机械毕业设计（论文）-三角带无极变速装置设计【全套图纸SW三维】

编编 号号 无锡太湖学院无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 三角带无极变速装置设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年年 5 月月 25 I 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 三角带无级变速装置 设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除 了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕 业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 92 学 号： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 三角带无极变速装置设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 包装机应用中，因待包装产品的长度、大小不同，导致包装机的使用局限 性较大。往往，一台包装机仅适合某特定产品，从而加大了投资成本。故而，设 计一台能够自动调节包装纸输送长度的包装机成为一种需要。纸长调节无级 变速器即是用于能够包装多种长度的物品的包装机上。由于包装纸的输送长 度是根据被包装物决定的，因此，每当变换被包装物时，必须相应调节包装纸 的输送长度。 无级变速器在纸长调节包装机中是主导性的部件，无级变速器的研究几 乎成为包装机改进的全部。能够自动调节变速比，即调节包装纸的输送速度 的变速器成为目前的主流。由速比计算公式可知，需要改变包装纸的输送长 度时，仅需在主动轮直径保持固定时，改变从动轮的直径即可，所以本设计的 主要设计皆是基于改变从动轮的直径进行的。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉无级变速器的发展历程，特别是近年来，由于材料、润滑油、微机控 II 制及加工技术的进步，给无级变速器所促成的发展； 熟练掌握变速器的工作原理以及调节过程； 熟练掌握 CAD 的图纸绘制； Solidworks 的学习，并掌握基本操作； 完成毕业设计说明书，并按要求排版。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 92 班班 姓名姓名 胡建义 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 7 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 7 日日 III 摘摘 要要 无级变速技术，它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可 以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。常见的无级变速 器有液力机械式无级变速器和金属带式无级变速器。 自动变速器，按齿轮变速系统的控制方式，它可以分为液控液压自动变速器和电控 液压自动变速器；按传动比的变化方式又可分为有级式自动变速器和无级式自动变速器。 因此，无级变速器实际上是自动变速器的一种，但它比常见的自动变速器要复杂得多， 技术上也更为先进。 无级变速器与常见的液压自动变速器最大的不同是在结构上，后者是由液压控制的 齿轮变速系统构成，还是有挡位的，它所能实现的是在两挡之间的无级变速，而无级变 速器则是两组变速轮盘和一条传动带组成的，比传统自动变速器结构简单，体积更小。 另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使车速变化更为平稳，没有传 统变速器换挡时那种“顿”的感觉。 关键字：关键字：无级变速器；自动变速器；齿轮变速 IV AbstractAbstract Stepless speed technology USES belt and the work of the Lord diameters driven pulley, cooperated with the power to deliver, can realize the TRANSMISSION ratio of the continuous change, and get the TRANSMISSION and engine condition the best match between. Common step-less transmission have hydraulic mechanical step-less transmission and belt type step-less transmission , the current domestic market of the vehicles already more and more. Editor this section step-less transmission and the origin of the automatic transmission. Automatic transmission is easy to operate, reduce fatigue driving, born of the gear drive system, the control method, it can be divided into the hydraulic controlled hydraulic and electric automatic transmission hydraulic automatic transmission; According to the change of the transmission way and can be divided into have levels of automatic transmission and no levels of automatic transmission. Therefore, step-less transmission is actually a kind of automatic transmission, but it than common automatic transmission is much more complex, more advanced technologies. Step-less transmission and common hydraulic automatic transmission of the biggest differences is on the structure, the latter is by hydraulic control gear drive system structure, still have the gears, it can be realized in between the two block is continuously variable transmission , and is two groups plate and a belt speed of than traditional automatic transmission, simple structure, smaller. In addition, it is free to change gear ratios, so as to realize the full speed stepless speed change, make more smoothly, without the traditional transmission shift at the “ feeling. Editor this section step-less transmission classification. Key words:Stepless speed technology；Automatic transmission；reduce fatigue driving 三角带无级变速装置设计 V 目目 录录 摘 要 III Abstract .IV 目 录 V 1 绪论 1 1.1 无极变速器的发展 .1 1.1.1 国外无极变速器的发展及现状 .1 1.1.2 国内无级变速器的发展及现状 .2 2 纸长调节无极变速器的结构及传动原理 4 2.1 纸长调节无极变速器的结构 .44 2.2 传动原理 .4 2.3 调节过程 .5 3 电动机的选择 7 4 传动齿轮设计 8 4.1 概述： .8 4.2 齿轮设计 .8 4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .8 4.2.2 初步设计 .9 4.2.3 几何计算 .9 4.2.4 强度设计 11 4.2.5 齿根弯曲强度验算 12 5 轴的设计计算 .14 5.1 概述 14 5.2 轴的设计 14 5.2.1 求输入轴上的功率,转速 n 和转矩14 p1 T1 5.2.2 求作用在齿轮上的力 14 5.2.3 初步确定轴的最小直径 14 5.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 15 5.2.5 精确校核轴的疲劳强度 15 6 螺杆的设计计算 .17 6.1 根据耐磨性计算螺杆直径 17 6.2 牙型、材料和许用应力 18 6.3 按耐磨性设计 19 6.4 验算耐磨性 19 6.5 螺纹牙的强度计算 20 7 轴承的校核 .21 7.1 概述 21 7.2 轴承的校核 22 7.2.1 求两轴承收到的径向载荷.23 21rr FF 和 7.2.3 求轴承当量动载荷和25 1 p 2 p 7.2.4 验算轴承寿命 25 8 链传动的设计计算 .26 VI 8.1 概述 26 8.2 链设计计算 26 8.2.1 选择链轮齿数 26 8.2.3 选择链条型号和节距 26 8.2.4 计算链节数和中心距 26 总 结 28 致 谢 .29 参考文献 .30 三角带无极变速装置设计 1 1 绪论绪论 机械无级变速器是由变速传动机构、调速机构以及加压装置或输出机构三部分组成 的一种传动装置。其功能特征主要是:在输入转速不变的情况下,能实现输出轴的转速在一 定范围内连续变化,以满足机器或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求。它在配合 减速器传动时可进一步扩大变速范围与输出转矩,对提高产品的产量,适应产品变换需要,节、 约能源,实现整个系统的机械化、自动化等各方面皆具有显著的效果。故无级变速器目前 已成为一种通用的传动元件,在各工业部门已获得广泛应用。 纸长调节无极变速器用于能包装多种长度的物品的包装机上。传动器的主、被动工 作轮的固定和可动部分形成V形槽，与金属传送带啮合。当主、被动工作轮可动部分作轴 向移动时，改变了传送带的回转半径，从而改变传动比。可动轮的轴间移动是根据包装 物品的长度要求通过控制系统进行连续地调节，从而实现无极变速。 1.1 无极变速器的发展无极变速器的发展 1.1.1 国外无极变速器的发展及现状国外无极变速器的发展及现状 早在1490年，Leonardo da Vinic 勾画了机械无级变速器（无级变速器, Continuous Variable transmission）的草图，并简要描述了它的潜在优势。但是，机械无级变速器的真 正发展是在19世纪后半叶开始的发展的，但由于当时受材质与工艺方面的条件限制,发展 缓慢。直到20世纪70年代以后,一方面随着先进的冶炼和热处理技术,精密加工和数控机床 以及牵引传动理论与油品的出现和发展,解决了研制和生产无级变速器的限制因素;另一方 面,随着生产工艺流程实现机械化、自动化以及要求改进机械工作性能,需要大量采用无级 变速器。因此这种形势下,机械无级变速器获得迅速和广泛的发展。主要研制和生产的国 家有日本、德国、意大利、美国和俄国等。产品有摩擦式、链式、带式及脉动式四大类 约30多种结构型式。输入功率一般为N=(0.09-30)kW,个别类型可达到N=(150-175)kW,输入 转速一般为n1=(750、1500、3000)r/min;输出转速可以正、反转,增速或降速,最低转速可降 低至零。自20世纪80年代以后,机械无级变速器的主要展趋向是美、日等国进行用于汽车 的高速、高效、大转矩机械无级变速器的研制开发。 无级变速器在汽车工业上的应用： 在汽车早期发展的历史中，人们就已认识到在发动机与传动系之间实现无级变速调 节才能使汽车达到理想的行驶工况。长期以来，人们一直进行着能传递大功率、维持高 效率、高寿命的机械式无级变速器的研究工作。近年来，由于材料、润滑油、微机控制 及加工技术的进步，无级变速器有了很大发展。最早应用于汽车的无级变速传动是V型橡 胶带式无级自动变速传动，它出现在1886年由德国Daimlar一Benz公司生产的汽油机汽车 上。而后，荷兰DAF公司H.Vandoom。博士于1958年研制成功了双V型橡胶带式无级自动 变速器，并装备于DAF公司的小型轿车上。无级变速器取得里程碑式的成绩是在本世纪 六十年代中期，VDT公司的研究人员在荷兰研制出能传递功率容量大，效率高，结构紧 凑的无级自动变速器无级变速器，使金属带式无级变速器取得突破性进展。1987年， VDT公司的金属带式无级变速器进人商品化阶段，这年，福特汽车公司首次在市场上推 无锡太湖学院学士学位论文 2 出装用这种金属带的 无级变速器。日本富士重工也于同年研制成功装备于Juste车上(排量11.ZIJ)电子控制 无级变速器。之后，菲亚特，福特日产等汽车公司都在公司生产的一些1.21.6IJ排量轿车 上装备这种变速器。 九十年代，在总结八十年代产品开发和使用经验的基础上，VDT公司研制成功了传 动转距大，性能更佳的第二代无级变速器传动器。到1995年，装有无级变速器的汽车产 量已达到100万多辆。目前主要有以下的无级变速器生产厂商: FHISubaruJusty、Ford、Fiat、Nissan等。其中欧洲Ford公司无级变速器产量为15万/年， FHI无级变速器产量为20万/年。特别指出的是:美国福特公司在1997年有了历史性的突破， 生产出可用于大转矩、排放量高达3.81，(转矩为3o5Nm)V6发动机的无级变速器，并成 功安装于Winstarminivan汽车上。这就结束了无级变速器只能应用于中型汽车上的历史， 为大规模应用无级变速器于汽车上开辟了道路。而且，无级变速器已与当今先进的计算 机技术结合起来，构成高性能的无级自动变速器，性能更加完善。世界上的主要汽车生 产国都在积极开发无级变速器系统，已经出现了很好的实用化发展势头。 1.1.2 国内无级变速器的发展及现状国内无级变速器的发展及现状 国内机械无级变速器基本上是在20世纪60年代前后起步,到80年代中期以后,随着国外 先进设备的大量引进,工业生产现代化及自动流水线的迅速发展,对各种类型机械无级变速 器的需求大幅度增加,专业厂开始建立并进行规模化生产,一些高等院校也开展了该领域的 研究工作。经过十几年发展,现在,国内机械无级变速器行业从研制、生产、到情报信息各 方面已组成一较完整的体系,发展为机械领域中一个新兴行业。 目前,国内生产的机械无级变速器大都是在引进国外先进技术基础上发展起来的,主要 系列产品类型有： （1）摩擦式无级变速器:行星锥盘式(DISCO型);行星环锥式(RX型);锥盘 环盘式(干式、湿式);多盘式(Beier型)等。(2)齿链式无级变速器:滑片链式;滚柱链式; 链式卷绕式。(3)带式无级变速器:普通V带;宽V带;(4)脉动式无级变速器:三相并列 连杆式(GUSA型)与四相并开连杆式(Zero-Max型)。其中行星锥盘式无级变速器通用性较 强,结构和工艺较简单,工作可靠,综合性能优良,尤其是能适应各种生产流水线需要,故应用 最广,产量最大,其年产量约占机械无级变速器总产量的50%以上。大部分无级变速器产品 的输入功率为(0.18-7.5)kW,少数类型可以达到(2230)kW左右。 通过一定时期的实践,并掌握了现有技术之后,近年来国内机械无级变速器的研制生产 出现了新的发展趋向,主要是： (1)对原有产品创新改进：在原来行星锥盘式无级变速器的基础上,创新开发出恒功 率行星摩擦式无级变速器及无物理心轴行星轮无级变速器,后者的变速比由原来的 56增大到20或更大,输出转矩也提高了一倍以上,而且其他性能指标优良,目前已有系列产 品。 (2)研制开发汽车用无级变速器：汽车用无级变速器属高新技术产品,目前国内已开出 金属带式无级变速器,通过试验,现正准备进行产业化生产;而其中靠进口的关键零件金属 钢带也将自行生产。另外,新型的车用无级变速器及复合带也在探讨之中。(3)创新研制 三角带无极变速装置设计 3 新型(车用和通用)无级变速器。近年来不断提出有创新型无级变速器,这些无级变速器的特 点主 无锡太湖学院学士学位论文 4 要是不用摩擦式变速传动而多半以连杆脉动式无级变速器传动为主或采取链式传 动;要求实现大功率、恒功率或者高速;力争结构简单紧凑,并获得优良的性能。上述情 况可以说明,国内无级变速器的研制生产已由过去的仿造阶段进入到创新阶段,由小功率往 大功率方向发展,由一般技术往高新技术发展,故今后有可能出现一些性能优良的新一代机 械无级变速器。 随着电力电子技术的发展,自20世纪80年代以来,出现多种通过交流电动机进行调速的 方式。其中作为先进的变速装置,交流变频器及其派生的控制器获得迅速的发展和推广应 用,对机械无级变速器产生了一定的冲击。其优点主要是调速性能好、范围大、效率高、 自控性好、功率范围宽等。近年来,又出现一种新型的开关磁阻调速电动机(Switched Reluctance Drive-SRD),性能有进一步提高;而它们的缺点在于低于电机额定转速时,仅具有 恒转矩特性,低速运转时效率较低且不够稳定,起动过载性能较差等。与上述电力调速方式 相比较,机械无级变速器的特点主要是:具有恒功率机械特性,转速稳定,工作可靠,传动效率 较高,结构简单,维修方便,而且类型多,适用范围广。因此,在今后的发展中,依然有着广阔的 前景。 无级变速器在我国汽车工业上的应用： 在我国六十年代，“红旗”770轿车上就使用了具有两个前进档的液力自动变速器， 之后又研究了有三个前进档的CA774。1998年，一汽大众公司生产的“捷达王”，已将自 动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其“富康”1.6IJ的车型上推出了电控式液力自动 变速器。至于无级变速器，早在十年前，国内就有高校购买过国外样机进行分析研究。 目前，重庆大学正在对无级变速器的结构、运动机理进行基础研究;东风汽车公司和吉林 工业大学、东北工业大学、湖北汽车工业学院合作，承担了国家科技部九五重大攻关项 目，对无级变速器技术进行实用化研究。 3）无级变速器的发展前景 随着电子技术、材料及加工技术的发展，无级变速器正朝着以下几个方面发展: 向3升以上排量的汽车上发展，以实现更广泛的应用; 更加优越的控制及快捷的反应; 更低廉的价格。 由于采用机械无级变速器可以得到传动系与发动机工况的最好匹配，提高整车的燃 油经济性和动力性，并可以提高操纵方便性和舒适性，有效地降低了排放污染，且综合 性能优于T、AMT系统。一些主要的汽车厂开始液力机械自动变速器过渡到无级变速器系 统;或者直接发展无级变速器系统;或两者兼有之。 近几年来，随着高科技的发展及市场需要，无级变速器的机一液式控制系统已逐步 被电一液式控制系统所取代，从而实现无级变速传动装置与发动机的灵活匹配，以满足 多种控制模式的要求。对各种工况的控制策略也正在作更加深入的研究，以使无级变速 器的优越性更大限度地发挥出来。目前，无级变速器的电子控制又进一步向智能化方向 发展，如对湿式离合器的接合采用模糊控制来改善汽车的起动性能等。同时无级变速器 的结构也越来越小巧和紧凑，加上对前轮驱动的无级变速器进行结构上的修改，使其可 用于后轮驱动的汽车上，进一步增强了无级变速器的应用范围。 三角带无极变速装置设计 5 2 纸长调节无极变速器的结构及传动原理纸长调节无极变速器的结构及传动原理 2.1 纸长调节无极变速器的结构纸长调节无极变速器的结构 图 2.1 总体装配图 2.2 传动原理传动原理 纸长调节无级变速器用于能包装多种长度的物品的包装机上。由于包装纸的输送长 度是根据被包装物决定的，因此，每当变换被包装物时，必须相应调节包装纸的输送长 度。 包装纸输送长度的调节是通过调节滑轮的位置，改变变速器的速比，即输纸滚筒的 送纸速度来实现的。当需要改变变速器的速比时，启动电动机，经减速器降低转动速度， 通过锥齿轮将电动机的动力传动到17轴上，又经链传动，降低速比，将动力传动到20 轴上。通过锥齿轮将动力传至螺杆，因螺杆与滑座为螺纹配合，螺杆的转动使得滑座上 下移动，从而导致滑轮上下移动。又上下对称布置的两个皮带轮是固定在轴套上的，故 滑轮的移动使得主动轮的直径发生变化，从而使速比得以改变，也就改变了输送滚筒的 送纸速度，使得包装纸输送长度得到了调节。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2.3 调节过程调节过程 1螺杆； 2皮带轮； 3轴； 4滑座； 5轴套； 6滑轮； 7减速器；8刻度盘； 9减速器； 10电动机 图 2.2 纸长调节无级变速器 当需要调节包装纸输送长度时，可用手动或自动启动，使纸长调节电动机 10 进行顺 时针或逆时针转动。此时，经减速器 10 进行顺时针或逆时针转动。此时，经减速器 9（速比）和齿轮、链轮传动后，螺杆 1 带动滑座 4 左右移动，因滑轮 6 是固定， 121i 而对称布置的皮带轮 2 将沿竖直方向上下移动，从而，滑轮 6 两侧三角带的传动中心距 发生的改变，和滑轮 6 依靠交代的张力自动进行的前后移动，使变速器的速比随即得到 了调整，也就改变了输送滚筒的送纸速度，使得包装纸输送长度得到了调节。纸长的变 动由刻度盘 8 的指针指示出。由于螺杆 1 是倾斜设置的，因此在变速过程中三角带始终 是保持平直的。 纸长调节必须在包装机开动情况下进行。 三角带无极变速装置设计 7 图 2.3 滑轮装配图 无级变速器调速时，滑座上下移动，使得滑轮同时上下移动，又因对称布置的两个 皮带轮是固定于轴套上的，从而使滑轮与皮带轮间的间隙发生变化。由可知，在 2 1 d d i 固定不变的情况下，的大小变化使得传动速比发生变化。 护套的作用，固定皮带轮 1 d 2 d 位置，防止无级变速器调速时，皮带轮掉落。 无级变速器的调速范围： 当滑座位置处于螺杆的最上端位置时，上面皮带轮与滑轮的，下面皮带轮mmd58 1 与滑轮的。mmd70 1 又主动轮mmd100 2 所以变速器的速比范围为 10 7 50 29 100 70 100 58 i 又主动轮的转速为 min 20r 故变速器的调速范围为 nin r v14 6 . 11) 10 7 50 29 (20 结论：无级变速器的调速范围：。 min 14 6 . 11 r 无锡太湖学院学士学位论文 8 3 电动机选择电动机选择 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源， 因此，无特殊要求时，应选用三相交流电动机，其中以三相交流异步电动机应用广泛。 所以选择使用三相交流异步电动机，其型号为 JW4524。 由资料可知，JW4524 型三相交流异步电动机的参数如下： 额定功率：wPN25 额定电压：VUN380 额定电流：AIN18 . 0 额定转速： n=1400r/min 三角带无极变速装置设计 9 4 传动齿轮设计传动齿轮设计 4.1 概述：概述： 齿轮传动机构用于传递空间任意两轴间的运动和动力，是机械传动中应用非常广泛 的机构。其主要优点是：1）适用的圆周速度和功率范围广；2)传动比准确；3）传递的机 械效率高；4）工作可靠;6)可实现平行轴，相交轴，交错轴之间的传动;7)结构紧凑。但制 造及安装要求较高，且需专门的加工，测量设备，因而成本较高。 锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角 S 称为轴角， 其值可根据传动需要确定，一般多采用 90。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由 齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各 有关“圆柱“在锥齿轮中就变成了“圆锥“，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的 轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但 噪声较大，用于低速传动（5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力 大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论 S=90的标准直齿锥齿轮传动。 4.2 齿轮设计：齿轮设计： 4.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 根据使用要求，选用锥齿轮传动； 无极变速器为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB10095-88)； 材料选择： 由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr(调质） ，硬度为 280HBS；大齿轮材料为 45 钢（调 无锡太湖学院学士学位论文 10 质） ，硬度为 240HBS。二者材料硬度差为 40HBS。 选小齿轮齿数为。13 1 Z 4.2.2 初步设计初步设计 Zb0.85, Z=1.735，KA=1.5, K=1.5, u=3.77, Hlim=1500 N/ mm, e=1100, =90。 DH1 e Zb Z KAKT11/3 （4.1） 2 Hlim )u( sim =11000.851.735（1.51.5220）1/3 2 150077 . 3 sim =33.42 1）选定齿数 Z 和模数 m: 选 Z1=13, 则 Z2=u Z1 =49.01, 取 Z2=49 m =DH1/ Z1 = 33.42/ 13 =2.5708 2）选变位系数： 螺旋角=5.5接近零度曲齿锥齿轮，取 x1=0.8, x2=0.3 X=x1+x2=0.8+0.3=1.1 切向变位系数： X1=0.8 使小齿轮齿顶变尖，取 xt1=0.2 根据保持标准齿全高 =0 xt2=xt- xt1=0.0312-0.2=-0.1688 4.2.3 几何计算几何计算 轴交角 =90 齿数比 u u=Z2/Z1=49/13=3.769 节锥角 1 =arc tan =14.8667 COSU sin 2=90-14.8667=75.1333 三角带无极变速装置设计 11 分度圆大端端面模数 m m=2.5708 齿形角 0=20 齿顶高系数=1 a h 顶隙系数 c*=0.2 齿宽 b=R/4R/3=50 径向变位系数 x1=0.8 x2=0.3 齿高变动系数 =0 平均当量齿轮 Zvm =0.5 2 1 coscos ZZ （4.2） =102.266 节锥与分锥的比值 Ka=(X/ Zvm)+1 =1.01076 中点当量齿轮分度圆压力角 m=arc tan0 /cosm=20.085 中点当量齿轮齿合角 m=arc cos (cosm /Ka)=21.6913 切向变位系数之和 Xt=2Zvminv m-inv m -2X tan m=0.0312 切向变位系数 xt 按 =0 及补偿小齿轮尖顶： xt1=0.2 , xt2=-0.1688 分度圆直径 d1=mz1=86.688 d2=mz2=326.747 节锥距 R=0.5Kad1/ sin 2=170.850 中点锥距 Rm=R-0.5b=145.850 齿全高 h=(2h*+c*-)m=14.67 分圆齿顶高 ha=( h*+x- ) m ha1=12 ha2=8.669 分圆齿根高 hf=h-ha hf1=2.677 hf2=6.001 节圆齿根高 hf=0.5( Ka-1 ) d/cos hf1=3.149 hf2=12.854 节圆齿顶高 无锡太湖学院学士学位论文 12 ha=h-hf ha1=11.521 ha2=1.816 节锥齿根角 f= arc tan(hf-R) f1 =1.056f2=4.303 根锥角 f= f1 f1=13.8f2=70.833 顶锥角 a=+f a1=19.17 a2=76.2 顶圆直径 da=Kd+2ha cos da1=109.89, da2=331.19 冠顶距 Aa=R cos- ha sin Aa1=162.176 Aa2=42.055 安装距 A A1=168 A2=80 轮冠距 Ha=A-Aa Ha1 =5.824 Ha2=37.945 4.2.4 强度设计强度设计 按国标 GB/ T =10062-1988 公式验算计算接触应力 H=ZHZE ZZ Z 1 mbeH / ) 1( uuuuFKKKK tmHHVA （1）节点区域系数 ZH ZH= （4.3） t b w tan cos cos 2cos tt 三角带无极变速装置设计 13 b=arc sin sin m cos 0=5.1674 t=20.085 w1=21.6913 ZH=2.382 (2) 查表，弹性系数 ZE=189.3 N/mm2 (3) 重合度系数 Z Z=+ =0.926 （4.4） 3 )1)(4( mm=mRm/ R =5.625 mm = beH tan m/(mm)=5.6925 mm ramv1=Rm d a1 / (2R COS1) =48.529 mm ramv2 =Rmda2/ (2R cos2)=550.975mm rbmv1=Rmd1cos m/ ( 2RCOS1)=35.955mm rbmv2=Rmd2cos m/ (2Rcos2)=510.525mm gam=+ -(rbmv1+rbmv2)tanm 2 1 2 1amvmv rbra 2 2 2 2mvmv rbra =22.4mm pm=mmcos m=16.8mm = gm/ pm=1.33 (4) 螺旋角系数 Z= =0.998 m cos (5)有效宽度 beH=0.85b=42.5mm （6）锥齿轮系数 Zk=0.85 （7)使用系数 KA=1.5 (8)齿宽中点分锥的圆周力： dm1= Rm d1/R=74mm Ftm=2000T1/dm1=15459.5N (9)动载系数 Kv=NK+1 N=0.0273 K=K1beH/ (KAFtm) + cv3=0.499 Kv=1.013 （10）齿向载荷分布系数 KH=1.65 （11）齿间载荷分配系数 KH= 1.4 （12）轮滑剂系数 ZL=0.95 无锡太湖学院学士学位论文 14 (13)速度系数 Zv=0.97 (14)粗糙度系数 ZR=0.98 (15)温度系数 ZT=1 (16)尺寸系数 Zx=1 (17)SHmin=1 (18)查表，Hlim=1500 N/mm2 H=1496.8 N/ mm2 许用接触应力 Hp=ZLZvZRZXHlim/ZTSHmin =1355 N/mm2h 用变位类型影响系数 Zb=0.85 修正 H=0.85H=1272 N/mm2 故安全 4.2.5 齿根弯曲强度验算齿根弯曲强度验算 f1。2=KAKvKFKFFtmYsa1.2YYYFa1.2Yk/ beFmnm KF=1.4 KF=1.65 beF= 42.5 Sfmin= 1 YST=2 Yk=1 Mnm=5.6666 Yfa1=2.03 Yfa2=2.09 Ysa1=2.03 Ysa2=2.14 Y=0.805 Y=0.99 Yre1T=1.02 Yrre1T=1.02 Yx=0.995 Flim=470 N/mm 2(MQ ) 320 N/mm2 (ML) 小轮计算应力 F1=740N/mm2 大轮计算应力 F2=803N/mm2 三角带无极变速装置设计 15 小轮许用齿根应力 Fp1=824N/mm2 大轮许用齿根应力 Fp2=828N/mm2 故安全 无锡太湖学院学士学位论文 16 5 轴的设计计算轴的设计计算 5.1 概述概述 轴是组成机器的主要零件之一。机器中作回转运动的零件如齿轮、带轮、链轮等都 要安装在轴上才能实现其回转运动。轴的主要功能在于支持传动零件，使其具有确定的 工作位置，并传递运动和动力。 5.2 轴的设计轴的设计 5.2.1 求输入轴上的功率求输入轴上的功率,转速转速 n 和转矩和转矩 p1 T1 若取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内），则97. 0 wp p 52.2325 97 . 0 2 2 1 又min/57.11 121 1 1400 1 1 r i n n 于是 mmN n p T 66.19413 57.11 52.23 95500009550000 10 3 1 1 1 （5.1） 5.2.2 求作用在齿轮上的力求作用在齿轮上的力 因已知低速大齿轮的分度圆直径为 mm Zmd 97.125 212 N T d Ft 23.308 97.125 66.1941322 2 而 N n trFF 5 . 112 17 . 5 cos 20tan 23.308 cos tan N FFta 89.2717 . 5 tan23.308tan 5.2.3 初步确定轴的最小直径初步确定轴的最小直径 先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据 15- 三角带无极变速装置设计 17 3，取,于是得112 0 A mm n p Ad 2 .14 57.11 52.23 112 3 3 3 1 1 0min 10 （5.2） 取mmd17 5.2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭转的截面的强度，根据式（15-5）及 上表中的数据以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动玄幻变应力，取。6 . 0 弯矩 M： 水平面弯矩 MH mmNr FMrH 25.9562/175 .112 垂直面弯矩 MV mmN lFM tV 11404537023.308 11 mmN lFM aV 1031937089.27 12 总弯矩：mmNM114017 1 . 114045 2 . 956 22 2 mmNM10363 3 . 1031925.956 22 2 轴的计算应力： Mpa W TM ca 21.23 171 . 0 )194136 . 0(114017)( 3 222 1 2 1 （5.3） 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 15-1 查得。因此 Mpa60 1 ，故安全。 1 ca 5.2.5 精确校核轴的疲劳强度精确校核轴的疲劳强度 抗弯截面系数 333 3 . 491171 . 01 . 0mmdW 抗扭截面系数 333 6 . 982172 . 02 . 0mmdWT 截面左侧的弯矩 M mmNM 34420 530 370530 11407 截面上的扭矩 1 TmmNT66.19413 1 无锡太湖学院学士学位论文 18 截面上的弯曲应力 Mpa W M b 02.68 3 .491 34420 截面上的扭转切应力 Mpa W T T T 76.19 6 . 982 66.19413 1 （5.4） 轴的材料为 45 钢，调质处理。由表 15-1 查得.155,275,640 11 MpaMpaMpa B 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表 3-2 查取。 因。经插值后可查得： 8 . 1 17 20 ,118 . 0 17 2 d D d r 65 . 1 3 . 1 又由附图 3-1 可得轴的材料敏性系数为： 82 . 0 q85 . 0 q 故有效应力集中系数（附表 3-4）为： 533 . 1 ) 165. 1 (82. 01) 1(1 qk 255 . 1 ) 13 . 1 (85 . 0 1) 1(1 qk 由附图 3-2 的尺寸系数；由附图 3-3 的扭转尺寸系数67 . 0 82 . 0 轴按磨削加工，由附图 3-4 得表面质量系数为92 . 0 轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为1 q 38. 21 92. 0 1 67. 0 533 . 1 1 1 k K 617 . 1 1 92 . 0 1 82. 0 255 . 1 1 1 k K 又由3-1 及3-2 得碳钢的特性系数 05 . 0 , 1 . 005 . 0 1 . 0, 2 . 01 . 0 取 取 于是，计算安全系数值，按式（15-6）（15-8）得 ca s 7 . 1 01 . 002.6838. 2 275 1 ma k s 89.12 2 76.19 05 . 0 2 76.19 255 . 1 155 1 ma K s 故安全。5 . 169 . 1 89.127 . 1 89.127 . 1 2222 ss ss sca 三角带无极变速装置设计 19 无锡太湖学院学士学位论文 20 6 螺杆的设计计算螺杆的设计计算 6.1 概述概述 螺杆：外表面切有螺旋槽的圆柱或者切有锥面螺旋槽的圆锥。由挤出过程可知， 螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的，因此，螺杆必须： 1）耐高温，高温下不变形； 2）耐磨损，寿命长； 3）耐腐蚀，物料具有腐蚀性； 4）高强度，可承受大扭矩，高转速； 5）具有良好的切削加工性能； 6）热处理后残余应力小，热变形小等。 6.1 根据耐磨性计算螺杆直径根据耐磨性计算螺杆直径 螺母所用的材料一般比螺杆的材料软，所以磨损主要发生在螺母的螺纹表面。影响 螺纹磨损的因素很多，目前尚缺乏完善的计算方法，故常用限制螺纹表面的压强不超过 材料的许用压强来进行计算，即。螺杆直径可按下式计算： pp （6.1）)(8 . 0 2 mm P F d p 式中: d2 为螺纹中径（mm） ；PP 为许用压强（N/） ，查表 4-6；h 为螺纹的工作 2 mm 高度(mm)，对矩形、梯形螺纹 h=0.5P，锯齿螺纹 h=0.75P，P 为螺矩（mm） ； 为螺母 高度系数，对整体螺母取 =1.52.5，剖分式螺母或受载较大的取 =2.53.5；传动精 度较高、载荷较大、要求寿命较长时取 = 4。根据公式算得螺纹中径后，应按标准选 2 d 取相应的公称直径 d 及螺距 P。由于圈数愈多各圈受力愈不均匀，所以螺纹圈数一般不宜 超过 10 圈 三角带无极变速装置设计 21 图6.1 螺杆 表表61 滑动螺旋传动的许用压强滑动螺旋传动的许用压强 P P 螺纹副材料 滑动速度 （m/min） 许用压强 （N/mm2） 螺纹材料 滑动速度 （m/min） 许用压强 （N/mm2） 钢对铸铁 2.4 6 12 13 18 4 7 铜对青铜 低速 3.0 612 15 1825 1118 710 12 钢对钢低速7.5 13 钢对耐磨铸 铁 61268 淬火钢对 青铜 6 1210 13 6.2 牙型、材料和许用应力牙型、材料和许用应力 采用梯形螺纹，单线n=1 螺杆45钢，螺母ZCuSn5Pb5Zn5 滑动速度Vs3m/s,许用压强 2218p,2518 mm N b mm N b p取 螺杆的许用应力： 45刚屈服点 取 2340 mm N x 2)684 .113( 53 340 53 mm N s p 290 mm N p 取