置2的加壓盤用鍵聯(lián)接在輸入軸1上，而主動(dòng)輪3則滑套在軸1上，輪3在加壓裝置的作用下以適當(dāng)?shù)膲毫εc菱錐接觸，菱錐4又始終與外環(huán)8保持接觸。外環(huán)8與從動(dòng)輪6之間也是用鋼球V形槽式加壓裝置聯(lián)接的。因此，動(dòng)力由軸1輸入經(jīng)自動(dòng)加壓裝置2傳給3，再依靠摩擦力的作用，經(jīng)菱錐4、外環(huán)8、輸出側(cè)加壓裝置7和從動(dòng)輪6而傳遞到輸出軸5上。 由于菱錐變速器是升、降變速型的，所以采用了兩套自動(dòng)加壓裝置，各傳動(dòng)副之間的壓緊力是與負(fù)載成正比變化的，因而不會(huì)打滑。啟動(dòng)時(shí)的壓緊力是由預(yù)壓彈簧提供的。 圖2-2 支架分布 圖2-3無級(jí)變速機(jī)的兩種結(jié)構(gòu) 調(diào)速時(shí)，滑動(dòng)齒輪（螺桿）10，通過支架11上的齒條（螺母）使支架11作水平軸向移動(dòng)，而菱錐4則在隨支架作水平移動(dòng)的同時(shí)，還自動(dòng)地沿菱錐心軸作相對(duì)滑動(dòng)，使菱錐兩側(cè)椎體的工作直徑發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。圖2-4是輸出轉(zhuǎn)速最低和最高時(shí)，菱錐與主、從動(dòng)輪的相對(duì)位置。調(diào)速是在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行的。 圖2-4 高低速輸出軸 第三章 菱錐無級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 §3.1 菱錐與主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 結(jié)構(gòu)見圖3-1 圖3-1菱錐結(jié)構(gòu)尺寸 查［1］表3-10 因?yàn)?12，則、的推薦值為1.75、 則 =1750 r/min , =146r/min 因=1000r/min,當(dāng)≠1500r/min時(shí),查［1］3-5 =0.77 則 計(jì)算功率 =P/=3/0.77=3.896 查［1］表 3-12，變速器型號(hào)取K10 表 3- 13，得菱錐工作高度h= 63mm,主動(dòng)輪工作直徑=124,外環(huán)工作直徑=252mm ，接觸線長(zhǎng)度b=3mm，主動(dòng)輪接觸圓弧半=0.5， 又=124mm，所以==60mm §3.2傳動(dòng)件有關(guān)尺寸計(jì)算 菱錐心軸傾斜角=，錐頂半角= 菱錐母線與水平軸線的交角=-= 菱錐長(zhǎng)度L=2hsin≈80mm, 最大直徑=hsec≈80mm, 最小直徑=hseccos2=19.8mm 由于表3-13所推薦 ≠ 及≠ 故 菱錐的工作直徑=≈24mm =≈78mm 菱錐母線有效工作段長(zhǎng)度 S=≈45mm 菱錐沿心軸方向移動(dòng)量 =≈7mm 支架水平移動(dòng)量 ≈38mm 支架凸緣間距 ,其中 =3～5mm 極限位置時(shí)，菱錐端面與凸緣間的間隙，通常取C=3～5mm,此時(shí)取C=5mm，則 =108mm. 菱錐孔徑取=14mm. §3.3 傳動(dòng)件有關(guān)尺寸的校核 = = =156.319， ==1785.474 ==11.42 ==1.785 ==0.156 菱錐的轉(zhuǎn)速 =6080.611r/min =1799.185r/min §3.4 加壓裝置有關(guān)尺寸的計(jì)算： 鋼球式自動(dòng)加壓裝置它由加壓盤4，加壓鋼球3，保持架2，調(diào)整墊圈7，蝶形 彈簧6和摩擦輪與加壓盤相對(duì)端面上各有的幾條均布的V行槽。每個(gè)槽內(nèi)有一 個(gè)鋼球，中間以保持架2保持鋼球的相對(duì)位置。摩擦輪與加壓盤之間還有預(yù)壓 碟行彈簧并襯以調(diào)整墊圈。改變調(diào)整墊圈的厚度，即可調(diào)整彈簧的變形量及預(yù) 壓力。如下圖下圖3-1所示 圖3-1 鋼球V行槽式加壓裝置 鼓形滾子中心圓直徑 ,取84mm 式中D1——錐輪直徑。 加壓盤V行槽的槽傾角 式中 ——錐輪錐頂半角； f—— 錐輪與鋼球的摩擦系數(shù)。 鼓形滾子直徑 ,取12mm 鼓形滾子個(gè)數(shù) =6 ， f=0.04～0.045 槽傾角 = 取= 輸出側(cè)加壓裝置 鋼球中心圓直徑 取=270 mm 鋼球直徑為，個(gè)數(shù)為 ，則=14mm, =6 槽傾角 = 取= 最大接觸應(yīng)力的驗(yàn)算 由于按表推薦之與值小于按公式計(jì)算所得到的數(shù)值，而且與均未取理論計(jì)算值，故應(yīng)進(jìn)行允許傳動(dòng)功率［N］或最大接觸應(yīng)力的驗(yàn)算。在設(shè)計(jì)時(shí)只需進(jìn)行一項(xiàng)即可。 接觸點(diǎn)曲率半徑 ===14.6091 =h-=63-=13.6263 =mm =mm 正壓力 =N =N 最大接觸應(yīng)力的驗(yàn)算 =192=192=2218.252 =192=192=1916.7674 許用接觸應(yīng)力 查［3］表25.2-22 取材料為GCr15,取［］=2300MPa 經(jīng)驗(yàn)算，、均小于［］，符合要求。 §3.5 輸入、輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 輸入軸： n=1000r/min,P=3Kw ， 根據(jù)查表15-3，選用45鋼，調(diào)度處理 取 輸出軸的最小直徑顯然是它裝聯(lián)軸器處軸的直徑，據(jù)此選聯(lián)軸器型號(hào) 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ,查表14-1，取=1.3 T=950000=28650Nmm =37245 Nmm 由于， n ［n］,因有鍵存在，軸的尺寸需加大3%～5%，查［6］表11-4～11-14 彈性柱銷選LX2，其孔徑取28mm,則最小軸徑段取28mm,公稱轉(zhuǎn)矩和許用轉(zhuǎn)速分別為560 Nm,6300r/min。 選長(zhǎng)系列，L=62mm,則軸的長(zhǎng)度取58mm,為了壓在聯(lián)軸器上，查［5］表9-4，b=8, h=7,L=30,公差為h8。 輸出軸的設(shè)計(jì)和輸入軸基本相似。 §3.6 輸入、輸出軸上軸承的選用 深溝球軸承6，根據(jù)尺寸，選d=35,則軸承型號(hào)為61807 D=47, B=7, =45 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，角接觸球軸承10選取角接觸球軸承7008C，軸徑取40，D=68,B=15,a=14.7 圓柱滾子26軸承取NU1006。 滾針軸承25取NA4905。 第四章 主要零件的校核 §4.1 輸出、輸入軸的校核 選輸出軸做校核。 輸出軸的載荷分析圖如下圖 圖4-1 軸的校核分析圖 根據(jù)軸的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出截面處的及M的值如下表4.1 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F FNH1=2046N , FNH2=752N FNV1=1587N , FNV2=292N 彎矩M MH1=7180.2N.mm MH2=18800N.mm MV1=3550N.mm MV2=9806.95N.mm 總彎矩 M1 = N.mm M2= N.mm 扭矩T T=28650N.mm 彎矩扭合成應(yīng)力校核軸端強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面D）的強(qiáng)度。軸的計(jì)算應(yīng)力按公式計(jì)算。 取 =0.6， =12.6MPa 前已經(jīng)選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，由表查得。 所以 ，故安全。 §4.2 軸承的校核 按手冊(cè)選擇C=4900N的軸承 應(yīng)此軸承的基本額定靜載荷=4000N。驗(yàn)算如下： 求相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的e值與Y值。相對(duì)軸向載荷，在表中介于0.07～0.13之間，相對(duì)應(yīng)的e值為0.27～0.31，Y為1.6～1.4。 用線性插值法求Y值。 Y=1.4+= X=0.56，Y=1.6 3） 求當(dāng)量動(dòng)載荷= 4） 驗(yàn)算軸承的壽命： 所以安全。 總 結(jié) 菱錐無級(jí)變速具有變速范圍寬、輸出轉(zhuǎn)速低、容量大和功率恒定等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而目前世界上各先進(jìn)工業(yè)國(guó)均對(duì)其進(jìn)行了系列化生產(chǎn)，并獲得了廣泛的應(yīng)用。菱錐無級(jí)變速器的輸入軸與輸出軸位于同一軸線上，采用了中間體并列分流的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、單位體積的承載能力大。菱錐無級(jí)變速器采用了兩套自動(dòng)加壓裝置，各傳動(dòng)副之間的壓緊力是與負(fù)載成正比變化的，因而不會(huì)打滑。啟動(dòng)時(shí)的壓緊力是由預(yù)壓彈簧提供的。菱錐的形狀是對(duì)稱的，兩側(cè)錐體的接觸母線平行，而且相對(duì)于輸入和輸出軸傾斜安裝。因?yàn)榱忮F與主動(dòng)輪和外環(huán)接觸點(diǎn)的連線在變速及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終與母線垂直，所以主動(dòng)輪和外環(huán)作用在菱錐上的壓緊力互相抵消，菱錐及其心軸不受彎曲力矩作用，這樣，菱錐心軸和菱錐之間的滾針軸承幾乎沒有摩擦