鋼球錐輪式無級(jí)變速器設(shè)計(jì)【Koop-B型】【P=4.5kw n=1500rpm R=6】【說明書+CAD+solidedge】

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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 目 錄 摘要 Abstract 1 引言……………………………………………………………………（1） 1.1 機(jī)械無級(jí)變速的發(fā)展概況…………………………………………………（1） 1.2 機(jī)械無極變速器的特征和應(yīng)用……………………………………………（2） 1.3 國內(nèi)機(jī)械無極變速器的研究現(xiàn)狀…………………………………………（2） 1.4 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求…………………………………………………（3） 2 總體方案的選擇………………………………………………………（5） 2.1 鋼球外錐（Kopp-B型）無級(jí)變速器………………………………………（5） 2.2 鋼球長錐式（RC型）無級(jí)變速器…………………………………………（7） 2.3 兩方案的比較與選擇………………………………………………………（7） 3 主要零件的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………………（8） 3.1 鋼球與主、從動(dòng)錐輪的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………（8） 3.2 加壓盤的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………………………（9） 3.3 調(diào)速齒輪上變速曲線槽的計(jì)算與設(shè)計(jì)……………………………………（10） 3.4 輸入、輸出軸的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………………（11） 3.5 輸入、輸出軸上軸承的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………（12） 3.6 輸入、輸出軸上端蓋的計(jì)算與設(shè)計(jì)………………………………………（14） 3.7 調(diào)速機(jī)構(gòu)的計(jì)算與設(shè)計(jì)……………………………………………………（14） 3.8 無極變速器的裝配…………………………………………………………（16） 4 主要零件的校核………………………………………………………（17） 4.1 傳動(dòng)鋼球的轉(zhuǎn)速校核………………………………………………………（17） 4.2 傳動(dòng)部件的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………（18） 4.3 軸的校核……………………………………………………………………（20） 4.4 軸承的校核…………………………………………………………………（22） 4.5 鍵的校核……………………………………………………………………（24） 總結(jié)…………………………………………………………………………（26） 致謝…………………………………………………………………………（27） 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………（28） 附錄 翻譯譯文及原文 1引言 1.1機(jī)械無級(jí)變速的發(fā)展概況 機(jī)械無級(jí)變速器最初是在19世紀(jì)90年代出現(xiàn)的，至20世紀(jì)30年代以后才開始發(fā)展，但當(dāng)時(shí)由于受材質(zhì)與工藝方面的條件限制，進(jìn)展緩慢。直到20世紀(jì)50年代，尤其是70年代以后，一方面隨著先進(jìn)的冶煉和熱處理技術(shù)，精密加工和數(shù)控機(jī)床以及牽引傳動(dòng)理論與油品的出現(xiàn)和發(fā)展，解決了研制和生產(chǎn)無級(jí)變速器的限制因素；另一方面，隨著生產(chǎn)工藝流程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化以及機(jī)械要改進(jìn)工作性能，都需要大量采用無級(jí)變速器。因此在這種形式下，機(jī)械無級(jí)變速器獲得迅速和廣泛的發(fā)展。主要研制和生產(chǎn)的國家有美國、日本、德國、意大利和俄國等。產(chǎn)品有摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式和脈動(dòng)式四大類約三十多種結(jié)構(gòu)形式。 國內(nèi)無級(jí)變速器是在20世紀(jì)60年代前后起步的，當(dāng)時(shí)主要是作為專業(yè)機(jī)械配套零部件，由于專業(yè)機(jī)械廠進(jìn)行仿制和生產(chǎn)，例如用于紡織機(jī)械的齒鏈?zhǔn)剑C(jī)械的多盤式以及切削機(jī)床的Kopp型無級(jí)變速器等，但品種規(guī)格不多，產(chǎn)量不大，年產(chǎn)量僅數(shù)千臺(tái)。直到80年代中期以后，隨著國外先進(jìn)設(shè)備的大量引進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動(dòng)流水線的迅速發(fā)展，對(duì)各種類型機(jī)械無級(jí)變速器的需求大幅度增加，專業(yè)廠才開始建立并進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，國外現(xiàn)有的幾種主要類型結(jié)構(gòu)的無級(jí)變速器，在國內(nèi)皆有相應(yīng)的專業(yè)生產(chǎn)廠及系列產(chǎn)品，年產(chǎn)量約10萬臺(tái)左右，初步滿足了生產(chǎn)發(fā)展的需要。與此同時(shí)，無級(jí)變速器專業(yè)協(xié)會(huì)、行業(yè)協(xié)會(huì)及情報(bào)網(wǎng)等組織相繼建立。定期出版網(wǎng)訊及召開學(xué)術(shù)信息會(huì)議進(jìn)行交流。自90年代以來，我國先后制定的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共14個(gè)：1.JB/T 5984-92 《寬V帶無級(jí)變速裝置基本參數(shù)》、2.JB/T 6950-93 《行星錐盤無級(jí)變速器》、3.JB/T 6951-93 《三相并聯(lián)連桿脈動(dòng)無級(jí)變速》、4.JB/T 6952-93 《齒鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器》、5.JB/T 7010-93 《環(huán)錐行星無級(jí)變速器》、6.JB/T 7254-94 《無級(jí)變速擺線針輪減速機(jī)》、7.JB/T 7346-94 《機(jī)械無級(jí)變速器試驗(yàn)方法》、8.JB/T 7515-94 《四相并列連桿脈動(dòng)無級(jí)變速器》、9.JB/T 7668-95 《多盤式無級(jí)變速器》、10.JB/T 7683-95 《機(jī)械無級(jí)變速器 分類及型號(hào)編制方法》、11.JB/T 7686-95 《錐盤環(huán)盤式無級(jí)變速器》、12.JB/T 50150-1999 《行星錐盤無級(jí)變速器質(zhì)量分等》、13.JB/T 53083-1999 《三相并聯(lián)連桿脈動(dòng)無級(jí)變速器 質(zhì)量分等》、14.JB/T 50020-×××× 《無級(jí)變速擺線針輪減速機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量分等》（報(bào)批稿）。 現(xiàn)在，機(jī)械無級(jí)變速器從研制、生產(chǎn)、組織管理到情報(bào)網(wǎng)信息各方面已組成一較完 整的體系，發(fā)展成為機(jī)械領(lǐng)域中一個(gè)新型行業(yè)。 1.2機(jī)械無極變速器的特征和應(yīng)用 機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)幾乎都是依靠摩擦力或油膜拉曳力來傳遞動(dòng)力的(PIV型及FMB 型滑片鏈?zhǔn)阶兯倨饔胁糠帧皣Ш稀币蛩?，脈動(dòng)式無級(jí)變速器酌的單向超越離合器也是依 靠摩擦來傳動(dòng)的)，由于大多是在充分潤滑的條件下，用高硬度、高光潔度的擦傳動(dòng)副 來傳動(dòng)，因此摩擦系數(shù)僅為0.02～0.06，施加在摩擦副間的法向壓緊力Q高達(dá)其所傳遞 的有效圓周力的20～75倍，因而限制了其傳動(dòng)功率，傳遞的功率最高為110KW(R6=6的 擺銷錠式變速器)、150KW(多盤式)；而且出于對(duì)材質(zhì)、工藝；潤滑油的品質(zhì)均提出了較 高的要求，所以直到本世紀(jì)五十年代才得到迅速發(fā)展，日前世界上一些國家已對(duì)多種性 能良好的機(jī)械無級(jí)變速器進(jìn)行了系列化的生產(chǎn)，作為通用部件供應(yīng)，我國也對(duì)部分品種 進(jìn)行了系列生產(chǎn)，這對(duì)發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)是頗為有益的。機(jī)械無級(jí)變速器且有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià) 廉、傳動(dòng)效率高(有的高達(dá)95％)、通用件強(qiáng)、傳動(dòng)比穩(wěn)定性好(有的誤差小于0.5%)、 工作可靠、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是某些機(jī)械無級(jí)變速器可以在很大的變速范圍內(nèi)具有 恒功率的機(jī)械特性；這是電氣和液壓無級(jí)變速所難以達(dá)到的。不少機(jī)械無級(jí)變速器還有 振動(dòng)小(全振幅小于3～15微米)和噪音低的特點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是存在滑動(dòng)、承受過載和沖 擊的能力差。對(duì)于脈動(dòng)無級(jí)變速器由于有往復(fù)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件和超越離合器，以及輸出速度的 脈動(dòng)性，限制了它只適用于小功率，低速和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)要求不高的場合。帶，鏈?zhǔn)綗o級(jí)變 速器，便于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載而變化的自動(dòng)無級(jí)調(diào)速，有利于節(jié)約能量，很有發(fā)展前途。 由于機(jī)械無級(jí)變速器的傳遞功率較小，，為擴(kuò)大其功率范圍，常將其與大功率定傳動(dòng)比 系統(tǒng)以差動(dòng)行星齒輪機(jī)構(gòu)相聯(lián)；這樣使大部分功率由定傳動(dòng)比系統(tǒng)傳遞，而少量功率流 過機(jī)械無級(jí)變速器，經(jīng)差動(dòng)合成后，既進(jìn)行了變速又傳遞了大的功率，這時(shí)無級(jí)變速器 是作為控制傳動(dòng)用的。作為機(jī)械無極變速器本體來講，要擴(kuò)大其傳動(dòng)功率，則必需采取 多接觸區(qū)分匯流傳動(dòng)型式、接觸區(qū)綜合曲率小(曲率半徑大)的結(jié)構(gòu)。并通過選擇適當(dāng)?shù)? 潤滑油(有添加劑的)、表內(nèi)幾何形狀、滾功體尺寸等以建立起油膜進(jìn)行傳動(dòng)。 機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操縱方便、傳動(dòng)效率較高、恒功率特性高、噪 聲低等優(yōu)點(diǎn)，因此，能適應(yīng)變工況工作、簡化傳動(dòng)方案，節(jié)約能源和減少環(huán)境污染等要 求，在工業(yè)界受到越來越多的重視和采用。目前已較多地應(yīng)用于車輛、拖拉機(jī)和工程機(jī) 械、船舶、機(jī)床、輕紡化工業(yè)機(jī)器、起重機(jī)械和試驗(yàn)設(shè)備中。 1.3國內(nèi)機(jī)械無極變速器的研究現(xiàn)狀 國內(nèi)機(jī)械無級(jí)變速器于20世紀(jì)6O年代前后起步，到80年代中期，隨著國外先進(jìn)設(shè)備的大量引進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動(dòng)流水線的迅速發(fā)展，對(duì)各種類型機(jī)械無級(jí)變速器的需求大幅度增加，專業(yè)廠開始建立并進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作。現(xiàn)在，國內(nèi)機(jī)械無級(jí)變速器行業(yè)從研制、生產(chǎn)到情報(bào)信息各方面都已組成一個(gè)較完整的體系，發(fā)展為機(jī)械領(lǐng)域中一個(gè)新興行業(yè)。 目前，國內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)械無級(jí)變速器大都是仿制國外產(chǎn)品，主要系列產(chǎn)品類型有： 1)摩擦式無級(jí)變速器，包括行星錐盤式(DIS—CO型)、行星環(huán)錐式(RX型)、錐盤環(huán)盤式(干式、濕式)和多盤式(Beier型)等。 2)齒鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器，包括滑片鏈?zhǔn)?、滾柱鏈?zhǔn)健㈡準(zhǔn)骄砝@式。 3)帶式無級(jí)變速器，包括普通V 帶式和寬V帶式。 4)脈動(dòng)式無級(jí)變速器，包括三相并列連桿式(GUSA型)與四相并開連桿式(Zero—Max型)。 其中行星錐盤式無級(jí)變速器通用性較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)和工藝較簡單，工作可靠，綜合性能優(yōu)良，尤其是能適應(yīng)各種生產(chǎn)流水線需要，故應(yīng)用最廣，產(chǎn)量最大，其年產(chǎn)量占機(jī)械無級(jí)變速器總產(chǎn)量的5O 9／6以上。大部分無級(jí)變速器產(chǎn)品的輸入功率為0．18～7．5kW，少數(shù)類型可以達(dá)到22～3O kW。 通過前一階段的實(shí)踐，并掌握了現(xiàn)有技術(shù)之后，近年來國內(nèi)機(jī)械無級(jí)變速器的研制生產(chǎn)出現(xiàn)了新的發(fā)展趨向，主要是： 1)對(duì)原有產(chǎn)品的創(chuàng)新改進(jìn)。在原來行星錐盤式無級(jí)變速器的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新開發(fā)“恒功率行星摩擦式無級(jí)變速器”及“無物理心軸行星輪無級(jí)變速器”，后者的變速比由原來的5～6增大到2O或更大，輸出轉(zhuǎn)矩也高了一倍以上，而且其他性能指標(biāo)優(yōu)良，目前已有系列產(chǎn)品。 2)研制開發(fā)汽車用元級(jí)變速器。汽車用無級(jí)變速器屬高新技術(shù)產(chǎn)品，目前國內(nèi)已開發(fā)出金屬帶式無級(jí)變速器，正準(zhǔn)備進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；其中靠進(jìn)口的關(guān)鍵零件“金屬鋼帶”也將自行生產(chǎn)。另外，新型的車用無級(jí)變速器及復(fù)合帶也在探討之中。 3)創(chuàng)新研制新型(車用和通用)無級(jí)變速器。近年來不斷提出創(chuàng)新型無級(jí)變速器，這些無級(jí)變速器的特點(diǎn)主要是：① 不用摩擦式變速傳動(dòng)而多半以連桿脈動(dòng)式無級(jí)變速器傳動(dòng)為主或采取鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)；② 實(shí)現(xiàn)大功率、恒功率或者高速；③ 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，并獲得優(yōu)良的性能。其中有些方案已經(jīng)過多年的研究試驗(yàn)，可能在不久的將來即有成果。 上述情況說明，國內(nèi)無級(jí)變速器的研制生產(chǎn)已由過去的仿造階段進(jìn)入創(chuàng)新階段，由小功率往大功率、一般技術(shù)向高新技術(shù)發(fā)展，今后有可能出現(xiàn)一些性能優(yōu)良的新一代機(jī)械無級(jí)變速器。 1.4畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 設(shè)計(jì)內(nèi)容：要求根據(jù)導(dǎo)師提供的數(shù)據(jù)(N1=4.5KW，=6，=1500rpa)比較和選擇合 適的方案；完成鋼球錐輪式無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)；對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度和壽命 校核;運(yùn)用Pro/e完成該無級(jí)變速的建模，裝配圖。 設(shè)計(jì)要求：變速范圍250rpa～1500rpa; 變速器尺寸要盡可能小，輕便；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)使制造成本盡可能低；外觀勻稱，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(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。 2總體方案的選擇 鋼球錐輪無級(jí)變速多種多樣，在此，我只選擇了兩種方案供參考，作比較，選出理想方案。該兩種方案分別是鋼球外錐式（Kopp-B型）無級(jí)變速器和鋼球內(nèi)錐式無級(jí)變速，分別描述如下。 2.1鋼球外錐（Kopp-B型）無級(jí)變速器 Koop-B型變速器的皺構(gòu)如圖2-1所示。動(dòng)力由軸1輸入，通過自動(dòng)加壓裝置2，帶動(dòng)主動(dòng)輪3同速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)一組(3～8個(gè))鋼球4利用摩擦力驅(qū)動(dòng)外環(huán)7和從動(dòng)錐輪9；再經(jīng)錐輪輪9、自動(dòng)加壓裝置10驅(qū)動(dòng)輸出軸11，最后將動(dòng)力輸出。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) ` 1、11-輸入、輸出軸 2、10-加壓裝置 3、9-主、從錐輪 4-傳動(dòng)鋼球 5-調(diào)速渦輪 6-調(diào)速蝸桿 7-外環(huán) 8-傳動(dòng)鋼球 12、13-端蓋 速時(shí)，通過蝸桿6使蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)力范圍為：=9，Imax=1/Imin，P≤11KW，ε≤4% ，η＝0.80～0.92 ，應(yīng)用甚廣。 從動(dòng)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(dòng)主動(dòng)齒輪6使從動(dòng)齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)齒輪的曲線槽迫使傳動(dòng)鋼球軸8繞鋼球4的軸心線擺動(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)無級(jí)調(diào)速。具體分析如圖2-2。 鋼球外錐式無級(jí)變速器變速如圖2-3所示：中間輪為一鋼球，主、從動(dòng)輪式母線均為直線的錐輪，接觸處為點(diǎn)接觸。主、從動(dòng)輪的軸線在一直線上，調(diào)速時(shí)主、從動(dòng)輪工 作半徑不變，而是通過改變中間輪的回轉(zhuǎn)軸線的傾斜角θ籍以改變其兩側(cè)的工作半徑來實(shí)現(xiàn)變速。 2.2鋼球長錐式（RC型）無級(jí)變速器 如圖2-4所示，為一種早期生產(chǎn)的環(huán)錐式無級(jí)變速器，是利用鋼環(huán)的彈性楔緊作用自動(dòng)加壓而無需加壓裝置。由于采用兩軸線平行的長錐替代了兩對(duì)分離輪，并且通過移動(dòng)鋼環(huán)來進(jìn)行變速，所以結(jié)構(gòu)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(jī)械特性如下圖2-5所示。技術(shù)參數(shù)為：傳動(dòng)比 i21 = n2/n1 =2～0.5,變速比= 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。 2.3兩方案的比較與選擇 鋼球長錐式(RC型)無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)很簡單，且使用參數(shù)更符合我們此次設(shè)計(jì)的要求，但由于在調(diào)速過程中，怎樣使鋼環(huán)移動(dòng)有很大的難度，需要精密的裝置，如果此裝置用于制造，成本會(huì)大大的提高，顯得不合理。 而鋼球外錐式(Koop-B型)無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)也比較簡單，原理清晰，各項(xiàng)參數(shù)也比較符合設(shè)計(jì)要求，故選擇此變速器。 3主要零件的計(jì)算與設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一臺(tái)Koop-B型無級(jí)變速器，輸入功率為N1=4.5KW，=6，np=1500rpa。選用Y132M-4型電機(jī)驅(qū)動(dòng)。N=7.5KW，n=1400rpa,η=0.87。輸入轉(zhuǎn)速n1=750rpa。確定傳動(dòng)件的主要尺寸參數(shù)。 3.1鋼球與主、從動(dòng)錐輪的計(jì)算與設(shè)計(jì) （1）選材料：鋼球、錐輪、外環(huán)及加壓盤均勻GCr15,表面硬度HRC61，摩擦系數(shù)f=0.04，許用接觸應(yīng)力：傳動(dòng)件﹝σj﹞=22000～25000kgf/cm2,加壓元件﹝σj﹞=40000～500000kgf/cm2。 （2）預(yù)選有關(guān)參數(shù)：錐輪錐頂半角a=45o，傳動(dòng)鋼球個(gè)數(shù)z=6，加壓鋼球個(gè)數(shù)m=8，錐輪于鋼球的直徑比c1==1.5,kf=1.25、η=0.8。 （3）有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算； 傳動(dòng)比 鋼球支承軸的極限轉(zhuǎn)角 （增速范圍） （減速范圍） （4）計(jì)算確定傳動(dòng)鋼球的直徑: 按表1-2（機(jī)械無級(jí)變速器）由查得，代入式得 按鋼球規(guī)格圓整取 錐輪直徑 圓整取 則 驗(yàn)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)算有關(guān)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加壓盤的計(jì)算與設(shè)計(jì) 加壓裝置采用鋼球V形槽式加壓盤，此加壓盤動(dòng)作靈敏，工藝要求高，承載能力符合要求。 （1)加壓裝置有關(guān)參數(shù) 加壓盤作用直徑 加壓盤V形槽傾角λ 取 加壓鋼球按經(jīng)驗(yàn)公式取、。經(jīng)驗(yàn)算接觸強(qiáng)度均不足，故改用腰鼓形滾子8個(gè)，取滾子軸向截面圓弧半徑，橫向中間截面半徑。現(xiàn)驗(yàn)算其強(qiáng)度： 每個(gè)加壓滾子上的法向壓緊力 曲率系數(shù) 由表1-2按 查得，代入式得加壓盤處的最大接觸應(yīng)力為 工作應(yīng)力在許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。故可以采用。 3.3調(diào)速齒輪上變速曲線槽的計(jì)算與設(shè)計(jì) 調(diào)速渦輪槽形曲線及傳動(dòng)鋼球的尺寸符號(hào)如圖2-2所示。整個(gè)調(diào)速過程通常在渦輪轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)完成，大多數(shù)取。槽形曲線可以為阿基米德螺旋線，也可以采用圓弧代替。本方案采用圓弧槽線，變速槽中心線必須通過A、B、C三個(gè)點(diǎn)，它們的極坐標(biāo)（以o點(diǎn)為極點(diǎn)）分別為： A：mm B：mm C： mm 定出A、B、C三點(diǎn)，采用做圖畫做出弧形槽，槽寬10mm。 3.4輸入、輸出軸的計(jì)算與設(shè)計(jì) 本方案為無級(jí)變速器，機(jī)械傳動(dòng)平穩(wěn)，彎曲振動(dòng)小。故選用45號(hào)鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)220～250HBS，，一下為從動(dòng)軸的計(jì)算與設(shè)計(jì)。 （1）最小軸徑的確定 初步計(jì)算按軸的最小軸徑公式估算，取，于是得： 輸出軸的最小直徑為與錐輪連接處（圖2-1）。考慮到此處錐輪于軸是過渡配合，且錐輪工作直徑為155mm，為保證錐輪與軸配合有良好的對(duì)中性，采用錐輪標(biāo)準(zhǔn)的推薦直徑為40mm。 （2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）擬定軸上零件的裝配方案 本方案如圖2-1所示的裝配的方案。 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 I軸段安裝錐輪及加壓盤保持架，保證與軸配合的轂孔長度，取，mm。II段軸安裝加壓盤一側(cè)和軸承，加壓盤用花鍵移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)錐輪的加壓，取花鍵 GB/T1144-87，軸承同時(shí)受到徑向力與軸向力作用，初步選用滾動(dòng)軸承外加退刀槽，取， 。III軸段對(duì)軸II與軸IV上的軸承內(nèi)圈起定位作用，取。IV軸段作為軸承座安裝滾動(dòng)軸承，受軸向力大用角接觸球軸承，取。V軸段根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)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帶輪采用推薦直徑。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。V帶輪和迷宮式密封與軸的周向定位均采用平鍵連接。按各段軸徑查得平鍵截面V：，,VI:，.為保證V帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇V帶輪輪轂與軸的配合為；同樣，密封擋圈與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸定位是由過渡配合來保證的，軸承段的直徑尺寸公差為m6.取軸端倒角為。 3-1 輸出軸 3）由于主、從動(dòng)錐輪一致，軸上零件布置也相同。同時(shí)主動(dòng)輪的最小軸徑估算為。為了節(jié)省工藝及成本，主、從動(dòng)軸設(shè)計(jì)成同種軸。 3.5輸入、輸出軸上軸承的選擇與計(jì)算 軸承為標(biāo)準(zhǔn)件，只需挑選合適的參數(shù)的軸承即可，主、從動(dòng)軸軸II段由于軸承到徑向力與周向力的作用，所以選用深溝球軸承6010 GB/T276-91。從動(dòng)軸IV段為限制軸（外殼）的向右的軸向移動(dòng)選用角接觸球軸承7011 GB/T292-94，兩軸承的基本額定動(dòng)載荷均大于10KN，所以角接觸軸承采用正裝可滿足要求。 深溝球軸承 6010 GB/T 276-94 軸承 代號(hào) 基本尺寸（mm） 安裝尺寸（mm） 基本額定動(dòng)載荷 基本額定靜載荷 極限轉(zhuǎn)速 (r/min) 原軸承代號(hào) d D B r min d min D max r max （KN） 脂潤滑 油潤滑 6010 50 90 16 1 56 74 1 22.0 16.2 7000 9000 110 角接觸球軸承 7011C GB/T 292-94 軸承代號(hào) 基本尺寸（mm） 安裝尺寸（mm） 70000AC 極限轉(zhuǎn)速 (r/min) 原軸承代號(hào) d D B r min d min D r a (mm) 基本額定 脂潤滑 油潤滑 max 動(dòng)載荷 靜載荷 (KN) 7011C 55 9018 1.1 0.6 62 83 1 18.7 37.2 30.5 6000 8000 36111 3.6輸入、輸出軸上端蓋的計(jì)算與設(shè)計(jì) 根據(jù)功能需要選擇透蓋，，按Q/ZB100-73規(guī)定,選用氈封油圈時(shí)，其氈圈尺寸：在軸徑<50mm時(shí)，氈圈外徑D較大1mm,厚度B較大1mm；軸徑>50～240mm時(shí)，氈圈外徑D較大2mm,厚度B較大2mm。 3.7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(dòng)或自動(dòng)控制方式，改變滾動(dòng)體(或脈動(dòng)無級(jí)變速器的桿件)間的尺寸比例關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)無級(jí)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(dòng)比)。 根據(jù)變速器中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)體形狀的不同，對(duì)應(yīng)的調(diào)速機(jī)構(gòu)也不同，但基本原理都是將其個(gè)某一個(gè)滾動(dòng)體沿另一個(gè)(或幾個(gè))滾動(dòng)體母線移動(dòng)的方式來進(jìn)行調(diào)速。 一般滾動(dòng)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(dòng)體沿另一滾動(dòng)體表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式，只有直線移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)(擺動(dòng))兩種力式。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(dòng)體移動(dòng)來改變工作半徑的。主要用于兩滾動(dòng)體的切線均為直線的情況，且兩輪的回轉(zhuǎn)軸線平行或梢交，移動(dòng)的方向是兩輪的接觸線方向。 2．通過使?jié)L動(dòng)體的軸線偏轉(zhuǎn)來改變工作半徑的。主要用于兩滾動(dòng)體之一的母線為圓弧的情況。 鋼球外錐輪式無級(jí)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(dòng)再經(jīng)槽凸輪而使鋼球心軸繞其圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)鋼球主、從動(dòng)側(cè)工作半徑的改變。 調(diào)速渦輪在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證避免與其它零件發(fā)生干涉，同時(shí)采用單頭蝸桿，以增加自鎖性，避免自動(dòng)變速而失穩(wěn)。 根據(jù)整體設(shè)計(jì)，蝸桿傳動(dòng)的基本尺寸及參數(shù)匹配如下： 蝸桿的基本尺寸 （GB 10085-88） 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 渦輪、蝸桿參數(shù)的匹配（GB 10085-88） 中心距 mm 傳動(dòng)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 傳動(dòng)鋼球小軸擺角與手輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系為： 在制造時(shí)，蝸輪上的z條槽要保證其圓周不等分性不超過。否則會(huì)造成鋼球轉(zhuǎn)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(cè)隙約為0.03mm左右，過大會(huì)在開車時(shí)引起沖擊現(xiàn)象，易導(dǎo)致鋼球支承軸彎曲甚至折斷。 3.8無級(jí)變速器的裝配 1.變速器的裝配 　 1）所有零件應(yīng)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(yīng)涂以齒輪油或機(jī)械油。 3）裝入軸承前時(shí)，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，以防止損傷軸承。也可將軸承在機(jī)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(shí)，應(yīng)涂以密封膠以防漏油。 　5）各緊固螺栓應(yīng)按規(guī)定鎖止方法進(jìn)行鎖止。 　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）軸的軸向間隙一般為0.10-0.40mm，可在軸承蓋內(nèi)增減墊片進(jìn)行調(diào)整。 　3）檢查蝸桿傳動(dòng)的嚙合與調(diào)速情況，各檔渦輪應(yīng)具備良好的自鎖性。齒的嚙合痕跡應(yīng)大于全齒工作面積的三分之一。 4主要零件的校核 本章主要是根據(jù)傳動(dòng)要求對(duì)無級(jí)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(dòng)錐輪之間的接觸強(qiáng)度的限制，在4.2節(jié)會(huì)做出校核，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，故在此不進(jìn)行校核，對(duì)軸上軸承進(jìn)行強(qiáng)度與壽命計(jì)算。軸上鍵的連接，迷宮式密封圈的鍵起固定作用，并不傳遞較大的作用，力故在此不校核，軸段VI的鍵為V帶輪傳遞力以及花鍵為加壓盤傳遞主要的載荷。鍵的主要失效形式是工作表面被壓潰（平鍵）或工作表面過渡磨損（動(dòng)連接），在此方案中花鍵進(jìn)行靜連接的校核。 4.1傳動(dòng)鋼球的轉(zhuǎn)速校核 鋼球與錐輪的接觸區(qū)為橢圓，其長半徑為；空載時(shí)，純滾動(dòng)點(diǎn)在接觸橢圓的中心o點(diǎn)，鋼球的理論轉(zhuǎn)速為為 鋼球?qū)嶋H轉(zhuǎn)速 （增速） （減速） 外環(huán)轉(zhuǎn)速 （增速） （減速） 符合滑動(dòng)率的要求。 4.2傳動(dòng)部件的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算 1）受力分析 主動(dòng)錐輪轉(zhuǎn)矩 從動(dòng)錐輪轉(zhuǎn)矩 每個(gè)傳動(dòng)鋼球上的轉(zhuǎn)矩 外環(huán)上的轉(zhuǎn)矩 主動(dòng)錐輪與每個(gè)鋼球接觸點(diǎn)處所傳遞的有效圓周力 從動(dòng)錐輪與每個(gè)鋼球接觸點(diǎn)處所傳遞的有效圓周力 主、從動(dòng)錐輪與每個(gè)鋼球接觸點(diǎn)處所承受的法向壓緊力分別為及 它們的徑向分量及軸向分量分別為 由在一般情況下，故鋼球心軸上受有不平衡的力距作用。 2）強(qiáng)度計(jì)算 由于Kopp-B型無級(jí)變速器是恒功率型的，故應(yīng)按時(shí)從動(dòng)側(cè)鋼球與錐輪的工作位置建立強(qiáng)度計(jì)算公式，這時(shí)： 壓緊力 曲率 當(dāng)量曲率 曲率系數(shù)cos 4.3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)力集中均將削弱軸的 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(duì)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Mca1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) 抗扭截面系數(shù) 截面C左側(cè)的彎矩M為 截面C左側(cè)的扭矩為 截面上的彎曲應(yīng)力為 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 軸的材料為45號(hào)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)按手冊(cè)查取。因 ，經(jīng)插值后可查得 又由手冊(cè)可得軸的材料的敏性系數(shù)為 故有應(yīng)力集中系數(shù) 由手冊(cè)得尺寸系數(shù)；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。 軸按磨削加工，由手冊(cè)得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，按手冊(cè)得綜合系數(shù)為 又由手的得材料特性系數(shù) 于是，計(jì)算安全系數(shù)Sca值，按公式則得 故可知其安全。 3）截面C右側(cè)同理可的。安全。 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(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。音癡，軸的設(shè)計(jì)校核結(jié)束。 4.4軸承的校核 輸入、輸出軸采用相同設(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 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)面力系。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: 2)求兩軸承的計(jì)算軸向力 對(duì)于6000C型軸承，按手冊(cè)，軸承派生軸向力，其中，為判斷系數(shù) ，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(cè)確定。 3）求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷，由手冊(cè)進(jìn)行查表或插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為： 對(duì)軸承1 對(duì)軸承2 因?yàn)檩S承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按手冊(cè)查得，，取。則 4)驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)?，所以按軸承2的受力大小來驗(yàn)算 綜合上述可得，該設(shè)計(jì)符合工程要求。 4.5鍵的校核 設(shè)定輸入軸與V帶輪之間的鍵為1 ，輸出軸上的鍵2，加壓盤上的花鍵為鍵3。 普通平鍵的型式與尺寸如下圖： 普通型 平鍵 GB/T1096-79 矩形花鍵的連接 矩形花鍵尺寸 GB/T1144-87 由前面條件選取的鍵型號(hào)規(guī)格如下： 鍵1：圓頭普通平鍵（A型） b=14mm h=9mm L=40mm 鍵2：圓頭普通平鍵（A型） b=16mm h=10mm L=25mm 鍵3: 矩形花鍵 6-50×46×9 受力分析： 鍵1受到的轉(zhuǎn)距 鍵2受到的轉(zhuǎn)距 鍵3受到的轉(zhuǎn)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） 所以： 校核第一個(gè)鍵： 校核第二個(gè)鍵： 花鍵的材料為鋼，使用和制造情況良好，齒面經(jīng)熱處理，為120～200MPa,取=130MPa。 花鍵的校核公式： 鍵的校核達(dá)到要求。 綜合上述可得，該設(shè)計(jì)符合工程要求。 總 結(jié) 這對(duì)自己來說，是一個(gè)總結(jié)，也是一個(gè)提醒。因?yàn)楫厴I(yè)論文的完成，既為大學(xué)四年劃上了一個(gè)完美的句號(hào)，也為將來的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。2009年12月，我開始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，時(shí)至今日，設(shè)計(jì)基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)設(shè)計(jì)過程難以用語言來表達(dá)。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我不僅把知識(shí)融會(huì)貫通，而且豐富了大腦，同時(shí)在查找資料的過程中也了解了許多課外知識(shí)，開拓了視野，認(rèn)識(shí)了無級(jí)變速器在未來應(yīng)用的發(fā)展，是自己在專業(yè)知識(shí)方面和動(dòng)手能力方面有了質(zhì)的飛躍。 畢業(yè)的時(shí)間一天一天的臨近。回首前面的時(shí)光。在沒做畢業(yè)設(shè)計(jì)之前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的大概總結(jié)，但是真的面對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)是發(fā)現(xiàn)自己的想法基本是錯(cuò)誤的。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我明白自己原來的知識(shí)太理論化了，面對(duì)單獨(dú)的課題是感覺很茫然。覺得自己學(xué)要的東西還很多，以前自己眼高手低。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 總之，事情總是開頭難，不知道如何讓入手。最后終做完有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！所學(xué)知識(shí)只有在真正用的時(shí)候才能學(xué)會(huì)。 在此要感謝我們的指導(dǎo)老師聶老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我們通過查閱大量有關(guān)的資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并想老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少的艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂的許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大的提高了動(dòng)手能力，是我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，是我終生受益。 致 謝 在這里我首先要感謝我的導(dǎo)師聶松輝老師。聶老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為繁瑣，但是聶老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩的聶老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次我要感學(xué)和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們，他們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，并承擔(dān)了大部分的工作量。如果沒有他們的努力工作，此次設(shè)計(jì)的完成將變的非常困難。 然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 最后感謝機(jī)械工程學(xué)院和我的母校—湘潭大學(xué)興湘學(xué)院對(duì)我的栽培。 參考文獻(xiàn) [1] 阮忠唐主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)無級(jí)變速器[S]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1983.10. 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