自行车无级变速器设计【15张CAD图纸】【优秀】

自行车无级变速器设计

37页 19000字数+说明书+任务书+15张CAD图纸

A0装配图.dwg

A2-右箱体.dwg

A2-左箱体.dwg

A2-箱盖.dwg

A3-调速齿轮.dwg

A3-输入轴.dwg

A4-不完全调速斜齿轮.dwg

A4-传动钢球.dwg

A4-加压盘.dwg

A4-外环.dwg

A4-手柄.dwg

A4-端盖.dwg

A4-联接杆.dwg

A4-输出轴.dwg

A4-锥轮.dwg

任务书.doc

自行车无级变速器设计说明书.doc

目录

摘要1

ABSTRACT2

1绪论3

1.1  机械无级变速器的特征和应用3

1.2  机械无级变速器的分类3

1.3  机械无级变速器的发展概况6

1.4  无级变速自行车发展史及研究现状7

1.5  自行车无级变速器运用实例10

1.6  研究的目的和意义12

1.7  毕业论文设计内容和要求12

2 自行车无级变速器总体方案的选择13

2.1  链式无级变速器13

2.2  刚性定轴无级变速器14

2.3  两方案的比较与选择17

3 钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算18

3.1  钢球与主﹑从动锥齿轮的设计与计算18

3.2  加压盘的设计与计算19

3.3  调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算20

3.4  输入轴的设计计算与校核21

3.5  输出轴的设计计算与校核24

3.6  输入﹑输出轴上轴承的选择与寿命计算27

3.7  输入﹑输出轴上端盖的设计与计算29

3.8  调速机构的设计与计算30

3.9  外锥式无级变速器的安装31

4 自行车变速器的简单说明32

4.1  自行车变速器的工作原理32

4.2. 自行车变速器的使用方法33

5 结论33

参考文献34

致谢35

自行车无级变速器设计

摘 要

无极变速器是一种能适应工艺工艺要求多变、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。无级变速器传动是指在某种控制的作用下，使机器的输出轴转速可在两个极值范围内连续变化的传动方式。而无级变速器是一种独立的传动部件，它具有输入和输出两根轴，并能通过传递转矩的中间介质（固体、流体、电磁流）把两根轴直接或间接地联系起来，以传递动力。当输入、输出轴的联系关系进行控制时，即可使两轴间的传动比发生变化（在两极值范围内连续而任意地变化）。本文在分析各种无级变速器和无级变速自行车的基础上，将刚性定轴无级变速器和传统的链式无极变速器进行对比，把钢球外锥式无级变速器进行部分改装，从而形成了自行车的无级变速装置。该装置通过八个钢球利用摩擦力将动力进行输入输出，用一对斜齿轮进行分度调速，从而使自行车在0.75～1.22之间进行无级调速。同时进行对部分零件进行校、润滑、调整和使用方法的研究，并以此作为本次无级变速设计的理论基础。表明：无级变速器被用于自行车方面可以大大改善自行车的使用性能，方便广大消费者使用。

关键字: 无级变速自行车  机械无级变速器  调速

The design of the CVT on bicycle

Abstract

Automatic transmission is a kind of adaptive process technological requirements and changeful, process mechanization and automation development and improve the mechanical performance of a universal transmission device.Stepless transmission drive is to point to in under the action of some kind of control, the machine of the output shaft speed can be continuous variation within two extreme way of transmission.And stepless transmission is a kind of independent driving part, it has two input and output shaft, and can be delivered through the middle of the torque medium (solid, liquid, electromagnetic flow) to connect two shaft directly or indirectly, to transfer power.When the input and output shaft were related to control, can make the change the ratio between the two axis (within the scope of the two extreme consecutive and arbitrarily change).Based on the analysis of various kinds of stepless transmission and infinitely variable speed bike, on the basis of the rigid fixed axis stepless transmission were compared with the traditional chain automatic transmission, the steel ball outside cone type stepless transmission partial modification, thus formed the bicycle stepless speed change device.The device through the eight ball using friction power input and output, with a pair of helical gear indexing speed, so that the bicycle for stepless speed regulation between 0.75 ~ 1.22.Simultaneously to school parts, lubrication, adjustment and using method of research, and as the theoretical basis for the design of stepless variable speed.Showed that the stepless transmission is used for bike can greatly improve the performance of bicycle, convenient for consumers to use.

Keyword: CVT bike  Mechanical CVT   Speed control.

1绪论

1.1   机械无级变速器的特征和应用

机械无级变速器是一种传动装置，是在输入转速一定的情况下实现输出转速在一定范围内连续变化的一种运动和动力传递装置，由变速传动机构、调速机构及加压装置或输出机构组成。

机械无级变速器转速稳定、滑动率小、具有恒功率机械特性、传动效率较高，能更好地适应各种机械的工况要求及产品需要，易于实现整个系统的机械化、自动化，且结构简单，维修方便、价格相对便宜。

无级变速传动主要用于下列场合：

（1）为适应工艺参数多变或输出转速连续变化的要求，运转中需经常或连续的改变速度，但不应在某一固定速度下长期运转，如机床、卷绕机、车辆和搅拌机等；

（2）探求最佳工作速度，如试验机、自动线等；

（3）几台机器或一台机器的机器的几个部分协调运转；

（4）缓速启动以合理利用动力，通过调速以快速越过共振区；

（5）车辆变速箱，可节省燃料约9%，缩短加速时间，简化操纵。

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，能更好的适应各种工况要求，使之效能最佳，在提高产品的产量和质量，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。如采用液力耦合器、液力变矩器或液力粘性传动无级变速器，则有吸震、缓冲和自适应性。采用无级变速传动有利于简化变速传动结构、提高生产率和产品质量、合理利用动力和节能、便于实现遥控及自动控制，同时也减轻了操作人员的劳动强度。故无级变速器目前已成为一种基本的通用传动形式，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。

1.2  机械无级变速器的分类

按照机械特性的不同，无级变速传动可分三类。

（1）恒功率型：这种传动的输出转矩与输出转速成反比关系，输出功率恒定不变，这种特性的经济性好；机床的主传动系统、恒张力卷绕装置、实验装置和某些起重运输机械的传动需要这种特性。

（2）恒转矩型：其输出转矩不随转速变化，而输出功率与输出转速成正比关系；机床的进给系统、某些工艺输送带（烘干、酸洗、染色等）和某些运输机的传动需要这种特性。

（3）变转矩、变功率型：输出转矩和功率均随输出转速变化，例如纺织工业中的经纱卷绕装置的传动就是这中使用特性。

实现无级变速大致可以从下列三种途径着手。

（1）改变动力机（一次动力机————内燃机、汽轮机；二次动力机————电动机、液压马达等）的能源参数（油、汽量和电压、电流、供电频率等）以调速动力机的输出转速，实现无级变速。由于一次动力机的调速范围小，二次动力机的惯量小、恒功率特性差，需要接入机械传动装置进行匹配。

（2）改变输入、输出轴间传动元件的尺寸比例关系（如各种机械无级变速器），或改变工作腔中的油量（如液力耦合器和变矩器）来实现传动系统的无级变速。

（3）通过调节作用在传动中某元件上的制动负载来实现传动系统的无级变速，如摩擦、电磁滑差和磁粉离合器，以及液粘传动，以耗能制动的方式进行无极变速，缺点是效率低、发热严重。

按照传动介质不同，无级变速可分三类

　　（1） 液力无级变速传动：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。

（2） 电力无级变速传动：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。

（3） 机械无级变速传动：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。

1、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。4.1 自行车变速器的工作原理

   无极变速自行车是一种根据道路和阻力状况，自行调整自行车传动速比和扭矩大小的机械变速机构，不必用手或脚控制挂挡，自动进行无级变速，比传统自行车的骑行效率有明显的提高。

自行车的变速器，前3齿盘、后9齿盘的组合可变速为27。在此以山地车为例说明使用方法。旋动脚蹬时，前齿盘旋转，通过链条把力量转递到后齿盘，车轮就前进。前齿盘的大小(齿数)和后齿盘的大小(齿数)决定旋动脚蹬时的力度。前齿盘越大，后齿盘越小，脚蹬时感到费力(自行车前进的距离变长)。前齿盘越小，后齿盘越大，脚蹬时感到轻松(自行车前进的距离变短)。自行车的骑行是起跑、停止、上坡、下坡、迎风、顺风等情况下前进。不管是任何条件下都能保持一定的速度(自行车快速前进，或者是慢速前进，都能保持一定的踩蹬步速和力矩，就要变速器。

你假若不要加大自已的力度，只加大齿轮比来快速骑行，那是不可能的事。实际骑行过程中很快发现这一点的。加大齿轮比(高力矩、低旋动)来骑行时，达不到最适当的骑行(放出最适当的能量的力矩和旋转的组合)。这将会增加膝盖的负担和成为引起各种障碍的原因。 ??

握把的右边(可能刻有1～9文字记号)的变速杆是，后变速器换挡用的。握把的左边(可能刻有1～3文字记号)的变速杆是，前变速器换挡用的。边骑行边换挡时，变速器把链条移到齿盘。停下来换挡，尚未旋动脚以前链条是不会移动的。

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