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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目： Koop-B型鋼球式無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué) 號： 2010963034
姓 名： 徐向俊
指導(dǎo)教師： 邱愛紅
完成日期： 2014年5月21日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文（設(shè)計(jì)）題目： Koop-B型鋼球式無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)號： 2010963034 姓名： 徐向俊 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
指導(dǎo)教師： 邱愛紅 系主任： 劉柏希
一、主要內(nèi)容及基本要求
1、以鋼球、加壓盤為傳動件，設(shè)計(jì)一種機(jī)械摩擦式無級變速器；
2、輸入功率P=5kw，輸入轉(zhuǎn)速n=1500rpm，調(diào)速范圍R=10；
3、以UG或SolidEdge三維CAD軟件為平臺，建立整機(jī)的數(shù)字化模型；
4、完成A0#裝配圖紙1張，零件圖總量不少于A0#圖紙1張；
5、設(shè)計(jì)說明書一份；
6、英文文獻(xiàn)一份。
二、重點(diǎn)研究的問題
1、鋼球式無級變速器原理及其結(jié)構(gòu)；
2、變速原理的傳動結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。
三、進(jìn)度安排
序號
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
熟悉課題及基礎(chǔ)資料
第1周
2
調(diào)研及收集資料
第2周
3
方案設(shè)計(jì)與討論
第3～4周
4
無級變速器各零件三維模型設(shè)計(jì)
第5～8周
5
無級變速器總裝配圖設(shè)計(jì)
第9周
6
無級變速器工程圖設(shè)計(jì)
第10周
7
撰寫說明書
第11周
8
英文文獻(xiàn)翻譯，答辯
第12周
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1] 周有強(qiáng). 機(jī)械無級變速器[M]. 成都:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[2] 阮忠唐.機(jī)械無級變速器設(shè)計(jì)與選用指南[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999.
[3] 濮良貴，繼名剛，機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第7版.北京:高等教育出版社，2001
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評閱表
學(xué)號 2010963034 姓名 徐向俊 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： Koop-B型鋼球式無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
評價(jià)項(xiàng)目
評 價(jià) 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當(dāng)；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實(shí)際相結(jié)合。
能力
1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運(yùn)用知識的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；
4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。
論文
（設(shè)計(jì)）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；
3.有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。
綜
合
評
價(jià)
論文選題綜合性強(qiáng)，基本符合機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和要求，題目難度適
中，與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合較為緊密。論文作者具有較強(qiáng)的查閱文獻(xiàn)和綜合
歸納資料的能力，綜合應(yīng)用本學(xué)科所學(xué)只是能力較強(qiáng)。
論文理論基本正確，論述比較充分，整體結(jié)構(gòu)尚可；設(shè)計(jì)計(jì)算比較科
學(xué)，技術(shù)用語比較準(zhǔn)確，引文比較規(guī)范。文字通順，綜合概括能力較強(qiáng)；
論文具有一定的參考價(jià)值。
同意進(jìn)行答辯
評閱人：
2010年5月 日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見
學(xué)號：2010963034姓名徐向俊專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）21 頁 圖表 7 張
論文（設(shè)計(jì)）題目：Koop-B型鋼球式無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
內(nèi)容提要：Koop-B型鋼球式無級變速器，動力由輸入軸輸入，經(jīng)自動加壓裝置帶動主
動輪同速轉(zhuǎn)動，再經(jīng)一組鋼球利用牽引力驅(qū)動外環(huán)和從動輪，最后經(jīng)錐輪、自動加
壓裝置驅(qū)動輸出軸將動力輸出。傳動鋼球的支撐軸的兩端嵌裝在端蓋的徑向弧形導(dǎo)
槽內(nèi)，軸通過調(diào)速蝸輪上的凸輪槽;調(diào)速時(shí)，通過蝸桿使蝸輪轉(zhuǎn)動，由于凸輪槽的作用，
使鋼球軸心線的傾角發(fā)生變化，導(dǎo)致鋼球與主、從動輪的工作直徑改變，輸出軸的轉(zhuǎn)速
得到調(diào)節(jié)，從而達(dá)到變速的作用。在設(shè)計(jì)、制造與安裝時(shí)，一組鋼球直徑要一致、球孔
軸線與直徑要一致、端蓋經(jīng)向圓弧槽的等分性及其圓弧中心和球心要一致、調(diào)速蝸輪上
凸輪槽的等分性，以及鋼球、錐輪、加壓盤的制造精度和表面粗糙度應(yīng)注意。在設(shè)計(jì)時(shí)
根據(jù)已知數(shù)據(jù)算出鋼球直徑，鋼球的軸心線傾斜角度范圍，鋼球中心圓直徑，鋼球傾隙，
外環(huán)尺寸。隨后加壓盤的計(jì)算與設(shè)計(jì)，以及調(diào)速齒輪上變速曲線槽的計(jì)算與設(shè)計(jì)，輸入、
輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算，調(diào)速機(jī)構(gòu)的計(jì)算與設(shè)計(jì)，無級變速器的裝配，最后是主要零件的
校核，符合設(shè)計(jì)要求后，根據(jù)所算出的數(shù)據(jù)利用soild edge st4軟件畫出三維零件圖、裝
配圖，完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。
指導(dǎo)教師評語
該生在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出基礎(chǔ)知識較扎實(shí)、獨(dú)立工作能力較強(qiáng)。計(jì)算機(jī)操作較熟練。勞動紀(jì)律性較強(qiáng)，工作較認(rèn)真。能如期完成設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)方案基本正確，圖面質(zhì)量較好，結(jié)構(gòu)尚合理。設(shè)計(jì)說明書撰寫較認(rèn)真，具有一定的專業(yè)英文文獻(xiàn)閱讀與翻譯能力。同意其參加答辯。
建議成績評定為：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
答辯簡要情況及評語
答辯小組組長：
年 月 日
答辯委員會意見
答辯委員會主任：
年 月 日
目 錄
摘要
Abstract
第一章 引言………………………………………………………………（1）
1.1 機(jī)械無級變速的發(fā)展概況…………………………………………………（1）
1.2 機(jī)械無級變速器的特征及應(yīng)用……………………………………………（1）
1.3 國內(nèi)機(jī)械無級變速器的研究現(xiàn)狀…………………………………………（2）
1.4 鋼球外錐式無級變速器簡介………………………………………………（3）
1.5 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求…………………………………………………（4）
第二章 主要零件的計(jì)算與設(shè)計(jì)…………………………………………（5）
2.1 鋼球與主、從動錐輪的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………（5）
2.2 加壓盤的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………………………（8）
2.3 調(diào)速齒輪上變速曲線槽的計(jì)算與設(shè)計(jì)……………………………………（9）
2.4 輸入、輸出軸的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………………（10）
2.5 輸入、輸出軸上軸承的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………（11）
2.6 輸入、輸出軸上端蓋的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………（11）
2.7 調(diào)速機(jī)構(gòu)的計(jì)算與設(shè)計(jì)……………………………………………………（11）
2.8 無級變速器的裝配…………………………………………………………（13）
第三章 主要零件的校核…………………………………………………（14）
3.1 輸入、輸出軸的校核………………………………………………………（14）
3.2 軸承的校核…………………………………………………………………（16）
總結(jié)…………………………………………………………………………（18）
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………（19）
鋼球錐輪式無級變速器的設(shè)計(jì)
摘要：機(jī)械無級變速器能夠適應(yīng)不斷變化的工藝要求，工藝開發(fā)和機(jī)械化的一般驅(qū)動器提高了設(shè)備的機(jī)械性能和自動化。本文描述的機(jī)械摩擦無級變速器，設(shè)計(jì)計(jì)算的方法，材料和潤滑等的知識的基本結(jié)構(gòu)，以及作為該無級變速器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。
這種設(shè)計(jì)是通過改變球的半徑來實(shí)現(xiàn)球錐輪無級變速器的輸出軸速度的連續(xù)變化用作中間球錐形輪驅(qū)動部件，工作。本文分析了主，從動輪，球和外工程和在傳輸過程中的傳力之間的關(guān)系;實(shí)際CVT球錐輪設(shè)計(jì)公式的詳細(xì)推導(dǎo);和選擇用于計(jì)算具體的設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)計(jì);繪制的零件圖計(jì)算出的CVT球錐輪裝配圖和主傳動組件，此傳輸技術(shù)的結(jié)構(gòu)和要求的其它方面表現(xiàn)更清晰。
該無級變速器具有良好的結(jié)構(gòu)和性能上的優(yōu)勢，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，可作為大規(guī)模生產(chǎn)的無級變速器。其主要特點(diǎn)是：1、調(diào)速范圍寬; 2、良好的恒功率特性; 3、可以上升，減速，正，反轉(zhuǎn)。4、光滑，耐沖擊性強(qiáng); 5、輸出功率較大; 6、壽命長; 7、速簡單，可靠; 8、維護(hù)方便。
關(guān)鍵詞：無級變速器、摩擦式、鋼球錐輪式、設(shè)計(jì)
Ball wheel cone design CVT
Abstract: Mechanical continuously variable transmission to adapt to changing process requirements , process development and the general drive to improve the mechanical properties of mechanization and automation equipment. Mechanical friction CVT described herein , design and calculation methods , materials and lubrication of the basic structure of knowledge , as well as the CVT design theories.
This design is continuously varied by changing the radius of the sphere to achieve the goals cone round CVT output shaft speed of the ball as an intermediate conical wheel drive parts, work . This paper analyzes the relationship between the driving and driven wheels , balls and external works and power transmission during transmission between ; detailed derivation of the actual CVT ball cone wheel design formulas ; and selection of design parameters used to calculate the specific design ; drawn parts diagram calculated CVT ball cone wheel assembly drawing and the main transmission components , other aspects of the performance of this transmission technology architecture and requirements clearer.
The CVT has a good structure and performance advantages , has a strong practical value , can be used as mass production CVT. Its main features are: wide speed range ; 2 good constant power characteristics ; 3 can rise , deceleration, positive and reverse . 4 .. smooth, high impact resistance ; larger 5 output power ; 6 , long life ; 7-speed is simple, reliable ; 8 , easy maintenance .
Keywords: CVT、Friction、Ball Cone Wheel、Design
第一章 引言
1.1 機(jī)械無級變速的發(fā)展概況
機(jī)械無級變速器是一個(gè)由變速傳動機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)以及加壓裝置或輸出機(jī)構(gòu)三部分組成的一種傳動裝置，其主要功能特點(diǎn)是：在恒定的輸入速度，輸出軸速度可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化，從而滿足該機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)所需要操作過程中的各種不同的條件要求。
它配合減速器傳動時(shí)具有顯著作用，可進(jìn)一步擴(kuò)大變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩，以提高產(chǎn)物的產(chǎn)率，滿足產(chǎn)品改造，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化的整個(gè)系統(tǒng)的各方面的需要。因此CVT已經(jīng)成為各個(gè)工業(yè)部門的公共傳輸部件，并且已被廣泛使用。
機(jī)械無級變速器最初出現(xiàn)在19世紀(jì)70年代，但是當(dāng)時(shí)受材質(zhì)與工藝的條件限制,發(fā)展十分緩慢。直到20世紀(jì)70年代以后，一方面是與冶煉，熱處理，精密加工及數(shù)控機(jī)床和牽引傳動理論和油的產(chǎn)生和發(fā)展，解決CVT的研發(fā)和生產(chǎn)的限制因素；另一方面，隨著生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動化和提高性能所需的機(jī)械的工作需要大量使用CVT的。因此，在這種情況下，機(jī)械無級變速器獲得了快速而廣泛的發(fā)展。主要開發(fā)和生產(chǎn)的國家有日本，德國，意大利，美國和俄羅斯等。產(chǎn)品有摩擦式、鏈?zhǔn)健郊懊}動式四大類約30多種不同的結(jié)構(gòu)類型。輸入功率一般為N=(0.09-30)千瓦，個(gè)別類型可達(dá)到N=(150-175)KW ，輸入轉(zhuǎn)速一般是n1=(750、1500、3000)轉(zhuǎn)/分;輸出轉(zhuǎn)速可以是正，反轉(zhuǎn)，增速或者減速，最小速率可以降低到零。 80年代以來，機(jī)械無級變速趨勢是向美國，日本等國家進(jìn)行用于汽車高速，高效，高扭矩的CVT進(jìn)行研發(fā) 。
1.2 機(jī)械無級變速器的特征及應(yīng)用
機(jī)械無級變速器是一種傳動裝置，其功能主要特點(diǎn)是：在恒定的輸入速度下，輸出軸速度可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化來實(shí)現(xiàn)，以滿足各種操作過程中不同的應(yīng)用要求的機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng);其主要結(jié)構(gòu)特征是：需要由可變速傳動機(jī)構(gòu)，調(diào)速機(jī)構(gòu)和加壓裝置或輸出裝置由三個(gè)部分組成。
機(jī)械無級變速器的適用范圍廣，有在驅(qū)動功率保持不變時(shí)，由于工作阻力的變化，需要調(diào)整驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的速度以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動力矩者（例如，化工行業(yè)中的攪拌機(jī)械，即需要隨著攪拌物料的粘度、阻力增大而能相應(yīng)減慢攪拌速度）；還有需要根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整所需的速度者（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)改變或提升運(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）；有為了獲得恒定的運(yùn)行速度或張力需要調(diào)節(jié)速度者（如需要切割導(dǎo)線截面切割加工時(shí)保持恒定的速度，電氣機(jī)械絡(luò)筒機(jī)需要保持一個(gè)恒定的卷繞速度，紡織機(jī)械，輕工機(jī)械漿紗機(jī)膜機(jī)都必須調(diào)整速度，以保證恒張力等）；有在整個(gè)系統(tǒng)中為適應(yīng)各種條件，需要協(xié)調(diào)各種工況、工位、工序或單元的不同要求，并具有自動速度控制者（如生產(chǎn)各種半自動或自動操作或流水線操作）；有為了改變所要求的速度去探索最佳效果者（如試驗(yàn)機(jī)械或者離心機(jī)需要調(diào)速，以獲得最佳的分離）；有為了節(jié)能減排而需進(jìn)行調(diào)速者（如風(fēng)機(jī)，水泵等）；此外，根據(jù)各種規(guī)律的或不規(guī)律的變化，進(jìn)行自動調(diào)整速度或?qū)崿F(xiàn)自動或程序控制等。
總之，采用無級變速器，特別是配合減速傳動時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)大其轉(zhuǎn)速范圍和輸出轉(zhuǎn)矩，能夠更好地適應(yīng)于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，以滿足變換的最佳性能所需的各種條件，可以看出對產(chǎn)品的需求，節(jié)約能源，機(jī)械化和自動化的整個(gè)系統(tǒng)的所有方面都具有顯著作用。因此，CVT已經(jīng)成為傳輸?shù)幕境Ｒ姷男问剑诩徔?，輕工，食品，包裝，化工，機(jī)床，電機(jī)，材料處理采礦和冶金，工程，農(nóng)業(yè)，國防和測試等各類機(jī)械使用。
1.3 國內(nèi)機(jī)械無級變速器的研究現(xiàn)狀
國內(nèi)機(jī)械無級變速器基本上是圍繞20世紀(jì)60年代開始到80年代中期，隨著大量引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備，工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代自動化流水線的快速發(fā)展，為各類機(jī)械無級變速器的專業(yè)廠家需求顯著增加啟動建設(shè)和規(guī)模化生產(chǎn)，一些大學(xué)已經(jīng)開展了研究工作在外地。經(jīng)過十多年的發(fā)展，現(xiàn)在，從機(jī)械式無級變速器的研發(fā)，生產(chǎn)，以情報(bào)信息的各個(gè)方面在國內(nèi)同行業(yè)組成了一個(gè)較完整的體系，一個(gè)新興的行業(yè)，在機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展。
目前，國內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)械式無級變速器的大多是模仿國外產(chǎn)品，主要產(chǎn)品類型：
(1)摩擦式無級變速器:
1、行星錐盤式(DISCO型)；
2、行星環(huán)錐式(RX型)；
3、錐盤環(huán)盤式(干式、濕式)；
4、多盤式(Bier型)等。
(2)齒鏈?zhǔn)綗o級變速器:
1、滑片鏈?zhǔn)剑?
2、滾柱鏈?zhǔn)剑?
3、鏈?zhǔn)骄砝@式。
(3)帶式無級變速器:
1、普通V帶；
2、寬V帶；
(4)脈動式無級變速器:
1、三相并列連桿式；
2、四相并開連桿式。
其中行星錐無級變速器高度靈活的光盤，結(jié)構(gòu)和工藝相對簡單，可靠，綜合性能好，尤其是需要適應(yīng)各種生產(chǎn)線，使用最廣泛，產(chǎn)量最大，其年度賬目機(jī)械50％超過無級變速器的總輸出。輸入功率為廣大的CVT產(chǎn)品（0.18-7.5）千瓦，少數(shù)種類可以達(dá)到（22?30）千瓦左右。經(jīng)過前一階段通過實(shí)踐，掌握本領(lǐng)域近幾年，國內(nèi)發(fā)展機(jī)械無級變速器的生產(chǎn)有一個(gè)新的發(fā)展趨勢，主要是
（1）基礎(chǔ)上的“恒功率行星摩擦式無級變速機(jī)”和“非物理心軸行星齒輪無級變速器”的創(chuàng)新和發(fā)展的原盤無級變速行星錐原有產(chǎn)品的創(chuàng)新和改進(jìn)，后者的傳動比由5個(gè)增至6至20個(gè)或更多，輸出扭矩也增加了一倍多，等優(yōu)良性能，還有一系列的產(chǎn)品。
（2）與CVT無級變速器汽車的研究和開發(fā)是一種高科技產(chǎn)品，目前已開通了金屬帶式無級變速器，經(jīng)過測試，現(xiàn)在準(zhǔn)備進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn);其中依靠關(guān)鍵部件“金屬條”還將自己生產(chǎn)的進(jìn)口。此外，新的汽車也被用在CVT和復(fù)合帶進(jìn)行討論。
（3）開發(fā)新類型的創(chuàng)新的（汽車和通用）無級變速器近年來取得了創(chuàng)新性的無級變速器，其中無級變速器的特性主要是①無摩擦式傳動，大多要鏈接脈動無級變速器的驅(qū)動器或采取的主鏈驅(qū)動; ②實(shí)現(xiàn)高功率，恒功率或速度要求; ③力求結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，并獲得優(yōu)異的性能。這個(gè)計(jì)劃，已經(jīng)多年研究試驗(yàn)，在不久的將來，可能會見效。
上述情況可以解釋，從過去國內(nèi)的發(fā)展無級變速器模擬階段和生產(chǎn)進(jìn)入創(chuàng)新階段，由低功耗的發(fā)展，大功率，高科技發(fā)展的總體技術(shù)方向，所以在未來可能會有一些新的一代機(jī)械無級變速器的優(yōu)異性能。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，自80年代以來，許多出現(xiàn)由交流電機(jī)調(diào)速方式進(jìn)行。它作為一種先進(jìn)的變速器，驅(qū)動器控制器及其獲得機(jī)械無級變速器的迅速發(fā)展和應(yīng)用衍生品產(chǎn)生了一定的影響。它的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快，性能好，規(guī)模大，效率高，良好的自我控制，很寬的功率范圍。近年來，一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Drive - SRD）的出現(xiàn)，以進(jìn)一步提高性能;然而，缺點(diǎn)在于，它們都小于電機(jī)的額定速度，只在低轉(zhuǎn)速的效率比低并且足夠穩(wěn)定，從過載性能較差等的恒定轉(zhuǎn)矩特性。
上述功率調(diào)速相比，機(jī)械無級變速器的特性主要是：機(jī)械性能與恒功率，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，可靠，傳動效率高，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，而且種類很多，范圍廣泛的應(yīng)用。因此，在未來的發(fā)展，仍具有廣闊的前景。
1.4 鋼球外錐無級變速器簡介
鋼球外錐式機(jī)械無級變速器的結(jié)構(gòu)如圖1-1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(zhuǎn)動，經(jīng)一組(3～8個(gè))鋼球4利用摩擦力驅(qū)動外環(huán)7和從動錐輪9；再經(jīng)錐輪輪9、自動加壓裝置10驅(qū)動輸出軸11，最后將動力輸出。傳動鋼球的支承軸8的兩端嵌裝在殼體兩端蓋12和l3的徑間弧形導(dǎo)槽內(nèi)，并穿過調(diào)速蝸輪5的曲線槽；調(diào)速時(shí)，通過蝸桿6使蝸輪5轉(zhuǎn)動。由于曲線槽(相當(dāng)于一個(gè)控制凸輪)的作用，使鋼球軸心線的傾斜角發(fā)生變化，導(dǎo)致鋼球與兩錐輪的工作半徑改變，輸出軸的轉(zhuǎn)速便得到調(diào)節(jié)。其動力范圍為：nR=9，Imax=1/Imin，P≤11KW，ε≤4%?，η＝0.80～0.92?，應(yīng)用甚廣。?
從動調(diào)速齒輪5的端面分布一組曲線槽，曲線槽數(shù)目與鋼球數(shù)相同。曲線槽可用阿基米德螺旋線，也可用圓弧。當(dāng)轉(zhuǎn)動主動齒輪6使從動齒輪5轉(zhuǎn)動時(shí)，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(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。
圖1-1 鋼球外錐式無級變速器的結(jié)構(gòu)
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(diào)速渦輪
6-調(diào)速蝸桿；7-外環(huán)；8-傳動鋼球軸；12、13-端蓋
1.5 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：鋼球機(jī)械無級變速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：選擇鋼球外錐式機(jī)械無級變速器，對其進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與；對關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度校核和壽命校核。
設(shè)計(jì)要求：輸入功率P=5kw,輸入轉(zhuǎn)速n=1500rpm.調(diào)速范圍R=10；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；外觀要勻稱，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)動態(tài)無級調(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 主要零件的計(jì)算與設(shè)計(jì)
2.1 鋼球與主、從動錐輪的計(jì)算與設(shè)計(jì)
確定傳動件的主要尺寸
1、 選材：鋼球、錐輪、外環(huán)及加壓盤均用GCr15,表面硬度HRC61，摩擦系數(shù)μ=0.04，許用應(yīng)力，屬于點(diǎn)接觸，查文獻(xiàn)[2]表2-5知傳動件[σ]=2200~2500MPa，壓力元件[σ]=4400~5000MPa。
2、 預(yù)選參數(shù)：錐輪錐頂半角α=45，傳動鋼球個(gè)數(shù)為Z=6，加壓鋼球數(shù)m=8，錐輪與鋼球= =1.5,=1.25,η=0.8。
圖2-1 鋼球外錐式機(jī)械無級變速器設(shè)計(jì)簡圖
3、 運(yùn)動參數(shù)的計(jì)算
各尺寸對應(yīng)圖2-1標(biāo)注尺寸
傳動比 imax=1500750=2
imin=250750=0.3333
鋼球支撐軸承的極限轉(zhuǎn)角：
4、 計(jì)算確定傳動鋼球的直徑dq
由查文獻(xiàn)[2]表2-3，得，代入公式
cm
表2-1 按傳遞功率P1選取鋼球直徑dq的參考值 mm
根據(jù)表2-1中的數(shù)據(jù)，圓整取
錐輪直徑mm
圓取整 則
演算接觸應(yīng)力
在許用接觸應(yīng)力范圍之內(nèi)，故可用。
5、 計(jì)算尺寸
鋼球中心圓直徑
鋼球側(cè)隙
外環(huán)內(nèi)徑
外環(huán)軸向弧半徑R
取 R=7.5cm
錐輪工作圓之間的軸向距離B
2.2 加壓盤的計(jì)算與設(shè)計(jì)
圖2-2 鋼球V型槽式加壓裝置
1、 鋼球式自動加壓裝置如圖2-2，它由加壓盤，加壓鋼球，保持架，調(diào)整墊圈，碟形彈簧和摩擦輪與加壓盤相對端面上各有的幾條均勻分布的V型槽。每個(gè)槽內(nèi)有一個(gè)鋼球，中間以保持架保持鋼球的相對位置。摩擦輪與加壓盤之間還有預(yù)壓蝶形彈簧并襯以調(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。
2、 加壓裝置的主要參數(shù)確定
加壓盤作用直徑
其中為錐輪直徑。
加壓盤V形槽傾角
取
其中為錐輪錐頂半角，為錐輪與鋼球的摩擦系數(shù)。
加壓鋼球按經(jīng)驗(yàn)公式取
所以軸向壓緊力
法向壓緊力
故接觸強(qiáng)度不足
改用腰鼓形滾子8個(gè)，取滾子軸向截面圓弧半徑，橫向中間截面半徑。
曲率系數(shù)
由文獻(xiàn)[2]表2-3，按，得
帶入
=23397.958kgf/cm2
工作應(yīng)力在許用范圍內(nèi)，故可用。
2.3 調(diào)速齒輪上變速曲線槽的計(jì)算與設(shè)計(jì)
圖2-3 調(diào)速渦輪的槽型曲線
如圖2-3，整個(gè)調(diào)速過程通常在渦輪轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)完成，多數(shù)取。槽型曲線可以為阿基米德螺旋線，也可以用圓弧代替。此方案選用圓弧代替，變速槽中心線必須通過A,B,C三點(diǎn)，他們的級坐標(biāo)（以O(shè)點(diǎn)為級點(diǎn)）分別為：
A： ，
B: ，
C: ，
定出A、B、C三點(diǎn)，然后采用畫圖做出弧形槽，槽寬為10mm。
2.4 輸入、輸出軸的計(jì)算與設(shè)計(jì)
為了防止當(dāng)軸部分或周向相對運(yùn)動軸部件除了游泳或空轉(zhuǎn)的要求，必須在軸向和周向定位的，以確保其精確的工作位置，從而使該程序使用定位軸肩，套筒上的軸向力，軸圈，軸承端蓋和螺母來保證。
1、 初步確定軸的最小軸徑
先按公式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號鋼，調(diào)制處理。選取，于是得出：
輸出軸的最小直徑為與錐輪連接處，考慮到此處錐輪與軸是過渡配合，且錐輪工作直徑為155mm，為了保證錐輪與軸配合有良好的對中性，采用錐輪標(biāo)準(zhǔn)的推薦直徑為40mm。
圖2-4 輸入、輸出軸各軸段分布圖
2、根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
如圖2-4，I軸段安裝錐輪和加壓盤保持架，保證和軸配合的轂孔長度，取，；II段軸安裝加壓盤的一側(cè)以及軸承，加壓盤用花鍵移動實(shí)現(xiàn)對錐輪加壓，取花鍵 GB/T1144-87，軸承同時(shí)受到徑向力和軸向力作用，初步選擇滾動軸承加上退刀槽，取，；III軸段對軸II和軸IV上的軸承內(nèi)圈起到定位作用，取，；IV軸段做為軸承座安裝滾動軸承，因?yàn)槭茌S向力大使用角接觸球軸承，取，；V軸段根據(jù)軸承端蓋的裝拆和便于對軸承添加潤滑劑的要求，采用迷宮式密封，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取，；軸VI段安裝V帶，采用推薦直徑，。以上初步確定了各軸段直徑與長度，因?yàn)橹?、從動錐輪一致，軸上零件分布也一樣，同時(shí)為了節(jié)約成本和工藝，選擇主、從動軸完全一致。
2.5 輸入、輸出軸上軸承的計(jì)算與設(shè)計(jì)
軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，只需要根據(jù)參數(shù)選擇合適的軸承就可以了，主、從動軸II段上因?yàn)檩S承受到軸向力和徑向力的作用，因此選擇深溝球軸承6010GB/T276-94；軸IV段軸承為限制軸向右的軸向移動，所以選擇角接觸球軸承7011GB/T292-94；兩個(gè)軸承的基本額定動載荷都大于10KN，因此角接觸球軸承采用正裝可滿足使用要求。
2.6 輸入、輸出軸上端蓋的計(jì)算與設(shè)計(jì)
端蓋的寬度有變速器外形和軸承的結(jié)構(gòu)來決定的，使其適合拆裝和便于對軸承添加潤滑脂，且左右兩個(gè)端蓋相同。
2.7 調(diào)速機(jī)構(gòu)的計(jì)算與設(shè)計(jì)
調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)的作用：根據(jù)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(guān)系，來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。同時(shí)通過速度表表盤上的指針直接指出任一調(diào)速位置時(shí)的輸出速度（或傳動比）。
根據(jù)變速器中傳動機(jī)構(gòu)和滾動體形狀的不同，對應(yīng)的調(diào)速機(jī)構(gòu)也不同，但基本原理都是將其中某一個(gè)滾動體沿另一個(gè)（或幾個(gè)）滾動體母線移動的方式來進(jìn)行調(diào)速。
一般滾動體均是以直線或圓弧為母線的旋轉(zhuǎn)體；因此，調(diào)速時(shí)使?jié)L動體沿另一滾動體表面做相對運(yùn)動的方式，只有直線移動和旋轉(zhuǎn)（擺動）兩種方式。這樣可將調(diào)速機(jī)構(gòu)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；
主要用于兩滾輪的母線均為直線的情況，且兩輪的回轉(zhuǎn)軸線平行或相交時(shí)，移動和方向是兩輪的接觸線方向。
（2） 通過使?jié)L輪軸線的偏轉(zhuǎn)來改變工作半徑的；
主要用于滾輪的母線為圓弧的情況
鋼球外錐式無級變速器是采用第二種調(diào)速類型，通過渦輪-凸輪組合機(jī)構(gòu)，經(jīng)渦輪轉(zhuǎn)動再經(jīng)槽凸輪而使鋼球心軸繞其圓心轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)鋼球主、從動側(cè)工作半徑的改變。
調(diào)速渦輪在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證避免與其他零件發(fā)生干涉，同時(shí)采用單頭蝸桿，以增加自鎖性，避免自動變速而失穩(wěn)。
根據(jù)整體設(shè)計(jì)，蝸桿傳動的基本尺寸及參數(shù)匹配如表2-2、表2-3：
表2-2 蝸桿的基本尺寸
模數(shù)
mm
軸向齒距
mm
分度圓直徑
mm
頭數(shù)
直徑系數(shù)
mm
齒頂圓直徑
mm
齒根圓直徑
mm
值
分度圓柱導(dǎo)程角
8
25.1333
80
1
10.000
96
60.8
5120
表2-3 蝸輪蝸桿參數(shù)匹配
中心距
mm
傳動比
模數(shù)
(mm)
蝸桿分度圓直徑
(mm)
蝸桿頭數(shù)
渦輪齒數(shù)
渦輪變位系數(shù)
200
41
8
80
1
41
-0.500
2.8 無級變速器的裝配
1、 變速器的裝配
1） 必須徹底的清洗所有的零件，并且用壓縮空氣吹干或者擦干凈；
2） 安裝前，各軸承和鍵槽必須涂上齒輪油或者機(jī)械油；
3） 裝入軸承前，應(yīng)使用銅棒在軸承四周均勻敲入；避免用手錘直接敲擊軸承，防止軸承損傷；
4） 在安裝軸承端蓋之前，殼體上的軸承孔與螺孔應(yīng)涂上密封膠防止漏油；
5） 每個(gè)緊固螺栓應(yīng)該按規(guī)定鎖緊；
2、 變速器在裝配中的調(diào)整
1） 錐輪端面與渦輪之間的間隙，一般應(yīng)為0.10-0.35mm；
2） 軸的軸向間隙一般取0.10-0.40mm，可通過軸承蓋內(nèi)墊片的增減來調(diào)整；
3） 檢查調(diào)速情況和蝸桿傳動的嚙合情況，各檔渦輪應(yīng)該具備較好的自鎖性，齒的嚙合痕跡應(yīng)該大于全齒工作面積的三分之一；
第三章 主要零件的校核
本章主要是根據(jù)傳動要求對無級變速器做一個(gè)整體的校核。鋼球的強(qiáng)度校核在設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)符合要求，變速器的承載能力主要受加壓裝置及鋼球與主、從動錐輪之間的接觸強(qiáng)度的限制，同時(shí)在制造與安裝過程中應(yīng)保證一組鋼球的直徑的一致性。軸承采用標(biāo)準(zhǔn)件，由于蝸桿是用于調(diào)速，其軸承主要起支撐作用，受力時(shí)間短，故再此不做校核，對軸上軸承進(jìn)行強(qiáng)度與壽命計(jì)算。
3.1 軸的校核
１）判斷危險(xiǎn)截面
截面B，IV，V只受扭矩的作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將消弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面B、IV，V均無需校核。
從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面IV和V處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面C上受力最大。截面VI和VII顯然更不必校核。鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面C左右兩側(cè)即可。
２）截面C左側(cè)
抗彎截面系數(shù) N·mm
抗扭矩截面系數(shù) N·mm
截面C左側(cè)的彎矩M為 N·mm
截面C左側(cè)的扭矩為 N·mm
截面上的彎矩應(yīng)力為
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)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(yīng)力集中系數(shù)及按文獻(xiàn)[6]中查取。因
，經(jīng)插值后可查得k
又由文獻(xiàn)[6]可得軸的材料的敏性系數(shù)為
故有應(yīng)力集中系數(shù)
=1+0.821.26
由文獻(xiàn)[6]得尺寸系數(shù)；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
軸按磨削加工，由文獻(xiàn)[6]得表面質(zhì)量系數(shù)
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，按文獻(xiàn)[6]得綜合系數(shù)為
又由文獻(xiàn)[6]得材料特性系數(shù) ~0.2，取
~0.1，取
于是，計(jì)算安全系數(shù)Sca值，按公式則得
s=1.5
故可知其安全。
3）截面C右側(cè)同理可得
故該軸在截面IV右側(cè)的強(qiáng)度也足夠的。本題因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。因此，軸的設(shè)計(jì)校核結(jié)束。
3.2 軸承的校核
輸入、輸出軸采用相同的設(shè)計(jì)，在此只要校核輸出軸的軸承是否滿足工程需要。
1）求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)力系。其中：為通過另外加轉(zhuǎn)矩而平移到指向軸線；亦應(yīng)通過另加彎矩而平移到作用于軸線上。有受力分析可知：
N
N
N
N
N
N
2）求兩軸承的計(jì)算軸上力和
對于6010C型軸承，按文獻(xiàn)[6]，軸承派生軸向力，其中，e為判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但是現(xiàn)在軸承軸向力未知，故先初取e=0.4，因此可估算
N
N
N
N
又得：
查文獻(xiàn)[6]確定，，,。
3）求軸承當(dāng)量動載荷，由文獻(xiàn)[6]進(jìn)行查表或差值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為：
對軸承1
對軸承2
因?yàn)檩S承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按文獻(xiàn)[6]查得，取。則
4) 驗(yàn)算軸承壽命
因?yàn)?所以按軸承2的受力計(jì)算大小來驗(yàn)算
綜上所述可得，該設(shè)計(jì)符合工程要求。
總結(jié)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)半月，在這兩個(gè)半月中，我能按照預(yù)期進(jìn)度安排，按時(shí)按量的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)初期，我復(fù)習(xí)了《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《材料力學(xué)》、《工程圖學(xué)》等知識，查閱了《機(jī)械設(shè)計(jì)文獻(xiàn)[6]》、《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》等規(guī)范。在設(shè)計(jì)中期，利用所學(xué)專業(yè)知識進(jìn)行無級變速器結(jié)構(gòu)和外觀的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)后期，主要進(jìn)行三維圖和工程圖繪制。設(shè)計(jì)期間得到了邱老師的指導(dǎo)和幫助，在此深表謝意。?
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年所學(xué)知識的綜合應(yīng)用，是理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我復(fù)習(xí)了以前在課堂上學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，學(xué)習(xí)和體會到了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能和思想。我深刻的認(rèn)識到：想成為一名機(jī)械工程師，應(yīng)該具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，本著機(jī)械產(chǎn)品以人為本的思想，力求做到安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、耐久、美觀；設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照機(jī)械設(shè)計(jì)文獻(xiàn)[6]的要求，同時(shí)也要考慮各個(gè)零部件的尺寸配合。這就要求設(shè)計(jì)人員具備較高的綜合素質(zhì)，不僅要抓住機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要矛盾，同時(shí)也要考慮一些細(xì)節(jié)問題。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我深刻認(rèn)識到標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)的航標(biāo)，必須多思考、多體會。在以后的學(xué)習(xí)和工作中，要不斷加強(qiáng)對標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和理解，只有這樣，才不會出現(xiàn)錯(cuò)誤。?
相互學(xué)習(xí)，注重交流。在設(shè)計(jì)過程中，我們遇到了很多問題，必須勤學(xué)好問，努力發(fā)揮集體的積級性和創(chuàng)造力，這樣才能提高工作效率。
“養(yǎng)兵千日，用兵一時(shí)?！痹诋厴I(yè)設(shè)計(jì)中，我為能用上四年所學(xué)而欣慰，同時(shí)我深深的感覺到了基礎(chǔ)知識的重要性。專業(yè)課學(xué)習(xí)時(shí)，老是感覺所學(xué)知識與實(shí)際相差太遠(yuǎn)。這種急功近利的思想使自己對一些專業(yè)課的學(xué)習(xí)有所放松，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我深深的體會到了“書到用時(shí)方恨少”的含義。在以后的學(xué)習(xí)生活中切不可急于求成而忽略了夯實(shí)基礎(chǔ)?！叭f丈高樓從地起”，切實(shí)做到理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。?
畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教育非常重要的階段，我初步掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論、方法、步驟。在以后的學(xué)習(xí)生活中，我將加強(qiáng)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。在此再次感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中指導(dǎo)幫助我的老師和同學(xué)。?
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