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目 錄
摘要 ………………………………………………………………………………………Ⅱ
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅲ
第一章 緒論 ………………………………………………………………………………1
1.1 機械無級變速器的發(fā)展概況 …………………………………………………1
1.2 機械無級變速器的特征和應用 ………………………………………………2
1.3 無級變速器的研究現(xiàn)狀 ………………………………………………………3
1.4 畢業(yè)設計內容和要求 …………………………………………………………3
第二章 無級變速總體方案 …………………………………………………………5
2.1 鋼球長錐式（RC型）無級變速器 ……………………………………………5
2.2 鋼球外錐式無級變速器 ………………………………………………………5
2.3 兩類型的比較與選擇 ………………………………………………………… 7
第三章 鋼球外錐式無級變速器部分零件的設計與計算 ……………………9
3.1 鋼球與主、從動錐輪的計算與設計 …………………………………………9
3.2 加壓盤的設計與計算 …………………………………………………………10
3.3 調速齒輪上的變速曲線槽的設計與計算 ……………………………………12
3.4 輸入軸的設計與計算 …………………………………………………………13
3.5 端蓋的設計與計算 ……………………………………………………………15
3.6 調速機構的設計與計算 ………………………………………………………16
第四章 主要零件的校核 ……………………………………………………………18
4.1 輸出、輸入軸的校核 …………………………………………………………18
4.2 軸承的校核 ……………………………………………………………………20
4.3 鍵的校核 ………………………………………………………………………21
第五章 無極變速器的裝配……………………………………………………………24
畢業(yè)設計總結 ……………………………………………………………………………25
致謝 ……………………………………………………………………………………… 26
參考文獻……………………………………………………………………………………27
附錄 翻譯譯文及原文……………………………………………………………… 28
小功率機械無級變速器結構設計
摘要：機械無級變速器是一種能適應工藝要求多變、工藝流程機械化和自動化發(fā)展以及改善機械工作性能的一種通用傳動裝置。本文簡要介紹了摩擦式機械無級變速器的基本結構、設計計算的方法、材質及潤滑等方面的知識，并以此作為本次無級變速器設計的理論基礎。
本設計采用的是以鋼球錐輪作為中間傳動元件，通過改變鋼球的工作半徑來實現(xiàn)輸出軸轉速連續(xù)變化的鋼球錐輪式無級變速器。本文分析了在傳動過程中變速器的主、從動輪，鋼球和外環(huán)的工作原理和受力關系；詳細推導了實用的鋼球錐輪式無級變速器設計的計算公式；并針對設計所選擇的參數進行了具體的設計計算；繪制了所計算的鋼球錐輪式無級變速器的裝配圖和主要傳動元件的零件圖，將此變速器的結構和工藝等方面的要求表達得更為清楚。
這種無級變速器有良好的結構和性能優(yōu)勢，具有很強的實用價值，完全可以作為批量生產的無級變速器。其主要特點是：1.變速范圍較寬；2.恒功率特性好；3.可以升、降速，正、反轉。4.運轉平穩(wěn)，抗沖擊能力較強；5.輸出功率較大；6.使用壽命長；7.調速簡單，工作可靠；8.容易維修。
關鍵詞：無級變速器，摩擦式，鋼球錐輪式，設計。
Small power machinery variator structure design
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 frication type variable speed drives, and taking them as the theory basis of the design of mechanical variable speed drives.
This design uses the ball 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, ball wheel and outer ring during the transmission process. It also deduces the practical calculation formula of the ball 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 ball 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.
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.
Keywords: CVT，friction type，ball pyramid type，design.
34
第一章 緒論
1.1機械無級變速器的發(fā)展概況
無級變速器分為機械無級變速器，液壓傳動無級變速器，電力傳動無級變速器三種，但本設計任務要求把無級變速器安裝在自行車上，所以一般只能用機械無級變速器，所以以下重點介紹機械無級變速器。
機械無級變速器最初是在19世紀90年代出現(xiàn)的，至20世紀30年代以后才開始發(fā)展，但當時由于受材質與工藝方面的條件限制，進展緩慢。直到20世紀50年代，尤其是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(xiàn)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(xiàn)機械化、自動化以及機械要改進工作性能，都需要大量采用無級變速器。因此在這種形式下，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美國、日本、德國、意大利和俄國等。產品有摩擦式、鏈式、帶式和脈動式四大類約三十多種結構形式。
國內無級變速器是在20世紀60年代前后起步的，當時主要是作為專業(yè)機械配套零部件，由于專業(yè)機械廠進行仿制和生產，例如用于紡織機械的齒鏈式，化工機械的多盤式以及切削機床的Kopp型無級變速器等，但品種規(guī)格不多，產量不大，年產量僅數千臺。直到80年代中期以后，隨著國外先進設備的大量引進，工業(yè)生產現(xiàn)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)廠才開始建立并進行規(guī)?；a，一些高等院校也開展了該領域的研究工作。經過十幾年的發(fā)展，國外現(xiàn)有的幾種主要類型結構的無級變速器，在國內皆有相應的專業(yè)生產廠及系列產品，年產量約10萬臺左右，初步滿足了生產發(fā)展的需要。與此同時，無級變速器專業(yè)協(xié)會、行業(yè)協(xié)會及情報網等組織相繼建立。定期出版網訊及召開學術信息會議進行交流。自90年代以來，我國先后制定的機械行業(yè)標準共14個：
JB/T 5984-92??《寬V帶無級變速裝置基本參數》
JB/T 6950-93??《行星錐盤無級變速器》
JB/T 6951-93??《三相并聯(lián)連桿脈動無級變速器》
JB/T 6952-93??《齒鏈式無級變速器》
JB/T 7010-93??《環(huán)錐行星無級變速器》
JB/T 7254-94??《無級變速擺線針輪減速機》
JB/T 7346-94??《機械無級變速器試驗方法》
JB/T 7515-94??《四相并列連桿脈動無級變速器》
JB/T 7668-95??《多盤式無級變速器》
JB/T 7683-95??《機械無級變速器?? 分類及型號編制方法》
1.2機械無級變速器的特征和應用
機械無級變速器是一種傳動裝置，其功能特征主要是：在輸入轉速不變的情況下，能實現(xiàn)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；其結構特征主要是：需由變速傳動機構、調速機構及加壓裝置或輸出機構三部分組成。
機械無級變速器的適用范圍廣，有在驅動功率不變的情況下，因工作阻力變化而需要調節(jié)轉速以產生相應的驅動力矩者（如化工行業(yè)中的攪拌機械，即需要隨著攪拌物料的粘度、阻力增大而能相應減慢攪拌速度）；有根據工況要求需要調節(jié)速度者（如起重運輸機械要求隨物料及運行區(qū)段的變化而能相應改變提升或運行速度，食品機械中的烤干機或制藥機械要求隨著溫度變化而調節(jié)轉移速度）；有為獲得恒定的工作速度或張力而需要調節(jié)速度者（如斷面切削機床加工時需保持恒定的切削線速度，電工機械中的繞線機需保持恒定的卷繞速度，紡織機械中的漿紗機及輕工機械中的薄膜機皆需調節(jié)轉速以保證恒定的張力等）；有為適應整個系統(tǒng)中各種工況、工位、工序或單元的不同要求而需協(xié)調運轉速度以及需要配合自動控制者（如各種各樣半自動或自動的生產、操作或裝配流水線）；有為探求最佳效果而需變換速度者（如試驗機械或李心機需調速以獲得最佳分離效果）；有為節(jié)約能源而需進行調速者（如風機、水泵等）；此外，還有按各種規(guī)律的或不規(guī)律的變化而進行速度調節(jié)以及實現(xiàn)自動或程序控制等。
綜上所述。可以看出采用無級變速器，尤其是配合減速傳動時進一步擴大其變速范圍與輸出轉矩，能更好的適應各種工況要求，使之效能最佳，在提高產品的產量和質量，適應產品變換需要，節(jié)約能源，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的機械化、自動化等各方面皆具有顯著的效果。故無級變速器目前已成為一種基本的通用傳動形式，應用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機床、電工、起重運輸礦山冶金、工程、農業(yè)、國防及試驗等各類機械。
1.3無級變速器的研究現(xiàn)狀
隨著我國在基礎設施和重點建設項目上的投入加大，重型載貨車在市場上的需求量急劇上升，重型變速箱的需求也隨之增加,近年來，重型汽車變速器在向多極化、大型化的方向發(fā)展. 現(xiàn)在，我國已經對變速箱的設計，從整機匹配到構件的干涉判別和整個方案的模糊綜合判別，直到齒輪、離合器等校核都開發(fā)了許多計算機設計軟件，但是，大都沒形成工業(yè)化設計和制造，因此，還需要進一步加強.我過的汽車技術還需要進一步發(fā)展.
隨著科技的不斷進步，CVT技術的不斷成熟，汽車變速箱最終會由CVT替代手動變速箱（MT）和有級自動變速箱（AT），無級變速汽車是當今汽車發(fā)展的主要趨勢,但是, 中國還沒有掌握全套的汽車自動變速箱技術，也就還沒有形成市場所需成熟的汽車自動變速箱產品。有人主張直接從國外引進先進的汽車自動變速箱技術，不料國外所有相關公司都想直接從國外把汽車自動變速箱產品銷售到中國市場或者在中國建立獨資企業(yè)就地生產銷售產品，不愿與中國的企業(yè)合作開發(fā)生產獲取高額壟斷利潤。
重型汽車變速器是指與重型商用車和大型客車匹配的變速器, 盡管在行業(yè)中對變速器的容量劃分沒有明確的界限, 但我們通常將額定輸入扭矩在100kgm以上的變速器稱為重型變速器。國內重型車變速器產品的技術多源于美國、德國、日本等幾個國家,引進技術多為國外80～90 年代的產品。作為汽車高級技術領域的重型汽車變速器在國內通過漫長的引進消化過程,如今已有長足的進步,能夠在原有引進技術的基礎上,通過改型或在引進技術的基礎上自行開發(fā)出符合配套要求的新產品,每年重型車變速器行業(yè)都能有十幾個新產品推向市場。但從當今重型車變速器的發(fā)展情況來看,在新產品開發(fā)上國內重型車變速器仍然走的是一般性的開發(fā)過程,沒有真正的核心技術產品; 從國內重型變速器市場容量來看, 有三分之一的產品來自進口, 而另外三分之二的產品中有80 %以上的產品均源自國外的技術,國內自主開發(fā)的重型變速器產品銷量很小。這說明國內重型變速器廠家的自主開發(fā)能力仍然很薄弱,應對整車新車型配套產品的能力遠遠不夠。2004 年年初我國出臺城市車輛重點發(fā)展13. 8m客車上使用的變速器, 目前只有ZF 一家能向國內企業(yè)供應。這足以說明國內的重型車變速器企業(yè)仍然很渺小,在技術方面仍然有很長的路要走。國內重型汽車變速器幾乎由陜西法士特齒輪有限責任公司、綦江齒輪傳動有限公司、山西大同齒輪集團有限責任公司及一汽哈爾濱變速箱廠等幾大家包攬。這些企業(yè)大多數變速器產品針對的市場各有側重, 像陜西法士特在8t 以上重型車市場占有率達到40 %以上, 并且在15t 以上重卡市場占有絕對的優(yōu)勢, 擁有85 %以上的市場份額; 綦江齒輪傳動有限公司主要為安凱、西沃、亞星奔馳、桂林大宇及廈門金龍等企業(yè)的7～12m高檔大、中型客車以及總質量在14～50t 重型載貨車、鞍式牽引車、自卸車及各式專用車、特種車配套;山西大同齒輪集團配套市場主要在8～10t 級的低噸位重型載貨車方面.隨著國內汽車市場的發(fā)育成長, 變速器產品型譜逐步細化,產品的針對性越來越強。因此,在保證現(xiàn)有變速器生產和改進的同時, 要充分認識到加入WTO 后良好的合作開發(fā)機遇,取長補短,同時更應認識到供方、買方、替代者、潛在入侵者、產品競爭者的巨大壓力。要緊跟重型商用車行業(yè)向高檔、高技術含量和智能化方向發(fā)展的趨勢, 緊跟客車低地板化、綠色環(huán)?；?、城市公交大型化的發(fā)展方向,開發(fā)和生產具有自主知識產權、適合我國國情的重型汽車變速器。
1.4 畢業(yè)設計內容和要求
畢業(yè)設計類容：小功率機械無級變速器結構的設計；比較和選擇合適的方案，
無級變速器變速器的結構設計與計算；對關鍵部件進行強度和壽命校核
設計要求：輸入功率P=1.1kw，輸入轉速n=1500 r/min，調速范圍
結構設計時應使制造成本盡可能低；安裝拆卸要方便；外觀要勻稱，美觀；調速要靈活，調速過程中不能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，能實現(xiàn)動態(tài)無級調速；關鍵部件滿足強度和壽命要求；畫零件圖和裝配圖。
電機的選擇：經計算可知選擇Y905——4型電機最匹配
第二章 無級變速器總體方案
2.1鋼球長錐式(RC型)無級變速器
圖2-1 RC型變速器結構簡圖
圖2-2 RC型變速器的機械特性
鋼球長錐式(RC型)無級變速器
如上圖2-1所示，為一種早期生產的鋼球長推錐式無級變速器結構簡圖，是利用鋼環(huán)的彈性楔緊作用自動加壓而無需加壓裝置。由于采用兩軸線平行的長錐替代了兩對分離輪，并且通過移動鋼環(huán)來進行變速，所以結構特別簡單。但由于長錐的錐度較小，故變速范圍受限制。
RC型變速器屬升、降速型，其機械特性如下圖所示。技術參數為：傳動比 i21 = n2/n1 =2～0.5,變速比= 4,輸入功率P1=（0.1～2.2） kw ，輸入轉速 n1=1500 r/min ,傳動效率η＜85% 。一般用于機床和紡織機械等.圖2-2為RC型變速器的機械特性
2.2鋼球外錐式無級變速器
圖2-3 鋼球外推式無級變速器
1,11-輸入，輸出軸 2，10-加壓裝置 3，9-主，從動錐輪 4-傳動鋼球
5-調速蝸輪 6-調速蝸桿 7-外環(huán) 8-傳動鋼球軸 12，13-端蓋
圖2-1 鋼球外錐式無級變速器
如圖2-3所示，動力由軸1輸入，通過自動加壓裝置2，帶動主動輪3同速轉動，經過一組（3～8）鋼球4利用摩擦力驅動輸出軸11，最后將運動輸出。傳動鋼球的支承軸8的兩端，嵌裝在殼體兩端蓋12和13的徑向弧行倒槽內，并穿過調速渦輪5的曲線槽；調速時，通過蝸桿6和蝸輪5轉動，由于曲線槽的作用使鋼球軸線的傾斜角發(fā)生變化，導致鋼球與兩錐輪的工作半徑改變，輸出軸轉速得到調節(jié)。其動力范圍為：Rn=9，Imax=1/Imin，P≤11 kw ，ε≤4% ，η＝0.80～0.92 。此種變速器應用廣泛。
從動調速齒輪5的端面分布一組曲線槽，曲線槽數目與鋼球數相同。曲線槽可用阿基米德螺旋線，也可用圓弧。當轉動主動齒輪6使從動齒輪5轉動時，從動齒輪的曲線槽迫使傳動鋼球軸8繞鋼球4的軸心線擺動，傳動輪3以及從動輪9與鋼球4的接觸半徑發(fā)生變化，實現(xiàn)無級調速。具體變速分析如下
鋼球外錐式無級變速器變速如圖2-4所示：中間輪為一鋼球，主、從動輪式母線均為直線的錐輪，接觸處為點接觸。主、從動輪的軸線在一直線上，調速時主、從動輪作半徑不變，而是通過改變中間輪的回轉軸線的傾斜角θ籍以改變其兩側的工作半徑來實現(xiàn)變速。
圖2-4 鋼球錐輪無級變速器的變速
圖2-5 鋼球錐輪無級變速器的變速曲線
2.3兩方案的比較與選擇
鋼球長錐式(RC型)無級變速器結構很簡單，且使用參數更符合我們此次設計的要求，但由于在調速過程中，怎樣使鋼環(huán)移動有很大的難度，需要精密的裝置，顯得不合理。而鋼球外錐式無級變速器的結構也比較簡單，原理清晰，各項參數也比較符合設計要求，故選擇此變速器。只是字選用此變速器的同時須對該裝置進行部分更改。須更改的部分是蝸輪蝸桿調速裝置部分。因為我是選用了8個鋼球，曲線槽設計見第三章，一個曲線槽跨度是900，也就是說從最大傳動比調到最小傳動比，需要使其轉過900，而普通蝸輪蝸桿傳動比是1/8，那么其結構和尺寸將完全不符合我們設計的要求。為此，我想到了將它們改為兩斜齒輪傳動，以用來調速。選用斜齒輪是因為斜齒輪傳動比較平穩(wěn)。在設計過程中，將主動斜齒輪的直徑設計成從動斜齒輪的3/4，這樣只要主動輪轉動1200，那么從動輪就會轉動900，符合設計要求。
第三章 鋼球外錐式無級變速器部分零件的設計與計算
3.1鋼球與主﹑從動錐齒輪的設計與計算
試確定傳動件的主要尺寸
1. 選材料：鋼球，錐輪，外環(huán)及加壓盤均用Gr15，表面硬度HR61，摩擦系數f=0.04，許用接觸應力，傳動件﹝σj﹞=2200～2500MPa加壓元件﹝σ﹞=4000～5000MPa。
2. 預選有關參數為：錐輪錐頂半角，傳動鋼球個數為Z=6加壓鋼球數m=12，錐輪與鋼球c1==1.5,=1.25、η=0.8。
3.有關運動參數的計算
由，
傳動比，
鋼球支撐軸承的極限轉角：
（增速方向）
（減速方向）
4. 計算確定傳動鋼球的直徑
曲率系數：
系數：據值查表25·2—20（機械設計手冊4—無級變速器） 得a=1.14,b=0.883 ，帶入公式
表3—1按傳遞功率N選取鋼球直徑 mm
N KW
10
7.5
5.5
4.0
3.0
2.2
1.5
1.1
0.75
0.50
Z
3
—
—
—
—
—
—
69.85
63.5
57.15
47.625
5
118.475
107.95
101.6
88.9
76.2
69.85
63.5
57.15
47.625
42
6
112.125
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
—
8
88.9
76.2
69.85
—
—
—
—
—
—
—
注：1.本表按，
計算，并按鋼球直徑規(guī)格進行了圓整。
2.采用3個鋼球時，錐輪尺寸與6個鋼球時相同。
3. 應將傳遞功率除以表中的折算系數，然后再查此表。
4.當時應將傳遞功率除以后再查此表。
按鋼球規(guī)格圓整取mm
圓錐工作直徑mm
圓整取
則
驗算接觸應力
應此在許用接觸應力范圍內，故可用。
5. 計算尺寸
鋼球中心圓直徑
鋼球側隙
外環(huán)內徑Dr
由公式
外環(huán)軸向截面圓弧半徑R
取
錐輪工作圓之間的軸向距離B
3.2 加壓盤的設計與計算
1.鋼球式自動加壓裝置
它由加壓盤4，加壓鋼球3，保持架2，調整墊圈蝶形彈簧6和摩擦輪與加壓盤相對端面上各有的幾條均布的V行槽。每個槽內有一個鋼球，中間以保持架2保持鋼球的相對位置。摩擦輪與加壓盤之間還有預壓碟行彈簧并襯以調整墊圈。改變調整墊圈的厚度，即可調整彈簧的變形量及預壓力。如下圖下圖3-1所示
圖3-1 鋼球V行槽式加壓裝置
2.加壓裝置的主要參數確定
加壓盤作用直徑
式中D1——錐輪工作直徑。
加壓盤V行槽的槽傾角
取
式中 ——錐輪錐頂半角；
f——錐輪與鋼球的摩擦系數。
加壓鋼球按經驗公式取得
=
驗算接觸強度均不足，故改用腰型滾子8個，取滾子軸向截面內圓弧半徑=8cm，橫向中間截面半徑r=0.8cm。現(xiàn)驗其強度：
每個加壓滾子上法向壓緊力
加壓滾子曲率系數
根據，由表25·2—20（機械設計手冊4—無級變速器），查得系數a=2.38，b=0532。帶入公式得加壓盤處的最大接觸應力為
式中
校核要求 均滿足要求。
3.3 調速齒輪上變速曲線槽的設計與計算
1.調速渦輪槽型曲線及傳動鋼球的尺寸如下圖所示
3-2調速渦輪的槽型曲線
整個調速過程通常在渦輪轉角的范圍內完成，大多數取。槽型曲線可以為阿基米德螺旋線，也可以用圓弧代替，我選圓弧方法，變速槽中心線必須通過A,B,C三點，它們的極坐標分別為：
定出A,B,C三點后，用作圖法作出A,B，C三點的圓弧半徑R及圓心，槽寬10mm。3.4輸入軸的設計與計算
1.軸上零件的定位
為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向東相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置所以我采用定位軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和螺母等來保證。選取軸的材料為45號鋼，進行調制220~260HBS。
由設計要求知道，輸入功率n=1400r/min。
2.初步確定軸的最小軸徑
先按公式初步估算軸的最小直徑。根據表中數據，取，于是得：
輸入軸
根據推薦值，我選擇d=15mm。并且輸入，輸出軸端最小軸徑相同。根據最小軸徑根據公式，計算出應小于聯(lián)軸器公稱轉矩條件，查標準GB/T5014——2003，選取了彈性柱銷聯(lián)軸器根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
I軸段對軸II上的軸承內圈起定位作用并作為軸承座，取，，根據軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑劑的要求，直接采用氈圈密封。Ⅱ軸段安裝一軸承，該段，。Ⅲ為軸肩， 。Ⅳ安裝加壓盤一側和軸承，加壓盤用花鍵移動實現(xiàn)對錐輪的加壓，取花鍵 GB/T1144-2001，。Ⅴ安裝錐輪，此為過盈配合，只需保證最小軸徑，故取，。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。其中，退刀槽的槽寬2mm,深2mm.平鍵截面Ⅰ: ，.為保證Ⅰ帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇Ⅰ帶輪輪轂與軸的配合為；取軸端倒角為。如下圖所示。
圖3-3
2. 輸出軸的設計
由于主、從動錐輪一致，軸上零件布置也基本相同。同時主動輪的最小軸徑估算為，為了節(jié)省工藝及成本，從動輪采用與主動輪相同。
初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，主、從動軸軸Ⅰ段由于軸承到徑向力與周向力的作用，所以選用角接觸球軸承7305C GB/T292-1994。而軸IV只需深溝球軸承配合器徑向里就滿足要求了，故選取深溝球軸承6005 GB/T276-1994。
表3-2角接觸球軸承7305C GB/T292-1994
軸承代號
基本尺寸（mm）
安裝尺寸（mm）
70000AC
極限轉速
(r/min)
原軸承代號
d
D
B
r
min
d
min
D
r
a
(mm)
基本額定
脂潤滑
油潤滑
max
動載荷
靜載荷
(KN)
7305C
25
62
17
1.1
32
55
1
13.1
20.8
14.8
9500
14000
46305
表3-3深溝球軸承6005 GB/T276-1994
軸承代號
基本尺寸（mm）
安裝尺寸（mm）
基本額定
極限轉速
(r/min)
原軸承代號
d
D
B
r
min
d
min
D
r
動載荷
靜載荷
脂潤滑
油潤滑
max
(KN)
6005
25
47
12
0.6
30
42
0.6
10.0
5.85
13000
17000
105
3.5端蓋的設計
端蓋的寬度由變速器及軸承的結構來決定，使其適合拆裝及便于對軸承添加潤滑脂的要求，及兩端的端蓋相同。
圖3-4 凸輪式軸承端蓋
3.6 調速機構的設計與計算
調速操縱機構的作用：根據工作要求以手動或自動控制方式，改變滾動體(或脈動無級變速器的桿件)間的尺寸比例關系，來實現(xiàn)無級調速。同時通過速度表表盤上的指針直接指出任一調速位置時的輸出速度(或傳動比)。
根據變速器中傳動機構和滾動體形狀的不同，對應的調速機構也不同，但基本原理都是將其個某一個滾動體沿另一個(或幾個)滾動體母線移動的方式來進行調速。
一般滾動體均是以直線或圓弧為母線的旋轉體；因此，調速時使?jié)L動體沿另一滾動體表面作相對運動的方式，只有直線移動和旋轉(擺動)兩種力式。這樣可將調速機構分為下列兩大類：
1．通過使?jié)L動體移動來改變工作半徑的。主要用于兩滾動體的切線均為直線的情況，且兩輪的回轉軸線平行或梢交，移動的方向是兩輪的接觸線方向。
2．通過使?jié)L動體的軸線偏轉來改變工作半徑的。主要用于兩滾動體之一的母線為圓弧的情況。
鋼球外錐輪式無級變速器是采用第二種調速類型，通過渦輪-凸輪組合機構，經渦輪轉動再經槽凸輪而使鋼球心軸繞其圓心轉動，以實現(xiàn)鋼球主、從動側工作半徑的改變。調速渦輪在設計上應保證避免與其它零件發(fā)生干涉，同時采用單頭蝸桿，以增加自鎖性，避免自動變速而失穩(wěn)。
傳動鋼球小軸擺角與手輪轉角的關系為：
表3-4 蝸桿的基本尺寸
模數
mm
軸向齒距
mm
分度圓直徑
mm
頭數
直徑系數
mm
齒頂圓直徑
mm
齒根圓直徑
mm
值
分度圓柱導程角
2.5
7.899
45
1
18.00
50
37
281.25
表3-5 渦輪、蝸桿參數的匹配
中心距
mm
傳動比
模數
(mm)
蝸桿分度圓直徑
(mm)
蝸桿頭數
渦輪齒數
渦輪變位系數
100
62
2.5
45
1
62
0
在制造時，蝸輪上的z條槽要保證其圓周不等分性不超過。否則會造成鋼球轉速不一，引起磨損、嗓聲過大及溫升過高等現(xiàn)象。支承軸與曲線槽的側隙約為0.05mm左右，過大會在開車時引起沖擊現(xiàn)象，易導致鋼球支承軸彎曲甚至折斷。
第四章 主要零件的校核
4.1 輸出，輸入軸的校核
圖4-1
1.判斷危險截面，Ⅰ處與電機的鏈接，過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的 疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕地確定的，所以，可不必校核；ⅡⅣ兩處顯然不用校核；Ⅴ處為間隙配合，故無須校核；而Ⅲ處為軸肩，承受兩邊的扭轉力最大，故需校核。
1. Ⅲ軸端兩邊的應力計算
抗彎截面系數
抗扭截面系數
截面C左側的彎矩M為
截面C左側的扭矩為
截面上的彎曲應力為
截面上的扭轉切應力
軸的材料為45號鋼，調質處理，由軸常用材料性能表查得：
截面上由于退刀槽而形成的理論應力集中系數按手冊查取。
因
，經插值后可查得
又由手冊可得軸的材料的敏性系數為
故有應力集中系數
由手冊得尺寸系數；扭轉尺寸系數。
軸按磨削加工，由手冊得表面質量系數為
軸未經表面強化處理，即，按手冊得綜合系數為
又由手的得材料特性系數
于是，計算安全系數Sca值，按公式則得
故可知其安全。
3）截面C右側同理可的。安全。
故該軸在截面Ⅳ右側的強度也足夠的。本題因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。音癡，軸的設計校核結束。
4.2 軸承的校核
輸入、輸出軸采用相同設計，在此只要校核輸入軸的軸承是否滿足工程需要。
2)求兩軸承的計算軸向力
對于70000AC型軸承，按手冊，軸承派生軸向力，其中，為判斷
系數 ，其值由得大小來確定，但是現(xiàn)在軸承軸向力未知，故先初取，
因此可估算
又得：
查手冊確定。
3）求軸承當量動載荷，由手冊進行查表或插值計算得徑向載荷系數和軸向載荷系數為：
對軸承1 故 =2373
對軸承2 故=1950
4)驗算軸承壽命
因為，所以按軸承1的受力大小來驗算
綜合上述可得，該設計符合工程要求。
4.3．鍵的校核
設定輸入軸與V帶輪之間的鍵為1 ，加壓盤上的花鍵為鍵2。
普通平鍵的型式與尺寸如下圖：
圖4-2 普通型 平鍵 GB/T1096-79
矩形花鍵的連接
圖4-3 矩形花鍵尺寸 GB/T1144-87
由前面條件選取的鍵型號規(guī)格如下：
鍵1：圓頭普通平鍵（A型） b=6mm h=6mm L=28mm
鍵2: 矩形花鍵 6×21×25×5
受力分析：
鍵1受到的轉距
鍵2受到的轉矩
平鍵的材料為鋼，輕微沖擊，為100～120Mp，取=110 Mp
平鍵的校核公式： （k=0.5h l=L-b d為軸的直徑）
校核第一個鍵：
花鍵的材料為鋼，使用和制造情況良好，齒面經熱處理，為120～200MPa,取=150MPa。
花鍵的校核公式： （一般取0.7～0.8，z為花鍵的齒數，l為齒的工作長度，h為花鍵齒側的工作高度）
得出鍵的校核達到要求。
、
第五章 無級變速器的裝配
1.變速器的裝配
1）所有零件應徹底清洗并用壓縮空氣吹凈或擦干。
2）各軸承及鍵槽在安裝前，應涂以齒輪油或機械油。
3）裝入軸承前時，應使用銅棒在軸承四周均勻敲入，避免用手錘直接敲擊軸承，以防止損傷軸承。也可將軸承在機械油中加熱到60-100℃后裝入。
4）殼體上的螺孔和軸承孔，在安裝軸承端蓋時，應涂以密封膠以防漏油。
5）各緊固螺栓應按規(guī)定鎖止方法進行鎖止。
2.變速器在裝配中的調整
1）錐輪端面與渦輪之間的間隙，一般應為0.10-0.35mm。
2）軸的軸向間隙一般為0.10-0.40mm，可在軸承蓋內增減墊片進行調整。
3）檢查蝸桿傳動的嚙合與調速情況，各檔渦輪應具備良好的自鎖性。齒的嚙合痕跡應大于全齒工作面積的三分之一。
畢業(yè)設計總結
通過此次畢業(yè)設計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認識了將來機械的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質的飛躍。
畢業(yè)設計是我作為一名學生即將完成學業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對學校所學知識的全面總結和綜合應用，又為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好開端，畢業(yè)設計是我對所學知識理論的檢驗與總結，能夠培養(yǎng)和提高設計者獨立分析和解決問題的能力；是我在校期間向學校所交的最后一份綜和性作業(yè)，從老師的角度來說，指導做畢業(yè)設計是老師對學生所做的最后一次執(zhí)手訓練。其次，畢業(yè)設計的指導是老師檢驗其教學效果，改進教學方法，提高教學質量的絕好機會。
畢業(yè)的時間一天一天的臨近，畢業(yè)設計也接近了尾聲。在不斷的努力下我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的大概總結，但是真的面對畢業(yè)設計時發(fā)現(xiàn)自己的想法基本是錯誤的。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識太理論化了，面對單獨的課題的是感覺很茫然。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。
總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。
在此要感謝我們的指導老師聶松輝老師對我悉心的指導，感謝老師們給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計
過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。
致 謝
近三個月時間的畢業(yè)課題設計是我大學生活中忙碌而又充實一段時光。這里有治學嚴謹而又親切的老師，有互相幫助的同學，更有積極、向上、融洽的學習生活氛圍。短短的時間里，我學到了很多的東西。不僅學到就更多的理論知識，擴展了知識面，提高了自己的實際操作能力；而且學會了如何去學習新的知識，學會了面對困難和挑戰(zhàn)，學會了團結合作，互助互利。借此論文之際，向所有幫助、關心、支持我的老師、朋友同學，表達我最真誠的謝意。
首先感謝指導老師。本論文是在老師耐心指導下多次修改完成的。在此，我對他們的耐心指導和幫助表達我最真誠的謝意，感謝他們在這幾個月來所付出的努力。在這段時間里，我從她們身上，不僅學到了許多的專業(yè)知識，更感受到了她們工作中的兢兢業(yè)業(yè)，生活中的平易近人的精神。此外，他們的嚴謹治學態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學習。在此，請允許我對說一聲：“老師，您辛苦了！”再次感謝您。
其次我要感謝同學們在我畢業(yè)設計的時候對我的支持和幫助，最后，我要感謝我的母?！嫣洞髮W對我的栽培，讓我變得更加強大。
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附錄：畢業(yè)設計（論文）外文翻譯
如何延長軸承壽命
摘要： 自然界苛刻的工作條件會導致軸承的失效，但是如果遵循一些簡單的規(guī)則，軸承正常運轉的機會是能夠被提高的。在軸承的使用過程當中，過分的忽視會導致軸承的過熱現(xiàn)象，也可能使軸承不能夠再被使用，甚至完全的破壞。但是一個被損壞的軸承，會留下它為什么被損壞的線索。通過一些細致的偵察工作，我們可以采取行動來避免軸承的再次失效。
關鍵詞： 軸承 失效 壽命
導致軸承失效的原因很多，但常見的是不正確的使用、污染、潤滑劑使用不當、裝卸或搬運時的損傷及安裝誤差等。診斷失效的原因并不困難，因為根據軸承上留下的痕跡可以確定軸承失效的原因。
然而，當事后的調查分析提供出寶貴的信息時，最好首先通過正確地選定軸承來完全避免失效的發(fā)生。為了做到這一點，再考察一下制造廠商的尺寸定位指南和所選軸承的使用特點是非常重要的。
1 軸承失效的原因
在球軸承的失效中約有40%是由灰塵、臟物、碎屑的污染以及腐蝕造成的。污染通常是由不正確的使用和不良的使用環(huán)境造成的，它還會引起扭矩和噪聲的問題。由環(huán)境和污染所產生的軸承失效是可以預防的，而且通過簡單的肉眼觀察是可以確定產生這類失效的原因。
通過失效后的分析可以得知對已經失效的或將要失效的軸承應該在哪些方面進行查看。弄清諸如剝蝕和疲勞破壞一類失效的機理，有助于消除問題的根源。
只要使用和安裝合理，軸承的剝蝕是容易避免的。剝蝕的特征是在軸承圈滾道上留有由沖擊載荷或不正確的安裝產生的壓痕。剝蝕通常是在載荷超過材料屈服極限時發(fā)生的。如果安裝不正確從而使某一載荷橫穿軸承圈也會產生剝蝕。軸承圈上的壓坑還會產生噪聲、振動和附加扭矩。
類似的一種缺陷是當軸承不旋轉時由于滾珠在軸承圈間振動而產生的橢圓形壓痕。這種破壞稱為低荷振蝕。這種破壞在運輸中的設備和不工作時仍振動的設備中都會產生。此外，低荷振蝕產生的碎屑的作用就象磨粒一樣，會進一步損害軸承。與剝蝕不同，低荷振蝕的特征通常是由于微振磨損腐蝕在潤滑劑中會產生淡紅色。
消除振動源并保持良好的軸承潤滑可以防止低荷振蝕。給設備加隔離墊或對底座進行隔離可以減輕環(huán)境的振動。另外在軸承上加一個較小的預載荷不僅有助于滾珠和軸承圈保持緊密的接觸，并且對防止在設備運輸中產生的低荷振蝕也有幫助。
造成軸承卡住的原因是缺少內隙、潤滑不當和載荷過大。在卡住之前，過大的摩擦和熱量使軸承鋼軟化。過熱的軸承通常會改變顏色，一般會變成藍黑色或淡黃色。摩擦還會使保持架受力，這會破壞支承架，并加速軸承的失效。
材料過早出現(xiàn)疲勞破壞是由重載后過大的預載引起的。如果這些條件不可避免，就應仔細計算軸承壽命，以制定一個維護計劃。
另一個解決辦法是更換材料。若標準的軸承材料不能保證足夠的軸承壽命，就應當采用特殊的材料。另外，如果這個問題是由于載荷過大造成的，就應該采用抗載能力更強或其他結構的軸承。
蠕動不象過早疲勞那樣普遍。軸承的蠕動是由于軸和內圈之間的間隙過大造成的。蠕動的害處很大，它不僅損害軸承，也破壞其他零件。
蠕動的明顯特征是劃痕、擦痕或軸與內圈的顏色變化。為了防止蠕動，應該先用肉眼檢查一下軸承箱件和軸的配件。
蠕動與安裝不正有關。如果軸承圈不正或翹起，滾珠將沿著一個非圓周軌道運動。這個問題是由于安裝不正確或公差不正確或軸承安裝現(xiàn)場的垂直度不夠造成的。如果偏斜超過0.25°，軸承就會過早地失效。
檢查潤滑劑的污染比檢查裝配不正或蠕動要困難得多。污染的特征是使軸承過早的出現(xiàn)磨損。潤滑劑中的固體雜質就象磨粒一樣。如果滾珠和保持架之間潤滑不良也會磨損并削弱保持架。在這種情況下，潤滑對于完全加工形式的保持架來說是至關重要的。相比之下，帶狀或冠狀保持架能較容易地使?jié)櫥瑒┑竭_全部表面。
銹是濕氣污染的一種形式，它的出現(xiàn)常常表明材料選擇不當。如果某一材料經檢驗適合工作要求，那么防止生銹的最簡單的方法是給軸承包裝起來，直到安裝使用時才打開包裝。
2 避免失效的方法
解決軸承失效問題的最好辦法就是避免失效發(fā)生。這可以在選用過程中通過考慮關鍵性能特征來實現(xiàn)。這些特征包括噪聲、起動和運轉扭矩、剛性、非重復性振擺以及徑向和軸向間隙。
扭矩要求是由潤滑劑、保持架、軸承圈質量（彎曲部分的圓度和表面加工質量）以及是否使用密封或遮護裝置來決定。潤滑劑的粘度必須認真加以選擇，因為不適宜的潤滑劑會產生過大的扭矩，這在小型軸承中尤其如此。另外，不同的潤滑劑的噪聲特性也不一樣。舉例來說，潤滑脂產生的噪聲比潤滑油大一些。因此，要根據不同的用途來選用潤滑劑。
在軸承轉動過程中，如果內圈和外圈之間存在一個隨機的偏心距，就會產生與凸輪運動非常相似的非重復性振擺（NRR）。保持架的尺寸誤差和軸承圈與滾珠的偏心都會引起NRR。和重復性振擺不同的是，NRR是沒有辦法進行補償的。
在工業(yè)中一般是根據具體的應用來選擇不同類型和精度等級的軸承。例如，當要求振擺最小時，軸承的非重復性振擺不能超過0.3微米。同樣，機床主軸只能容許最小的振擺，以保證切削精度。因此在機床的應用中應該使用非重復性振擺較小的軸承。
在許多工業(yè)產品中，污染是不可避免的，因此常用密封或遮護裝置來保護軸承，使其免受灰塵或臟物的侵蝕。但是，由于軸承內外圈的運動，使軸承的密封不可能達到完美的程度，因此潤滑油的泄漏和污染始終是一個未能解決的問題。
一旦軸承受到污染，潤滑劑就要變質，運行噪聲也隨之變大。如果軸承過熱，它將會卡住。當污染物處于滾珠和軸承圈之間時，其作用和金屬表面之間的磨粒一樣，會使軸承磨損。采用密封和遮護裝置來擋開臟物是控制污染的一種方法。
噪聲是反映軸承質量的一個指標。軸承的性能可以用不同的噪聲等級來表示。
噪聲的分析是用安德遜計進行的，該儀器在軸承生產中可用來控制質量，也可對失效的軸承進行分析。將一傳感器連接在軸承外圈上，而內圈在心軸以1800r/min的轉速旋轉。測量噪聲的單位為anderon。即用um/rad表示的軸承位移。
根據經驗，觀察者可以根據聲音辨別出微小的缺陷。例如，灰塵產生的是不規(guī)則的劈啪聲；滾珠劃痕產生一種連續(xù)的爆破聲，確定這種劃痕最困難；內圈損傷通常產生連續(xù)的高頻噪聲，而外圈損傷則產生一種間歇的聲音。
軸承缺陷可以通過其頻率特性進一步加以鑒定。通常軸承缺陷被分為低、中、高三個波段。缺陷還可以根據軸承每轉動一周出現(xiàn)的不規(guī)則變化的次數加以鑒定。
低頻噪聲是長波段不規(guī)則變化的結果。軸承每轉一周這種不規(guī)則變化可出現(xiàn)1.6~10次，它們是由各種干涉（例如 軸承圈滾道上的凹坑）引起的。可察覺的凹坑是一種制造缺陷，它是在制造過程中由于多爪卡盤夾的太緊而形成的。
中頻噪聲的特征是軸承每旋轉一周不規(guī)則變化出現(xiàn)10~60次。這種缺陷是由在軸承圈和滾珠的磨削加工中出現(xiàn)的振動引起的。軸承每旋轉一周高頻不規(guī)則變化出現(xiàn)60~300次，它表明軸承上存在著密集的振痕或大面積的粗糙不平。
利用軸承的噪聲特性對軸承進行分類，用戶除了可以確定大多數廠商所使用的ABEC標準外，還可確定軸承的噪聲等級。ABEC標準只定義了諸如孔、外徑、振擺等尺寸公差。隨著ABEC級別的增加（從3增到9），公差逐漸變小。但ABEC等級并不能反映其他軸承特性，如軸承圈質量、粗糙度、噪聲等。因此，噪聲等級的劃分有助于工業(yè)標準的改進。
附錄：畢業(yè)設計（論文）外文翻譯原文
EXTENDING BEARING LIFE
Abstract：Nature works hard to destroy bearings, but their chances of survival can be improved by following a few si