1263-鋼球錐輪式無級變速器設計

1263-鋼球錐輪式無級變速器設計,鋼球錐,輪式,無級,變速器,設計 鋼球錐輪式無級變速器的設計摘要：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(jié)構(gòu)、設計計算的方法、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(zhuǎn)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(guān)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(zhuǎn)。4.運轉(zhuǎn)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(diào)速簡單，工作可靠；8.容易維修。關(guān)鍵詞：無級變速器、摩擦式、鋼球錐輪式、設計Steel ball cone pulley type variator 's designAbstract: 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、design11引言1.1機械無級變速的發(fā)展概況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(zhì)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(shù)，精密加工和數(shù)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(chǎn)無級變速器的限制因素；另一方面，隨著生產(chǎn)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(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、鏈式、帶式和脈動式四大類約三十多種結(jié)構(gòu)形式。國內(nèi)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(chǎn)，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(chǎn)量不大，年產(chǎn)量僅數(shù)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(chǎn)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(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)的無級變速器，在國內(nèi)皆有相應的專業(yè)生產(chǎn)廠及系列產(chǎn)品，年產(chǎn)量約 10萬臺左右，初步滿足了生產(chǎn)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(wǎng)等組織相繼建立。定期出版網(wǎng)訊及召開學術(shù)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：1.JB/T 5984-92 《寬 V帶無級變速裝置基本參數(shù)》、2.JB/T 6950-93 《行星錐盤無級變速器》、3.JB/T 6951-93 《三相并聯(lián)連桿脈動無級變速》、4.JB/T 6952-93 《齒鏈式無級變速器》、5.JB/T 7010-93 《環(huán)錐行星無級變速器》、6.JB/T 7254-94 《無級變速擺線針輪減速機》、7.JB/T 7346-94 《機械無級變速器試驗方法》、8.JB/T 7515-94 《四相并列連桿脈動無級變速器》、9.JB/T 7668-95 《多盤式無級變速器》、10.JB/T 7683-95 《機械無級變速器 分類及型號編制方法》、11.JB/T 7686-95 《錐盤環(huán)盤式無級變速器》、12.JB/T 50150-1999 《行星錐盤無級變速器質(zhì)量分等》、13.JB/T 53083-1999 《三相并聯(lián)連桿脈動無級變速器 質(zhì)量分等》、14.JB/T 50020-×××× 《無級變速擺線針輪減速機產(chǎn)品質(zhì)量分等》（報批稿）?，F(xiàn)在，機械無級變速器從研制、生產(chǎn)、組織管理到情報網(wǎng)信息各方面已組成一較完整的體系，發(fā)展成為機械領(lǐng)域中一個新型行業(yè)。21.2機械無極變速器的特征和應用機械無級變速傳動幾乎都是依靠摩擦力或油膜拉曳力來傳遞動力的(PIV 型及 FMB型滑片鏈式變速器有部分“嚙合”因素，脈動式無級變速器酌的單向超越離合器也是依靠摩擦來傳動的)，由于大多是在充分潤滑的條件下，用高硬度、高光潔度的擦傳動副來傳動，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高達其所傳遞的有效圓周力的 20～75 倍，因而限制了其傳動功率，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，所以直到本世紀五十年代才得到迅速發(fā)展，日前世界上一些國家已對多種性能良好的機械無級變速器進行了系列化的生產(chǎn)，作為通用部件供應，我國也對部分品種進行了系列生產(chǎn)，這對發(fā)展國民經(jīng)濟是頗為有益的。機械無級變速器且有結(jié)構(gòu)簡單、價廉、傳動效率高(有的高達 95％)、通用件強、傳動比穩(wěn)定性好(有的誤差小于 0.5%)、工作可靠、維修方便等優(yōu)點，特別是某些機械無級變速器可以在很大的變速范圍內(nèi)具有恒功率的機械特性；這是電氣和液壓無級變速所難以達到的。不少機械無級變速器還有振動小(全振幅小于 3～15 微米)和噪音低的特點。但其缺點是存在滑動、承受過載和沖擊的能力差。對于脈動無級變速器由于有往復運動構(gòu)件和超越離合器，以及輸出速度的脈動性，限制了它只適用于小功率，低速和運動平穩(wěn)要求不高的場合。帶，鏈式無級變速器，便于實現(xiàn)轉(zhuǎn)速隨負載而變化的自動無級調(diào)速，有利于節(jié)約能量，很有發(fā)展前途。由于機械無級變速器的傳遞功率較小，，為擴大其功率范圍，常將其與大功率定傳動比系統(tǒng)以差動行星齒輪機構(gòu)相聯(lián)；這樣使大部分功率由定傳動比系統(tǒng)傳遞，而少量功率3流過機械無級變速器，經(jīng)差動合成后，既進行了變速又傳遞了大的功率，這時無級變速器是作為控制傳動用的。作為機械無極變速器本體來講，要擴大其傳動功率，則必需采取多接觸區(qū)分匯流傳動型式、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?shù)臐櫥?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行傳動。機械無級變速傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、操縱方便、傳動效率較高、恒功率特性高、噪聲低等優(yōu)點，因此，能適應變工況工作、簡化傳動方案，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。目前已較多地應用于車輛、拖拉機和工程機械、船舶、機床、輕紡化工業(yè)機器、起重機械和試驗設備中。1.3國內(nèi)機械無極變速器的研究現(xiàn)狀國內(nèi)機械無級變速器于 20世紀 6O年代前后起步，到 80年代中期，隨著國外先進設備的大量引進，工業(yè)生產(chǎn)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)廠開始建立并進行規(guī)?；a(chǎn)，一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作?，F(xiàn)在，國內(nèi)機械無級變速器行業(yè)從研制、生產(chǎn)到情報信息各方面都已組成一個較完整的體系，發(fā)展為機械領(lǐng)域中一個新興行業(yè)。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的機械無級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)齒鏈式無級變速器，包括滑片鏈式、滾柱鏈式、鏈式卷繞式。3)帶式無級變速器，包括普通 V 帶式和寬 V帶式。4)脈動式無級變速器，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變速器通用性較強，結(jié)構(gòu)和工藝較簡單，工作可靠，綜合性能優(yōu)良，尤其是能適應各種生產(chǎn)流水線需要，故應用最廣，產(chǎn)量最大，其年產(chǎn)量占機械無級變速器總產(chǎn)量的 5O 9／6 以上。大部分無級變速器產(chǎn)品的輸入功率為0．18～7．5kW，少數(shù)類型可以達到 22～3O kW。通過前一階段的實踐，并掌握了現(xiàn)有技術(shù)之后，近年來國內(nèi)機械無級變速器的4研制生產(chǎn)出現(xiàn)了新的發(fā)展趨向，主要是：1)對原有產(chǎn)品的創(chuàng)新改進。在原來行星錐盤式無級變速器的基礎上，創(chuàng)新開發(fā)“恒功率行星摩擦式無級變速器”及“無物理心軸行星輪無級變速器”，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，而且其他性能指標優(yōu)良，目前已有系列產(chǎn)品。2)研制開發(fā)汽車用元級變速器。汽車用無級變速器屬高新技術(shù)產(chǎn)品，目前國內(nèi)已開發(fā)出金屬帶式無級變速器，正準備進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；其中靠進口的關(guān)鍵零件“金屬鋼帶”也將自行生產(chǎn)。另外，新型的車用無級變速器及復合帶也在探討之中。3)創(chuàng)新研制新型(車用和通用)無級變速器。近年來不斷提出創(chuàng)新型無級變速器，這些無級變速器的特點主要是：① 不用摩擦式變速傳動而多半以連桿脈動式無級變速器傳動為主或采取鏈式傳動；② 實現(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，可能在不久的將來即有成果。上述情況說明，國內(nèi)無級變速器的研制生產(chǎn)已由過去的仿造階段進入創(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)良的新一代機械無級變速器。1.4畢業(yè)論文設計內(nèi)容和要求設計內(nèi)容：要求根據(jù)導師提供的數(shù)據(jù)(N 1=4.5KW， =6， =1500rpa)比較和選擇bRpn合適的方案；完成鋼球錐輪式無級變速器的結(jié)構(gòu)計算與設計；對關(guān)鍵部件進行強度和壽命校核;運用 Pro/e完成該無級變速的建模，裝配圖。設計要求：變速范圍 250rpa～1500rpa; 變速器尺寸要盡可能小，輕便；結(jié)構(gòu)設計時應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，能實現(xiàn)動態(tài)無級調(diào)速；關(guān)鍵部件滿足強度和壽命要求；畫零件圖和裝配圖。52總體方案的選擇鋼球錐輪無級變速多種多樣，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）無級變速器和鋼球內(nèi)錐式無級變速，分別描述如下。2.1鋼球外錐（Kopp-B 型）無級變速器Koop-B型變速器的皺構(gòu)如圖 2-1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)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6承軸 8的兩端嵌裝在殼體兩端蓋 12和 l3的徑間弧形導槽內(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-傳動鋼球 5-調(diào)速渦輪 6-調(diào)速蝸桿 7-外環(huán) 8-傳動鋼球 12、13-端蓋速時，通過蝸桿 6使蝸輪 5轉(zhuǎn)動。由于曲線槽(相當于一個控制凸輪)的作用，使鋼球軸心線的傾斜角發(fā)生變化，導致鋼球與兩錐輪的工作半徑改變，輸出軸的轉(zhuǎn)速便得到調(diào)節(jié)。其動力范圍為： =9，Imax=1/Imin，P≤11KW，ε≤4% ，η＝0.80～0.92 ，nR應用甚廣。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。當轉(zhuǎn)動主動齒輪 6使從動齒輪 5轉(zhuǎn)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(diào)速。具體分析如圖 2-2。7鋼球外錐式無級變速器變速如圖 2-3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(diào)速時主、從動輪工作半徑不變，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)的工作半徑來實現(xiàn)變速。2.2鋼球長錐式（RC 型）無級變速器如圖 2-4所示，為一種早期生產(chǎn)的環(huán)錐式無級變速器，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8過移動鋼環(huán)來進行變速，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，其機械特性如下圖 2-5所示。技術(shù)參數(shù)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(zhuǎn)速 n1=1500 bRr/min ,傳動效率 η＜85% 。一般用于機床和紡織機械等。2.3兩方案的比較與選擇鋼球長錐式(RC 型)無級變速器結(jié)構(gòu)很簡單，且使用參數(shù)更符合我們此次設計的要求，但由于在調(diào)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，如果此裝置用于制造，成本會大大的提高，顯得不合理。而鋼球外錐式(Koop-B 型)無級變速器的結(jié)構(gòu)也比較簡單，原理清晰，各項參數(shù)也比較符合設計要求，故選擇此變速器。3主要零件的計算與設計設計一臺 Koop-B型無級變速器，輸入功率為 N1=4.5KW， =6，n p=1500rpa。選用bRY132M-4型電機驅(qū)動。N=7.5KW，n=1400rpa,η=0.87。輸入轉(zhuǎn)速 n1=750rpa。確定傳動件的主要尺寸參數(shù)。93.1鋼球與主、從動錐輪的計算與設計（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，許用接觸應力：傳動件﹝σj﹞=22000～25000kgf/cm 2,加壓元件﹝σj ﹞=40000～500000kgf/cm 2。（2）預選有關(guān)參數(shù)：錐輪錐頂半角 a=45o，傳動鋼球個數(shù) z=6，加壓鋼球個數(shù)m=8，錐輪于鋼球的直徑比 c1= =1.5,kf=1.25、η=0.8。qDd（3）有關(guān)運動參數(shù)計算；傳動比 max5027i?.3鋼球支承軸的極限轉(zhuǎn)角（增速范圍）'1max452186oorctgirctg??????（減速范圍）'2in0.34o（4）計算確定傳動鋼球的直徑 :qd01coscos45.19721.a??????按表 1-2（機械無級變速器）由 查得 ，代入式得.???10.98???2 213 43min(cos)6836810.9.254.(21.5cos4)0(.~5)679.5~.20fqjkNadz??????????? ??按鋼球規(guī)格圓整取 1.6qd錐輪直徑 1D1.50.2.4qcm???圓整取 1m10則 15.29060qDcd?驗算接觸應力 j?2 213 31min2(cos)6836810.91.2540.8(21.5cos4).56672.5/fjqkNacdzgf?????????? ?在許用接觸應力范圍之內(nèi)，故可用。（5）計算有關(guān)尺寸：鋼球中心圓直徑 3D31(cos)(1.52906cos45)10.62.684qadm????鋼球側(cè)隙 ?1cos)in1][(.52906cos45)in301].6.82oqadz???????外環(huán)內(nèi)徑 rD32.68410.32.84rq cm????外環(huán)軸向截面圓弧半徑 R取(0.7~)qRd7.5錐輪工作圓之間的軸向距離 Bsin1.6sin4.182oqBacm???3.2加壓盤的計算與設計加壓裝置采用鋼球 V形槽式加壓盤，此加壓盤動作靈敏，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 pd0.57.pqDcm?11加壓盤 V形槽傾角 λ取''10.415.()62718sin7sinopfDarctgarctgd?????'630o??加壓鋼球按經(jīng)驗公式取 、 。經(jīng)驗算接觸強度均不足，故改用qyqdd?m腰鼓形滾子 8 個，取滾子軸向截面圓弧半徑 ，橫向中間截面半徑 ?，F(xiàn)18rc?0.8rcm?驗算其強度：每個加壓滾子上的法向壓緊力 yQ1min9480ssin94801.250.8sin45cocos63'1.503.6 ofy kNazQamcDkgf??????曲率系數(shù)180.cos182r?????由表 1-2 按 查得 ，代入式得加壓盤處的最大接觸應.2??.76???力為2 233212408 1()408.1.50.8().19./3.5/j ykQrgfcmkgfcm??????????工作應力在許用應力范圍之內(nèi)。故可以采用。3.3調(diào)速齒輪上變速曲線槽的計算與設計調(diào)速渦輪槽形曲線及傳動鋼球的尺寸符號如圖 2-2所示。整個調(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~120o????? ?????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 三個點，它們的極坐標（以 o點為極點）分別為：A： mm0max 3max2,,.5sin0.526.840sin18.45.2oAiRDl??????????B： mmax 321, 96,.1.1oB Bii R??12C： min0.3,90,oC????mm max5si.5sin18.453.72oRDl????????????定出 A、B、C 三點，采用做圖畫做出弧形槽，槽寬 10mm。3.4輸入、輸出軸的計算與設計本方案為無級變速器，機械傳動平穩(wěn)，彎曲振動小。故選用 45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì) 220～250HBS， ，一下為從動軸的計11640,275,5BMPaaMPa???????算與設計。（1）最小軸徑的確定初步計算按軸的最小軸徑公式估算，取 ，于是得：min20.354dm??3min04.19.5NdA???輸出軸的最小直徑為與錐輪連接處（圖 2-1）?？紤]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中性，采用錐輪標準的推薦直徑為 40mm。（2）軸的結(jié)構(gòu)設計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 ，40Idm?mm。II 段軸安裝加壓盤一側(cè)和軸承，加壓盤用花鍵移動實現(xiàn)對錐輪的加壓，取6IL?花鍵 GB/T1144-87，軸承同時受到徑向力與軸向力作用，初步選47501fad???用滾動軸承外加退刀槽，取 ， 。III 軸段對軸 II與軸 IV上的50Im?25IL軸承內(nèi)圈起定位作用，取 。IV 軸段作為軸承座安裝滾動軸承，6,4II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,17IVIVdm?及便于對軸承添加潤滑劑的要求，采用迷宮式密封，根據(jù)標準取 。50,3VVdmL?13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45,0VIVIdmL?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149bh??0l16bh?25l?良好的對中性，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7Hn。滾動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76Hk倒角為 。245o?3-1 輸出軸3）由于主、從動錐輪一致，軸上零件布置也相同。同時主動輪的最小軸徑估算為 。為了節(jié)省工藝及成本，主、從動軸設計成同種軸。min20.54dm??3.5輸入、輸出軸上軸承的選擇與計算軸承為標準件，只需挑選合適的參數(shù)的軸承即可，主、從動軸軸 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。從動軸 IV段為限制軸（外殼）的向右的軸向移動選用角接觸球軸承 7011 GB/T292-94，兩軸承的基本額定動載荷均大于 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 276-9414基本尺寸（mm） 安裝尺寸（mm）基本額定動載荷 rC基本額定靜載荷 or極限轉(zhuǎn)速(r/min)軸承代號d D B rmindminDmaxrmax （KN）脂潤滑油潤滑原軸承代號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基本尺寸（mm） 安裝尺寸（mm）70000AC25oa?極限轉(zhuǎn)速(r/min)D r 基本額定動載荷靜載荷rC0r軸承代號d D Brmindmin maxa(mm)(KN)脂潤滑油潤滑原軸承代號7011C 55 9018 1.1 0.6 62 83 1 18.7 37.2 30.5 6000 8000 36111153.6輸入、輸出軸上端蓋的計算與設計根據(jù)功能需要選擇透蓋，，按 Q/ZB100-73規(guī)定,選用氈封油圈時，其氈圈尺寸：在軸徑 50～240mm 時，1bd1b氈圈外徑 D較 大 2mm,厚度 B較 大 2mm。1d3.7調(diào)速機構(gòu)的計算與設計調(diào)速操縱機構(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，來實現(xiàn)無級調(diào)速。同時通過速度表表盤上的指針直接指出任一調(diào)速位置時的輸出速度(或傳動比)。根據(jù)變速器中傳動機構(gòu)和滾動體形狀的不同，對應的調(diào)速機構(gòu)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(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(zhuǎn)(擺動)兩種力式。這樣可將調(diào)速機構(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。主要用于兩滾動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，移動的方向是兩輪的接觸線方向。162．通過使?jié)L動體的軸線偏轉(zhuǎn)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(diào)速類型，通過渦輪-凸輪組合機構(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，以實現(xiàn)鋼球主、從動側(cè)工作半徑的改變。調(diào)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)。根據(jù)整體設計，蝸桿傳動的基本尺寸及參數(shù)匹配如下：蝸桿的基本尺寸 （GB 10085-88）模數(shù) mmm軸向齒距 xpmm分度圓直徑 1dmm頭數(shù) 1z直徑系數(shù) qmm齒頂圓直徑 1ndmm齒根圓直徑 1fmm值21md3分度圓柱導程角 r8 25.1333 80 1 10.000 96 60.8 5120 '"5428o渦輪、蝸桿參數(shù)的匹配（GB 10085-88）中心距 amm傳動比 i模數(shù) m(mm)蝸桿分度圓直徑 1d(mm)蝸桿頭數(shù) 1z渦輪齒數(shù) 2z渦輪變位系數(shù) 2x200 41 8 80 1 41 -0.500傳動鋼球小軸擺角 與手輪轉(zhuǎn)角 的關(guān)系為：??211 11322 22arcsinicos(sincoszzzzbReabRl ?? ?? ?? ??????? ?? ?? ?? ?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(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。173.8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(diào)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(nèi)增減墊片進行調(diào)整。3）檢查蝸桿傳動的嚙合與調(diào)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。184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整體的校核。鋼球的強度校核在設計過程中已經(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度的限制，在 4.2節(jié)會做出校核，同時在制造與安裝過程中應保證一組鋼球的直徑的一致性。軸承采用標準件，由于蝸桿是用于調(diào)速，其軸承主要起支撐作用，受力時間短，故在此不進行校核，對軸上軸承進行強度與壽命計算。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（動連接），在此方案中花鍵進行靜連接的校核。4.1傳動鋼球的轉(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，純滾動點在接觸橢圓的12()a中心 o點，鋼球的理論轉(zhuǎn)速為 為 0Bn1Rnr?鋼球?qū)嶋H轉(zhuǎn)速 qn（增速）1111570258/mincos(cs().6cos(4.3)qxqDnn rda??????? ?（減速）111 61/i(().(.)qxqn?外環(huán)轉(zhuǎn)速 r（增速）11cos751/min()()qxxrrrnndDnra??????（減速）11 92/i(cos)()qxxrrrd符合滑動率的要求。194.2傳動部件的受力分析與強度計算1）受力分析主動錐輪轉(zhuǎn)矩 1M114.597408.70NNmn???從動錐輪轉(zhuǎn)矩 222.9(5~2)40.56~3.7x????每個傳動鋼球上的轉(zhuǎn)矩 q14.50897406(2~31)2.86~.53qqNMznm????外環(huán)上的轉(zhuǎn)矩 r14.0897406.9~30.74972~51rrNNmn????主動錐輪與每個鋼球接觸點處所傳遞的有效圓周力 1P1124.9740970256.7465PznD??????從動錐輪與每個鋼球接觸點處所傳遞的有效圓周力 2122cos()974043~68NaPNzn??????主、從動錐輪與每個鋼球接觸點處所承受的法向壓緊力分別為 及1Q2111.254948094803974670f fkPkQznD??????1122 .. 1575406~7f xNf??????????20它們的徑向分量 及軸向分量 分別為rQa12sin39274sin5270.91cocoi06~1i453.~86.21ssra ora NN??由在一般情況下， 故鋼球心軸上受有不平衡的力距作用。1212,,PQ?2）強度計算由于 Kopp-B型無級變速器是恒功率型的，故應按 時從動側(cè)鋼球與錐輪的工作2min位置建立強度計算公式，這時：壓緊力 Q11min948094801.2350.894.32.fqkNkgfzcd??????????????曲率 12.69qkd2121cos0.28qaD??20k當量曲率 d 11212(cos)2(1.5cos4)060.4865d qakkd???????曲率系數(shù) cos ?12121cscos o40.97.5sdoka???????214.3軸的校核1)判斷危險截面截面 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(zhuǎn)強度較為寬裕地確定的，所以截面 B，Ⅳ，Ⅴ均無需校核。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面Ⅳ和Ⅴ處過盈配合引起的應力集中最嚴重；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) 30.1.5012WdNm????抗扭截面系數(shù) 2T截面 C左側(cè)的彎矩 M為 3974N?截面 C 左側(cè)的扭矩 為 3T50?截面上的彎曲應力為 7.1.cass?39274.150bMPaW??截面上的扭轉(zhuǎn)切應力 345082TPa??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： 11640,275,5BMPaaMPa???????截面上由于退刀槽而形成的理論應力集中系數(shù) 按手冊查取。因???及20.45rd?，經(jīng)插值后可查得81.6Dk又由手冊可得軸的材料的敏性系數(shù)為 0.82,.5q???故有應力集中系數(shù) 1()1.(1).82ka?????????221()10.82(.31).26kqa??????????由手冊得尺寸系數(shù) ；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 。0.67E? .E?軸按磨削加工，由手冊得表面質(zhì)量系數(shù)為 0.92????軸未經(jīng)表面強化處理，即 ，按手冊得綜合系數(shù)為1q??.822.80067.9kKE???????1.1.682.k??又由手的得材料特性系數(shù) 0.~2,0.15=5????????取， 取于是，計算安全系數(shù) Sca值，按公式則得127530.92.8314.msK???????????1 .57.620.ams????2223.91.4.31.5cas s????????故可知其安全。3）截面 C右側(cè)同理可的 。安全。7.51.cass??23故該軸在截面Ⅳ右側(cè)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(jié)束。4.4軸承的校核輸入、輸出軸采用相同設計，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 1r2F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面力系。其中： 為通過1Ft另外加轉(zhuǎn)矩而平移到指向軸線； 亦應通過另加彎矩而平移到作用于軸線上。有受力Fac分析可知: 121121222122678678.52710103976014875983reacVrvreVHtrterHvrrrDF NNFN?????????????2)求兩軸承的計算軸向力 12Fa和對于 6000C型軸承，按手冊，軸承派生軸向力 ，其中， 為判斷系drFe?e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0aFCa0.4?可估算11220.4635drFN?24又得： 1220286354120.7.53aedaFNC????查手冊確定 。12120.4,.0,40,16aaeFN??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(shù)12P和和軸向載荷系數(shù)為：對軸承 1 1X0.4?1Y.37?對軸承 2 110因為軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按手冊查得， ，取 。則.2~8pf?1.5pf?111222()584.369praPfXFYN???4)驗算軸承壽命因為 ，所以按軸承 2的受力大小來驗算12P?663201050()()2698.4.pCL hn????綜合上述可得，該設計符合工程要求。254.5鍵的校核設定輸入軸與 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 158.4TNm??26鍵 2受到的轉(zhuǎn)距 2140.56~23.7TNm??鍵 3受到的轉(zhuǎn)矩 38.平鍵的材料為鋼，輕微沖擊， 為 100～120Mp，取 =110 Mp??F???F?平鍵的校核公式： （k=0.5h l=L-b d 為軸的直徑）3210FTkld??所以：校核第一個鍵： ??3721058.4102.356F FTMPakld?????????校核第二個鍵： ??3 7109~53.24.52F FPakl ??????????????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??F?=130MPa。??F?花鍵的校核公式： ??3721058.4103.5.6F FmTMPazhld? ???????鍵的校核達到要求。綜合上述可得，該設計符合工程要求。27總 結(jié)這對自己來說，是一個總結(jié)，也是一個提醒。因為畢業(yè)論文的完成，既為大學四年劃上了一個完美的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。2009 年 12月，我開始了我的畢業(yè)設計工作，時至今日，設計基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個設計過程難以用語言來表達。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，認識了無級變速器在未來應用的發(fā)展，是自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。畢業(yè)的時間一天一天的臨近?；厥浊懊娴臅r光。在沒做畢業(yè)設計之前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的大概總結(jié)，但是真的面對畢業(yè)設計是發(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，而且是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計是我明白自己原來的知識太理論化了，面對單獨的課題是感覺很茫然。覺得自己學要的東西還很多，以前自己眼高手低。通過此次畢業(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(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的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！所學知識只有在真正用的時候才能學會。在此要感謝我們的指導老師聶老師對我的悉心指導，感謝同學們對我的幫助。在設計過程中，我們通過查閱大量有關(guān)的資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并想老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少的艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂的許多東西，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。而且大大的提高了動手能力，是我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個設計做的不太好，但是在設計過程中所學的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，是我終生受益。28致 謝在這里我首先要感謝我的導師聶松輝老師。聶老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從外出實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為繁瑣，但是聶老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩的聶老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。其次我要感學和我一起做畢業(yè)設計的同學們，他們在本次設計中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設計，并承擔了大部分的工作量。如果沒有他們的努力工作，此次設計的完成將變的非常困難。然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎，同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。最后感謝機械工程學院和我的母?！嫣洞髮W興湘學院對我的栽培。29參考文獻[1] 阮忠唐主編. 機械設計無級變速器[S]. 北京：機械工業(yè)出版社， 1983.10. 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