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jx0315-无级变速器带cad和文档
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目 录第一章绪 论41.1机械无级变速器的发展概况41.2机械无级变速器的特点41.3机械无级变速器的研究现状81.4课题的研究内容和要求10第二章菱锥式无级变速器工作原理132.1 无级变速器的工作原理132.2 菱锥无级变速器的结构特点152.3 菱锥无级变速器的变速原理16第三章菱锥无级变速器部分零件的设计与计算203.1 菱锥与主动轮结构尺寸的计算203.2传动件有关尺寸计算203.3 传动件有关尺寸的校核213.4 加压装置有关尺寸的计算：223.5 输入、输出轴的结构设计：243.6 输入、输出轴上轴承的选用25第四章 主要零件的校核264.1 输出、输入轴的校核264.2 轴承的校核28总 结28致谢30附录 ：英文文献翻译32机械菱锥式无级变速器结构设计摘要: 机械无级变速器是一种能适应工艺要求多变、工艺流程机械化和自动化发展以及改善机械工作性能的一种通用传动装置。本文简要介绍了菱锥式机械无级变速器的基本结构、设计计算的方法、材质及润滑等方面的知识，并以此作为本次无级变速器设计的理论基础。 本设计采用的是以菱形锥轮作为中间传动元件，通过改变锥轮的工作半径来实现输出轴转速连续变化的菱锥锥轮式无级变速器。本文分析了在传动过程中变速器的主动轮、菱锥、和外环的工作原理和受力关系；详细推导了实用的菱锥锥轮式无级变速器设计的计算公式；并针对设计所选择的参数进行了具体的设计计算；绘制了所计算的菱锥锥轮式无级变速器的装配图和主要传动元件的零件图，将此变速器的结构和工艺等方面的要求表达得更为清楚。由于机械无级变速器绝大多数是依靠摩擦传递动力，故承受过载和冲击的能力差，且不能满足严格的传动比要求。这种无级变速器有良好的结构和性能优势，具有很强的实用价值，完全可以作为批量生产的无级变速器。其主要特点是：1.变速范围较宽；2.恒功率特性好；3.可以升、降速，正、反转。4.运转平稳，抗冲击能力较强；5.输出功率较大；6.使用寿命长；7.调速简单，工作可靠；8.容易维修。关键词：机械无级变速器 摩擦式 菱锥锥轮式Ling cone CVT mechanical structure designNAME: Tu YuTEACHER:Nie SonghuiAbstract: 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 pyramid type variable speed drives, and taking them as the theory basis of the design of mechanical variable speed drives.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. Since the vast majority of mechanical transmission rely on mechanical friction CVT to transmit power, so it is of poor quality to withstand the impact of overload, and can not fullfil the foot strict transmission ratio.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.Key Words: mechanical variable speed drives, friction type, pyramid type第一章 绪 论1.1机械无级变速器的发展概况无级变速器（Continuously Variable Transmission，简称 CVT）是一种能够使机器的输出轴转速在两个极值范围内连续变化的传动部件。它具有输入和输出两根轴，通过固体、液体、电磁流等中间介质将输入、输出轴直接或间接地联系起来，以传递动力。当对输入输出轴的联系关系进行控制时，即可使两轴间的传动比在两个极值范围内连续而任意地变化。其结构特征主要是：需由变速传动机构、调速机构以及加压装置和输出机构三部分组成。传动系统的调速一般有两种方式:一种是动力源速度恒定，调节传动机构的传动比，即所谓的机械无级变速传动;一种是传动机构的传动比恒定，调节动力源速度，即所谓的电力无级变速传动。无级变速器的适用范围广，可以在驱动固定的情况下，因工作阻力变化而需要调节转速以产生相应的驱动力矩（如化工行业中的搅拌机械，即要求随着搅拌物料的粘度、阻力增大而能相应减慢搅拌速度）；可以根据工况要求调节速度（如起重运输机械要求随物料及运行区段的变化而能相应改变提升或运行速度，食品机械中的烤干机或制药机械要求随着温度变化而调节转移速度）；可以为获得恒定的工作速度或张力而需要调节速度（如断面切削机床加工时需保持恒定的切削线速度，电工机械中的绕线机需保持恒定的卷绕速度，纺织机械中的浆纱机及轻工机械中的薄膜机皆需调节转速以保持恒定的张力）；可以为适应整个系统中各种工况、工位、工序或单元的不同要求而需协调运转速度以及需要配合自动控制者（如各种各样半自动或自动的生产、操作或装配流水线）；可以为探求获得最佳效果而需变换速度（如试验机械或离心机需调速以获得最佳分离效果）；可以为节约源而需进行调速（如风机、水泵等）；此外，还有按各种规律的或不规律的变化要求而进行速度调节以及综上所述，可以看出采用无级变速器，尤其是配合减速传动时进一步扩大其变速范围与输出转矩，能更好地适应各种机械的工况要求，使之效能最佳，在提高产品的产量与质量，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。所以无级变速器目前已成为一种基本的通用传动形式，广泛应用于纺织、轻工、食品、包装、化工、机床、电工、起重运输、矿山冶金、工程、农业、国防、及试验等各类机械，已开发有各种类型并已系列化生产。1.2机械无级变速器的特点CVT技术真正应用在汽车上不过十几年的时间，但它比传统的手动和自动变速器的优势却是显而易见的： 1. 结构简单，体积小，零件少，大批量生产后的成本肯定要低于当前普通自动变速器的成本； 2. 它的工作速比范围宽，容易与发动机形成理想的匹配，从而改善燃烧过程，进而降低油耗和排放； 3. 具有较高的传送效率，功率损失少，经济性高。 当然，CVT技术也有它的弱点，比如传动带容易损坏，无法承受较大的载荷等等，这些技术上的难关使得它一直以来多应用在小排量、低功率的汽车上。 目前CVT技术发展得相当迅速，各大汽车厂家都在加强这一领域的研发。尤其是在混合动力汽车具有广泛前景的将来，CVT的地位和作用更是无可替代，它将会是未来变速器发展的大趋势1、经济性CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。德国的大众公司在自己的Golf VR6轿车上分别安装了4-AT和CVT进行ECE市区循环和ECE郊区循环测试，证明CVT能够有效节约燃油(如表1) 安装4-AT和CVT的大众公司的Golf VR6汽车的燃油消耗对比 试验油耗 4-AT CVT ECE市区循环，L/100km 14.4 13.2 ECE郊区/远程循环，L/100km 10.8 9.8 90km/h匀速，L/100km 8.3 7.0 120km/h，L/100km 10.3 9.2 2、动力性汽车的后备功率决定了汽车的爬坡能力和加速能力。汽车的后备功率愈大，汽车的动力性愈好。由于CVT的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以CVT的动力性能明显优于机械变速器(MT)和自动变速器(AT)。 3、排放CVT的速比工作范围宽，能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。ZF公司将自己生产的CVT装车进行测试，其废气排放量比安装4-AT的汽车减少了大约10%。 4、成本CVT系统结构简单，零部件数目比AT(约500个)少(约300个)，一旦汽车制造商开始大规模生产，CVT的成本将会比AT小。由于采用该系统可以节约燃油，随着大规模生产以及系统、材料的革新，CVT零部件(如传动带或传动链、主动轮、从动轮和液压泵)的生产成本，将降低20%-30%。 勿庸置疑，CVT变速器的技术含量和制造难度都要比MT变速器高，与AT变速器相仿，由于金属带式CVT的结构简单，所含的零件数量比AT变速器少40左右，整车的质量因而也有所减轻。 5、驾驶平顺性由于CVT的速比变化是连续不断的，所以汽车的加速或减速过程非常平缓，而且驾驶非常简单、安全。从而使用户获得全方位的“行驶乐趣”。无级变速器优缺点优点：制造成本低，动力输出平滑顺畅，燃油经济性堪比手动挡。缺点：由于钢制皮带本身的承受力有限，因此大排量大扭矩的轿车不太适合，也不适宜做激烈的运动。无级变速器类型为实现无级变速，按传动方式可采用液体传动、电力传动和机械传动三种方式。 液体传动液体传动分为两类：一类是液压式，主要是由泵和马达组成或者由阀和泵组成的变速传动装置，适用于中小功率传动。另一类为液力式，采用液力耦合器或液力矩进行变速传动，适用于大功率（几百至几千千瓦）。 液体传动的主要特点是：调速范围大，可吸收冲击和防止过载，传动效率较高，寿命长，易于实现自动化：制造精度要求高，价格较贵，输出特性为恒转矩，滑动率较大，运转时容易发生漏油。 电力传动电力传动基本上分为三类：一类是电磁滑动式，它是在异步电动机中安装一电磁滑差离合器，通过改变其励磁电流来调速，这属于一种较为落后的调速方式。其特点结构简单，成本低，操作维护方便：滑动最大，效率低，发热严重，不适合长期负载运转，故一般只用于小功率传动。 二类是直流电动机式，通过改变磁通或改变电枢电压实现调速。其特点是调速范围大，精度也较高，但设备复杂，成本高，维护困难，一般用于中等功率范围（几十至几百千瓦），现已逐步被交流电动机式替代。 三类是交流电动机式，通过变极、调压和变频进行调速。实际应用最多者为变频调速，即采用一变幅器获得变幅电源，然后驱动电动机变速。其特点是调速性能好、范围大、效率较高，可自动控制，体积小，适用功率范围宽：机械特性在降速段位恒转矩，低速时效率低且运转不够平稳，价格较高，维修需专业人员。近年来，变频器作为一种先进、优良的变速装置迅速发展，对机械无级变速器产生了一定的冲击。 机械传动机械无级变速器与液力无级变速器和电力无级变速器相比，结构简单，维护方便，价格低廉，传动效率较高，实用性强，传动平稳性好，工作可靠。特别是某些机械无级变速器在很大范围内具有恒功率的机械特性（这是电力和液压无级调速装置所难达到的）。因此，可以实现能适应变工况工作，简化传动方案，节约能源和减少污染等要求，但不能从零开始变速。机械式无级变速器按传动原理一般可分为：摩擦式、带式、链式和脉动式四大类,约 30种类型。摩擦式 摩擦式无级变速器是指利用主、从动刚性元件(或通过中间元件)在接触处产生的摩擦力和润滑油膜牵引力进行传动，并可通过改变其接触处的工作半径进行无级变速的一种变速器。摩擦式无级变速器由三部分组成:传递运动和动力的摩擦变速传动机构;保证产生摩擦力所需的加压装置;实现变速的调速机构。它具有各种不同的结构类型，一般可分为:直接传动式，即主、从动摩擦元件直接接触传动;中间元件式，即主、从动元件通过中间元件进行传动;行星传动式，即中间元件作行星运动的传动机构。目前，国内应用较广或已形成系列进行生产的主要有:锥盘环盘式、多盘式、转环直动式、钢球锥轮式、菱锥式、行星锥盘和行星环锥无级变速器等。2、链传动式 链式无级变速器是一种利用链轮和钢质挠性链条作为传动元件来传递运动和动力的机械变速装置。它属于开发较早、应用较多的一种通用型变速器。链式无级变速器由链轮和链条构成的传动机构、调速机构和链条张紧加压机构三部分组成。它是通过主、从动链轮的两对锥盘的轴向移动实现调速的。按链条结构形式可分为以下几类:滑片链无级变速器、滚柱链无级变速器、套环链无级变速器、摆销链无级变速器等几种。前两种变速器发展比较成熟，应用广泛，后两种变速器体现了链式无级变速器的发展方向。3、带传动式 它与链式变速器相似，其变速传动机构是由作为主、从动带轮的两对锥盘及张紧在其上的传动带组成。其工作原理是利用传动带左右两侧面与锥盘接触所产生的摩擦力进行传动，并通过改变两锥盘的轴向距离以调整它们与传动带的接触位置和工作半径，从而实现无级变速。它由于具有结构简单，工作平稳等优点，在机械无级变速器中可以说是应用最广的一种。带式无级变速器根据传动带的形状不同，可分为平带无级变速器和 V 带无级变速器两种类型。带式无级变速器结构简单、承载能力强、变速范围大、制造容易、工作平稳、易损件少、能吸收振动、噪声低、节能环保、带的更换方便，尤其是它克服了以往各类无级变速器传递功率较小的缺点 ,可用于需要中大功率范围。因而是机械无级变速器中广泛应用的一种；其缺点是外形尺寸较大而变速范围较小。4、脉动式 脉动式无级变速器主要由传动机构、输出机构(超越离合器)和调速机构三个基本部分组成的低副机构，故具有以下特点：传动可靠、寿命长、变速范围大、调速精度高、最低输出转速可为零、调速性能稳定、静止和运动时均可调速、结构较简单、制造较容易。但它存在着有待进一步解决的问题，例如：调速范围在扩大之后，在结构和使用上如何实现增速变速传动和采用复合式超越离合器；高速输出时不平衡惯性力所引起的振动增大，如何避免共振现象；低速输出时脉动不均匀性显著增加，如何提高单向超越离合器的承载能力和抗冲击能力等。国际上，在机械式脉动无级变速器领域，目前以德国、美国和日本的技术水平较高，其成熟技术以德国的 GUSA型及美国的 ZERO-MAX 型系列产品为代表。就目前来说，鉴于结构性能上的局限性，现有脉动式无级变速器主要用于中小功率(18kW 以下)、中低速(输入n1=1440r/min，输出 n2=0-1000r/min)、降速型以及对输出轴旋转均匀性要求不严格的场合。例如在热处理设备、清洗设备以及化工、医药、塑料、食品和电器装配运输线等领域的应用。1.3机械无级变速器的研究现状CVT变速传动机构早在1908年就已应用于摩托车。1955年，荷兰DAF公司首先在汽车上试装采用“V”型橡胶带的CVT。由于结构设计和选材等方面的问题，该传动机构体积过大，传动比过小，无法满足汽车行驶的要求。1972年H Van-Doorne博士成立Van Doornes Transmission B.V公司，简称VDT公司，进行大规模试验研究金属带式无级变速器。因此，习惯上把这种金属带式无级变速器称为VDT-CVT。金属带传动不仅可以实现传递功率容量大、效率高，同时也改变了带传动传递的传统原理，将拉式传动改为推式为主。 由于金属带大量生产过程的复杂性，直到1987年才实现CVT商品化。日本Subaru汽车厂是首先开始大量生产CVT的汽车厂。1987年Subaru将电子控制的CVT（P821 型）装备于Justy汽车（发动机排量11.2 升）上,成功占领了日本市场。之后,欧洲的Ford和Fiat把CVT（机械式，P811 型）装备于发动机排量为1.11.6L的轿车上，投入市场，受到用户好评。两系统主要结构特点为： 1、P811以湿式多片离合器为起步装置，P821用电磁离合器作起步装置 2、P811采用机液控制系统，P821采用电液控制系统。 3、他们都以外啮合齿轮作为液压元件，并采用单液压回路，即主动缸的面积大于被动缸面积的非对称结构。 90 年代，VDT公司在第一代产品生产和使用总结基础上，开发第二代产品。第二代产品主要技术指标较多地超过目前最先进地液力机械自动变速器，具有更好的经济性和操纵平顺型。并在结构上作了较多改进，如： 1、采用新型金属传动带 2、双级滚子叶片泵 3、全电子控制系统 目前,金属带式无级变速是国外汽车无级变速传动研究和推广的重点,世界主要汽车公司都在研究和开发金属带无级变速系统。1991 年，德国ZF公司应用VDT技术开发了适用于发动机排量为1.52.5L前置前驱动轿车的CVT系列产品。1996年，日本Honda公司和荷兰的VDT公司共同研制的新型无级变速器已装备在发动机排量为1.6L经济型轿车Civic上。装备的CVT传动装置称为Honda Multi Matic其产品与CVT的产品有些不同的结构特点，如： 1、起步离合器放到了被动轮的输出端 2、用了双压力回路，于是主动缸面积与被动缸面积可做成相等的对称结构； 3、增加电气系统出现故障后的备用液压回路。 金属带式无级变速器由VDT公司取得重大突破，所以习惯上又称为VDTCVT，其关键部件包括：金属传动带、工作轮、油泵、起步离合器、中间减速机构以及控制系统组成。 传动器的主、被动轮由固定和可动的两部分组成，形成V型槽，与金属带啮合。当输入工作带轮的可动部分沿轴向外移动，输出工作轮的可动部分沿轴向内移动，使得输入带轮工作半径变小，而输出带轮半径变大，输出与输入带轮的工作半径之比变大，即传动比变大，反之，传动比将变小，工作半径大小变化是连续的。金属传动带有多个金属片与两组金属环组成。每片金属片的厚度为1.4mm，在两侧工作轮挤压力作用下传递动力。每组金属环由数条厚为0.18mm的环带叠合而成，金属环功用是提供预紧力，在动力传递过程中，约束和引导金属片的运动，有时承担部分转矩传递。主从动轮由可动与不动的半锥轮组成。其工作面大多为直线锥面体。在液压控制系统作用下，依靠钢球滑道结构作轴向移动，可连续的改变传动带轮工作半径，实现无级变速传动。油泵是为CVT传动系统提供控制、冷却和润滑的液压油源。常用的液压油泵有两种形式，既齿轮泵和叶片泵。为提高液压油泵的工作效率，在最近开发的CVT传动器中采用滚子式叶片泵。汽车起步离合器包括湿式多片离合器、电磁离和器和液力变矩器三种。液力变矩器与CVT系统合理匹配，可使汽车以足够大的牵引力平顺的起步，提高驾驶舒适性。当发动机转速高时，闭锁离合器将泵轮与涡轮锁住，成为整机传动，提高了传动效率。但成本较高，为降低成本，研究人员一直在致力于引用电控技术，在电磁离合器或多片湿式离合器上实现液力变矩器的传递特性。由于无级变速机构可提供的传动比（即速比，输出带轮的工作半径与输入带轮工作半径之比）范围为0.4452.6左右,不能完全满足整车传动比变化范围的要求,因而设有中间减速机构。控制系统是用来实现CVT系统传动速比无级自动变化的VDTCVT控制系统，分机液控制系统和电液控制系统。机液控制系统主要有油泵、液压调节阀（速比和带与轮间压紧力的调节）、传感器（油门和发动机转速）和主、从工作轮的液压缸及管道组成。日本的本田公司开发的CVT中，采用是电液控制系统，系统可以利用电子控制系统容易实现控制算法的优点，对系统进行精确的控制。而采用液压执行机构可以利用液压系统反应快的特点。CVT初期产品多采用机液控制系统，近期一般采用电液控制系统，但电液控制系统成本高。 ECVT电子控制系统由电磁控制离合器、电子控制单元、传感元件、电磁阀组成。传感元件包括选档操纵手柄位置传感器、节气门位置传感器、车速传感器和制动踏板位置传感器等，它们为控制单元提供各种与汽车行驶状态有关的信号。控制单元以此为根据做出判断，并将控制信号送至电磁阀，控制电磁离合器和液压系统的工作。当选档手柄位于P、N之外任一位置时，电子控制单元使离合器内的金属粉末磁化，离合器接合，将发动机的动力平稳地传递给主动轮。液压系统根据实际需要输出适当的压力控制带轮两部分间相对滑移程度，并使两带轮工作直径的变化趋势相反，进而改变变速器传动比。为提高ECVT总体工作性能，电磁阀还可调节液压系统的线压力。当变速器的输出转矩小于最大转矩的60%时，线压力降低，带轮夹紧力相应减小，变速器工作更加平稳。反之，带轮在高压作用下夹紧钢带，避免钢速打滑，保证动力传递的可靠性。德国ZF公司开发的智能型ECVT加大了金属带的宽度，它所能传递的最大转矩达210Nm，可应用在发动机排量2.5L的中型轿车上。它还具有更好的动力性和燃油经济性。制造工艺要求较高给CVT(ECVT)的普及带来了新的困难。但随着汽车制造工业水平的不断提高，这一问题将会解决。1.4课题的研究内容和要求本设计采用的是以菱形锥轮作为中间传动元件，通过改变锥轮的工作半径来实现输出轴转速连续变化的菱锥锥轮式无级变速器。本文分析了在传动过程中变速器的主动轮、菱锥、和外环的工作原理和受力关系；详细推导了实用的菱锥锥轮式无级变速器设计的计算公式；并针对设计所选择的参数进行了具体的设计计算；绘制了所计算的菱锥锥轮式无级变速器的装配图和主要传动元件的零件图，将此变速器的结构和工艺等方面的要求表达得更为清楚。目前，工业自动化的不断提高和无级变速器的广泛应用也对它提出了更高的要求。机械式无级变速器主要特点是结构简单，价格低廉；转速稳定，滑动率小；工作可靠，具有恒功率机械特性和较高的传动效率；维修方便；适用于条件恶劣的应用工况。但零部件加工及润滑要求较高，承载能力低，抗过载及耐冲击性能较差，故一般适合于中小功率传动。与齿轮变速箱调速相比，只适用于小功率调速系统。摩擦式由于主要依靠摩擦而使机械效率较低；带式和链式由于制造成本和尺寸较大所以变速范围较小；脉动式由于结构问题依然存在速度脉动。由于机械无级变速器自身的特点已不能完全适应各种机械的工况要求，随着科学技术的飞速发展，又出现了电力调速技术和液压调速技术。在电力调速技术中，由于直流调速技术的设备复杂，成本高，维护困难等不足，促使人们寻求一种更为先进的调速方式，即交流调速技术的研发已逐步取代了直流调速技术的使用。交流电动机虽然有很多优点，但其最大的缺点是调速困难。随着社会化大生产的发展，生产制造技术的日益复杂，对生产工艺的要求进一步提高，这就要求生产机械能够在工作速度、定位精度、快速启动和制动、控制灵活性和自动化水平等方面达到更高水平，力求既能够具有良好的驱动性能，使执行机构工作最优化，同时也能够把人们从繁重的体力劳动中解放出来。因此，人们努力寻找解决交流电动机调速难的问题，从而出现了更先进的变频调速、伺服控制调速等新技术。交流变频调速的理论基础是压频比一定的变频调速方法。目前变频调速控制器主要采用以下控制结构:交一交变频和交一直一交变频，变频控制可分为两类:脉冲幅值调节方式(PAM)和脉宽调制方式(PWN)，后一种是目前变频控制中应用最多的一种方式。这两种控制方式基本上是基于异步电动机静态数学模型的基础，其运行动态性能指标不高，只能适用于一般工况，对于动态性能要求提高的应用场合又出现了交流矢量控制技术。近十年来，除交流变频调速外，交流伺服控制异军突起，其应用已日益广泛。由于伺服系统在矢量控制的基础上，通过电动机上的转子位置检测元件，对转子位置进行动态监控，使得整个系统具有非常高的动态响应特性，其调速范围、输出力矩等均大大优于普通变频系统。交流伺服调速方式是当今最为先进的无级变速技术，其公认的优点使其必将成为日后调速控制的主要手段。随着其控制性能的日益完善，特别是信息技术等诸多功能的开发顺应了传动系统控制自动化的历史潮流，因此它必将成为未来调速技术的主流。在不断追求更先进、更高效的新型调速技术的同时，需要注意其性能价格比问题。因此，机械调速技术在一些简单的、要求不高的单机、手动调速工况中仍占有一席之地。所以未来的机械式无级变速器要求能够高效地传递功率，有较大的变速范围，调速性能稳定且运行平稳。采用齿轮啮合或杆件组合实现无级变速是机械式无级变速器今后发展的一个方向，因为这种类型的无级变速器可以实现无摩擦，高效地传递大功率，变速平稳，寿命长，变速范围大且结构简单，制造容易。课题研究的内容：机械菱锥式无级变速器结构的设计；无级变速器变速器的结构设计与计算；对关键部件进行强度和寿命校核设计要求：输入功率P=3kw，输入转速n=1000rpm，调速范围Rb=12；结构设计时应使制造成本尽可能低；安装拆卸要方便；外观要匀称，美观；调速要灵活，调速过程中不能出现卡死现象，能实现动态无级调速；关键部件满足强度和寿命要求；画零件图和装配图。第二章 菱锥式无级变速器工作原理2.1 无级变速器的工作原理无级变速器(CVT：Continuous Variable Transmission)与有级式的主要区别在于：它的速比不是间断的，而是一系列连续的值，譬如可以从3.455一直变化到0.85。CVT结构比传统自动变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组，它主要靠主、从动轮和金属带或滚轮转盘来实现速比的无级变化。其原理是与普通的变速箱一样大小不一的几组齿轮在操控下有分有合，形成不同的速比，像自行车的踏板经大小轮盘与链条带动车轮以不同的速度旋转。由于不同的力度对各组齿轮产生的推力大小不一，致使变速箱输出的转速也随之变化，从而实现不分档次的徐缓转动。CVT采用传动带和可变槽宽的棘轮进行动力传递，即当棘轮变化槽宽肘，相应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速，传动带一般用橡胶带、金属带和金属链等。CVT是真正无级化了，它的优点是重量轻，体积小，零件少，与AT比较具有较高的运行效率，油耗较低。但CVT的缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，只能限用于在1升排量左右的低功率和低扭矩汽车，因此在自动变速器占有率约4以下。近年来经过各大汽车公司的大力研究，情况有所改善。CVT将是自动变速箱的发展方向。国内目前有多款车型装备了CVT，如东风日产天籁、轩逸、奇骏等全系列车型，一汽大众奥迪，广汽本田飞度，南汽菲亚特西耶那、帕力奥，奇瑞旗云等。CVT的工作原理CVT (Continuously Variable Transmission) 即无级变速器，是能在保持发动机的低油耗和低转速的同时连续无级改变速比的变速器。 CVT技术目前只能用在小排量汽车上的，而各个汽车厂商针对CVT都有了不同的叫法，当然也会根据他们自己情况作出改动啦，比如本田就叫eCVT，而日产日产则称为Hyper CVT。 人们平时乘车时所关心的是油耗、动力以及车的驾驶性能。但是对发动机来说，油耗、动力、驾驶性能有其各自最佳转数范围。发动机的最佳运转试范围是扭矩曲线的峰值部分，通常也是指发动机的高速领域。但另一方面，油耗也是有其最佳 围的。不知大家是否听说过合理油耗驾驶一词。当车在高速路上以时速 80km 行驶时并且发动机转速保持在 2500 转左右，半油门状态时，即维持了最小限度的马力又不浪费汽油的高效率发挥，此时发动机处於最佳运转状态。如果以此状态在一般路面上行驶的油耗也能令人满意，但是，对於装配了只有4、5档变速器的汽车来说，这是相当困难的问题。解决此问题的最好方式就是使用CVT (无级变速器) 。CVT可以在维持最佳油耗下的发动机转速的同时实现无变档的连续变速。而且，CVT在提高发动机的转数达到发挥最佳功率的 围时，可以选择全功率状态下的行驶。普通车在倾斜路面上行驶，会发生3档时发动机转数过高，4档时马力不足的尴尬局面。而自动变速的车辆，变速箱会在3档4档之间往返，车子的变速处於不稳定的状态。安装了CVT的话，在保持发动机的最佳动力领域的同时可实现无级变速，使驾驶者能够真正享受轻松驾驶的感受。 只有在提高发动机动力的情况下，才能够实现全动力的驾驶。例如在盘山路上，就会出现用3档发动机转数过高，用4档动力不足的现象。这就是使用自动变速器 (AT) 的车辆自动改变档位而处於不稳定的状态。CVT可以在保持发动机输出动力的整个范围内实现动力的无级传递，从而实现顺畅驾驶。 通常的自动变速器是有档变速，通过几个齿轮来决定变速比。CVT是通过改变2个滑轮的槽的宽度而实现变速比的无级次改变，从而可以按驾驶的状况得到最佳驱动力。通常这2个滑轮受到的力量非常大，通过改变2个滑轮的槽的宽度，使加在滑轮上的钢带的输入轴/输出轴的各直径间实现无级连续变化，按各种状况选择最佳的变速比行驶，就像带有变速器的自行车的齿轮变成无级变速齿轮一样。由於是无级变速，在换档时完全没有变速的冲击，行驶非常平稳。通常的4档AT轿车是将4个档的齿轮按行驶状态进行变速。而CVT是无级变速，所以不会出现上坡时档位在3档、4档之间来回变化的情况。这种无齿的变速器，实现了扭矩的零损失传递，可实现平稳有力的行驶，对於汽车工业是一个巨大的贡献。 全电子控制提高了驾驶性能并同时降低了油耗。一般CVT的变速控制、油压控制、固定控制全部由电子控制，从而实现了按驾驶情况选择速比的最佳选择。 由於传统的CVT采用的是没有增大扭矩作用的电磁离合器，在起步时缺乏强有力的扭矩，所以起步加速性较差。CVT采用了液压变矩器，其增加扭矩的作用使起步加速性能有很大的提高。液压变矩器的超低扭力使传统CVT所不擅长的斜坡起步、倒车入库等性能也得到了提高。它的内部并没有传统变速箱的齿轮传动结构，而是以两个可改变直径的传动轮，中间套上传动带来传动。基本原理是将传动带两端绕在一个锥形带轮上，带轮的外径大小靠油压大小进行无级的变化。起步时，主动带轮直径变为最大直径，而被动带轮变为最小，实现较高的传动比。随着车速的增加和各个传感器信号的变化，电脑控制系统来断定控制两个带轮的控制油压，最终改变带轮直径的连续变化，从而在整个变速过程中达到无级变速。 而锥形带轮之间的传动带，在过去的一段时间，由于材质的原因，所受的拉力有限，所能承受的扭矩有限，只能用在摩托车式小排量车上。近些年来，随着材料技术、加工工艺的不断提高，生产出特殊材料制造的刚制传动带和锥型带轮。彻底实现了大功率、大扭矩轿车的要求。 CVT最大的特点是无级控制输出的速比，在行驶中达到行云流水的感觉，从而没有了换档的感觉。乘员感觉不到换档冲击，动力衔接连贯。这样CVT在行驶时增加了舒适性，加速也会比自动变速器快。CVT系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。 在金属带式无级变速器的液压系统中，从动油缸的作用是控制金属带的张紧力，以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动，在主动轮组金属带沿V型槽移动，由于金属带的长度不变，在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。 汽车开始起步时，主动轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加，主动轮的工作半径逐渐减小，从动轮的工作半径相应增大，CVT的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。2.2 菱锥无级变速器的结构特点菱锥变速器的输入轴与输出轴位于同一轴线上，采用了中间体并列分流的传动结构，因而结构紧凑、体积小、单位体积的承载能力大。 菱锥的形状是对称的，两侧椎体的接触母线A和B平行，而且相对于输入和输出轴倾斜安装。因为来菱锥与主动轮和外环的连线在变速及运转过程中始终与母线A、B垂直，所以主动轮和外环作用在菱锥上的压紧力、互相抵消，菱锥及其心轴不受弯曲力矩作用。这样，菱锥心轴和菱锥之间的滚针轴承几乎没有磨擦损失。图3-51是菱锥装在支架上的情况。 菱锥母线与水平轴线之间的交角很小，通常取=，因输入和输出轴的轴承上受到的轴向力很小，仅为法向总压紧力的1/8,因此，传递大功率时轴承负载不严重。 采用了两套钢球V形槽自动加压装置，保证了传动件不会受到不必要的、过大的预压紧力，为提高传动效率与寿命有利。由于加压装置的槽升角较大（输入侧=、输出侧），而摩擦副处所需的轴向压紧力又较小，因此加压装置的动作特别灵敏，抗冲击能力也较强。由于结构对称，变速器可以正反转。它靠散热片散热降温，并提高壳体刚性。目前，国外生产的中小型菱锥无级变速器（10kW）是与电动机直接联接的，传动部分靠飞溅润滑；而较大功率者（10kW以上）则有风扇冷却，并用油泵进行强迫润滑。油泵的排油端装有高灵敏度流量开关，当排油量下降时，它立即使主电机停止。为了适应大起动转矩和冲压负载的条件，在电机与变速器之间装有磁粉离合器。菱锥变速器的安装形式有立式和卧式两种，可根据需要选用。2.3 菱锥无级变速器的变速原理3P3T3T3P302r23r21bLH(b)(a)d1d3d213r23r21r23r2113O2O2O22T3 P32 图2-1菱锥式无级变速器原理图2-1为一种型式的菱锥式无级变速器。输入轴1的转速为1，菱锥2被压紧在输入与输出轴端部的环状空间之间，菱锥2的轴线与输入轴1的轴线之间的夹角为，菱锥2绕自身的轴线转动，菱锥2的水平位置由位置调节机构进行调节。设菱锥2与输入轴环的接触点到输入轴线的距离为0.5d1，菱锥2的接触半径为r21；菱锥2与输出环的接触点到输出轴线的距离为0.5d3，菱锥2的接触半径为r23。由图12.13(b)的尺寸关系得r21、r23的函数式分别为r21(LbH)tan，r23btan，L、H为结构常数，b为自变量。设菱锥2作无相对滑动的相对滚动，菱锥2与输入轴环之间的速度关系为0.5d1 12 r21，菱锥2与输出环之间的速度关系为0.5d3 32 r23，则输出轴3的转速3与传动比i13分别为当菱锥2在水平方向移动（在垂直方向也产生附加的移动）时，输出轴的转速得到调节。该种无级变速器传递的功率可达37 KW，机械效率为0.80.93，传动比在0.87之间。设P3、T3分别表示输出轴3的功率与转矩，则菱锥式无级变速器的机械特征如图12.14所示。图2-2为菱锥在支架上的分布；图2-3示为菱锥无级变速器的两种结构，变速器的主要元件是主动轮3、菱锥4和外环8。菱锥一般为38个圆周方向均布支撑在支架11上。钢球V形槽加压装置2的加压盘用键联接在输入轴1上，而主动轮3则滑套在轴1上，轮3在加压装置的作用下以适当的压力与菱锥接触，菱锥4又始终与外环8保持接触。外环8与从动轮6之间也是用钢球V形槽式加压装置联接的。因此，动力由轴1输入经自动加压装置2传给3，再依靠摩擦力的作用，经菱锥4、外环8、输出侧加压装置7和从动轮6而传递到输出轴5上。由于菱锥变速器是升、降变速型的，所以采用了两套自动加压装置，各传动副之间的压紧力是与负载成正比变化的，因而不会打滑。启动时的压紧力是由预压弹簧提供的。图2-2 支架分布图2-3无级变速机的两种结构 调速时，滑动齿轮（螺杆）10，通过支架11上的齿条（螺母）使支架11作水平轴向移动，而菱锥4则在随支架作水平移动的同时，还自动地沿菱锥心轴作相对滑动，使菱锥两侧椎体的工作直径发生变化，从而实现无级调速。图2-4是输出转速最低和最高时，菱锥与主、从动轮的相对位置。调速是在运动过程中进行的。图2-4 高低速输出轴第三章 菱锥无级变速器部分零件的设计与计算3.1 菱锥与主动轮结构尺寸的计算结构见图3-1图3-1菱锥结构尺寸查1表3-10 因为=12，则、的推荐值为1.75、则 =1750 r/min , =146r/min 因=1000r/min,当1500r/min时,查13-5 =0.77则 计算功率 =P/=3/0.77=3.896查1表 3-12，变速器型号取K10表 3- 13，得菱锥工作高度h= 63mm,主动轮工作直径=124,外环工作直径=252mm ，接触线长度b=3mm，主动轮接触圆弧半=0.5， 又=124mm，所以=60mm3.2传动件有关尺寸计算菱锥心轴倾斜角=，锥顶半角=菱锥母线与水平轴线的交角=-=菱锥长度L=2hsin80mm, 最大直径=hsec80mm,最小直径=hseccos2=19.8mm 由于表3-13所推荐 及故 菱锥的工作直径=24mm=78mm菱锥母线有效工作段长度S=45mm菱锥沿心轴方向移动量 =7mm支架水平移动量 38mm支架凸缘间距 ,其中 =35mm极限位置时，菱锥端面与凸缘间的间隙，通常取C=35mm,此时取C=5mm，则 =108mm.菱锥孔径取=14mm.3.3 传动件有关尺寸的校核= = =156.319， =1785.474=11.42=1.785=0.156菱锥的转速 =6080.611r/min =1799.185r/min3.4 加压装置有关尺寸的计算：钢球式自动加压装置它由加压盘4，加压钢球3，保持架2，调整垫圈7，蝶形弹簧6和摩擦轮与加压盘相对端面上各有的几条均布的V行槽。每个槽内有一个钢球，中间以保持架2保持钢球的相对位置。摩擦轮与加压盘之间还有预压碟行弹簧并衬以调整垫圈。改变调整垫圈的厚度，即可调整弹簧的变形量及预压力。如下图下图3-1所示 图3-1 钢球V行槽式加压装置鼓形滚子中心圆直径 ,取84mm 式中D1锥轮直径。 加压盘V行槽的槽倾角 式中 锥轮锥顶半角； f 锥轮与钢球的摩擦系数。 鼓形滚子直径 ,取12mm 鼓形滚子个数 =6 ， f=0.040.045槽倾角 = 取= 输出侧加压装置 钢球中心圆直径 取=270 mm 钢球直径为，个数为 ，则=14mm, =6 槽倾角 = 取= 最大接触应力的验算 由于按表推荐之与值小于按公式计算所得到的数值，而且与均未取理论计算值，故应进行允许传动功率N或最大接触应力的验算。在设计时只需进行一项即可。 接触点曲率半径=14.6091=h-=63-=13.6263=mm=mm正压力=N=N最大接触应力的验算=192=192=2218.252=192=192=1916.7674许用接触应力查3表25.2-22 取材料为GCr15,取=2300MPa经验算，、均小于，符合要求。3.5 输入、输出轴的结构设计：输入轴：n=1000r/min,P=3Kw，根据查表15-3，选用45钢，调度处理取输出轴的最小直径显然是它装联轴器处轴的直径，据此选联轴器型号计算转矩 ,查表14-1，取=1.3T=950000=28650Nmm=37245 Nmm由于， n n,因有键存在，轴的尺寸需加大3%5%，查6表11-411-14 弹性柱销选LX2，其孔径取28mm,则最小轴径段取28mm,公称转矩和许用转速分别为560 Nm,6300r/min。选长系列，L=62mm,则轴的长度取58mm,为了压在联轴器上，查5表9-4，b=8, h=7,L=30,公差为h8。输出轴的设计和输入轴基本相似。 3.6 输入、输出轴上轴承的选用深沟球轴承6，根据尺寸，选d=35,则轴承型号为61807 D=47, B=7, =45因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，角接触球轴承10选取角接触球轴承7008C，轴径取40，D=68,B=15,a=14.7圆柱滚子26轴承取NU1006。滚针轴承25取NA4905。第四章 主要零件的校核4.1 输出、输入轴的校核选输出轴做校核。输出轴的载荷分析图如下图图4-1 轴的校核分析图根据轴的危险截面，计算出截面处的及M的值如下表4.1载荷 水平面H 垂直面V 支反力F FNH1=2046N , FNH2=752N FNV1=1587N , FNV2=292N 弯矩M MH1=7180.2N.mm MH2=18800N.mm MV1=3550N.mm MV2=9806.95N.mm 总弯矩 M1 = N.mm M2= N.mm扭矩T T=28650N.mm弯矩扭合成应力校核轴端强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面D）的强度。轴的计算应力按公式计算。 取 =0.6，=12.6MPa前已经选定轴的材料为45钢，调制处理，由表查得。所以 ，故安全。4.2 轴承的校核 按手册选择C=4900N的轴承应此轴承的基本额定静载荷=4000N。验算如下：求相对轴向载荷对应的e值与Y值。相对轴向载荷，在表中介于0.070.13之间，相对应的e值为0.270.31，Y为1.61.4。用线性插值法求Y值。 Y=1.4+= X=0.56，Y=1.6 3） 求当量动载荷= 4） 验算轴承的寿命： 所以安全。总 结菱锥无级变速具有变速范围宽、输出转速低、容量大和功率恒定等一系列优点，因而目前世界上各先进工业国均对其进行了系列化生产，并获得了广泛的应用。菱锥无级变速器的输入轴与输出轴位于同一轴线上，采用了中间体并列分流的传动结构，因而结构紧凑、体积小、单位体积的承载能力大。菱锥无级变速器采用了两套自动加压装置，各传动副之间的压紧力是与负载成正比变化的，因而不会打滑。启动时的压紧力是由预压弹簧提供的。菱锥的形状是对称的，两侧锥体的接触母线平行，而且相对于输入和输出轴倾斜安装。因为菱锥与主动轮和外环接触点的连线在变速及运转过程中始终与母线垂直，所以主动轮和外环作用在菱锥上的压紧力互相抵消，菱锥及其心轴不受弯曲力矩作用，这样，菱锥心轴和菱锥之间的滚针轴承几乎没有摩擦损失。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。致谢本论文是在指导老师聂松辉的精心指导下完成的。他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。从论文的选题、课题讲解、资料收集到最后的论文出稿、图纸完成，导师都给予了极大的帮助和支持，提出了很多宝贵意见，使论文得以完善。导师严谨认真的作风给我留下了深刻印象。在此对导师付出的辛勤劳动和提供的良好学习环境表示衷心地感谢。在本论文进行中，同组的同学也给予了热情的帮助，在此表示诚挚的谢意。参考文献1阮忠唐. 机械无级变速器M. 成都:机械工业出版社,2001. 2阮忠唐.机械无级变速器设计与选用指南M.北京:化学工业出版社，1999.3濮良贵，继名刚，机械设计M.第7版.北京:高等教育出版社，2001.4徐灏.机械设计手册第3卷M.机械工业出版社.20045毛谦德.袖珍机械设计师手册第3版M.机械工业出版社.20026周有强. 机械无级变速器M. 成都:机械工业出版社,2001.附录 ：英文文献翻译机械设计理论机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给人类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即绘制图纸之前被改正掉。只有这样，才不致于堵塞创新的思路。通常，要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。另一个重要问题，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了进行有效的交流 ，需要解决下列问题：（1） 所设计的这个产品是否真正为人们所需要？（2） 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力？（3） 生产这种产品是否经济？（4） 产品的维修是否方便？（5） 产品有无销路？是否可以盈利？只有时间能对上述问题给出正确答案。但是， 产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。通常 ，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的更改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。近些年来，工程材料的选择已经显得重要。此外，选择过程应该是一个对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现，而一些原有的材料的能够获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或者节约能源，可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力，都会促使人们对材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼，已经产生了深刻的影响。此外，材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此，为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果，设计工程师的制造工程师都必须认真 仔细地选择、确定和使用材料。制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段：（a）初步设计；（b）功能设计；（c）生产设计。在初步设计阶段，设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案，然后决定这种思想是否可行；如果可行，则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段，关于材料选择唯一要考虑的问题是：是否有性能符合要求的材料可供选择；如果没有的话，是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。在功能设计和工程设计阶段，要做出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸，选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型，并对其进行试验，评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能会表明，在产品进入到生产阶段之前，应该更换某些材料，但是，绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能，认真仔细地考虑产品的外观、成本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时，所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同，并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如果不能根据预期的销售量经济地制造出来，或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同，则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作，而不是将其留到生产设计阶段去做。因为，在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的，这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。 在生产设计阶段中，与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来，使它们与现有的设备相适应，能够利用现有设备经济地进行加工，而且材料的数量能够比较容易保证供应。在制造过程中，不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情况。经验表明，可采用某些便宜材料作为替代品。然而，在大多数情况下，在进行生产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作，可以避免多数这样的情况。在生产制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然，这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是，必须对新材料进行认真的评价，以确保其所有性能都满足要求。应当记住，新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前，没有真正了解它们的长期使用性能而引起的。产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料；(b)未能预见和考虑擦黑年品可能的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）；(c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其长期性能数据是如此的时候；(d)质量控制方法不适当和未经验证；(e)由一些完全不称职的人员选择材料。通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。英文原文Machine design theoryThe machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question.Carries on each kind of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineerig material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge.If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of productMust regard as the machine design is the machine design personnel carries on using creative ability the product design, the system analysis and a formulation product manufacture technology good opportunity. Grasps the project elementary knowledge to have to memorize some data and the formula is more important than. The merely service data and the formula is insufficient to the completely decision which makes in a good design needs. On the other hand, should be earnest precisely carries on all operations. For example, even if places wrong a decimal point position, also can cause the correct design to turn wrongly.A good design personnel should dare to propose the new idea, moreover is willing to undertake the certain risk, when the new method is not suitable, use original method. Therefore, designs the personnel to have to have to have the patience, because spends the time and the endeavor certainly cannot guarantee brings successfully. A brand-new design, the request screen abandons obsoletely many, knows very well the method for the people. Because many person of conservativeness, does this certainly is not an easy matter. A mechanical designer should unceasingly explore the improvement existing product the method, should earnestly choose originally, the process confirmation principle of design in this process, with has not unified it after the confirmation new idea.Newly designs itself can have the question occurrence which many flaws and has not been able to expect, only has after these flaws and the question are solved, can manifest new goods come into the market the product superiority. Therefore, a performance superior product is born at the same time, also is following a higher risk. Should emphasize, if designs itself does not request to use the brand-new method, is not unnecessary merely for the goal which transform to use the new method. In the design preliminary stage, should allow to design the personnel fully to display the creativity, not each kind of restraint. Even if has had many impractical ideas, also can in the design early time, namely in front of the plan blueprint is corrected. Only then, only then does not send to stops up the innovation the mentality. Usually, must propose several sets of design proposals, then perform the comparison. Has the possibility very much in the plan which finally designated, has used certain not in plan some ideas which accepts.How does the psychologist frequently discuss causes the machine which the people adapts them to operate. Designs personnels basic responsibility is diligently causes the machine to adapt the people. This certainly is not an easy work, because certainly does not have to all people to say in fact all is the most superior operating area and the operating process.Another important question, project engineer must be able to carry on the exchange and the consultation with other concerned personnel. In the initial stage, designs the personnel to have to carry on the exchange and the consultation on the preliminary design with the administrative personnel, and is approved. This generally is through the oral discussion, the schematic diagram and the writing material carries on. In order to carry on the effective exchange, needs to solve the following problem:(1) designs whether this product truly does need for the people? Whether there is competitive ability(2) does this product compare with other companies existing similar products?(3) produces this kind of product is whether economical?(4) product service is whether convenient?(5) product whether there is sale? Whether may gain?Only has the time to be able to produce the correct answer to above question. But, the product design, the manufacture and the sale only can in carry on to the above question preliminary affirmation answer foundation in. Project engineer also should through the detail drawing and the assembly drawing, carries on the consultation together with the branch of manufacture to the finally design proposal.Usually, can have some problem in the manufacture process. Possibly can request to some components size or the common difference makes some changes, causes the components the production to change easily. But, in the project change must have to pass through designs the personnel to authorize, guaranteed cannot damage the product the function. Sometimes, when in front of product assembly or in the packing foreign shipment experiment only then discovers in the design some kind of flaw. These instances exactly showed the design is a dynamic process. Always has a better method to complete the design work, designs the personnel to be supposed unceasingly diligently, seeks these better method. Recent year, the engineerig material choice already appeared importantly. In addition, the choice process should be to the material continuously the unceasing again appraisal process. The new material unceasingly appears, but some original materials can obtain the quantity possibly can reduce. The environmental pollution, material recycling aspect and so on use, workers health and security frequently can attach the new limiting condition to the choice of material. In order to reduce the weight or saves the energy, possibly can request the use different material. Comes from domestic and international competition, to product service maintenance convenience request enhancement and customers aspect the and so on feedback pressure, can urge the people to carry on to the material reappraises. Because the material does not select when created the product responsibility lawsuit, has already had the profound influence. In addition, the material and between the material processing interdependence is already known by the people clearly. Therefore, in order to can and guarantees the quality in the reasonable cost under the premise to obtain satisfaction the result, project engineer makes engineers all to have earnestly carefully to choose, the determination and the use material.Makes any product the first step of work all is designs. Designs usually may divide into several explicit stages: (a) preliminary design; (b) functional design; (c) production design. In the preliminary design stage, the designer emphatically considered the product should have function. Usually must conceive and consider several plans, then decided this kind of thought is whether feasible; If is feasible, then should makes the further improvement to or several plans. In this stage, the question which only must consider about the choice of material is: Whether has the performance to conform to the request material to be possible to supply the choice; If no, whether has a bigger assurance all permits in the cost and the time in the limit develops one kind of new material.In the functional design and the engineering design stage, needs to make a practical feasible design. Must draw up the quite complete blueprint in this stage, chooses and determines each kind of components the material. Usually must make the prototype or the working model, and carries on the experiment to it, the appraisal product function, the reliability, the outward appearance and the service maintenance and so on. Although this kind of experiment possibly can indicate, enters in the product to the production base in front of, should replace certain materials, but, absolutely cannot this point take not earnestly chooses the material the excuse. Should unify the product the function, earnestly carefully considers the product the outward appearance, the cost and the reliability. Has the achievement very much the company when manufacture all prototypes, selects the material should the material which uses with its production in be same, and uses the similar manufacture technology as far as possible. Like this has the advantage very much to the company. The function complete prototype if cannot act according to the anticipated sales volume economically to make, or is prototypical and the official production installment has in the quality and the reliable aspect is very greatly different, then this kind of prototype does not have the great value. Project engineer is best can completely complete the material in this stage the analysis, the choice and the determination work, but is not remains it to the production des
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