自行車(chē)無(wú)極變速器的設(shè)計(jì)
自行車(chē)無(wú)極變速器的設(shè)計(jì),自行車(chē),無(wú)極,變速器,設(shè)計(jì)
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題 目 自行車(chē)無(wú)極變速器的設(shè)計(jì)
學(xué) 院 XX學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào) 年級(jí) 11
指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 講師
2016年3月13日
摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，機(jī)車(chē)工業(yè)也在不斷地發(fā)展著，自行車(chē)無(wú)極變速器也在不斷地發(fā)展，創(chuàng)新著，在一些特定的工作場(chǎng)合，變速器體積小，變速靈活，價(jià)格成本低廉很受歡迎，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，變速器必須滿(mǎn)足當(dāng)今人們對(duì)自行車(chē)速度調(diào)節(jié)方面的靈活性操控等需求，能夠在不改變輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的情況下，改變自行車(chē)的驅(qū)動(dòng)力和行駛速度。
目前市面上的自行車(chē)無(wú)極變速器大多都是采用傳統(tǒng)的變速結(jié)構(gòu)，在某些特定的區(qū)域，這種結(jié)構(gòu)形式的變速器非常不受歡迎。由于以往的變速器采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，這樣就造成傳動(dòng)精度不好控制，保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用較高;同時(shí)存在一定的安全隱患。因此，對(duì)整車(chē)的安全性要求較高，操作時(shí)也會(huì)給駕駛?cè)藛T帶來(lái)強(qiáng)烈的震動(dòng),使得操作很不舒服。雖然傳統(tǒng)的變速器傳動(dòng)效率較高，變速效果較好，但是價(jià)格也較昂貴，對(duì)于一般的用戶(hù)難以接受，所以研究一種新式的自行車(chē)無(wú)極變速器勢(shì)在必行！
本文介紹了自行車(chē)無(wú)極變速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，以及對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，該變速器的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)鏈短、效率高、易加工、使用和維護(hù)都很方便，較適合在惡劣的環(huán)境下工作，最主要的是其傳動(dòng)效率很高。
關(guān)鍵詞：自行車(chē)無(wú)極變速器；扭矩；結(jié)構(gòu)；校驗(yàn)
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I
Abstract：With the sustainable development of national economy and industrial locomotive also in constant development, bicycle without transmission and also in the continuous development and innovation, in some specific workplace, transmission has the advantages of small volume, flexible speed, low cost price is very popular, according to market research, the transmission must meet today's people of bicycle speed adjusting flexibility control needs to does not change in the output torque and speed, changing the bicycle driving force and speed.
Currently on the market most of the bicycle transmission is the use of the traditional transmission structure, in some particular areas, this kind of structural form of transmission is not very popular. As the previous transmission using the traditional structural form, so that the transmission accuracy is not good control, maintenance costs are high; at the same time there is a certain security risk. Therefore, the safety requirements of the vehicle is higher, the operation will give the driver a strong vibration, making the operation is very uncomfortable. Although the traditional transmission efficiency is higher, the transmission effect is better, but the price is also more expensive, it is difficult for the average user to accept, so it is imperative to study a new type of bicycle!In this paper, based on the analysis of all kinds of continuously variable transmission and continuously variable speed bicycle, the outer cone type stepless speed changer of the steel ball is modified to form the stepless speed change device of bicycle. The device can be used for inputting and outputting power by eight steel balls, and a pair of helical gears are used for indexing and regulating speed, so that the bicycle can be stepless speed regulation between 1.22 and 0.75. Research shows that: continuously variable transmission can be used in the bicycle can greatly improve the performance of the use of bicycles, to facilitate the use of the vast number of consumers.
本文介紹了自行車(chē)無(wú)極變速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，以及對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，該變速器的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)鏈短、效率高、易加工、使用和維護(hù)都很方便，較適合在惡劣的環(huán)境下工作，最主要的是其傳動(dòng)效率很高。
This paper introduces the bicycle without transmission structure composition, working principle and main parts design must have the theoretic calculation and strength check, and to carry out innovative design of the structure, the advantages of the transmission is the transmission chain is short, high efficiency, easy processing, so that is convenient in use and maintenance, and is suitable for work in the harsh environment. The main is the transmission efficiency is high.
Key words：planetary gear type power shift gear box;Crankshaft;Processing craft;Fixture
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 課題的來(lái)源及研究的目的和意義 1
1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 3
2 自行車(chē)無(wú)級(jí)變速器總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 鋼球長(zhǎng)錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器 7
2.2 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器 9
3 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
3.1 鋼球與主、從動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 13
3.2 加壓盤(pán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
3.3 調(diào)速齒輪上變速曲線(xiàn)槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17
3.4 軸的設(shè)計(jì)校核與軸承選用 18
3.4.1 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 19
3.4.2 軸承的選用 20
3.5 調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21
3.6 鍵的計(jì)算 21
4 變速器內(nèi)部主要傳動(dòng)零件的強(qiáng)度校核 22
4.1 錐輪的強(qiáng)度校核 22
4.2 軸承強(qiáng)度的校核 23
結(jié)論 23
參考文獻(xiàn) 24
致謝 25
III
1 緒論
1.1課題的來(lái)源及研究的目的和意義
由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個(gè)人掌握所有，一些專(zhuān)業(yè)知識(shí)是必不可少的。但是過(guò)度的專(zhuān)業(yè)知識(shí)分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項(xiàng)目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的太狹隘，考慮的問(wèn)題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專(zhuān)業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來(lái)，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個(gè)超級(jí)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機(jī)械工程機(jī)械和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來(lái)越復(fù)雜，很多幻想成為過(guò)去的現(xiàn)實(shí)。人類(lèi)現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀(guān)察，細(xì)胞和分子。電子計(jì)算機(jī)硬件和軟件，人類(lèi)的新興科學(xué)已經(jīng)開(kāi)始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來(lái)幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類(lèi)智慧的增長(zhǎng)并沒(méi)有減少手的效果，而是要求越來(lái)越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實(shí)踐促進(jìn)人腦智力。在人類(lèi)的進(jìn)化過(guò)程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過(guò)程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。
大腦和手之間的人工智能和機(jī)械工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機(jī)械制造。在過(guò)去，各種機(jī)械離不開(kāi)人類(lèi)的操作和控制，反應(yīng)速度和運(yùn)算精度的進(jìn)化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進(jìn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)械工程進(jìn)展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開(kāi)始使機(jī)械工程。在第十九世紀(jì)，機(jī)械工程的知識(shí)總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門(mén)綜合性的學(xué)科，稱(chēng)為土木工程，下半場(chǎng)的第十九個(gè)世紀(jì)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著機(jī)械工程和知識(shí)增長(zhǎng)的發(fā)展開(kāi)始分解，機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢(shì)分解，在時(shí)間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到的峰值。由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個(gè)人掌握所有，一些專(zhuān)業(yè)是必不可少的。但是過(guò)度的專(zhuān)業(yè)知識(shí)使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的專(zhuān)家太狹，考慮的問(wèn)題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢(shì)。人們?cè)絹?lái)越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對(duì)專(zhuān)業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識(shí)循環(huán)過(guò)程的合成，是合理和必要的。從不同的專(zhuān)業(yè)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的專(zhuān)家，也有綜合的知識(shí)了解不夠，看看其他學(xué)科和項(xiàng)目作為一個(gè)整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專(zhuān)業(yè)水平。有機(jī)械工程全面而專(zhuān)業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。在人類(lèi)所有的知識(shí)，包括社會(huì)科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個(gè)更高的水平，更廣泛的綜合性和專(zhuān)業(yè)性的問(wèn)題。
在新的市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，自行車(chē)無(wú)極變速器的更新和優(yōu)化升級(jí)更加迫切。國(guó)內(nèi)無(wú)極變速器生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場(chǎng)潛力，大力發(fā)展小型環(huán)保節(jié)能的無(wú)極變速器，在我國(guó)飛速發(fā)展的機(jī)車(chē)工業(yè)中發(fā)揮著積極的作用。一般生產(chǎn)自行車(chē)無(wú)極變速器的企業(yè)對(duì)自行車(chē)無(wú)極變速器的傳動(dòng)效率指數(shù)上都有嚴(yán)格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)自行車(chē)無(wú)極變速器的同時(shí)，都充分考慮到無(wú)極變速器在運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)的種種問(wèn)題，從而減少無(wú)極變速器因?yàn)檎駝?dòng)或者操作不當(dāng)而引起的噪音大、污染重等現(xiàn)象。
國(guó)內(nèi)自行車(chē)無(wú)極變速器的研發(fā)及制造要與全球號(hào)召的低碳經(jīng)濟(jì)、經(jīng)久耐用主題保持一致。加大變速器新型多樣化的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，同時(shí)也迎合了國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。
自行車(chē)無(wú)極變速器的發(fā)展與人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，目前自行車(chē)無(wú)極變速器正向著微小型、高效、可靠、節(jié)能、降耗的方向發(fā)展。
1.2本課題研究的主要內(nèi)容
國(guó)內(nèi)自行車(chē)無(wú)極變速器的研發(fā)及制造要與全球號(hào)召的低碳經(jīng)濟(jì)、經(jīng)久耐用主題保持一致。加大自行車(chē)無(wú)極變速器新型多樣化的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，同時(shí)也迎合了國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。
自行車(chē)無(wú)極變速器的發(fā)展與人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，目前變速器自動(dòng)變速器正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動(dòng)化方向發(fā)展。
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是自行車(chē)無(wú)極變速器的設(shè)計(jì)，通過(guò)讓學(xué)生親自了解變速器內(nèi)部的構(gòu)造和組成部分，通過(guò)對(duì)變速器內(nèi)部工件的測(cè)繪來(lái)認(rèn)識(shí)工件，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件例如CAD，來(lái)對(duì)工件進(jìn)行零件圖的繪制和裝配，這樣經(jīng)過(guò)一系列的綜合性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手，動(dòng)腦以及畫(huà)圖的能力。
2 自行車(chē)無(wú)極變速器總體方案設(shè)計(jì)
2.1 鋼球長(zhǎng)錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器
圖2-1 鋼球長(zhǎng)錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器
如上圖所示，為一種早期生產(chǎn)的環(huán)錐式無(wú)級(jí)變速器，是利用鋼環(huán)的彈性楔緊作用自動(dòng)加壓而無(wú)需加壓裝置。由于采用兩軸線(xiàn)平行的長(zhǎng)錐替代了兩對(duì)分離輪，并且通過(guò)移動(dòng)鋼環(huán)來(lái)進(jìn)行變速，所以結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單。但由于長(zhǎng)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(jī)械特性如下圖所示。技術(shù)參數(shù)為：傳動(dòng)比 i21 = n2/n1 =2～0.5,變速比Rb = 4,輸入功率P1=（0.1～2.2） kw ，輸入轉(zhuǎn)速 n1=1500 r/min ,傳動(dòng)效率η＜85% 。一般用于機(jī)床和紡織機(jī)械等.
下圖是RC型變速器的機(jī)械特性：
圖2-2 RC型變速器的機(jī)械特性
2.2 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器
1,11-輸入，輸出軸 2，10-加壓裝置 3，9-主，從動(dòng)錐輪 4-傳動(dòng)鋼球
5-調(diào)速蝸輪 6-調(diào)速蝸桿 7-外環(huán) 8-傳動(dòng)鋼球軸 12，13-端蓋
圖2-3 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器
如圖所示，動(dòng)力由軸1輸入，通過(guò)自動(dòng)加壓裝置2，帶動(dòng)主動(dòng)輪3同速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一組（3～8）鋼球4利用摩擦力驅(qū)動(dòng)輸出軸11，最后將運(yùn)動(dòng)輸出。傳動(dòng)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(nèi)，并穿過(guò)調(diào)速渦輪5的曲線(xiàn)槽；調(diào)速時(shí)，通過(guò)蝸桿6和蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，由于曲線(xiàn)槽的作用使鋼球軸線(xiàn)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，輸出軸轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。其動(dòng)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(yīng)用廣泛。
從動(dòng)調(diào)速齒輪5的端面分布一組曲線(xiàn)槽，曲線(xiàn)槽數(shù)目與鋼球數(shù)相同。曲線(xiàn)槽可用阿基米德螺旋線(xiàn)，也可用圓弧。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)齒輪6使從動(dòng)齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)齒輪的曲線(xiàn)槽迫使傳動(dòng)鋼球軸8繞鋼球4的軸心線(xiàn)擺動(dòng)，傳動(dòng)輪3以及從動(dòng)輪9與鋼球4的接觸半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。具體分析如下：
圖2-4 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器變速示意圖
主要由兩個(gè)錐輪1、2和一組鋼球3（通常為6個(gè)）組成。主、從動(dòng)錐輪1和2分別裝在軸Ⅰ、Ⅱ上，鋼球3被壓緊在兩錐輪的工作錐面上，并可在軸4上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。工作時(shí)，主動(dòng)錐輪1依靠摩擦力帶動(dòng)鋼球3繞軸4旋轉(zhuǎn)，鋼球同樣依靠摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)錐輪2轉(zhuǎn)動(dòng)。軸Ⅰ、Ⅱ傳動(dòng)比 ，由于 ，所以 。調(diào)整支承軸4的傾斜角與傾斜方向，即可改變鋼球3的傳動(dòng)半徑r1和r2，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。
3 鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
鋼球外錐式無(wú)級(jí)變速器零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算包括主﹑從動(dòng)錐齒輪，加壓盤(pán)，調(diào)速齒輪上變速曲線(xiàn)槽，輸入軸，輸出軸，輸入﹑輸出軸上軸承，輸入﹑輸出軸上端蓋，調(diào)速機(jī)構(gòu)等部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算，以下各章節(jié)分別介紹以上內(nèi)容。
3.1 鋼球與主﹑從動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
輸入功率
=0.4039 kw
其中：
, kg, kg, , km/h m/s,
輪胎直徑： mm
由力學(xué)知識(shí)可得：輪胎所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與鋼球摩擦所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)平衡
其中： mm ,， , Q為鋼球所受正壓力
代入數(shù)據(jù)可得：
σHmax=1353×=1353×=56284/dq
由于傳動(dòng)件的[σj]=2200～2500 Mpa 帶入上式得：
～ mm ,取 dq=25 mm,鋼球數(shù)
輸出轉(zhuǎn)速 n2==142.3 r/min
輸入轉(zhuǎn)速 n1=142.3/(0.75～1.22)=189.7～116.6 r/min
傳動(dòng)比
變速范圍
鋼球支軸的極限轉(zhuǎn)角θ
增速方向
減速方向
圓錐工作直徑 mm
鋼球中心圓直徑 mm
鋼球側(cè)隙 []×=[]×25=2.43 mm
外環(huán)內(nèi)經(jīng) mm
外環(huán)軸向截面圓弧半徑
R=(0.7～0.8)×dq=(0.7～0.8)×25=17.5～20 mm ,取 R=18 mm
錐輪工作圓之間的軸向距離
mm
3.2 加壓盤(pán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
加壓盤(pán)的作用直徑：
= (0.5～0.6) × D1 = (0.5～0.6) × 54 = 27～32.4 mm
取 mm
滑動(dòng)摩擦角
加壓盤(pán)V形槽傾角
λ=arctan =14.850
傳動(dòng)鋼球的確接觸應(yīng)力為
σ=1353×=1353×=2251.35 Mpa ≦[σj]
每個(gè)鋼球作用在V形槽側(cè)面的正壓力 Qy=
=651.6 N
用鋼球加壓裝置時(shí) σjmax=1370×=1370× =4865.6 Mpa ≤[σj]
其中：[σj]為4000～5000 Mpa
鋼球半徑 mm
mm
碟形彈簧預(yù)緊力為200 N ,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示：
圖3-1 加壓裝置
3.3 調(diào)速齒輪上變速曲線(xiàn)槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算
槽的張角ψ=800～120 ,取ψ=900。
(1)變速曲線(xiàn)槽的槽形曲線(xiàn)為圓弧，中心線(xiàn)上三個(gè)特殊點(diǎn) A，B，C的坐標(biāo)系（以O(shè)為極點(diǎn)）分別為：
時(shí),
mm
其中：（0.5～1.0）=（0.5～1.0）=15.5 mm
I=1時(shí) ，ψB= ==49.460
mm
時(shí) ，,
mm
圖3-2 調(diào)速論
(3)用通過(guò)三點(diǎn)作圓弧的方法確定槽圓弧確定曲線(xiàn)半徑R和中心O”
(4)要求傳動(dòng)比Ix與齒輪轉(zhuǎn)角ψ呈線(xiàn)性變化時(shí)，槽形曲線(xiàn)方程為：
R（ψ）=0.5D3+lsinθ
=0.5D3+lsin｛arctan[]｝
=0.5×71.7+15.5sin｛arctan[]｝
=35.85+15.5sin(arctan)
3.4 軸的設(shè)計(jì)校核與軸承選用
3.4.1 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核
（1）選擇軸的材料
選取軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理.查文獻(xiàn)6表7-1，材料強(qiáng)度極限， 取
(2)軸徑的初步估算
由文獻(xiàn)6表7-11取C＝107，
可得
(3)求作用在齒輪上的力
軸上齒輪5分度圓直徑為：
圓周力，徑向力和軸向力的大小如下
小輪6分度圓直徑為:
(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3.1 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
取較寬齒輪距箱體內(nèi)壁距離軸承距箱體內(nèi)壁相鄰齒輪軸向距離10mm,安裝齒輪處軸段長(zhǎng)比輪轂寬少2 mm。
1)擬定軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
Ⅰ段安裝圓柱滾子軸承。取軸段直徑，，軸承型號(hào)6202，尺寸
。
軸的強(qiáng)度效核：
軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[1]表可知，MPa，MPa，MPa。
由文獻(xiàn)[1] 附表可知，用插入法求出
，
軸應(yīng)按精車(chē)加工，由文獻(xiàn)[1] 附圖可知，表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，
固得綜合系數(shù)為
（3.49）
由文獻(xiàn)[1] §，§可知，碳鋼的特性系數(shù)
取
取
所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為
（3.50）
（3.51）
（3.52）
綜上：該軸在截面V左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。
③截面V右側(cè)
抗彎截面系數(shù) mm
抗扭截面系數(shù) mm
截面V左側(cè)的彎矩M為
MPa
截面V上的扭矩T為 MPa
截面上的彎曲應(yīng)力 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按文獻(xiàn)[1]附表查取。因，，
，
又由文獻(xiàn)[1]附圖可得軸的材料的敏感系數(shù)為
，
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)[1，附]為
（3.53）
由附圖可得軸的截面形狀系數(shù)為
由附圖可得軸的材料的敏感扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)為
綜合系數(shù)為
所以軸在截面V左側(cè)的安全系數(shù)為
故該軸在截面V左側(cè)的強(qiáng)度是足夠的。
3.4.2 軸承的選用
（1）滾動(dòng)軸承的選擇
滾動(dòng)軸承為深溝球軸承5206，KN，KN，，。
（2）壽命驗(yàn)算
軸承所受支反力合力:
N
對(duì)于深溝球軸承，派生軸向力互相抵消。
，N
得， ，
N
所以根據(jù)軸承選型手冊(cè)可知，選用深溝球軸承6206系列，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3.5 調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
調(diào)速機(jī)構(gòu)采用兩斜齒輪分度調(diào)速。
模數(shù) mm
螺旋角
法面壓力角
端面壓力角
所以
基圓柱螺旋角
所以
法面齒距 mm
端面齒距 mm
法面基圓齒距 mm
法面齒頂高系數(shù)
法面頂隙系數(shù)
分度圓直徑 mm
基圓直徑 mm
齒頂高 mm
齒根高 mm
齒頂圓直徑 mm
齒根圓直徑 mm
法面齒厚 mm
端面齒厚 mm
當(dāng)量齒數(shù)
主動(dòng)錐輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
模數(shù) mm
分度圓直徑 mm
基圓直徑 mm
齒頂圓直徑 mm
齒根圓直徑 mm
當(dāng)量齒數(shù)
其余參數(shù)均與調(diào)速齒輪1相同.
3.6鍵的計(jì)算
鍵聯(lián)結(jié)是通過(guò)鍵實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。其中有類(lèi)型也可以實(shí)現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力，有些類(lèi)型并能實(shí)現(xiàn)軸向動(dòng)聯(lián)結(jié)，于在圓錐篩的軸上主要通過(guò)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向固定所以，只需選用常見(jiàn)的普通平鍵，鍵的類(lèi)型可根據(jù)使用要求、工作條件和聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定，鍵的長(zhǎng)度根據(jù)軸轂的長(zhǎng)度從標(biāo)準(zhǔn)中選取，鍵的b×h根據(jù)徑來(lái)確定。軸和帶輪的聯(lián)結(jié)，d=70mm, 參考資料2P5-194表5-3-18 (GB/T1095-1979)選用B6×20，B8×25和B6×15的普通A型平鍵，鍵長(zhǎng)分別為90㎜，70㎜。
4 變速器內(nèi)部主要傳動(dòng)零件的強(qiáng)度校核
4.1 錐輪的強(qiáng)度校核
（1）接觸應(yīng)力的計(jì)算
由文獻(xiàn)[4]表可知，齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式，即
（3.28）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 計(jì)算載荷系數(shù)
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，由文獻(xiàn)[4]表可知，取
平均分度圓直徑 mm
平均分度圓圓周速度 m/s
由文獻(xiàn)[4] 圖（a）可知，按，得；
由文獻(xiàn)[4] 圖（b）可知，按，齒輪懸臂布置，；
由文獻(xiàn)[4]表可知，；
② 由文獻(xiàn)[1]表可知，彈性系數(shù)；
③ 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
計(jì)算得，
MPa
(1) 接觸疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力
由文獻(xiàn)[4] 表可知，許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式，即
（3.29）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
①小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限MPa
②最小安全系數(shù)
③由文獻(xiàn)[1，10-13]可知，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
由文獻(xiàn)[1] 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數(shù)
，
④尺寸系數(shù)
⑤工作硬化系數(shù)，按
⑥潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)，
計(jì)算得，
MPa
（3）由于MPaMPa，故安全。
（Ⅱ）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（1）齒根應(yīng)力的計(jì)算
由文獻(xiàn)[4]表可知，彎曲應(yīng)力計(jì)算公式，即
（3.30）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 由文獻(xiàn)[1]表可知， ，
② 由文獻(xiàn)[1]表可知， ，
計(jì)算得，
MPa
（2）彎曲強(qiáng)度的齒根許用應(yīng)力
由文獻(xiàn)[4]表可知，齒根許用應(yīng)力計(jì)算公式，即
（3.31）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
①?gòu)澢跇O限MPa
③ 齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)
④ 彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)
⑤ 彎曲疲勞壽命系數(shù)
，
④彎曲疲勞的尺寸系數(shù)
計(jì)算得，
（3）由于MPaMpa，故安全。
4.2 軸承強(qiáng)度的校核
（1）滾動(dòng)軸承的選擇
滾動(dòng)軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻(xiàn)[2]表得KN，KN，，。
（2）壽命驗(yàn)算
軸承所受支反力合力
N （4.1）
對(duì)于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。
，N
由文獻(xiàn)[2]表得， ，
N （4.2）
按軸承B的受力大小驗(yàn)算
h （4.3）
h=年
由于變速器的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達(dá)到所計(jì)算的壽命,經(jīng)審核后，此軸承合格。
21
結(jié) 論
本文所設(shè)計(jì)的是自行車(chē)無(wú)極變速器的設(shè)計(jì)，原理比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是自行車(chē)無(wú)極變速器的設(shè)計(jì)，直到今天，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算接近尾聲了，通過(guò)這次對(duì)于自行車(chē)無(wú)極變速器的設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是自行車(chē)無(wú)極變速器的設(shè)計(jì)，通過(guò)初期的方案的制定，查資料和開(kāi)始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門(mén)學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。
經(jīng)過(guò)近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，論文終于可以完成了，我的心里無(wú)比的激動(dòng)。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)樗俏矣眯?、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我還提高了利用制圖軟件的水平，并吸收了大量的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下幾點(diǎn)。關(guān)于圖紙的繪制方面，當(dāng)零件的尺寸已經(jīng)給出，不考慮圖紙尺寸不合適的，基于實(shí)物，裝配時(shí)必須考慮的大小是合適的，因?yàn)锳utoCAD繪圖效果不好，也會(huì)引起的尺寸誤差，和甚至出現(xiàn)欠定義大小，因此，必須通過(guò)在這個(gè)時(shí)候?qū)α慵M(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行修改，直到符合要求。
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致 謝
直到今天，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動(dòng)。在具體的研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，我的老師和同學(xué)學(xué)習(xí)與生活中提供了無(wú)私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵(lì)著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！因?yàn)橛辛死蠋煹恼佌伣虒?dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識(shí)和做人的道理，由衷地感謝我親愛(ài)的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對(duì)我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無(wú)微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識(shí)，同時(shí)我的生活中的也有了一個(gè)明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過(guò)去的那個(gè)愛(ài)玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無(wú)私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過(guò)近半年的設(shè)計(jì)計(jì)算，查找各類(lèi)自行車(chē)無(wú)極變速器的相關(guān)資料,論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因?yàn)槲沂窃趺聪氲模@是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識(shí)和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是來(lái)自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識(shí)。另外也感謝我的父母，在做設(shè)計(jì)感覺(jué)受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們?cè)谙ば牡臑槲裔尫艍毫Γ膭?lì)我不要?dú)怵H，勇敢面對(duì)。每周一次和父母的通話(huà)，與朋友和同學(xué)的長(zhǎng)談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿(mǎn)的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。在以后的工作中，我們將繼續(xù)努力，爭(zhēng)取把自己的本職工作做好,直到符合要求。
另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計(jì)感覺(jué)受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們?cè)谙ば牡臑槲裔尫艍毫Γ膭?lì)我不要?dú)怵H，勇敢面對(duì)。每周一次和父母的通話(huà)，與朋友和同學(xué)的長(zhǎng)談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿(mǎn)的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
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