1424-菱錐式無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1424-菱錐式無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計,菱錐式,無級,變速器,結(jié)構(gòu)設(shè)計 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：菱錐式無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計專 業(yè)： 機械設(shè)計及其自動化 學(xué) 號： 2007964212 姓 名： 姚昊雄 指導(dǎo)教師： 聶松輝 （教授） 完成日期： 2011 年 5月 I目錄第一章 緒論11.1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點1 1.2.1無級變速器的技術(shù)特性11.2.2無級變速器優(yōu)缺點21.2.3無級變速器類型31.3機械無級變速器的研究現(xiàn)狀51.3.1國內(nèi)研究形式51.3.2國際研究形式51.3.3變速器技術(shù)未來發(fā)展趨勢61.3.4未來注重節(jié)能環(huán)保技術(shù)61.4課題的研究內(nèi)容和要求7第二章 菱錐式無級變速器工作原理82.1 CVT的工作原理82.2 菱錐無級變速器的變速原理 9第三章菱錐無級變速器部分零件的設(shè)計與計算 123.1、電動機的選擇123.2、變速器基本型號的確定123.3、菱錐與主動輪結(jié)構(gòu)尺寸的計算123.4、輸入側(cè)加壓裝置133.5、輸出側(cè)加壓裝置133.6、強度校核計算143.7、輸入、輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計143.8、輸入、輸出軸上軸承的選用15第四章 主要零件的校核164.1 輸出、輸入軸的校核164.2 軸承的校核17總結(jié)18致謝19參考文獻(xiàn)20中英文翻譯21II機械菱錐式無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要: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(zhuǎn)速不變的情況下，能實現(xiàn)輸出軸的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，以滿足及其或生產(chǎn)系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中各種不同工況的要求。本文簡要介紹了菱錐式機械無級變速器的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計計算的方法、材質(zhì)及潤滑等方面的知識，并以此作為本次無級變速器設(shè)計的理論基礎(chǔ)。菱錐式無級變速器其主要特點是： 一是為升、降速型；二是采用多個菱錐分流傳動，承載力大，變速范圍寬，恒功率特性好，摩擦損耗小，傳動效率高；三是可以正反轉(zhuǎn)，并能使輸入、輸出端互換以獲得低或高的輸出轉(zhuǎn)速；四是采用兩套自動加壓裝置，工作可靠，調(diào)壓迅速；五是運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗沖擊能力較強。這次設(shè)計采用的是以菱形錐輪作為中間傳動元件，通過改變錐輪的工作半徑來實現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的菱錐錐輪式無級變速器。論文中分析了在傳動過程中變速器的主動輪、菱錐、和外環(huán)的工作原理和受力關(guān)系；詳細(xì)推導(dǎo)了實用的菱錐錐輪式無級變速器設(shè)計的計算公式；并針對設(shè)計所選擇的參數(shù)進(jìn)行了具體的設(shè)計計算；繪制了所計算的菱錐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(jié)構(gòu)和工藝等方面的要求表達(dá)得更為清楚。關(guān)鍵詞：機械無級變速器 摩擦式 菱錐錐輪式IIILing cone CVT mechanical structure designAbstract ：The mechanical variable speed drives is a general purpose gearing which can realize a constant viaration of output shaft rotating speed in certain degree with the same input rotate speed so as to meet the production systems demands during all kinds of operating situations. The article briefly introduces 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.The most specialties of Ling cone CVT mechanical: 1 capable of improve and lower the speed; 2 large bearing capacity, wide range of variable speed, constant output power, small friction loss and high transmission efficiency; 3 it can rotate positively and versedly so as to exchange the input and output with corresponding low or high output rotational speed; 4 precise control of speed and easy presure regulating; 5 stable accuracy of speed and strong impact resistance.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. Key Words: mechanical variable speed drives, friction type, pyramid type1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（Continuously Variable Transmission，簡稱 CVT）是一種能夠使機器的輸出軸轉(zhuǎn)速在兩個極值范圍內(nèi)連續(xù)變化的傳動部件。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，以傳遞動力。當(dāng)對輸入輸出軸的聯(lián)系關(guān)系進(jìn)行控制時，即可使兩軸間的傳動比在兩個極值范圍內(nèi)連續(xù)而任意地變化。其結(jié)構(gòu)特征主要是：需由變速傳動機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)以及加壓裝置和輸出機構(gòu)三部分組成。傳動系統(tǒng)的調(diào)速一般有兩種方式:一種是動力源速度恒定，調(diào)節(jié)傳動機構(gòu)的傳動比，即所謂的機械無級變速傳動;一種是傳動機構(gòu)的傳動比恒定，調(diào)節(jié)動力源速度，即所謂的電力無級變速傳動。無級變速器的適用范圍廣，可以在驅(qū)動固定的情況下，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)動力矩（如化工行業(yè)中的攪拌機械，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（如起重運輸機械要求隨物料及運行區(qū)段的變化而能相應(yīng)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(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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保持恒定的張力） ；可以為適應(yīng)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(diào)運轉(zhuǎn)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(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（如試驗機械或離心機需調(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、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，可以看出采用無級變速器，尤其是配合減速傳動時進(jìn)一步擴大其變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩，能更好地適應(yīng)各種機械的工況要求，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。所以無級變速器目前已成為一種基本的通用傳動形式，廣泛應(yīng)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(nóng)業(yè)、國防、及試驗等各類機械，已開發(fā)有各種類型并已系列化生產(chǎn)。1.2機械無級變速器的特點 1.2.1無級變速器的技術(shù)特性目前 CVT 技術(shù)發(fā)展得相當(dāng)迅速，各大汽車廠家都在加強這一領(lǐng)域的研發(fā)。尤其是在混合動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，它將會是未來變速器發(fā)展的大趨勢。下面從以下幾點出發(fā)分析無級變速器的技術(shù)特性。1、經(jīng)濟(jì)性CVT 可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，從而獲得傳動系與發(fā)動機工況的最佳2匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。德國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 汽車的燃油消耗對比 試驗油耗 4-AT CVTECE 市區(qū)循環(huán),L/100km 14.4 13.2ECE 郊區(qū)/遠(yuǎn)程循環(huán), L/100km 10.8 9.890km/h 勻速，L/100km 8.3 7.0120km/h，L/100km 10.3 9.22、動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，汽車的動力性愈好。由于 CVT 的無級變速特性，能夠獲得后備功率最大的傳動比，所以CVT 的動力性能明顯優(yōu)于機械變速器(MT)和自動變速器(AT)。 3、排放CVT 的速比工作范圍寬，能夠使發(fā)動機以最佳工況工作，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)簡單，零部件數(shù)目比 AT(約 500 個)少(約 300 個)，一旦汽車制造商開始大規(guī)模生產(chǎn)，CVT 的成本將會比 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(如傳動帶或傳動鏈、主動輪、從動輪和液壓泵)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，而且駕駛非常簡單、安全。從而使用戶獲得全方位的“ 行駛樂趣” 。1.2.2 無級變速器優(yōu)缺點優(yōu)點：CVT 技術(shù)真正應(yīng)用在汽車上不過十幾年的時間，但它比傳統(tǒng)的手動和自動變速器的優(yōu)勢卻是顯而易見的： 1. 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，零件少，大批量生產(chǎn)后的成本肯定要低于當(dāng)前普通自動變速器的成本； 2. 它的工作速比范圍寬，容易與發(fā)動機形成理想的匹配，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。 缺點：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3不適宜做激烈的運動。傳動帶容易損壞，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。1.2.3 無級變速器類型為實現(xiàn)無級變速，按傳動方式可采用液體傳動、電力傳動和機械傳動三種方式。 液體傳動液體傳動分為兩類：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裝置，適用于中小功率傳動。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，適用于大功率（幾百至幾千千瓦） 。 液體傳動的主要特點是：調(diào)速范圍大，可吸收沖擊和防止過載，傳動效率較高，壽命長，易于實現(xiàn)自動化：制造精度要求高，價格較貴，輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩，滑動率較大，運轉(zhuǎn)時容易發(fā)生漏油。 1.2.3.1 電力傳動電力傳動基本上分為三類：一類是電磁滑動式，它是在異步電動機中安裝一電磁滑差離合器，通過改變其勵磁電流來調(diào)速，這屬于一種較為落后的調(diào)速方式。其特點結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作維護(hù)方便：滑動最大，效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，不適合長期負(fù)載運轉(zhuǎn)，故一般只用于小功率傳動。 二類是直流電動機式，通過改變磁通或改變電樞電壓實現(xiàn)調(diào)速。其特點是調(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)已逐步被交流電動機式替代。 三類是交流電動機式，通過變極、調(diào)壓和變頻進(jìn)行調(diào)速。實際應(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)動電動機變速。其特點是調(diào)速性能好、范圍大、效率較高，可自動控制，體積小，適用功率范圍寬：機械特性在降速段位恒轉(zhuǎn)矩，低速時效率低且運轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)，價格較高，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，對機械無級變速器產(chǎn)生了一定的沖擊。 1.2.3.2 機械傳動機械無級變速器與液力無級變速器和電力無級變速器相比，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，價格低廉，傳動效率較高，實用性強，傳動平穩(wěn)性好，工作可靠。特別是某些機械無級變速器在很大范圍內(nèi)具有恒功率的機械特性（這是電力和液壓無級調(diào)速裝置所難達(dá)到的） 。因此，可以實現(xiàn)能適應(yīng)變工況工作，簡化傳動方案，節(jié)約能源和減少污染等要求，但不能從零開始變速。機械式無級變速器按傳動原理一般可分為：摩擦式、帶式、鏈?zhǔn)胶兔}動式四大類,約 30 種類型。1、摩擦式 摩擦式無級變速器是指利用主、從動剛性元件(或通過中間元件)在接觸處產(chǎn)生的摩擦力和潤滑油膜牽引力進(jìn)行傳動，并可通過改變其接觸處的工作半徑進(jìn)行無級變速的一種變速器。摩擦式無級變速器由三部分組成:傳遞運動和動力的摩擦變速傳動機構(gòu) ;保證產(chǎn)生摩擦力所需的加壓裝置;實現(xiàn)變速的調(diào)速機構(gòu)。它具有各種不同的結(jié)構(gòu)類型，一般可分為:直接傳動式，即主、從動摩擦元件直接接觸傳動;4中間元件式，即主、從動元件通過中間元件進(jìn)行傳動;行星傳動式，即中間元件作行星運動的傳動機構(gòu)。目前，國內(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)直動式、鋼球錐輪式、菱錐式、行星錐盤和行星環(huán)錐無級變速器等。2、鏈傳動式 鏈?zhǔn)綗o級變速器是一種利用鏈輪和鋼質(zhì)撓性鏈條作為傳動元件來傳遞運動和動力的機械變速裝置。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級變速器由鏈輪和鏈條構(gòu)成的傳動機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)和鏈條張緊加壓機構(gòu)三部分組成。它是通過主、從動鏈輪的兩對錐盤的軸向移動實現(xiàn)調(diào)速的。按鏈條結(jié)構(gòu)形式可分為以下幾類:滑片鏈無級變速器、滾柱鏈無級變速器、套環(huán)鏈無級變速器、擺銷鏈無級變速器等幾種。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級變速器的發(fā)展方向。3、帶傳動式 它與鏈?zhǔn)阶兯倨飨嗨?，其變速傳動機構(gòu)是由作為主、從動帶輪的兩對錐盤及張緊在其上的傳動帶組成。其工作原理是利用傳動帶左右兩側(cè)面與錐盤接觸所產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行傳動，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調(diào)整它們與傳動帶的接觸位置和工作半徑，從而實現(xiàn)無級變速。它由于具有結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)等優(yōu)點，在機械無級變速器中可以說是應(yīng)用最廣的一種。帶式無級變速器根據(jù)傳動帶的形狀不同，可分為平帶無級變速器和 V 帶無級變速器兩種類型。帶式無級變速器結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強、變速范圍大、制造容易、工作平穩(wěn)、易損件少、能吸收振動、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變速器傳遞功率較小的缺點 ,可用于需要中大功率范圍。因而是機械無級變速器中廣泛應(yīng)用的一種；其缺點是外形尺寸較大而變速范圍較小。4、脈動式 脈動式無級變速器主要由傳動機構(gòu)、輸出機構(gòu)(超越離合器)和調(diào)速機構(gòu)三個基本部分組成的低副機構(gòu)，故具有以下特點：傳動可靠、壽命長、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、靜止和運動時均可調(diào)速、結(jié)構(gòu)較簡單、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)速范圍在擴大之后，在結(jié)構(gòu)和使用上如何實現(xiàn)增速變速傳動和采用復(fù)合式超越離合器；高速輸出時不平衡慣性力所引起的振動增大，如何避免共振現(xiàn)象；低速輸出時脈動不均勻性顯著增加，如何提高單向超越離合器的承載能力和抗沖擊能力等。國際上，在機械式脈動無級變速器領(lǐng)域，目前以德國、美國和日本的技術(shù)水平較高，其成熟技術(shù)以德國的 GUSA 型及美國的 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)有脈動式無級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)、降速型以及對輸出軸旋轉(zhuǎn)均勻性要求不嚴(yán)格的場合。例如在熱處理設(shè)備、清洗設(shè)備以及化工、醫(yī)藥、塑料、食品和電器裝配運輸線等領(lǐng)域的應(yīng)用。51.3 機械無級變速器的研究現(xiàn)狀1.3.1 國內(nèi)研究形式隨著中共十七屆五中全會召開，中國政府起草并通過了國家“十二五”規(guī)劃，規(guī)劃中明確提出，中國迫切需要完成從汽車大國到汽車強國的轉(zhuǎn)變。 中國要成為汽車強國，首先要克服自主技術(shù)這塊短板。而汽車的核心部分動力總成，仍是國內(nèi)一直沒有完全掌握的關(guān)鍵汽車零部件技術(shù)之一。在發(fā)動機發(fā)展了數(shù)十年之后，變速器，尤其是自動變速器成為了制約國內(nèi)動力總成技術(shù)發(fā)展的重要因素。 自動變速器，幾乎所有的自主整車企業(yè)都在進(jìn)行研發(fā)，也有企業(yè)推出了產(chǎn)品，但結(jié)構(gòu)都比較簡單，技術(shù)很落后，換檔平順性和經(jīng)濟(jì)性都讓人難以滿意。拿 AT為例，國內(nèi)車企研究時間最長的是 4AT，尚做不出成熟產(chǎn)品，除了如布置方案上的技術(shù)困難，AT對生產(chǎn)設(shè)備和工藝控制的要求也是難以具備的。這些因素同樣體現(xiàn)在構(gòu)造特殊的 CVT上面。而對于 AMT、DCT，最大的技術(shù)難點是在于軟體發(fā)展和控制。在制造方面，部分可以延續(xù)手動變速器的齒軸生產(chǎn)設(shè)備，但加工精度仍需要大幅提高。 目前國內(nèi)，自動變速箱基本依靠國際廠商提供產(chǎn)品或者技術(shù)，市場競爭還處在手動變速器和自動變速器之間，中國的變速箱發(fā)展同國際水平差距很大，尚處在初級階段。國內(nèi)手動變速器的技術(shù)在國際上也較為落后，雖然目前大部分廠商都擁有生產(chǎn)手動變速器的設(shè)備和能力，但普遍以 5檔手動變速箱為主，對于 5 檔以上的產(chǎn)品，還得借助一些國外技術(shù)進(jìn)行研究，并且生產(chǎn)出來的產(chǎn)品或多或少還存在齒輪敲擊嘯叫噪音、換檔性能低下等問題?？梢哉f，目前國內(nèi)的手動變速器在制造或研發(fā)方面處于尚未成熟的階段。 1.3.2 國際研究形式從國際變速器市場看，不同區(qū)域的變速器裝配情況也不一樣。這里主要以日本、歐洲、北美舉例。 日本市場一直以來都比較特殊，狹小的國土面積、擁擠的城市交通和對于 CVT長期深入的研究使得 CVT和 AT共存；歐洲出于環(huán)保和節(jié)能，主要采用手動變速器。但近年來，市場不斷被自動變速器吞噬；而在北美地區(qū)，AT 市場占有率最高。消費者習(xí)慣于對 AT的偏愛，而且美國車輛一向以車身大、排量大、油耗高著稱，加上相對較低的油價，美國汽車三巨頭堅持不懈地對 AT的研究和提高。 幾年前出現(xiàn)的雙離合變速器（DCT） ，結(jié)合了手動變速器的燃油經(jīng)濟(jì)性、運動性和自動變速器的方便舒適性。世界范圍內(nèi)在對其進(jìn)行大規(guī)模研究和制造，北美已經(jīng)開始在注重舒適性的同時，尋求可以降低油耗的方案，DCT 便是很好解決方案之一，而其4AT已經(jīng)成為落后技術(shù)，其將被 6AT或者是更多檔位的 AT或者是 DCT代替；而在歐洲市場，DCT 顯示出了更為流行和普遍的趨勢，依靠現(xiàn)成的手動變速器生產(chǎn)設(shè)施和條件，DCT在歐洲已經(jīng)被大量生產(chǎn)（大眾的 DSG） 。由于 DCT比 4AT節(jié)約大約 10%油耗，今后其會逐漸占據(jù)一部分原有的手動變速器和 AT的市場。 6可見 DCT的出現(xiàn)在一定程度上改變了目前的市場格局。未來短期，全球的變速箱市場競爭主要會在各種自動變速器（AT、CVT、和 DCT）間展開。 1.3.3 變速器技術(shù)未來發(fā)展趨勢從目前國內(nèi)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的狀況考慮，手動變速器將占據(jù)今后的大部分市場。國內(nèi)的研究重點主要在 5、6 檔的手動變速器以及性能提升。 AMT 由于其仍然存在換檔中斷的特性，只能局限于低端汽車，此外 AMT 正越來越多的應(yīng)用在商用車，尤其是重卡上，基于在手動變速器的基礎(chǔ)上增加的控制模塊和執(zhí)行機構(gòu)，是 AMT 開發(fā)的最大難點。 CVT 的關(guān)鍵部件處于少數(shù)公司壟斷狀態(tài)而且對于加工精度要求很高，再加上中國路面狀況對于關(guān)鍵部件的嚴(yán)峻考驗，CVT 不太可能成為國內(nèi)企業(yè)主攻研發(fā)方向。AT 雖然在國內(nèi)有多年研究經(jīng)驗，但一直沒有實現(xiàn)量產(chǎn)，無論從布局設(shè)計、軟件開發(fā)還是部件生產(chǎn)，都有著相當(dāng)大的難度和障礙，而在國際上 4AT 已經(jīng)成為落后技術(shù)，6AT 技術(shù)都已成熟，開始進(jìn)入 8AT 的研究階段。因此國內(nèi)主要研發(fā)重點也不會在 AT 上，而是直接從國外購買現(xiàn)成產(chǎn)品或者技術(shù)。DCT 作為有著各方面均衡性能的新興熱門技術(shù)，既能滿足經(jīng)濟(jì)性、舒適性，又擁有較強的運動性，能夠滿足消費者各種駕駛需求，加上它在手動變速器生產(chǎn)設(shè)備上的延續(xù)性，今后必將成為國內(nèi)各車企的研究重心，不過極大的開發(fā)難度和高成本也使得其產(chǎn)業(yè)化之路漫漫長遠(yuǎn)。但隨著技術(shù)的成熟和批量生產(chǎn)之后的成本降低，DCT 將會迎來井噴式的市場增長。 1.3.4 未來注重節(jié)能環(huán)保技術(shù)隨著人口不斷增多，能源被不斷開采消耗，節(jié)能和環(huán)保成為人們越來越關(guān)心的主題。去年底召開的哥本哈根全球氣候峰會更讓低碳節(jié)能迫在眉睫。汽車作為工業(yè)的重要組成部分，節(jié)能環(huán)保將作為其長期重要技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略之一。 汽車的節(jié)能環(huán)保技術(shù)主要有：一、發(fā)展先進(jìn)小排量發(fā)動機汽車；二、燃油經(jīng)濟(jì)的動力總成技術(shù)；三、輕量化的新型汽車材料應(yīng)用；四、新能源技術(shù)（主要是混合動力和純電動車） 。而直接與變速器相關(guān)的就是第二項和第四項技術(shù)。 從燃油經(jīng)濟(jì)性來看，在所有自動變速器中，AT 和 CVT表現(xiàn)相對較差，AMT 和 DCT表現(xiàn)良好；從混合動力技術(shù)匹配來看，手動變速器是無法進(jìn)行匹配的，而在自動變速器里，DCT、AT 和 CVT的匹配性相當(dāng)好。 因此，應(yīng)用于汽車節(jié)能環(huán)保技術(shù)趨勢，無論是從燃油經(jīng)濟(jì)性還是混合動力的匹配性來看，自動變速器都是必然，尤其是在各方面表現(xiàn)相對完美的 DCT，無疑會受到更多關(guān)注。 而新能源汽車的另一大技術(shù)便是純電動車。雖然目前被炒的沸沸揚揚，但撇開浮躁仔細(xì)分析，電池、電驅(qū)動控制和電機是電動車產(chǎn)業(yè)化的最大技術(shù)障礙，而這其中每個問題都需要長期的研究才能得到解決，尤其是電池，牽涉到太多的瓶頸性難題，并且廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需要巨大投資和長遠(yuǎn)規(guī)劃。71.4課題的研究內(nèi)容和要求課題研究的內(nèi)容：機械菱錐式無級變速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計；無級變速器變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算；對關(guān)鍵部件進(jìn)行強度和壽命校核主要內(nèi)容及基本要求1、鋼錐無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計； 2、輸入功率 P=1.5kw，輸入轉(zhuǎn)速 n=1500rpm，調(diào)速范圍 R=8（升 1.6降 3.87） ；3、一張裝配圖 A0#1 張，零件圖總量 A0#1 張； 4、設(shè)計說明書一份； 5、英文文獻(xiàn)一份。 8第二章 菱錐式無級變速器工作原理2.1 CVT的工作原理CVT 的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如圖 1所示，該系統(tǒng)主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個金屬片構(gòu)成。主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動，另一側(cè)則固定?？蓜颖P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型金屬傳動帶嚙合。發(fā)動機輸出軸輸出的動力首先傳遞到 CVT的主動輪，然后通過 V型傳動帶傳遞到從動輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車輪來驅(qū)動汽車。工作時通過主動輪與從動輪的可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與 V型傳動帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動比?？蓜颖P的軸向移動量是由駕駛者根據(jù)需要通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)主動輪、從動輪液壓泵油缸壓力來實現(xiàn)的。由于主動輪和從動輪的工作半徑可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了無級變速。在金屬帶式無級變速器的液壓系統(tǒng)中，從動油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來自發(fā)動機的動力高效、可靠的傳遞。主動油缸控制主動錐輪的位置沿軸向移動，在主動輪組金屬帶沿 V型槽移動，由于金屬帶的長度不變，在從動輪組上金屬帶沿 V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動輪組和從動輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實現(xiàn)速比的連續(xù)變化。 汽車開始起步時，主動輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動比，從而保證驅(qū)動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，主動輪9的工作半徑逐漸減小，從動輪的工作半徑相應(yīng)增大，CVT 的傳動比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。2.2 菱錐無級變速器的變速原理菱錐式無級變速器屬于有中間元件式的無級變速器，它是由瑞士柯普（koop）公司繼 Koop-B型之后，于 50年代末研制開發(fā)出的一種類型，稱為 Koop-K型無級變速器。應(yīng)用比較廣泛，除瑞士外，日、英、美等國也有生產(chǎn)。菱錐式（Koop-K）無級變速器的基本結(jié)構(gòu)如圖 2.1所示。主要傳動元件為 3-8個沿周向外均布的菱錐 4，各菱錐兩頂端有心軸 9插入支架 11的相應(yīng)孔中并可繞支架轉(zhuǎn)動，菱錐內(nèi)、外兩側(cè)則分別與主動輪 3和從動外環(huán) 8壓緊進(jìn)行傳動。主動輪 3和從動外環(huán) 8分別通過鋼球 V形槽自動加壓裝置 2和 7與輸入軸 1、輸出軸 5聯(lián)接。工作時，輸出軸 1經(jīng)自動加壓裝置 2帶動套在軸 1上的主動輪 3，通過壓緊裝置產(chǎn)生的摩擦力傳動菱錐 4和從動外環(huán) 8，再經(jīng)自動加壓裝置 7傳動到輸出軸 5.在主、從動兩側(cè)采用兩套自動加壓裝置是為了適應(yīng)輸入、輸出進(jìn)行反方向傳動，保證傳動件免受過大的壓緊力，提高傳動效率和壽命，而且加壓動作靈敏。圖 2.1 菱錐式（Koop-K）無級變速器的結(jié)構(gòu)1-輸出軸 2、7-加壓裝置 3-主動輪 4-菱錐 5-輸出軸 6-從動輪 8-從動外環(huán) 9-心軸 10-調(diào)速螺桿 11-支架10調(diào)速機構(gòu)是螺桿 10及固接于支架 11的螺母。調(diào)調(diào)速時，轉(zhuǎn)動螺桿，通過螺母支架 11帶動著菱錐 4作水平移動，從而改變了菱錐內(nèi)、外側(cè)與主動輪 3和從動環(huán) 8的接觸位置以及工作半徑，實現(xiàn)無級調(diào)速。圖 2.2表示了輸出轉(zhuǎn)速為最?。ㄗ螅┖妥畲螅ㄓ遥r菱錐 4和主動輪 3、從動外環(huán) 8的接觸位置。同時由圖 2.2尚可以看出，不僅可采用螺桿、螺母，也可以采用齒輪和齒條作為調(diào)速機構(gòu)。圖 2.2 Koop-K型變速器調(diào)速原理左：最小輸出轉(zhuǎn)速 右：最大輸出轉(zhuǎn)速菱錐按照對稱設(shè)計，兩圓錐面母線 A、B 平行，而且相對于輸入、輸出軸傾斜安裝（見圖 2.3）設(shè)計時要求接觸點 a、b 的連線，不管變速比如何變化，應(yīng)總是與母線A、B 垂直，所以主動盤作用于菱錐上的接觸壓力 Q1 和外環(huán)作用于菱錐上的接觸壓力Q2 總是完全相抵消，使得菱錐母線與水平軸線的交角很小。 （通常取 7 度） ，所以只有很小的軸向載荷（為總接觸壓力的 1/8）作用于支持輸入、輸出軸的軸承上。因此在傳遞大功率時，軸承的負(fù)載并不大。圖 2.3菱錐式無級變速器1-輸出軸 2、7-加壓裝置 3-主動輪 4-菱錐 5-輸出軸 6-從動輪 8-從動外環(huán) 9-心軸 10-調(diào)速螺桿 11-支架11設(shè)計加壓裝置時，應(yīng)注意，為了保證迅速可靠的傳遞動力，輸入側(cè)與輸出側(cè)的結(jié)構(gòu)不應(yīng)對稱，輸出側(cè)加壓裝置的槽側(cè)角通常取 30左右，輸出側(cè)加壓裝置的槽傾角通常取 18左右。Koop-K 型無級變速器的技術(shù)參數(shù)見表 2.4機械特性曲線輸出功率 p/kw 0.55-3 0.37-75輸出轉(zhuǎn)速 n/kw 1500 1500變速比 R 12（降速 7、升速 1.7）輸出轉(zhuǎn)速 n（min-max）r/min 230-1800,185-2600傳動效率% 80-93滑動率 4-9 1-2.2派生形式 外接齒輪或渦輪減速器生產(chǎn)國 中國 瑞士、日本這類變速器的其主要特點是： 一是為升、降速型；二是采用多個菱錐分流傳動，承載力大，變速范圍寬，恒功率特性好，摩擦損耗小，傳動效率高；三是可以正反轉(zhuǎn)，并能使輸入、輸出端互換以獲得低或高的輸出轉(zhuǎn)速；四是采用兩套自動加壓裝置，工作可靠，調(diào)壓迅速；五是運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗沖擊能力較強。因此是性能比較優(yōu)良的通用型無級變速器，缺點是體積大。廣泛的用于機床、化工、包裝、木工、食品、印刷等各種機械行業(yè)。12第三章 菱錐無級變速器部分零件的設(shè)計與計算3.1、電動機的選擇按工作要求和工作條件，選用一般用途的 Y90L-4系列籠型三相異步電動機。電動機型號 額定功率/KW滿載轉(zhuǎn)速r/min堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩額定轉(zhuǎn) 矩最大轉(zhuǎn) 矩額定轉(zhuǎn) 矩質(zhì)量/KgY90L-4 1.5 1400 2.3 2.3 273.2、變速器基本型號的確定輸入轉(zhuǎn)速 n 1 =1400 r/min輸出轉(zhuǎn)速 n 2 = n11.6n11/5=2802240 r/min變速器型號根據(jù)【2】P67 表 25.2-27選擇型號 K2.53.3、 菱錐與主動輪結(jié)構(gòu)尺寸的計算結(jié)構(gòu)見圖 3-1圖 3-1菱錐結(jié)構(gòu)尺寸菱錐個數(shù) 由【1】表 252-30 z=6；菱錐心軸傾斜角 由【1】表 252-30 =45；菱錐母線與水平線夾角 由【1】表 252-30 =7；錐頂半角 =457=38；菱錐的工作高度 由【1】表 252-30 h=45mm；菱錐與錐輪接觸寬度 由【1】表 252-30 b=2mm；主動輪工作直徑 由【1】表 252-30 D1=85mm；主動輪接觸圓弧半徑 R1=0.5 D1=42.5mm；13從動環(huán)工作直徑 由【1】表 252-30 D2=174.3mm；從動環(huán)接觸圓弧半徑 ；m8.47cos5s2R1菱錐最小工作直徑 ；6.15/3.6.1s2/d2maxinIh菱錐最大工作直徑 ；.08/.74.0co/1cos12inax DI菱錐長度 L=2hsin=55.4mm；菱錐最小直徑 d x=hseccos2=13.8mm；菱錐最大直徑 d s =h/cos=57.1mm；菱錐孔徑 按照滾正軸承選取 =14mm；菱錐母線有效工作長度 ；m4.2738sin6.150si2minaxdS菱錐沿本身軸向移動量 ；.4i.7ia菱錐與支架凸緣 C1 =5mm；菱錐支架凸緣間距離 Ha=L+Sa +2C1=70.1mm；菱錐支架水平移動總量 ；mSc9.23sin3.4、 輸入側(cè)加壓裝置鼓形滾子中心圓直徑 dp1=0.7D1=59.5mm；鼓形滾子直徑 dq1=1/7 D1=12.1 取 dq1=12；鼓形滾子個數(shù) z1=6；槽升角 取 1=25；4827sin5.904arctsinarct1 pdf3.5、輸出側(cè)加壓裝置鋼球中心圓直徑 dp2=1.1D1=192mm；鋼球直徑 dq2=1/12D1=17.4 取 dq2=16；鋼球個數(shù) z2=6；14槽升角 取 1=15；53187sin192.405.arctsinarct21 pdfD3.6、強度校核計算接觸點曲率半徑 mde5.1038cos26.min1；h.34ax2當(dāng)量曲率半徑 De 4.857cos.102cos1 ；m0.1.3.422 正壓力 NdznPQp 97sin25ta.9106sinta109544g ；zp 16sita248.01sita2min14d 接觸應(yīng)力菱錐與主動盤接觸處： ，MPabQg14853.20919max 菱錐與外環(huán)接觸處： ；d6.5712ax許用接觸應(yīng)力由【1】表 252-22 查取 j=1800,上述兩項計算結(jié)果均滿足 max j。3.7、 輸入、輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計輸入軸： n=1000r/min,P=3Kw0185.731830min PAd，根據(jù)查表 15-3，選用 45鋼，調(diào)度處理取 015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)軸器型號計算轉(zhuǎn)矩 3TKAca,查表 14-1，取 AK=1.3T=95000010=28650NmmcaT=37245 Nmm由于 ， n n,因有鍵存在，軸的尺寸需加大 3%5%，查6表 11-411-14 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。選長系列，L=62mm,則軸的長度取 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)計和輸入軸基本相似。 3.8 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,則軸承型號為 61807D=47, B=7, aD=45因軸承同時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。16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)軸的危險截面，計算出截面處的 ,HVM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 17總彎矩 M1 = 80935718022 N.mm M2= 7.136 N.mm扭矩 T T3=28650N.mm彎矩扭合成應(yīng)力校核軸端強度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 D）的強度。軸的計算應(yīng)力按公式223caMTW計算。取 =0.6，3222321 51.08689WTMca=12.6MPa前已經(jīng)選定軸的材料為 45鋼，調(diào)制處理，由表查得 160MPa。所以 ca1 ，故安全。4.2 軸承的校核 按手冊選擇 C=4900N的軸承應(yīng)此軸承的基本額定靜載荷 0C=4000N。驗算如下：求相對軸向載荷對應(yīng)的 e值與 Y值。相對軸向載荷07.4280CFa，在表中介于0.070.13 之間，相對應(yīng)的 e值為 0.270.31，Y 為 1.61.4。用線性插值法求 Y值。Y=1.4+07.134.6=X=0.56，Y=1.63） 求當(dāng)量動載荷 0P= 82706.145.214） 驗算軸承的壽命：hCnL 982710636 18所以安全。總 結(jié)菱錐無級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，因而目前世界上各先進(jìn)工業(yè)國均對其進(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。菱錐無級變速器采用了兩套自動加壓裝置，各傳動副之間的壓緊力是與負(fù)載成正比變化的，因而不會打滑。啟動時的壓緊力是由預(yù)壓彈簧提供的。菱錐的形狀是對稱的，兩側(cè)錐體的接觸母線平行，而且相對于輸入和輸出軸傾斜安裝。因為菱錐與主動輪和外環(huán)接觸點的連線在變速及運轉(zhuǎn)過程中始終與母線垂直，所以主動輪和外環(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損失。畢業(yè)設(shè)計是我作為一名學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)，通過一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計我對學(xué)校所學(xué)知識進(jìn)行全面總結(jié)并充分的給予了綜合應(yīng)用，同時也給今后走向社會的實際操作應(yīng)用奠定可一個基礎(chǔ)。在畢業(yè)設(shè)計的過程中我遇到了很多困難，但是在老師和同學(xué)的幫助下我最終克服了這些困難完成了關(guān)于菱錐式無級變速器的設(shè)計。通過這次的畢業(yè)設(shè)計我收獲頗豐，受益匪淺。19致謝本論文是在指導(dǎo)老師聶松輝的精心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。從論文的選題、課題講解、資料收集到最后的論文出稿、圖紙完成，導(dǎo)師都給予了極大的幫助和支持，提出了很多寶貴意見，使論文得以完善。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的作風(fēng)給我留下了深刻印象。在此對導(dǎo)師付出的辛勤勞動和提供的良好學(xué)習(xí)環(huán)境表示衷心地感謝。在本論文進(jìn)行中，同組的同學(xué)也給予了熱情的幫助，在此表示誠摯的謝意。20參考文獻(xiàn)1 周有強主編.機械無級變速器M.北京：機械工業(yè)出版社，2001.1-65. 2 徐灝主編.機械設(shè)計手冊（第 3卷） M.北京：機械工業(yè)出版社，1991.134-159.3 阮忠唐主編.機械無級變速器M.北京：機械工業(yè)出版社，1983.54-78.4 阮忠唐主編.機械無級變速器設(shè)計與選用指南M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999. 1-91.5 濮良貴，記名剛主編.機械設(shè)計（第八版）M.北京：高等教育出版社，2009.186-336.6 機械零部件手冊編委會.機械零部件手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，1996.21-75.7 周良德，朱偲芳等編著.現(xiàn)代工程圖學(xué)M.長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2002.3-280.8 王三民主編.機械設(shè)計計算手冊M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.65-78.9 成大先主編.機械設(shè)計手冊M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.318-335.10 吳宗澤，羅圣國主編.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第三版）M.北京：高等教育出版社，2009.24-294.21附錄 ：英文文獻(xiàn)翻譯機械設(shè)計理論機械設(shè)計是一門通過設(shè)計新產(chǎn)品或者改進(jìn)老產(chǎn)品來滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細(xì)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思，還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。進(jìn)行各種機械設(shè)計工作的人員通常被稱為設(shè)計人員或者機械設(shè)計工程師。機械設(shè)計是一項創(chuàng)造性的工作。設(shè)計工程師不僅在工作上要有創(chuàng)造性，還必須在機械制圖、運動學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機械制造工藝學(xué)等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識。如前所訴，機械設(shè)計的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處，只有當(dāng)它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而，應(yīng)該認(rèn)識到在一個特定的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)把機械設(shè)計看成是機械設(shè)計人員運用創(chuàng)造性的才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個良機。掌握工程基礎(chǔ)知識要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個好的設(shè)計中做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確的進(jìn)行所有運算。例如，即使將一個小數(shù)點的位置放錯，也會使正確的設(shè)計變成錯誤的。一個好的設(shè)計人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險，當(dāng)新的方法不適用時，就使用原來的方法。因此，設(shè)計人員必須要有耐心，因為 所花費的時間和努力并不能保證帶來成功。一個全新的設(shè)計，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事。一位機械設(shè)計師應(yīng)該不斷地探索改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過驗證的設(shè)計原理，將其與未經(jīng)過驗證的新觀念結(jié)合起來。新設(shè)計本身會有許多缺陷和未能預(yù)料的問題發(fā)生，只有當(dāng)這些缺陷和問題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時，也伴隨著較高的風(fēng)險。應(yīng)該強調(diào)的是，如果設(shè)計本身不要求采用全新的方法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。在設(shè)計的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實際的想法，也會在設(shè)計的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常，要提出幾套設(shè)計方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理學(xué)家經(jīng)常談?wù)撊绾问谷藗冞m應(yīng)他們所操作的機器。設(shè)計人員的基本職責(zé)是努力使機器來適應(yīng)人們。這并不是一項容易的工作，因為實際上并不存在著一個對所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程。另一個重要問題，設(shè)計工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進(jìn)行交流和磋商。在開始階段，設(shè)計人員必須就初步設(shè)計同管理人員進(jìn)行交流和磋商，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進(jìn)行的。為了進(jìn)行有效的交流 ，需要解決下列問題：（1） 所設(shè)計的這個產(chǎn)品是否真正為人們所需要？（2） 此產(chǎn)品與其他公司的現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比有無競爭能力？22（3） 生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟(jì)？（4） 產(chǎn)品的維修是否方便？（5） 產(chǎn)品有無銷路？是否可以盈利？只有時間能對上述問題給出正確答案。但是， 產(chǎn)品的設(shè)計、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進(jìn)行。設(shè)計工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設(shè)計方案進(jìn)行磋商。通常 ，在制造過程中會出現(xiàn)某個問題?？赡軙髮δ硞€零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的更改必須要經(jīng)過設(shè)計人員批準(zhǔn)，以保證不會損傷產(chǎn)品的功能。有時，在產(chǎn)品的裝配時或者裝箱外運前的試驗中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設(shè)計是一個動態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O(shè)計工作，設(shè)計人員應(yīng)該不斷努力，尋找這些更好的方法。近些年來，工程材料的選擇已經(jīng)顯得重要。此外，選擇過程應(yīng)該是一個對材料的連續(xù)不斷的重新評價過程。新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會對材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會要求使用不同的材料。來自國內(nèi)和國際競爭、對產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力，都會促使人們對材料進(jìn)行重新評價。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結(jié)果，設(shè)計工程師的制造工程師都必須認(rèn)真 仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)計。設(shè)計通?？梢苑譃閹讉€明確的階段：（a）初步設(shè)計；（b）功能設(shè)計；（c）生產(chǎn)設(shè)計。在初步設(shè)計階段，設(shè)計者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應(yīng)該對其中一個或幾個方案作進(jìn)一步的改進(jìn)。在此階段，關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問題是：是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。在功能設(shè)計和工程設(shè)計階段，要做出一個切實可行的設(shè)計。在這個階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機或者實物模型，并對其進(jìn)行試驗，評價產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗可能會表明，在產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點作為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有的樣機時，所選用的材料應(yīng)該和其生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟(jì)地制造出來，或者是樣機與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機就沒有多大的價值。設(shè)計工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè)計階段去做。因為，在生產(chǎn)設(shè)計階段材料的更換是由其他人進(jìn)行的，這些人對產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計工程師。 在生產(chǎn)設(shè)計階段中，與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應(yīng)。23在制造過程中，不可避免地會出現(xiàn)對使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數(shù)情況下，在進(jìn)行生產(chǎn)以后改換材料要比在開始生產(chǎn)