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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目： 機(jī)械菱錐式無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 誠 信 聲 明 本人聲明： 1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行 的研究工作及取得的研究成果； 2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果， 也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料； 3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容 均真實(shí)、可信。 作者簽名： 日期：2017 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 任 務(wù) 書 題目： 機(jī)械菱錐式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、 基本任務(wù)及要求： 1、 查閱文獻(xiàn) 15 篇以上，并寫出文獻(xiàn)綜述，開題報(bào)告并編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份 2、 已知原始數(shù)據(jù)：輸入功率 P=3kw，輸入轉(zhuǎn)速 n=1000rpm，調(diào)速范圍 R=12 3、 熟悉和掌握菱錐式無級(jí)變速器的工作原理和相關(guān)性能的知識(shí) 4、 以 UG 或 SolidEdge 三維 CAD 軟件為平臺(tái)，建立整機(jī)的數(shù)字化模型 5、 三維建模，一張 A0 裝配圖紙及其零件圖，共計(jì) 2 張 A0 圖量 二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 1．第 1 周 布置任務(wù)，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書，熟悉課題與基礎(chǔ)資料 2．第 2－3 周 查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開題報(bào)告 3．第 4－8 周 進(jìn)行討論和制定設(shè)計(jì)方案，學(xué)習(xí)和使用三維建模軟件 4．第 9－11 周 對(duì)變速器總體方案設(shè)計(jì)與論證，總裝配圖設(shè)計(jì)和繪制、零部件圖繪制 5．第 12－14 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 6．第 15 周 論文評(píng)閱，畢業(yè)設(shè)計(jì)資料整理、歸檔 7．第 16 周 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 I 目 錄 摘要 I 第 1章 概 論 .1 1.1 無級(jí)變速器的特征和應(yīng)用 .1 1.2 無級(jí)變速器類型 .1 1.3 機(jī)械無級(jí)變速器的性能參數(shù) .4 1.4 機(jī)械無級(jí)變速器的研究現(xiàn)狀 .5 1.5 課題的研究?jī)?nèi)容和要求 .6 第 2章 菱錐式無級(jí)變速器工作原理 8 2.1 無級(jí)變速器的工作原理 .8 2.2 菱錐無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 11 2.3 菱錐無級(jí)變速器的變速原理 12 第 3章 菱錐無級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .15 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 15 3.2 變速器基本型號(hào)的確定 15 3.3 菱錐與主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 15 3.4 輸入側(cè)加壓裝置 16 3.5 輸出側(cè)加壓裝置 17 3.6 強(qiáng)度校核計(jì)算 17 3.7 輸入、輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 3.8 輸入、輸出軸上軸承的選用 19 第 4章 主要零件的校核 .20 4.1 輸出、輸入軸的校核 20 4.2 軸承的校核 21 第 5章 菱錐無級(jí)變速器的三維建模 22 5.1 箱體的三維建模步驟 .22 5.2 零件圖的三維建模 .22 5.3 裝配技術(shù) 25 總 結(jié) .27 參考文獻(xiàn) .28 致 謝 .29 I 機(jī)械菱錐式無極變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要：機(jī)械無級(jí)變速器是一種能適應(yīng)工藝要求多變、工藝流程機(jī)械化和自動(dòng)化 發(fā)展以及改善機(jī)械工作性能的一種通用傳動(dòng)裝置。本文簡(jiǎn)要介紹了菱錐式機(jī)械 無級(jí)變速器的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)計(jì)算的方法、材質(zhì)及潤滑等方面的知識(shí)，并以此 作為本次無級(jí)變速器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)采用的是以菱形錐輪作為中間傳動(dòng)元件，通過改變錐輪的工作半徑 來實(shí)現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的菱錐錐輪式無級(jí)變速器。本文分析了在傳動(dòng)過程 中變速器的主動(dòng)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(shí)用的 菱錐錐輪式無級(jí)變速器設(shè)計(jì)的計(jì)算公式；并針對(duì)設(shè)計(jì)所選擇的參數(shù)進(jìn)行了具體 的設(shè)計(jì)計(jì)算；繪制了所計(jì)算的菱錐錐輪式無級(jí)變速器的裝配圖和主要傳動(dòng)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。由于機(jī)械 無級(jí)變速器絕大多數(shù)是依靠摩擦傳遞動(dòng)力，故承受過載和沖擊的能力差，且不 能滿足嚴(yán)格的傳動(dòng)比要求。 這種無級(jí)變速器有良好的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，完全可以 作為批量生產(chǎn)的無級(jí)變速器。其主要特點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗沖擊能力較強(qiáng)；5.輸出功率 較大；6.使用壽命長；7.調(diào)速簡(jiǎn)單，工作可靠；8.容易維修。 關(guān)鍵詞：機(jī)械無級(jí)變速器；摩擦式；菱錐錐輪式 1 第 1章 概 論 1.1 無級(jí)變速器的特征和應(yīng)用 機(jī)械無級(jí)變速器是一種傳動(dòng)裝置，其功能特征主要是：在輸入轉(zhuǎn)速不變的 情況下，能實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)過程中各種不同工況的要求；其結(jié)構(gòu)特征主要是：需由變速傳動(dòng)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。 機(jī)械無級(jí)變速器的適用范圍廣，有在驅(qū)動(dòng)功率固定的情況下，因工作阻力 變化而需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以產(chǎn)生相應(yīng)驅(qū)動(dòng)力矩者（如化工行業(yè)中的攪拌機(jī)械，即要 求隨著攪拌物料的粘度、阻力增大而能相應(yīng)的減慢攪拌速度）；有根據(jù)工況要 求需要調(diào)節(jié)速度者（如起重運(yùn)輸機(jī)械要求隨物料及運(yùn)行去區(qū)段的變化而能相應(yīng) 改變提升或運(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）；有為獲得恒定的工作速度或張力而需要調(diào)節(jié)速度者（如端面切 削機(jī)床加工時(shí)需保持恒定的切削線速度，電工機(jī)械中的繞線機(jī)需保持恒定的卷 繞速度，紡織機(jī)械中的漿紗機(jī)及輕工機(jī)械中的薄膜機(jī)皆需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保持有 恒定的張力等）；有為適應(yīng)整個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)速度以及需要配合自動(dòng)控制者（如各種各樣半自動(dòng)的生產(chǎn)、操 作或裝配流水線）；有為探求獲得最佳效果而需變換速度者（如試驗(yàn)機(jī)械或離 心機(jī)需調(diào)速以獲得最佳效果）；有為節(jié)約能源而需進(jìn)行調(diào)速者（如風(fēng)機(jī)、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)以及實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)或程序控制等。 1.2 無級(jí)變速器類型 為實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，按傳動(dòng)方式可采用液體傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)三種 方式。 1.2.1液體傳動(dòng) 液體傳動(dòng)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(dòng)裝置，適用于中小功率傳動(dòng)。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(dòng)，適用于大功率（幾百至幾千千瓦）。 液體傳動(dòng)的主 要特點(diǎn)是：調(diào)速范圍大，可吸收沖擊和防止過載，傳動(dòng)效率較高，壽命長，易 2 于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：制造精度要求高，價(jià)格較貴，輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩，滑動(dòng)率較大， 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 3 容易發(fā)生漏油。 1.2.2電力傳動(dòng) 電力傳動(dòng)基本上分為三類：一類是電磁滑動(dòng)式，它是在異步電動(dòng)機(jī)中安裝 一電磁滑差離合器，通過改變其勵(lì)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(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作維護(hù)方便：滑動(dòng)最大，效率低，發(fā)熱嚴(yán) 重，不適合長期負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，故一般只用于小功率傳動(dòng)。 二類是直流電動(dòng)機(jī)式， 通過改變磁通或改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其特點(diǎn)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(dòng)機(jī)式替代。 三類是交流電動(dòng)機(jī)式，通過變極、調(diào)壓和變頻 進(jìn)行調(diào)速。實(shí)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(dòng)電動(dòng)機(jī)變速。其特點(diǎn)是調(diào)速性能好、范圍大、效率較高，可自動(dòng)控制，體 積小，適用功率范圍寬：機(jī)械特性在降速段位恒轉(zhuǎn)矩，低速時(shí)效率低且運(yùn)轉(zhuǎn)不 夠平穩(wěn)，價(jià)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(duì)機(jī)械無級(jí)變速器產(chǎn)生了一定的沖擊。 1.2.3機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)械無級(jí)變速器與液力無級(jí)變速器和電力無級(jí)變速器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維 護(hù)方便，價(jià)格低廉，傳動(dòng)效率較高，實(shí)用性強(qiáng)，傳動(dòng)平穩(wěn)性好，工作可靠。特 別是某些機(jī)械無級(jí)變速器在很大范圍內(nèi)具有恒功率的機(jī)械特性（這是電力和液 壓無級(jí)調(diào)速裝置所難達(dá)到的）。因此，可以實(shí)現(xiàn)能適應(yīng)變工況工作，簡(jiǎn)化傳動(dòng) 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(jī)械式無級(jí)變速器 按傳動(dòng)原理一般可分為：摩擦式、帶式、鏈?zhǔn)胶兔}動(dòng)式四大類,約 30 種類型。 1．摩擦式 摩擦式無級(jí)變速器是指利用主、從動(dòng)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(dòng)，并可通過改變其接觸處的工作半徑進(jìn) 行無級(jí)變速的一種變速器。摩擦式無級(jí)變速器由三部分組成:傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的 摩擦變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu);保證產(chǎn)生摩擦力所需的加壓裝置 ;實(shí)現(xiàn)變速的調(diào)速機(jī)構(gòu)。它具 有各種不同的結(jié)構(gòu)類型，一般可分為： 4 直接傳動(dòng)式，即主、從動(dòng)摩擦元件直接接觸傳動(dòng)； 中間元件式，即主、從動(dòng)元件通過中間元件進(jìn)行傳動(dòng)； 行星傳動(dòng)式，即中間元件作行星運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)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(dòng)式、鋼球錐輪式、菱錐式、行星錐盤和行星環(huán)錐無級(jí)變速器等。 2．鏈傳動(dòng)式 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器是一種利用鏈輪和鋼質(zhì)撓性鏈條作為傳動(dòng)元件來傳遞運(yùn)動(dòng) 和動(dòng)力的機(jī)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(jí)變速器由鏈輪和鏈條構(gòu)成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)和鏈條張緊加壓 機(jī)構(gòu)三部分組成。它是通過主、從動(dòng)鏈輪的兩對(duì)錐盤的軸向移動(dòng)實(shí)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(jí)變速器、滾柱鏈無級(jí)變速器、套環(huán) 鏈無級(jí)變速器、擺銷鏈無級(jí)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(jí)變速器的發(fā)展方向。 3．帶傳動(dòng)式 它與鏈?zhǔn)阶兯倨飨嗨?，其變速傳?dòng)機(jī)構(gòu)是由作為主、從動(dòng)帶輪的兩對(duì)錐盤 及張緊在其上的傳動(dòng)帶組成。其工作原理是利用傳動(dòng)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(dòng)，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調(diào)整它們與傳動(dòng)帶 的接觸位置和工作半徑，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。它由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn) 等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械無級(jí)變速器中可以說是應(yīng)用最廣的一種。 帶式無級(jí)變速器根據(jù)傳動(dòng)帶的形狀不同，可分為平帶無級(jí)變速器和 V 帶 無級(jí)變速器兩種類型。帶式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)、變速范圍大、 制造容易、工作平穩(wěn)、易損件少、能吸收振動(dòng)、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(jí)變速器傳遞功率較小的缺點(diǎn) ,可用于需要 中大功率范圍。因而是機(jī)械無級(jí)變速器中廣泛應(yīng)用的一種；其缺點(diǎn)是外形尺寸 較大而變速范圍較小。 4．脈動(dòng)式 脈動(dòng)式無級(jí)變速器主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸出機(jī)構(gòu)(超越離合器)和調(diào)速機(jī)構(gòu)三 個(gè)基本部分組成的低副機(jī)構(gòu)，故具有以下特點(diǎn)：傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)均可調(diào) 速、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(kuò)大之后，在結(jié)構(gòu)和使用上如何實(shí)現(xiàn)增速變速傳動(dòng)和采用復(fù)合式超越 5 離合器；高速輸出時(shí)不平衡慣性力所引起的振動(dòng)增大，如何避免共振現(xiàn)象；低 速輸出時(shí)脈動(dòng)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(jī)械式脈動(dòng)無級(jí)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(dòng)式無級(jí)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(duì)輸出軸旋轉(zhuǎn)均勻性要求不嚴(yán)格的場(chǎng)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(yùn)輸線等領(lǐng)域的應(yīng)用。 1.3 機(jī)械無級(jí)變速器的性能參數(shù) 機(jī)械無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)類型比較多，性能的差異也較大，為了能正確判別 變速器的性能特點(diǎn)，現(xiàn)將有關(guān)的指標(biāo)參數(shù)分述如下。 （1）機(jī)械特性 是指無級(jí)變速器在輸入轉(zhuǎn)速一定的情況下，其輸出功率 P2或 轉(zhuǎn)矩 T2隨輸出轉(zhuǎn)速 n2的變化關(guān)系（一般以 P2-n或 T2-n曲線表示），也稱為輸出 特性，是衡量變速器的一個(gè)重要性能指標(biāo)。 1）恒功率特性 當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速 n2變化時(shí)，輸出功率 P2保持恒定，輸出轉(zhuǎn)矩 T2 隨 n2 的降低而增大，或者相反。 2）恒轉(zhuǎn)矩特性 當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速 n2變化時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩 T2保持不變。 3）變功率、變轉(zhuǎn)矩特性 當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速 n2變化時(shí)，輸出功率 P2轉(zhuǎn)矩 T2按一定規(guī) 律（曲線）變化。 4）組合型特性 當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速 n2在低速區(qū)段變化時(shí)，具有恒轉(zhuǎn)矩特性，而當(dāng) n2 在高區(qū)段變化時(shí)，則有恒功率特性。 上述特性是指變速器輸出轉(zhuǎn)速 n2在規(guī)定的主要變速區(qū)段是具有的機(jī)械特性， 而不一定是全部變速區(qū)域，例如在高低速兩端就可能出現(xiàn)其他的變化規(guī)律。另 外，在變功率、變轉(zhuǎn)矩特性中，輸出轉(zhuǎn)矩 T2 的最大值不一定對(duì)應(yīng)最低輸出轉(zhuǎn)速 n2min。 （2）輸入功率 P1與輸入轉(zhuǎn)速 n1由于受傳動(dòng)元件的強(qiáng)度所限，目前大部分機(jī)械 無級(jí)變速器傳遞的功率比較小，一般輸入功率 P1=0.18~7.5kW,h 只有少部分結(jié) 構(gòu)類型達(dá)到 P1=75～100kW,個(gè)別類型可達(dá) 150kW 以上。 6 機(jī)械無級(jí)變速器通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一般輸入轉(zhuǎn)速 n1=1500r/min 或 n1=750r/min 或小功率時(shí)增高至 n1=3000r/min。個(gè)別類型可達(dá) n1=7000r/min。 （3）輸出轉(zhuǎn)速 n2 一般是指一個(gè)變速范圍或區(qū)段，即 n2=n2min～n 2max。此中 還分為升、降速型和降速型以及可反轉(zhuǎn)或不可反轉(zhuǎn)等。 （4）傳動(dòng)比 i21 傳動(dòng)比（有時(shí)也稱為減速比）與齒輪傳動(dòng)相反，是采用輸出 轉(zhuǎn)速 n2與輸入轉(zhuǎn)速 n1之比來計(jì)算的，即 12ni? 在變速器中，輸出轉(zhuǎn)速可以降低到零，故能得出傳動(dòng)比 i21=∞。 （5）變速比 Rb （又稱為調(diào)速比）Rb 是變速器輸出軸上最高轉(zhuǎn)速 n2max 與最低 轉(zhuǎn)速 n2min 之比值，即 min2axRb? 顯然，Rb 愈大，變速范圍就愈寬，所以，它也是變速器的一個(gè)重要性能指標(biāo)。 （6）滑動(dòng)率 ε 與脈動(dòng)度 δ 在利用摩擦傳動(dòng)的無級(jí)變速器中主、從動(dòng)元件 之間存在滑動(dòng)，因此導(dǎo)致實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速 n2將低于名義轉(zhuǎn)速 為了判別這一特性，02n 現(xiàn)以名義輸出轉(zhuǎn)速 與實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速 n2只差對(duì)名義輸出轉(zhuǎn)速 之比稱為滑動(dòng)率02n （又稱為滑差率或轉(zhuǎn)差率），以 ε 表示，即 %1020???? 滑動(dòng)率 ε 可通過測(cè)得的實(shí)際轉(zhuǎn)速 n2算出一般變化范圍為 ε=3%～10%。對(duì)于各 種不同的變速器皆有各自的要求和規(guī)定。 對(duì)于采用連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的脈動(dòng)式無級(jí)變速器，其輸出軸的轉(zhuǎn)速是不均勻的。 為了衡量這種不均勻性或波動(dòng)程度，引用了性能指標(biāo)參數(shù)脈動(dòng)度 δ。脈動(dòng)度用 輸出角速度的變化幅度與平均輸出角速度之比值來表示，即 m2inax2????? 脈動(dòng)度 δ 的大小隨所采用的連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)而定，一般脈動(dòng)度應(yīng)為 δ0.1～0.3。 （7）機(jī)械效率 η 機(jī)械傳動(dòng)效率 η 是輸出功率 P2輸入功率 P1之比，屬于通 用的性能指標(biāo)。但是對(duì)于無級(jí)變速器給出的機(jī)械傳動(dòng)效率，一般是指其最高的 效率。 綜上所述可以看出，影響機(jī)械誤解變速器性能的因素較多，故在選用時(shí)應(yīng) 根據(jù)需要全面考慮。 7 1.4 機(jī)械無級(jí)變速器的研究現(xiàn)狀 國外無級(jí)變速器的發(fā)展歷史 1958 年.荷蘭達(dá)夫(OAF)公司開發(fā)出的橡膠帶 式 CVT,后經(jīng)多次改進(jìn),沃爾沃公司將該橡膠帶式 CVT 裝 于 1.4L 發(fā)動(dòng)機(jī)排的 沃爾沃 343 汽車上,但存在普橡膠帶的可靠性和壽命等問題魚待解決。 直到 1987 年日本 富士重工公司、歐洲福特公司、菲亞特公司使用荷蘭 VDT(粕 nDoornesTransmissie)公司金屬帶式 CVT 才 突破了原來技術(shù)障礙而獲得飛速 發(fā)展。 第一代無級(jí)變速器(CVT)。 國內(nèi)無級(jí)變速器的發(fā)展歷史 我國一貫重視 無級(jí)變速器的開發(fā),2004 年中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)和中國齒輪協(xié)會(huì)就國內(nèi)自動(dòng)變速 器的研發(fā) 方向達(dá)成了共識(shí):優(yōu)先發(fā)展 AMT 和 CVT,適時(shí)發(fā)展 OCT,適當(dāng)生產(chǎn) AT。 2007 年 9 月,國家發(fā)改委、財(cái)政部、商務(wù)部發(fā)布(鼓勵(lì)進(jìn)口技術(shù)和產(chǎn)品目 錄》中,自動(dòng)變速器被列為鼓勵(lì) 發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè) ,享受進(jìn)口貼息優(yōu)惠政策,解決 進(jìn)口中企業(yè)融資難的問題。 2007 年 12 月.國家發(fā)改委在《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo) 目錄(2007 年文本)》征求意見稿中將無級(jí)變速器等幾 種自動(dòng)變速器類列為汽 車零部件關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)制造。 我國湖南江麓容大車輛傳動(dòng)有限公司年產(chǎn) 2 萬 臺(tái)國產(chǎn) CVT 總裝生產(chǎn)線已建成,正式投產(chǎn),這是國內(nèi)自主 開發(fā)的 CVT,已攻克 CVT 主要技術(shù)難關(guān),具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。 目前處于試生產(chǎn)階段,年底將有批量 產(chǎn)品下線, 主要用于力帆、眾泰等自主品牌經(jīng)濟(jì)型轎車。該公司定位于 8 萬元 人民幣以下經(jīng)濟(jì)型轎車市場(chǎng),生產(chǎn)適合中 低端市場(chǎng)的高性價(jià)比產(chǎn)品。 洛陽聯(lián)合 變速器有限責(zé)任公司成立于 2007 年 5 月。該公司擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán).開發(fā)生 產(chǎn)乘用車用金屬 鋼帶式無級(jí)變速器。2002 年 1 月我國第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn) 權(quán)的 CVT 樣機(jī)試車成功。CVT 比例控制改善燃油經(jīng)濟(jì)性的考慮動(dòng)力系統(tǒng)響應(yīng)滯 后。在該算法中,修改所需的 CVT 速比的車輛速度,估計(jì)時(shí)間延遲后由于動(dòng)力響 應(yīng)滯后。此外,加速度映射構(gòu)造來估計(jì)車輛加速油門踏板位置和 CVT 比率。使用 CVT 比例控制算法和加速度映射,車輛性能仿真執(zhí)行評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)性能和燃油經(jīng)濟(jì) 性。發(fā)現(xiàn)這類的燃油經(jīng)濟(jì)性可以提高約 3.6%的比例控制算法為目標(biāo)。在選擇適 當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲,燃油經(jīng)濟(jì)性之間的妥協(xié)和…加速度性能是必需的。 1.5 課題的研究?jī)?nèi)容和要求 本設(shè)計(jì)采用的是以菱形錐輪作為中間傳動(dòng)元件，通過改變錐輪的工作半徑 來實(shí)現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的菱錐錐輪式無級(jí)變速器。本文分析了在傳動(dòng)過程 8 中變速器的主動(dòng)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(shí)用的 菱錐錐輪式無級(jí)變速器設(shè)計(jì)的計(jì)算公式；并針對(duì)設(shè)計(jì)所選擇的參數(shù)進(jìn)行了具體 的設(shè)計(jì)計(jì)算；繪制了所計(jì)算的菱錐錐輪式無級(jí)變速器的裝配圖和主要傳動(dòng)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。 目前，工業(yè)自動(dòng)化的不斷提高和無級(jí)變速器的廣泛應(yīng)用也對(duì)它提出了更高 的要求。機(jī)械式無級(jí)變速器主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，滑動(dòng) 率??；工作可靠，具有恒功率機(jī)械特性和較高的傳動(dòng)效率；維修方便；適用于 條件惡劣的應(yīng)用工況。但零部件加工及潤滑要求較高，承載能力低，抗過載及 耐沖擊性能較差，故一般適合于中小功率傳動(dòng)。與齒輪變速箱調(diào)速相比，只適 用于小功率調(diào)速系統(tǒng)。摩擦式由于主要依靠摩擦而使機(jī)械效率較低；帶式和鏈 式由于制造成本和尺寸較大所以變速范圍較?。幻}動(dòng)式由于結(jié)構(gòu)問題依然存在 速度脈動(dòng)。 由于機(jī)械無級(jí)變速器自身的特點(diǎn)已不能完全適應(yīng)各種機(jī)械的工況要求，隨 著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，又出現(xiàn)了電力調(diào)速技術(shù)和液壓調(diào)速技術(shù)。在電力調(diào)速 技術(shù)中，由于直流調(diào)速技術(shù)的設(shè)備復(fù)雜，成本高，維護(hù)困難等不足，促使人們 尋求一種更為先進(jìn)的調(diào)速方式，即交流調(diào)速技術(shù)的研發(fā)已逐步取代了直流調(diào)速 技術(shù)的使用。交流電動(dòng)機(jī)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但其最大的缺點(diǎn)是調(diào)速困難。 課題研究的內(nèi)容：機(jī)械菱錐式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；無級(jí)變速器變速器 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算；對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度和壽命校核 設(shè)計(jì)要求：輸入功率 P=3kw，輸入轉(zhuǎn)速 n=1000r/min，調(diào)速范圍 Rb=12；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?jiǎng)蚍Q，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。 9 第 2章 菱錐式無級(jí)變速器工作原理 2.1 無級(jí)變速器的工作原理 無級(jí)變速器(CVT：Continuous Variable Transmission)與有級(jí)式的主要區(qū)別 在于：它的速比不是間斷的，而是一系列連續(xù)的值，譬如可以從 3.455 一直變 化到 0.85。CVT 結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)自動(dòng)變速器簡(jiǎn)單，體積更小，它既沒有手動(dòng)變速器 的眾多齒輪副，也沒有自動(dòng)變速器復(fù)雜的行星齒輪組，它主要靠主、從動(dòng)輪和 金屬帶或滾輪轉(zhuǎn)盤來實(shí)現(xiàn)速比的無級(jí)變化。 其原理是與普通的變速箱一樣大小不一的幾組齒輪在操控下有分有合，形 成不同的速比，像自行車的踏板經(jīng)大小輪盤與鏈條帶動(dòng)車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)。 由于不同的力度對(duì)各組齒輪產(chǎn)生的推力大小不一，致使變速箱輸出的轉(zhuǎn)速也隨 之變化，從而實(shí)現(xiàn)不分檔次的徐緩轉(zhuǎn)動(dòng)。 CVT 采用傳動(dòng)帶和可變槽寬的棘輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞，即當(dāng)棘輪變化槽寬肘， 相應(yīng)改變驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪上傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速，傳動(dòng)帶一般用橡膠帶、 金屬帶和金屬鏈等。CVT 是真正無級(jí)化了，它的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，體積小，零件 少，與 AT 比較具有較高的運(yùn)行效率，油耗較低。但 CVT 的缺點(diǎn)也是明顯的， 就是傳動(dòng)帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，只能限用于在 1 升排量左右的 低功率和低扭矩汽車，因此在自動(dòng)變速器占有率約 4 以下。近年來經(jīng)過各大汽 車公司的大力研究，情況有所改善。CVT 將是自動(dòng)變速箱的發(fā)展方向。 國內(nèi)目前有多款車型裝備了 CVT，如東風(fēng)日產(chǎn)天籟、軒逸、奇駿等全系列 車型，一汽大眾奧迪，廣汽本田飛度，南汽菲亞特西耶那、帕力奧，奇瑞旗云 等。 CVT的工作原理 10 CVT (Continuously Variable Transmission) 即無級(jí)變速器，是能在保持發(fā)動(dòng) 機(jī)的低油耗和低轉(zhuǎn)速的同時(shí)連續(xù)無級(jí)改變速比的變速器。 CVT 技術(shù)目前只能用在小排量汽車上的，而各個(gè)汽車廠商針對(duì) CVT 都有 了不同的叫法，當(dāng)然也會(huì)根據(jù)他們自己情況作出改動(dòng)啦，比如本田就叫 eCVT，而日產(chǎn)日產(chǎn)則稱為 Hyper CVT。 人們平時(shí)乘車時(shí)所關(guān)心的是油耗、動(dòng)力以及車的駕駛性能。但是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 來說，油耗、動(dòng)力、駕駛性能有其各自最佳轉(zhuǎn)數(shù)范圍。發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)試范 圍是扭矩曲線的峰值部分，通常也是指發(fā)動(dòng)機(jī)的高速領(lǐng)域。但另一方面，油耗 也是有其最佳 圍的。不知大家是否聽說過“合理油耗駕駛 “一詞。當(dāng)車在高速路 上以時(shí)速 80km 行駛時(shí)并且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持在 2500 轉(zhuǎn)左右，半油門狀態(tài)時(shí)， 即維持了最小限度的馬力又不浪費(fèi)汽油的高效率發(fā)揮，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處於最佳運(yùn) 轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果以此狀態(tài)在一般路面上行駛的油耗也能令人滿意，但是，對(duì)於裝 配了只有 4、5 檔變速器的汽車來說，這是相當(dāng)困難的問題。解決此問題的最好 方式就是使用 CVT (無級(jí)變速器) 。CVT 可以在維持最佳油耗下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)無變檔的連續(xù)變速。而且，CVT 在提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到發(fā)揮最佳 功率的 圍時(shí)，可以選擇全功率狀態(tài)下的行駛。普通車在傾斜路面上行駛，會(huì)發(fā) 生 3 檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過高，4 檔時(shí)馬力不足的尷尬局面。而自動(dòng)變速的車輛， 變速箱會(huì)在 3 檔 4 檔之間往返，車子的變速處於不穩(wěn)定的狀態(tài)。安裝了 CVT 的 話，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳動(dòng)力領(lǐng)域的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，使駕駛者能夠真正 享受輕松駕駛的感受。 只有在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的情況下，才能夠?qū)崿F(xiàn)全動(dòng) 力的駕駛。例如在盤山路上，就會(huì)出現(xiàn)用 3 檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過高，用 4 檔動(dòng)力不 足的現(xiàn)象。這就是使用自動(dòng)變速器 (AT) 的車輛自動(dòng)改變檔位而處於不穩(wěn)定的 狀態(tài)。CVT 可以在保持發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力的整個(gè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的無級(jí)傳遞，從 而實(shí)現(xiàn)順暢駕駛。 通常的自動(dòng)變速器是有檔變速，通過幾個(gè)齒輪來決定變速比。CVT 是通過 改變 2 個(gè)滑輪的槽的寬度而實(shí)現(xiàn)變速比的無級(jí)次改變，從而可以按駕駛的狀況 得到最佳驅(qū)動(dòng)力。通常這 2 個(gè)滑輪受到的力量非常大，通過改變 2 個(gè)滑輪的槽 的寬度，使加在滑輪上的鋼帶的輸入軸/輸出軸的各直徑間實(shí)現(xiàn)無級(jí)連續(xù)變化， 按各種狀況選擇最佳的變速比行駛，就像帶有變速器的自行車的齒輪變成無級(jí) 變速齒輪一樣。由於是無級(jí)變速，在換檔時(shí)完全沒有變速的沖擊，行駛非常平 穩(wěn)。通常的 4 檔 AT 轎車是將 4 個(gè)檔的齒輪按行駛狀態(tài)進(jìn)行變速。而 CVT 是無 11 級(jí)變速，所以不會(huì)出現(xiàn)上坡時(shí)檔位在 3 檔、4 檔之間來回變化的情況。這種無 齒的變速器，實(shí)現(xiàn)了扭矩的零損失傳遞，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)有力的行駛，對(duì)於汽車工 業(yè)是一個(gè)巨大的貢獻(xiàn)。 全電子控制提高了駕駛性能并同時(shí)降低了油耗。一般 CVT 的變速控制、油 壓控制、固定控制全部由電子控制，從而實(shí)現(xiàn)了按駕駛情況選擇速比的最佳選 擇。 由於傳統(tǒng)的 CVT 采用的是沒有增大扭矩作用的電磁離合器，在起步 時(shí)缺乏強(qiáng)有力的扭矩，所以起步加速性較差。CVT 采用了液壓變矩器，其增加 扭矩的作用使起步加速性能有很大的提高。液壓變矩器的超低扭力使傳統(tǒng) CVT 所不擅長的斜坡起步、倒車入庫等性能也得到了提高。 它的內(nèi)部并沒有傳統(tǒng)變速箱的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，而是以兩個(gè)可改變直徑的傳 動(dòng)輪，中間套上傳動(dòng)帶來傳動(dòng)?；驹硎菍鲃?dòng)帶兩端繞在一個(gè)錐形帶輪上， 帶輪的外徑大小靠油壓大小進(jìn)行無級(jí)的變化。起步時(shí)，主動(dòng)帶輪直徑變?yōu)樽畲?直徑，而被動(dòng)帶輪變?yōu)樽钚?，?shí)現(xiàn)較高的傳動(dòng)比。隨著車速的增加和各個(gè)傳感 器信號(hào)的變化，電腦控制系統(tǒng)來斷定控制兩個(gè)帶輪的控制油壓，最終改變帶輪 直徑的連續(xù)變化，從而在整個(gè)變速過程中達(dá)到無級(jí)變速。 而錐形帶輪之間的傳動(dòng)帶，在過去的一段時(shí)間，由于材質(zhì)的原因，所受的 拉力有限，所能承受的扭矩有限，只能用在摩托車式小排量車上。近些年來， 隨著材料技術(shù)、加工工藝的不斷提高，生產(chǎn)出特殊材料制造的剛制傳動(dòng)帶和錐 型帶輪。徹底實(shí)現(xiàn)了大功率、大扭矩轎車的要求。 CVT 最大的特點(diǎn)是無級(jí)控制輸出的速比，在行駛中達(dá)到行云流水的感覺， 從而沒有了換檔的感覺。乘員感覺不到換檔沖擊，動(dòng)力銜接連貫。這樣 CVT 在 行駛時(shí)增加了舒適性，加速也會(huì)比自動(dòng)變速器快。 CVT 系統(tǒng)主要包括主動(dòng)輪組、從動(dòng)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(gè)金屬片構(gòu)成。主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組都由可動(dòng)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(dòng)，另一側(cè)則固定。可動(dòng)盤與 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(dòng)帶嚙合。發(fā)動(dòng) 機(jī)輸出軸輸出的動(dòng)力首先傳遞到 CVT 的主動(dòng)輪，然后通過 V 型傳動(dòng)帶傳遞到 從動(dòng)輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車輪來驅(qū)動(dòng)汽車。工作時(shí)通過主動(dòng)輪與 從動(dòng)輪的可動(dòng)盤作軸向移動(dòng)來改變主動(dòng)輪、從動(dòng)輪錐面與 V 型傳動(dòng)帶嚙合的工 作半徑，從而改變傳動(dòng)比?？蓜?dòng)盤的軸向移動(dòng)量是由駕駛者根據(jù)需要通過控制 系統(tǒng)調(diào)節(jié)主動(dòng)輪、從動(dòng)輪液壓泵油缸壓力來實(shí)現(xiàn)的。由于主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的工 12 作半徑可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了無級(jí)變速。 在金屬帶式無級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)中，從動(dòng)油缸的作用是控制金屬帶的張 緊力，以保證來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力高效、可靠的傳遞。主動(dòng)油缸控制主動(dòng)錐輪的 位置沿軸向移動(dòng)，在主動(dòng)輪組金屬帶沿 V 型槽移動(dòng)，由于金屬帶的長度不變， 在從動(dòng)輪組上金屬帶沿 V 型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪 組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化。 汽車開始起步時(shí)，主動(dòng)輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動(dòng)比， 從而保證驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪的工作半徑逐漸減小，從動(dòng)輪的工作半徑相應(yīng)增大，CVT 的傳動(dòng)比 下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。 2.2 菱錐無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 菱錐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(dòng)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。 菱錐的形狀是對(duì)稱的，兩側(cè)椎體的接觸母線 A 和 B 平行，而且相對(duì)于輸入 和輸出軸傾斜安裝。因?yàn)閬砹忮F與主動(dòng)輪和外環(huán)的連線在變速及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始 終與母線 A、B 垂直，所以主動(dòng)輪和外環(huán)作用在菱錐上的壓緊力 1Q、 2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 幾乎沒有磨擦損失。圖 3-51 是菱錐裝在支架上的情況。 菱錐母線與水平軸線之間的交角 ?很小，通常取 ?= 07，因輸入和輸出軸 的軸承上受到的軸向力很小，僅為法向總壓緊力的 1/8,因此，傳遞大功率時(shí)軸 承負(fù)載不嚴(yán)重。 采用了兩套鋼球 V 形槽自動(dòng)加壓裝置，保證了傳動(dòng)件不會(huì)受到不必要的、 過大的預(yù)壓緊力，為提高傳動(dòng)效率與壽命有利。由于加壓裝置的槽升角較大 （輸入側(cè) 1?= o25、輸出側(cè) o152??），而摩擦副處所需的軸向壓緊力又較小， 因此加壓裝置的動(dòng)作特別靈敏，抗沖擊能力也較強(qiáng)。 由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，變速器可以正反轉(zhuǎn)。 它靠散熱片散熱降溫，并提高殼體剛性。目前，國外生產(chǎn)的中小型菱錐無 級(jí)變速器（10kW）是與電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接的，傳動(dòng)部分靠飛濺潤滑；而較大功率 者（10kW 以上）則有風(fēng)扇冷卻，并用油泵進(jìn)行強(qiáng)迫潤滑。油泵的排油端裝有高 靈敏度流量開關(guān)，當(dāng)排油量下降時(shí)，它立即使主電機(jī)停止。為了適應(yīng)大起動(dòng)轉(zhuǎn) 13 矩和沖壓負(fù)載的條件，在電機(jī)與變速器之間裝有磁粉離合器。菱錐變速器的安 裝形式有立式和臥式兩種，可根據(jù)需要選用。 2.3 菱錐無級(jí)變速器的變速原理 ω3 P3 T3 T 3 P3 0 2 r23 r21 δ δb L H (b) (a) α β d1 d3 d 2 1 3 r23 r21 r23 r21ω1 ω3 O2 O2 O2 ω2 T3 P3 ω2 圖 2-1菱錐式無級(jí)變速器原理 圖 2-1 為一種型式的菱錐式無級(jí)變速器。輸入軸 1 的轉(zhuǎn)速為 ω 1，菱錐 2 被 壓緊在輸入與輸出軸端部的環(huán)狀空間之間，菱錐 2 的軸線與輸入軸 1 的軸線之 間的夾角為 α，菱錐 2 繞自身的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，菱錐 2 的水平位置由位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)菱錐 2 與輸入軸環(huán)的接觸點(diǎn)到輸入軸線的距離為 0.5d1，菱錐 2 的 接觸半徑為 r21；菱錐 2 與輸出環(huán)的接觸點(diǎn)到輸出軸線的距離為 0.5d3，菱錐 2 的接觸半徑為 r23。由圖 12.13(b)的尺寸關(guān)系得 r21、r 23的函數(shù)式分別為 r21＝(L－b－H)tanδ，r 23＝btanδ，L、H 為結(jié)構(gòu)常數(shù)，b 為自變量。設(shè)菱錐 2 作無相對(duì)滑動(dòng)的相對(duì)滾動(dòng)，菱錐 2 與輸入軸環(huán)之間的速度關(guān)系為 0.5d1 ω 1＝ω 2 r21，菱錐 2 與輸出環(huán)之間的速度關(guān)系為 0.5d3 ω 3＝ω 2 r23，則輸出 軸 3 的轉(zhuǎn)速 ω 3與傳動(dòng)比 i13分別為 )16(])/[()/()( 3132112 ????????? dbHLdbd?? 72)/313 HLi 14 當(dāng)菱錐 2 在水平方向移動(dòng)（在垂直方向也產(chǎn)生附加的移動(dòng)）時(shí)，輸出軸的轉(zhuǎn)速 得到調(diào)節(jié)。該種無級(jí)變速器傳遞的功率可達(dá) 37 KW，機(jī)械效率為 0.8～0.93，傳 動(dòng)比在 0.8～7 之間。設(shè) P3、T 3分別表示輸出軸 3 的功率與轉(zhuǎn)矩，則菱錐式無級(jí) 變速器的機(jī)械特征如圖 12.14 所示。 圖 2-2 為菱錐在支架上的分布；圖 2-3 示為菱錐無級(jí)變速器的兩種結(jié)構(gòu)， 變速器的主要元件是主動(dòng)輪 3、菱錐 4 和外環(huán) 8。菱錐一般為 3～8 個(gè)圓周方向 均布支撐在支架 11 上。鋼球 V 形槽加壓裝置 2 的加壓盤用鍵聯(lián)接在輸入軸 1 上， 而主動(dòng)輪 3 則滑套在軸 1 上，輪 3 在加壓裝置的作用下以適當(dāng)?shù)膲毫εc菱錐接 觸，菱錐 4 又始終與外環(huán) 8 保持接觸。外環(huán) 8 與從動(dòng)輪 6 之間也是用鋼球 V 形 槽式加壓裝置聯(lián)接的。因此，動(dòng)力由軸 1 輸入經(jīng)自動(dòng)加壓裝置 2 傳給 3，再依 靠摩擦力的作用，經(jīng)菱錐 4、外環(huán) 8、輸出側(cè)加壓裝置 7 和從動(dòng)輪 6 而傳遞到輸 出軸 5 上。 由于菱錐變速器是升、降變速型的，所以采用了兩套自動(dòng)加壓裝置，各傳 動(dòng)副之間的壓緊力是與負(fù)載成正比變化的，因而不會(huì)打滑。啟動(dòng)時(shí)的壓緊力是 由預(yù)壓彈簧提供的。 15 圖 2-2無級(jí)變速機(jī)的兩種結(jié)構(gòu) 圖 2-3無級(jí)變速機(jī)的兩種結(jié)構(gòu) 調(diào)速時(shí)，滑動(dòng)齒輪（螺桿）10，通過支架 11 上的齒條（螺母）使支架 11 作水平軸向移動(dòng)，而菱錐 4 則在隨支架作水平移動(dòng)的同時(shí)，還自動(dòng)地沿菱錐心 軸作相對(duì)滑動(dòng)，使菱錐兩側(cè)椎體的工作直徑發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。圖 2-4 是輸出轉(zhuǎn)速最低和最高時(shí)，菱錐與主、從動(dòng)輪的相對(duì)位置。調(diào)速是在運(yùn)動(dòng) 過程中進(jìn)行的。 16 圖 2-4 高低速輸出軸 第 3章 菱錐無級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 要求：輸入功率 P1=3 kW； 同步轉(zhuǎn)速 n=1000r/min; 調(diào)速范圍 Rn=12（升 1.55 降 3.87）。 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 按工作要求和工作條件，選用一般用途的 Y100L1-4 系列籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 表 3-1裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 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/Kg Y100L1-4 3 1430 2.2 2.3 34 17 3.2 變速器基本型號(hào)的確定 輸入轉(zhuǎn)速 n 1 =1430 r/min 輸出轉(zhuǎn)速 n 2 = n1×1.55~ n1×1/3.87=370~2217 r/min 變速器型號(hào)根據(jù)［2］P67 表 25.2-27 選擇型號(hào) K2.5。 3.3 菱錐與主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 菱錐個(gè)數(shù) 由［1］表 25·2-30 z=6； 菱錐心軸傾斜角 由［1］表 25·2-30 α=45°； 菱錐母線與水平線夾角 由［1］表 25·2-30 β=7°； 錐頂半角 θ=α－β=45－7=38°； 菱錐的工作高度 由［1］表 25·2-30 h=45mm； 菱錐與錐輪接觸寬度 由［1］表 25·2-30 b=2mm； 主動(dòng)輪工作直徑 由［1］表 25·2-30 D1=85mm； 主動(dòng)輪接觸圓弧半徑 R1=0.5 D1=42.5mm； 從動(dòng)環(huán)工作直徑 由［1］表 25·2-30 D2=174.3mm； 從動(dòng)環(huán)接觸圓弧半徑 ；m8.427cos5s2R1?????D 菱錐最小工作直徑 ；175/31s/d2maxin?? ?Ih? 菱錐最大工作直徑 ；4.68/.7./co4/1cos12inax ???? ?DI 菱錐長度 L=2hsinθ=55.4mm； 菱錐最小直徑 d x=hsecθcos2θ=13.8mm； 菱錐最大直徑 d s =h/cosθ=57.1mm； 菱錐孔徑 按照滾正軸承選取 φ=14mm； 菱錐母線有效工作長度 ；m9.238sin174.6si2miax?????dS 菱錐沿本身軸向移動(dòng)量 ；.5i9.3in???a 菱錐與支架凸緣 C1 =5mm； 菱錐支架凸緣間距離 Ha=L+Sa +2C1=69.5mm； 18 菱錐支架水平移動(dòng)總量 ；mScH8.20sin??? 圖 3-1 菱錐 3.4 輸入側(cè)加壓裝置 鼓形滾子中心圓直徑 d p1=0.7D1=59.5mm； 鼓形滾子直徑 d q1=1/7 D1=12.1 取 dq1=12； 鼓形滾子個(gè)數(shù) z 1=6； 槽升角 取 λ 1=25°；'4827sin5.904arctsinarct1 ???????pdf 圖 3-2 鼓型加壓滾子 3.5 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； 19 鋼球個(gè)數(shù) z2=6； 槽升角 取 λ 1=15°；'53187sin192.405.arctsinarct21 ????????pdfD 3.6 強(qiáng)度校核計(jì)算 接觸點(diǎn)曲率半徑 mde8.103cos27min1???? ；h6.545ax2?? 當(dāng)量曲率半徑 De 2.87cos8.102cos1 ?????? ；m97.16.53.422 ?????? 正壓力 NdznPQp 487sin2ta.9106sinta1095 44g ????? ；zp 5.1si15ta243.05sita2min1 4d ??? ?? 接觸應(yīng)力 菱錐與主動(dòng)盤接觸處： ，MPabQg760.84911max ????? 菱錐與外環(huán)接觸處： ；d1532292 許用接觸應(yīng)力由［1］表 25·2-22 查取[σ j]=1800,上述兩項(xiàng)計(jì)算結(jié)果均滿足 σ max≤ [σ j]。 3.7 輸入、輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 輸入軸： n=1500r/min,P=2.2Kw0185.731830min ??PAd ， 根據(jù)查表 15-3，選用 45 鋼，調(diào)度處理 取 0 20 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(hào) 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 3TKAca?,查表 14-1，取 AK=1.3 T=95000010=28650N?mmcaT =37245 N?mm 由于 ca?， n ［n］,因有鍵存在，軸的尺寸需加大 3%～5%，查［6］ 表 11-4～11-14 彈性柱銷選 LX2，其孔徑取 25mm,則最小軸徑段取 25mm,公稱 轉(zhuǎn)矩和許用轉(zhuǎn)速分別為 560 N?m,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(jì)和輸入軸基本相似。 圖 3-3 輸入軸 圖 3-4 輸出軸 3.8 輸入、輸出軸上軸承的選用 輸入軸上根據(jù)尺寸結(jié)構(gòu)和受力情況選用深溝球軸承 6008 及 6009； 輸出軸上根據(jù)尺寸結(jié)構(gòu)和受力情況選用深溝球軸承6008，無內(nèi)圈單列滾針軸承 21 NK19/16。 第 4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 22 圖 4-1 軸的校核分析圖 根據(jù)軸的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出截面處的 MH,MV及 M 的值如下表 4.1 表 4.1截面力矩表 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 總彎矩 M1 = 8093578022?? N.mm M2= 7.196 N.mm 扭矩 T T3=28650N.mm 彎矩扭合成應(yīng)力校核軸端強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 D） 的強(qiáng)度。軸的計(jì)算應(yīng)力按公式 ??223caTW???? 計(jì)算。 取 ?=0.6，????3222321 51.08689????WTMca? =12.6MPa 前已經(jīng)選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理，由表查得 1[]60MPa???。 所以 ca?1[]?? ，故安全。 23 4.2 軸承的校核 按手冊(cè)選擇 C=4900N 的軸承 應(yīng)此軸承的基本額定靜載荷 0C=4000N。驗(yàn)算如下： 求相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的 e 值與 Y 值。相對(duì)軸向載荷 07.4280?CFa ，在表中 介于 0.07～0.13 之間，相對(duì)應(yīng)的 e 值為 0.27～0.31，Y 為 1.6～1.4。 用線性插值法求 Y 值。 Y=1.4+ ???07.134.6?? =1.6 X=0.56，Y=1.6 求當(dāng)量動(dòng)載荷 0P= ??82706.145.2??? 驗(yàn)算軸承的壽命： hCnL6928274106136 ?????????????? 符合標(biāo)準(zhǔn)合格。 第 5章 菱錐無級(jí)變速器的三維建模 5.1 箱體的三維建模步驟 1.選擇（插入/設(shè)計(jì)特征/拉伸）命令，輸入?yún)?shù)，單擊確定按鈕生成如下： 24 圖 5-1 2.經(jīng)過一系列插入和拉伸，布爾運(yùn)算，最后進(jìn)行打孔，邊倒圓，鏡像后完成如 下： 圖 5-2 5.2 零件圖的三維建模 5.2.1 輸出軸的建模設(shè)計(jì) 1.進(jìn)入 UG10.0 軟件，創(chuàng)建一個(gè)文件夾，文件名為“zhou”單位選擇“毫米” 25 圖 5-3 2.選擇（插入/設(shè)計(jì)特征/回轉(zhuǎn)）命令，輸入?yún)?shù)，單擊確定按鈕，生成實(shí)體如 下： 圖 5-3 5.2.2 其他典型零部件如下： 圖 5-4從動(dòng)環(huán) 26 圖 5-5菱錐 圖 5-6輸入軸 圖 5-7角接觸軸承 27 圖 5-8端蓋 5.3 裝配技術(shù) （1）UG 裝配模塊不僅能快速組合零部件成為產(chǎn)品，而且在裝配中，可參照 其它部件進(jìn)行部件關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，并可對(duì)裝配模型進(jìn)行間隙分析、重量管理等操作。 裝配模型生成后，可建立爆炸視圖，可將其引入到裝配工程圖中；能對(duì)軸測(cè)圖 進(jìn)行局部挖切。 圖 5-9裝配圖 28 5.3.1爆炸圖 圖 5-8爆炸圖 29 總 結(jié) 菱錐無級(jí)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(diǎn)，因而目前世界上各先進(jìn)工業(yè)國均對(duì)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(jí)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(dòng)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(jí)變速器采用了兩套自動(dòng)加壓裝置，各傳動(dòng)副之間的壓緊力是與負(fù)載成正比變 化的，因而不會(huì)打滑。啟動(dòng)時(shí)的壓緊力是由預(yù)壓彈簧提供的。菱錐的形狀是對(duì) 稱的，兩側(cè)錐體的接觸母線平行，而且相對(duì)于輸入和輸出軸傾斜安裝。因?yàn)榱?錐與主動(dòng)輪和外環(huán)接觸點(diǎn)的連線在變速及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終與母線垂直，所以主 動(dòng)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(jì)是我大學(xué)的最后一次作業(yè)，它既能讓我將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行一 次全面的鞏固，又能讓我在進(jìn)入社會(huì)工作之前增長一次設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì) 所學(xué)知識(shí)理論的檢驗(yàn)與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計(jì)者獨(dú)立分析和解決問題的能 力。 30 參考文獻(xiàn) [1] 周有強(qiáng)主編.機(jī)械無級(jí)變速器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.1-65. [2] 阮忠唐主編.機(jī)械無級(jí)變速器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.54-78. [3] 阮忠唐主編.機(jī)械無級(jí)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. 1-91. [4] 徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第 3 卷） [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1991.134-159. [5] 濮良貴，記名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M].北京：高等教育出版社， 2009.186-336. [6] 機(jī)械零部件手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械零部件手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1996.21-75. [7] 吳宗澤，羅圣國主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M].北京：高等 教育出版社，2009.24-294. [8] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.318-335. [9] 王三民主編.機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.65-78. [10] 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. [11] 羅迎社主編.材料力學(xué)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2007.12-53. [12] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.15-24. [13] 蘇旭平主編.工程材料[M].湘潭：湘潭大學(xué)出版社，2008.1-85. 31 致 謝 本論文是在指導(dǎo)老師白泉的精心指導(dǎo)下完成的。在此謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕?的感謝和最誠摯的敬意，她嚴(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；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(duì)導(dǎo)師付出的辛勤勞動(dòng)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。