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金属带式汽车无级变速器传动机构设计【汽车类】【6张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 金属带式汽车无级变速器传动机构设计 cad图纸

资源描述：

金属带式汽车无级变速器传动机构设计

63页 14000字数+说明书+任务书+开题报告+6张CAD图纸【详情如下】

主动固定锥盘.dwg

主动移动锥盘.dwg

任务书.doc

变速器前端盖.dwg

变速器总装图.dwg

开题报告封皮.doc

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摘要

在具有广阔的发展前景和市场空间的汽车行业中，车辆技术也得到较快的发展。金属带式无级变速器是一种新型的机械摩擦式无级变速器，具有承载能力强、效率高、平稳性好、环保节能等优良的传动特性，特别适用于需要传递中大功率而又需无级调速的场合。

本设计是基于现代人们对汽车性能的更高要求，鉴于国内外专家对无级变速器的研究与分析，结合金属带式无级变速器的现状和发展趋势、基本结构、传动原理、性能特点，主要以其在轿车中的应用，设计金属带式无级变速器的传动机构，根据对设计参数的分析，对整个无级变速器的各级传动部分的传动方式进行详细的设计，包括主、从动带轮；主、从动锥盘；中间减速机构，使其与传统的变速器相比，耐用性能、加速性能、燃油性能以及排放性能都得到改善。

关键词：金属带；无级变速器；传动机构；机械摩擦式；主、从动锥盘；中间减速机构

ABSTRACT

In a broad development prospects and market space in the auto industry, vehicle technology has also been developed quickly. Metal belt type variator is a new type of mechanical friction type variator, high bearing ability, high efficiency, energy saving and steadiness, good environment protection fine transmission characteristics, especially suitable for high power and in need to pass to stepless speed regulation occasion.

This design is based on the modern people to an automobile performance higher request, in view of the fact that the domestic and foreign experts to variator's research and the analysis，combined with the metal belt type continuously variable transmission of the status and development trends, the basic structure, transmission principle, performance characteristics.According to its application in cars, completed the design of metal belt CVT transmission, based on the design variable's analysis, the transmission part at all levels of detail design transmission mode, , including master, driven pulleys; Lord, driven cone-disk; intermediate deceleration institutions and compared with the traditional transmission, durable performance, and accelerating performance, fuel performance and emission performance is improved.

Keywords：Metal belt；Contiuously Variable Transmission；transmission；a type of mechanical friction; lord, driven cone-disk; ntermediate deceleration institutions

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 概述1

1.1.1 金属带式无级变速器的发展1

1.1.2 金属带式无级变速器的优点2

第2章金属带式无级变速器传动的基本原理4

2.1 金属带式无级变速器的基本组成4

2.1.1 起步离合器4

2.1.2 行星齿轮机构5

2.1.3 无级变速机构5

2.1.4 控制系统5

2.1.5 中间减速机构7

2.2 金属带式无级变速器的工作原理7

2.2.1 金属带式无级变速器的工作原理7

2.2.2 离合器换向机构的工作原理7

2.3 本章小结7

第3章基本数据选择9

3.1 主要技术指标9

3.1.1 基本参数9

3.2 齿轮相关数据的计算11

3.2.1 齿轮参数11

3.2.2 各齿轮齿数及参数分配12

3.3 滚动球键21

3.4 本章小结22

第4章齿轮校核23

4.1 齿轮材料的选择原则23

4.2 计算各轴的转矩23

4.3 轮齿强度计算23

4.3.1 齿面接触强度参数计算23

4.3.2 齿面接触应力计算32

4.3.3 轮齿弯曲强度计算35

4.4 各齿轮受力计算41

4.5 本章小结43

第5章轴及轴上支撑件的校核44

5.1 轴的工艺要求44

5.2 轴的强度计算44

5.2.1 初选轴的直径44

5.2.2 轴的强度验算45

5.3 轴承的选择及花键的可靠性分析53

5.4 本章小结55

结论56

参考文献57

致谢59

第1章绪论

1.1 概述

近些年来，汽车技术有了很大发展，汽车的性能不断提高，汽车变速器对汽车的性能有较大的影响。目前，自动变速器技术已经很成熟，但是，现在应用的自动变速器基本上都是有级变速器，对汽车无级变速器还处在研究、实验阶段。在欧洲的发达国家已经有很多大的汽车制造商把无级变速器应用于轿车，节能减排已经成为世界对于汽车的一种追求，在我国汽车无级变速器的研究更是处于起步阶段。

设计一种能够适用于轿车的机械无级变速器已经显得越来越重要。本设计结合金属带式无级变速器，设计金属带式无级变速器的传动机构。根据对设计参数的分析，对整个无级变速器的各级传动部分的传动方式进行详细的设计。

2.1.5 中间减速机构

由于无级变速机构可提供的速比变化范围为2.6～0.445左右，不能完全满足整车传动比变化范围的要求，故设有中间减速机构，为两级齿轮传动。

发动机的动力通过变矩器离合器和液力变矩器传给前进、倒挡离合器，液压泵产生的高压油通过液压缸将力施加给锥盘变速装置，该力施加给金属带组件产生摩擦力，将主动轴的转矩传递给从动轴，然后通过减速装置，经差速器输出给车轮。

2.2 金属带式无级变速器的工作原理

2.2.1 金属带式无级变速器的工作原理

金属带式无级变速器是摩擦式无级变速器，发动机输出的动力传到主动带轮上，主动带轮通过与金属带的V型摩擦片侧边接触产生摩擦力，推动摩擦片向前运动，并推压前一个摩擦片，在二者之间产生推压力。该推压力在接触弧上形成后，随着摩擦片由接触弧的入口向出口运动逐渐增大，经金属带传到从动带轮上。在从动带轮上，靠摩擦片与从动带轮的接触产生摩擦力，带动从动带轮转动，将动力传到了从动轴上。随着传递转矩的增加，主动轮上挤在一起的摩擦片增多。所有与从动轮接触的摩擦片，相邻片之间无间隙，相互之间有推压力作用。随着摩擦片由接触弧的入口向出口运动，摩擦片间的推压力逐渐减小，最后消失。依靠摩擦片间的推压作用传递动力是金属带式无级变速器传动的一个重要特征，金属带式无级变速传动为推式传动。

2.2.2 离合器换向机构的工作原理

离合器换向机构的输入轴即行星机构中的行星架输入轴，通过花键与发动机的飞轮盘相联接，同时行星架通过紧固螺栓与行星架盖固定在一起。行星架上装有三到四对双排行星轮，内行星轮同时与中心轮和外行星轮相啮合，外行星轮同时与内行星轮和内齿圈相啮合。内齿圈的外侧与倒档离合器的摩擦片通过花键联接在一起。行星架盖外侧与前进离合器的摩擦片也通过花键联接在一起。在前进和倒档离合器的摩擦片与摩擦片之间装有摩擦片压盘，并分别由前进离合器液压缸、倒档离合器液压缸来实现摩擦片的夹紧和分离。

发动机的动力由发动机的飞轮盘通过行星架的输入轴传递到行星架上，然后再通过行星架盖和前进离合器直接传递到变速器的一轴（前进状态）；或者通过内齿圈和倒档离合器的固定作用，将动力传递给两排行星轮，再传递给中心轮，最后传递到变速器的一轴（倒档状态），从而实现汽车的前进和倒档。

2.3 本章小结

本章介绍了金属带式无级变速器的组成及工作原理，并简述了离合器换向机构的工作原理。金属带式无级变速器主要是由起步离合器、行星齿轮机构、无级变速机构、控制系统和中间减速机构构成。金属带式无级变速器是摩擦式无级变速器，主、从动两队锥盘夹持金属带，靠摩擦力传递动力和转矩。主、从动边的动锥盘的轴向移动，使金属带径向工作半径发生无级变化，从而实现传动的无级变化，即无级变速。

第3章基本数据选择

3.1 主要技术指标

额定功率：Kw/rpm；

最大扭矩：Nm/rpm；

无极变速机构传动比：0.4～2.88；

中间减速机构传动比：第一级传动比为1.4，第二级传动比为1.9。

3.1.1 基本参数

1. 确定变速比

变速比的大小取决于主、从动带轮的最大工作半径和最小工作半径。最大工作半径受两带轮中心距的限制，最小工作半径受主、从动轮轴径的限制。变速器增速与减速对称分布时，主、从动轮尺寸相同，变速比如公式3.1所示：

结论

对金属带式汽车无级变速器传动机构的设计是基于无级变速器在国内市场尚未成熟的背景下进行的。从市场调研着手掌握金属带式无级变速器在国内外的发展情况以及其发展方向，掌握金属带式无级变速器传动的基本原理，根据主要技术指标选定传动机构的基本参数，包括主从动锥盘的基本参数、传动轴间的中心距、传动齿轮的基本参数等。根据已经确定的参数进行齿轮和轴的校核，以确保齿轮和轴都能够满足变速器的使用性能。

在金属带式汽车无级变速器传动机构的设计中取得的阶段性成果：

1.通过收集资料分析，明确了金属带式无级变速器的发展状况及发展趋势、基本结构、基本工作原理、变速机理等；

2. 更透彻的学习CAD软件，用以设计金属带式无级变速器的传动机构；

3. 根据主要技术指标，参考相关车型，绘制了总体的动力传递路线图，对主传动部分进行运动分析，完成对无级变速机构、中间减速机构的设计；

4. 根据所设计参数，完成齿轮和轴的校核，使其能够满足变速器的使用要求；

5. 与传统的变速器相对比，明确了金属带式无级变速器的优点。

通过此次金属带式汽车无级变速器传动机构的设计，使我对金属带式无级变速器有了更多的认识，由于时间和其它一些因素的限制，还有许多我们没有完全掌握的技术问题，需要在今后的工作和学习中进一步完善和改进。拥有完全自主知识产权的无级变速器是我们每一个汽车科技工作者努力的方向，是实现CVT国产化的关键。

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内容简介：: SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名郭蕾系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 07-11班指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称金属带式汽车无级变速器传动机构设计一、设计（论文）目的、意义近些年来，汽车技术有了很大发展，汽车的性能不断提高，汽车变速器对汽车的性能有较大的影响。目前，自动变速器技术已经很成熟，但是，现在应用的自动变速器基本上都是有级变速器，对汽车无级变速器还处在研究、实验阶段。在欧洲的发达国家已经有很多大的汽车制造商把无级变速器应用于轿车，节能减排已经成为世界对于汽车的一种追求，在我国汽车无级变速器的研究更是处于起步阶段。设计一种能够适用于轿车的机械无级变速器已经显得越来越重要。本设计结合金属带式无级变速器，设计金属带式无级变速器的传动机构。根据对设计参数的分析，对整个无级变速器的各级传动部分的传动方式进行详细的设计。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）依据给定参数设计金属带式无级变速器，包括：无级变速机构的设计与校核（金属带、带轮、第一轴）、中间减速机构的设计与校核（两级齿轮传动、第二、三轴）。主要技术指标1、额定功率：75/6000（）；最大扭矩：135/4500（）；2、无级变速机构传动比为：0.42.88；中间减速机构传动比：第一级为1.4，第二级为1.9。三、设计（论文）完成后应提交的成果1、设计说明书一份，1.5万字以上；2、变速器装配图一张、带轮、齿轮及壳体等零件图若干张。折合三张A0图纸。四、设计（论文）进度安排1、进行文献检索查，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识和了解。并完成开题报告。第1-2周（2月28日3月11日）2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对无级变速器的传动机构进行初步设计。第3-6周（3月14日4月8日）3、提交设计草稿，进行讨论，修定。第7周（4月11日4月15日）4、无级变速机构、中间减速机构的设计，绘制装配图及相应零件图。第8-12周（4月18日5月20日）5、提交正式设计，教师审核。第13-14周（5月23日6月3日）6、按照审核意见进行修改。第15周（6月6日6月10日）7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第16周（6月13日6月17日）五、主要参考资料1 程乃士.汽车金属带式无级变速器M.北京:机械工业出版社，20072 阮忠唐. 机械无级变速器设计与选用指南M.北京：机械工业出版社，1998：120-218.3 陈家瑞.汽车构造M.北京:人民交通出版社，2002，(08).4 王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社，2005，(07)：78-113.5 EMERY HENDRIKS. Aspects of a Metal Pushing V-Belt for Automotive Car ApplicationJ. SAE Paper，1988，881734：4. 13114. 1321.6 SUN D C. Performance Analysis of a Variable Speed-Ratio Metal V-Belt DriveJ. Transaction of the ASME，1988，110：472481.六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 金属带式汽车无级变速器传动机构设计院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆工程07-11班学生姓名: 郭蕾导师姓名: 安永东开题时间: 2011年2月28日指导委员会审查意见：签字：年月日本科学生毕业设计金属带式汽车无级变速器传动机构设计系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 07-11班学生姓名：郭蕾指导教师：安永东职称：副教授黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Metal belt type vehicleCVT transmission mechanismCandidate：GuoLeiSpecialty：Vehicle EngeeringClass： 07-11Supervisor：Associate Prof. An YongdongHeilongjiang Institute of Technology2011-06HarbinSY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-11班指导教师姓名职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称金属带式汽车无级变速器传动机构设计一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义1、研究现状近年来，随着车辆技术的进步和道路上车辆密度的加大，汽车已经成为现代文明社会重要的组成部分，人们对汽车的各项性能也提出了更高的要求，特别是经济性和动力性方面。现在为了提高汽车的这些性能，人们尝试了多项努力。本文就是在这背景下完成的。坚持以原有的传动系统结构，采用新型的金属带式无级变速器(CVT)替代原有的有级变速装置。金属带式无级变速器(CVT)作为汽车理想的变速传动装置，具有广阔的发展前景和市场空间，与目前应用较广的自动变速器(AT)相比，其性能优良、结构简单、可以实现汽车的无级变速。无级变速传动系统匹配及控制是实现车辆性能的关键技术之一,通过合理地控制无级变速器，可以使汽车按驾驶员的意图在汽车的行驶阻力和发动机输出功率之间自动实现动态最佳匹配，保证发动机在理想的工况下运行, 以便把汽车的经济性、动力性发挥到极限状态。金属带式无级变速器越来越受到人们的重视并且获得了较快的发展，世界上主要的汽车厂商也都在进行无级变速器的研发工作。国外无级变速器的研究动态金属带式CVT的装车使用只有十几年的时间,但是CVT技术的发展已有100多年的历史，1886年，Daimler Benz 在首辆采用汽油机的汽车上装上了橡胶带CVT。1906年，美国卡特车装用了简单的金属盘摩擦传动无级变速器。1930年在Austin Sixteen车上，装用了牵引式CVT。电子控制技术特别是计算机控制技术的发展，使得无级变速传动得到应用与发展。20世纪60年代后期，荷兰工程师Van Doorne研究出金属带CVT，并装备于DAF公司制造的小型轿车上。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷，如传递功率有限、传递转矩低、传动带和夹紧机构的能量损失较大、以及使用寿命短等，因而没有被汽车行业普遍接受。1972年H.Van Doorne博士发明了金属传动带，解决了橡胶带使用寿命低、传递功率小的本质缺陷。1978年，意大利Fiat公司的汽车开始装用Van Doorne CVT。1987年，美国Ford公司的汽车装有这种CVT，很快引起汽车工业的关注。1997年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，日产公司在1998年开发了一款中型轿车，设计了包含一个手动换档模式的CVT。新型CVT采用一个最新研制的高强度宽钢带和一个高效率液压控制系统，这些新技术的应用使CVT可传递更大转矩。日产公司研究开发的CVT电子控制技术，增加了发动机的制动模式，使汽车在下坡时可以一直根据车速实现发动机制动，而不是采用常规制动器限速，解决了长距离制动引起制动器发热的问题。同时在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。日产公司计划将它的CVT的应用范围从1.0L扩大到3.0L的轿车。日本三菱公司选用CVT传动技术与直喷式发动机组合，可以保证在所有速比下，实现发动机动力平顺无间断地传递。CVT根除了传统的自动变速器换档时动力不连续现象以及顿挫感，从而获得更满意的响应速度和控制性能。日本富士重工拥有15年开发CVT的经验。1997年5月，富士重工将它的Vistro微型车装配了E-CVT(设有六档手动换档模式的CVT)。1999年上半年，美国的福特公司和德国ZF公司合作，在巴达维亚和俄亥俄州合资建厂,为福特公司的轿车和轻型载货车设计 CVT变速器，从2001年开始投入生产。除经典的前置前驱方式外，ZF公司还设计有发动机纵置前轮驱动、发动机纵置后轮驱动的CVT产品系列。经过10多年的不断完善，CVT传动技术由早期的小排量逐渐发展到大中排量轿车，其传递功率已超过150KW，转矩已超过350Nm。目前，市场上的CVT有三种产品：P821型，采用电磁离合器作为起动装置，机液或电液控制系统，以外齿轮泵作为液压源，实用于发动机排量在1.3以下的小型轿车；P811型，实用于发动机排量在1. 8以下的中型轿车；P844型，采用新型金属传动带，将液力变矩器与CVT综合，全电子控制系统，实用于发动机排量在3. 3以下的豪华轿车。日本在研制CVT的初期，即将电子控制技术与CVT技术结合，成功地开发出电子控制技术的CVT，即ECVT，陆续装在Rex，Sambar和Justy上。1990年美国生产出计算机控制的无级调速液压自动变速器(CVT),此后日本、美国、德国等轿车生产商大多采用此项技术。国内无级变速器的研究动态国内对汽车无级变速器的研究最早可追述到60年代，清华大学的宋镜滚教授对汽车橡胶带无级变速器进行了研究，用传统的Euler理论对橡胶V带无级变速传动进行了分析，对弯曲、拉伸所产生的带应力及应力对带疲劳寿命的影响进行了分析，并提出了相应结构上的改进措施，以及汽车车速油门两参数匹配控制的简单原理。80年代中期哈尔滨工业大学载人航天器设计教研室的杨涤教授在美国作访问学者期间，与美国California-Davis大学的Andrew A. Frank教授合作，从纯控制理论的角度，对CVT非线性动力传动系统进行了实验和仿真研究。80年代末东北大学的程乃士教授从德国回国后，开始了CVT钢带的试制工作，并应用键合图理论，推导了VDT公司P811 变速器液压控制系统的状态方程，但没有具体的参数和仿真结果。90年代初北京理工大学的姜正根教授在兵器工业部的资助下，开展了CVT的研究，在购买了国外的钢带后，设计制造了简单的实验装置，但由于同为兵器工业部的长安集团对该项目不认可，CVT项目没有进一步的进展。清华大学曾尝试对金属带CVT进行研究，武汉工学院也试图对汽车牵引式CVT进行研究。90年代初，华南理工大学黄向东教授从意大利学成归国，在国家自然科学基金青年基金的资助下，开展了金属带CVT的研究，试制了H型金属钢带，对CVT的匹配控制规律进行了研究，并推导了CVT过渡状态的理想调速率，指出了速比调节的方向和速率，该调节规律申请了国家专利。上海交通大学花家寿教授在上海齿轮箱厂的资助下，以VDT公司的P811样机为实验件搭建了CVT传动实验台。湖南大学以周云山教授和薛殿伦博士为首的CVT研发小组，具有多年从事无级变速器的研究经验。多年的潜心研究，消化了国外的先进技术，已经掌握无级变速器与整车的动力匹配规律、速比控制方法、离合器起步过程控制以及液压控制系统设计等关键技术。总而言之，从国内外对 CVT 的研究状况来看，CVT是一项实践性非常强的技术，国内外对金属带CVT的研究方兴未艾。金属带式无级变速器的结构、力学分析、传动效率等，在国外已研究成熟，国外的研究热点主要集中在CV T电液控制系统的控制策略上，如CVT电液控制系统的智能PID控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制等。金属带式无级变速器的结构、力学分析、传动效率等研究在国内已取得很大的进展，但CVT电液控制系统的控制策略、实验仿真等研究在国内刚刚起步。2、目的、依据和意义汽车界对CVT技术的研究开发日益重视，特别是在微型轿车中，CVT被认为是最佳的传动装置。随着汽车电子技术的发展，电子技术与自动控制技术的不断应用，使得CVT的总体性能比同类的AT更为突出。根据世界各汽车公司按不同的试验标准对CVT进行试验，结果表明，CVT与同类四档自动变速器相比：加速性能可提高10%，燃油经济性提高10%15%，排放降低10%，平顺性更好。金属带式无级变速器是汽车理想的传动系统，它可提高汽车的经济性，改善汽车的动力性，便于操作是汽车的核心技术之一。金属带式无级变速器的结构、变速原理、受力情况等已经研究成熟，但国内CVT的关键技术电液伺服系统控制方法的研究尚处于起步阶段，国外研究得也不成熟。目前CVT控制策略的研究是CVT研究的热点，随着CVT控制策略研究的深入，金属带式无级变速器国产化的日子指日可待。金属带式无级变速器的试验应包括专用台架及路况试验，CVT专用台架技术由世界上少数几个大公司垄断，如ZF公司、Doorne公司等，CVT所有的动态实验都能在专用台架上进行，但专用台架造价高，国内外研究人员研究CVT的动态特性时大多在自制的简易实验台上并配合仿真进行。结合金属带式无级变速器，设计金属带式无级变速器的传动机构，使变速机构实现迅速、准确的变速。此次对金属带式汽车无级变速器传动机构的计，其目的主要有：一是重点培养学生的设计、团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过设计交流创造学术竞争氛围，为师生之间、同学之间提供良好的交流平台，进而推动学科建设的提升；金属带式汽车无级变速器传动机构设计在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,对增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。毫无疑问，对于对汽车的了解仅限于书本和个人驾乘体验的大学生而言，能够独立的完成金属带式汽车无级变速器传动机构设计，是一段非常富有挑战的过程，同时也是一段受益颇丰的过程。在大脑一片空白的开始、兴奋的初步设计、激烈的争执、无可奈何的妥协、令人抓狂的一次次返工、绞尽脑汁的解决难题之后，设计者能获得的不仅仅是CAD、ANSYS等软件的熟练运用以及对焊接、定位、机加工等技术特征的掌握,更有汽车工程师的基本素养和丰富实践经验。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容（1）研究汽车无级变速器的工作原理和结构特点；（2）根据设计参数并结合结构工艺性等要求确定无级变速器传动方案；（3）根据无级变速器传动方案确定无级变速机构的设计；（4）中间减速机构的设计按齿轮受力、转速、噪声要求等情况选择齿轮的变位系数、压力角、螺旋角、模数和齿顶高系数；（5）撰写设计说明书并完成主要总成装配图，零件图。2、拟解决的主要问题（1）金属带式无级变速器传动摩擦副的共轭关系；（2）金属带式无级变速的金属带传动的力分析；（3）金属带带环的应力与强度分析，带轮与摩擦片的接触强度计算；（4）直母线锥盘导致的金属带偏斜及其影响；（5）金属带传动的摩擦因数和传动效率；（6）金属带传动的传动能力和带轮轴向推力的确定；（7）摩擦传动原理和摩擦因数；（8）离合器换向机构的设计要点，如倒档行星机构的运动学设计和强度计算。三、技术路线（研究方法）市场调查，收集资料理解金属带式变速器的工作原理和结构特点主传动部分的运动分析无级变速机构的设计中间减速机构的设计对传动机构进行校核分析总体传动方案的设计与选择绘制总体传递动力路线图绘制装配图以及相应零件图撰写设计说明书，绘制总装配图及零件图最终形成研究成果YN四、进度安排1、进行文献检索，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识和了解，并完成开题报告。第1-2周（2月28日3月11日）2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对无级变速器的传动机构进行初步设计。第3-6周（3月14日4月8日）3、提交设计草稿，进行讨论，修定。第7周（4月11日4月15日）4、无级变速机构、中间减速机构的设计，绘制装配图及相应零件图。第8-12周（4月18日5月20日）5、提交正式设计，教师审核。第13-14周（5月23日6月3日）6、按照审核意见进行修改。第15周（6月6日6月10日）7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第16周（6月13日6月17日）五、参考文献1 陈家瑞.汽车构造M.北京:人民交通出版社，2002，(08).2 程乃士.汽车金属带式无级变速器M.北京:机械工业出版社，20073 卢延辉,张友坤,郑联珠等. 基于Infenion C164CI的金属带式无级变速器电控系统设计 J. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36 (3) _5 . 4 邹政耀,杨雪梅. 功率分流式无级变速器的机构设计 J. 公路与汽运, 2008, (6) _3 . 5 刘金刚. 金属带式无级变速器电液控制系统关键技术的研究 D.湖南大学, 2008. 6 薛殿伦,张友坤,郑联珠等. 金属带式无级变速器的速比控制 J. 农业机械学报, 2003, 34 (3) _4 . 7 胡朝峰,过学迅. 金属带式无级变速器电液控制系统实时仿真 A. 2006年恒润科技用户大会论文集C. 2006 . 8 冯显武. 基于滑移的金属带式无级变速器最佳夹紧力的控制研究 D.湖南大学, 2008. 9 黄智明. 金属带式无级变速器电子控制装置设计方法研究 D.湖南大学, 2007. 10 曹成龙,周云山,高帅等. 金属带式无级变速器夹紧力试验研究 J. 湖南大学学报(自然科学版), 2010, 37 (7) .11 张飚. 金属带式无级变速器夹紧力控制策略的研究 D.江苏大学, 2009. 12 程乃士,刘温,郭大忠等. 金属带式无级变速器传动效率的实验研究 J. 东北大学学报(自然科学版), 2000, 21 (4) _3 . 13 王幼民,唐铃凤,唐凌霄等. 金属带式无级变速器的发展历史、研究现状与展望 J. 安徽工程科技学院学报（自然科学版）, 2005, 20 (2) _5 . 14 张涌,张为公,吴海啸等. 无级变速器金属带的滑移率评估方法 J. 江苏大学学报（自然科学版）, 2010, 31 (5) . DOI:10.3969/j.issn.1671-7775.2010.05.008. 15 范大鹏. 金属带式无级变速器建模、仿真与试验研究 D.同济大学汽车学院, 2008. 16 胡纪滨,邹云飞,苑士华等. 金属带式无级变速器速比控制影响因素分析 A. 中国汽车工程学会越野车技术分会2008年学术年会论文集C. 2008 . 17 高敬. 汽车变速器变速传动机构可靠性分析 J. 科技创新导报, 2009, (16) _1 . 18 关平. 金属带式无级变速器汽车建模与性能评价 D.湖南大学, 2007. 19 马春生. 功率分流无级变速器的研究与应用方案的设计 D.上海交通大学, 2006. 20 阮忠唐. 机械无级变速器设计与选用指南M.北京：机械工业出版社，1998：120-218.21 王望予.汽车设计M.北京:机械工业出版社，2005，(07)：78-113.22 成大先，机械设计手册第三卷第14篇(第四版)M，北京，化学工业出版社，20021：12一14423 Di Yang。LGoo，AAFrank Control and Response of Continuously Variable Transmission(CVT)VehiclesJ200224 HMachida，HItoh，TImanishiDesign principle of High Power Traction Drive CVTJDrive System Technique，2001六、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要在具有广阔的发展前景和市场空间的汽车行业中，车辆技术也得到较快的发展。金属带式无级变速器是一种新型的机械摩擦式无级变速器，具有承载能力强、效率高、平稳性好、环保节能等优良的传动特性，特别适用于需要传递中大功率而又需无级调速的场合。本设计是基于现代人们对汽车性能的更高要求，鉴于国内外专家对无级变速器的研究与分析，结合金属带式无级变速器的现状和发展趋势、基本结构、传动原理、性能特点，主要以其在轿车中的应用，设计金属带式无级变速器的传动机构，根据对设计参数的分析，对整个无级变速器的各级传动部分的传动方式进行详细的设计，包括主、从动带轮；主、从动锥盘；中间减速机构，使其与传统的变速器相比，耐用性能、加速性能、燃油性能以及排放性能都得到改善。关键词：金属带；无级变速器；传动机构；机械摩擦式；主、从动锥盘；中间减速机构ABSTRACTIn a broad development prospects and market space in the auto industry, vehicle technology has also been developed quickly. Metal belt type variator is a new type of mechanical friction type variator, high bearing ability, high efficiency, energy saving and steadiness, good environment protection fine transmission characteristics, especially suitable for high power and in need to pass to stepless speed regulation occasion. This design is based on the modern people to an automobile performance higher request, in view of the fact that the domestic and foreign experts to variators research and the analysis，combined with the metal belt type continuously variable transmission of the status and development trends, the basic structure, transmission principle, performance characteristics.According to its application in cars, completed the design of metal belt CVT transmission, based on the design variables analysis, the transmission part at all levels of detail design transmission mode, , including master, driven pulleys; Lord, driven cone-disk; intermediate deceleration institutions and compared with the traditional transmission, durable performance, and accelerating performance, fuel performance and emission performance is improved.Keywords：Metal belt；Contiuously Variable Transmission；transmission；a type of mechanical friction; lord, driven cone-disk; ntermediate deceleration institutionsII目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 概述11.1.1 金属带式无级变速器的发展11.1.2 金属带式无级变速器的优点2第2章金属带式无级变速器传动的基本原理42.1 金属带式无级变速器的基本组成42.1.1 起步离合器42.1.2 行星齿轮机构52.1.3 无级变速机构52.1.4 控制系统52.1.5 中间减速机构72.2 金属带式无级变速器的工作原理72.2.1 金属带式无级变速器的工作原理72.2.2 离合器换向机构的工作原理72.3 本章小结7第3章基本数据选择93.1 主要技术指标93.1.1 基本参数93.2 齿轮相关数据的计算113.2.1 齿轮参数113.2.2 各齿轮齿数及参数分配123.3 滚动球键213.4 本章小结22第4章齿轮校核234.1 齿轮材料的选择原则234.2 计算各轴的转矩234.3 轮齿强度计算234.3.1 齿面接触强度参数计算234.3.2 齿面接触应力计算324.3.3 轮齿弯曲强度计算354.4 各齿轮受力计算414.5 本章小结43第5章轴及轴上支撑件的校核445.1 轴的工艺要求445.2 轴的强度计算445.2.1 初选轴的直径445.2.2 轴的强度验算455.3 轴承的选择及花键的可靠性分析535.4 本章小结55结论56参考文献57致谢59第1章绪论1.1 概述近些年来，汽车技术有了很大发展，汽车的性能不断提高，汽车变速器对汽车的性能有较大的影响。目前，自动变速器技术已经很成熟，但是，现在应用的自动变速器基本上都是有级变速器，对汽车无级变速器还处在研究、实验阶段。在欧洲的发达国家已经有很多大的汽车制造商把无级变速器应用于轿车，节能减排已经成为世界对于汽车的一种追求，在我国汽车无级变速器的研究更是处于起步阶段。设计一种能够适用于轿车的机械无级变速器已经显得越来越重要。本设计结合金属带式无级变速器，设计金属带式无级变速器的传动机构。根据对设计参数的分析，对整个无级变速器的各级传动部分的传动方式进行详细的设计。1.1.1 金属带式无级变速器的发展由于内燃机工作特性的限制，为了发挥内燃机的能力和降低油耗，人们采用了变速器，而最佳的选择是无级变速器。二十世纪七十年代中期，荷兰Van Doornes Transmissie B.V公司（简称VDT公司）开发出一种金属带式无级自动变速器，称为VDT-CVT（Continuously Variable Transmission）。这种无级自动变速器克服了以前其它传动形式的缺点，实现了真正意义上的无级变速传动。VDT-CVT自1987年商品化以来，到目前为止，世界上几乎所有的汽车生产厂家，都接受了这项技术，开发出自己的CVT。CVT的适用范围也从最初的0.6升，发展到目前的3.3升。2000年，中国的程乃士教授开始研发无偏斜曲母线锥盘金属带式无级变速器，2003年研发无偏斜复合母线锥盘金属带式无级变速器，2005年研发无偏斜等强共轭曲母线无级变速器，并于2007年在吉利汽车公司实现装车；2006年研发平盘非对称直母线无偏斜金属带式无级变速器，2007年在众泰汽车公司实现装车。金属带式无级变速器是汽车理想的传动系统，它可提高汽车的经济性，改善汽车的动力性，便于操作是汽车的核心技术之一。金属带式无级变速器的结构、变速原理、受力情况等已经研究成熟。金属带式无级变速器的试验应包括专用台架及路况试验，CVT专用台架技术由世界上少数几个大公司垄断，如ZF公司、Doorne公司等，CVT所有的动态实验都能在专用台架上进行，但专用台架造价高，国内外研究人员研究CVT的动态特性时大多在自制的简易实验台上并配合仿真进行。结合金属带式无级变速器，设计金属带式无级变速器的传动机构，使变速机构实现迅速、准确的变速。1.1.2 金属带式无级变速器的优点汽车界对CVT技术的研究开发日益重视，特别是在微型轿车中，CVT被认为是最佳的传动装置。根据国内外一些文献资料和实际经验，将其优点归纳为以下几个方面：1. 速比无级调节由计算机控制速比连续的变化，驾驶员无需考虑换档，消除了人为换档技术的影响，不会出现MT的换档时速比的跳跃，使汽车驾驶平顺、舒适。故在简化了汽车行驶过程中的操作同时，也减轻了驾驶员的劳动强度，提高了行车的安全性，使汽车易于驾驶，有利于汽车的普遍使用。2. 提高燃油经济性和动力性采用液力变矩器的无级变速器，由于其工作原理是用油作为动力传动的介质，许多能量消耗在油的内摩擦上，传动效率低，通常为80%85%，比传统的MT和AT大约费油10%20%，而且液力变矩器转差越大，效率越低。通常减速比不大于2，只能再增加23档有级变速，每两档中间用液力变矩器实现无级变速。由于无级变速传动使发动机的工作点与车速无关，根据不同的需要可以控制发动机的工作点在最经济工作点或最佳动力工作点工作，依靠变速器无级调速来适应汽车的各种速度，可以使发动机燃烧最好，排气污染最小，达到节油的目的。因此无级变速传动比其它传动方式表现出更高的经济性和动力性。目前据国外统计数据，采用CVT的汽车比采用AT的汽车节油7%15%。同样，ZF公司进行了对比试验，结果表明：在美国环境保护局城市和公路循环工况下，装备CVT的汽车比4档AT汽车燃油经济性提高10%；060 mph加速试验中，装备CVT的汽车比AT汽车少用1秒多。随着汽车电子技术的发展，电子技术与自动控制技术的不断应用，使得CVT的总体性能比同类的AT更为突出。对于典型的5档AT，不同档位的传动效率有很大的差异，平均传动效率为6%。一般的MT的传动效率为97%。尽管金属带式无级变速器为摩擦传动，但它的传动效率，经试验测定达到9097%之间，与MT的传动效率差不多。根据世界各汽车公司按不同的试验标准对CVT进行试验，结果表明，CVT与同类四档自动变速器相比：加速性能可提高10%，燃油经济性提高10%15%，排放降低10%，平顺性更好。3. 降低有害物质的排放由于无级变速传动能使速比连续变化，而且具有较宽的速比变化范围，这样就能够使发动机经常在理想区域内处于稳定运转状态，减少了发动机在不稳定工况工作的时间，从而减少废气中有害物质的排放量，减轻了对环境的污染。ZF公司通过试验测定汽车在装备CVT后，其有害物质的排放量比装备4档AT的汽车减少1015%。若进一步优化的控制方法，CVT汽车的排放还可进一步降低。4. 实现汽车动力传动系统的综合控制在电子控制技术高速发展的今天，采用CVT电液控制系统的汽车，通过电子控制装置，将发动机和无级变速器结合在一起实现汽车动力传动系统的综合控制，可以使无级变速的优越性体现的更为显著。发动机能够在某一转速下产生很大的转矩变化范围；也可以在某一转矩下，产生很大的转速变化范围。这样通过调节速比变化和发动机的节气门，控制发动机的功率与汽车驱动轮上的功率平衡，就能够使燃油经济性与汽车性能达到最佳水平。采用CVT传动系统的汽车，也可以实现发动机控制模块、CVT控制模块、ABS控制模块之间交互通讯。不仅可以实现传动系一体化控制，而且可以实现整个汽车系统的综合控制，使得控制效果得到极大的改善。5.结构简单，成本低，可靠性高产品成本与可靠性依赖于产品的技术含量、材料、制造工艺等因素。金属带式无级变速器结构简单，主要由金属带工作带轮组和控制系统构成，传动零件数（约300 个）远少于自动变速器（约500个），因此变速器的重量轻，体积小。核心部件金属带由荷兰VDT公司生产，以前价格比较昂贵（在1995年约占CVT成本的30%）。为了提高产品的竞争能力，VDT公司近几年在金属带零部件的结构设计、材料和加工工艺上都进行了合理改进，产品价格已经大幅度降低。简而言之，由于金属带式无级变速器的结构简单，关键零部件采用高强度优质材料与无限寿命设计方法进行产品设计和制造。因此该系统质量高，使用可靠，与汽车具有相同的寿命。第2章金属带式无级变速器传动的基本原理2.1 金属带式无级变速器的基本组成金属带式无级变速器主要是由起步离合器、行星齿轮机构、无级变速机构、控制系统和中间减速机构构成，如图2.1所示。123456781011121391倒档离合器 2前进离合器 3双排行星轮 4行星架 5中间减速机构 6主减速器 7半轴壳 8从动移动锥盘 9从动固定锥盘 10从动缸 11主动固定锥盘 12主动移动锥盘 13主动缸图2.1金属带式无级变速器的基本组成2.1.1 起步离合器汽车无级变速器中的前进、倒挡离合器是一种湿式多片离合器。离合器靠液压缸活塞压力进行传递转矩。当泄压时，活塞靠回位弹簧返回。多片式离合器因能获得较大的摩擦面积，所以能够传递较大的转矩。根据离合器摩擦片的数量，很容易改变其所传递的转矩的能力。离合器摩擦材料以纸基摩擦材料为主，它是以石棉、碳纤维素等纤维或棉、木材、合成纤维作为母体材料，添加无机、有机的高摩擦材料，并在进行搅拌的基础上，浸渍酚醛类树脂硬化而成。将其粘在钢片上，这种材料的特点是多孔、网状，具有弹性，摩擦因数高，高压，高温，高圆周速度时的稳定性好。2.1.2 行星齿轮机构无级变速器的行星齿轮机构采用双行星齿轮机构，行星架上固定有内、外行星齿轮和右支架，其中右支架是通过螺栓固定在行星架上，外行星齿轮和齿圈啮合，内行星齿轮和太阳轮啮合。它们可以实现前进和倒档。行星齿轮机构实现倒档操作，倒档的旋转方向是通过行星齿轮系改变的。行星传动是一种常啮合传动，与定轴式相比，能减少换向的冲击，使换向平稳柔顺。明显缩小变速器轴向尺寸，此外多点啮合的对称性，不仅使径向力相互平衡，且使运动平稳，抗冲击和抗振动能力强、寿命长。通过增减行星齿轮的数目，可以改变行星机构的承载能力。2.1.3 无级变速机构如图2.2所示，无级变速机构由金属传动带和主、被动工作轮组成。金属传动带由两百多个金属片和两组金属环组成，每个金属片的厚度为1.4mm，在两侧工作轮挤压力作用下传递动力。每组金属环由9或12片厚度为0.18mm的带环叠合而成，金属环的功用是提供预紧力，在动力传递过程中，支撑和引导金属片的运动，有时承担部分转矩的传递。摩擦片的作用是传递转矩，锥盘母线应与摩擦片侧边共轭，以保证变速时金属带不发生轴向偏斜，使金属带不承受附加侧向弯曲应力的作用。主、被动工作轮由可动和不动锥盘两部分组成。在金属带式无级变速器的工作过程中，主、从动带轮的中心距是固定的，根据传动比的要求，主、从动轴上的移动锥盘作轴向移动，改变带轮的工作半径，从而改变传动比。由于带轮的工作半径可以连续变化，所以可实现无级变速。无偏斜金属带式无级变速传动，不仅避免了对称直母线锥盘传动由于偏斜产生的附加的摩擦损失，而且由于不偏斜，可以加大传动工作半径，扩大传动比的范围，提高传动能力。2.1.4 控制系统控制系统是用来实现无级变速器系统传动比无级自动变化的。在无级变速器系统中，采用机液控制系统或电液控制系统。它主要由油泵（齿轮泵和滚子叶片泵）、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，实现传动无级变速的调节。速比控制、夹紧力控制和起步离合器的控制是无级变速控制系统的关键。 2134651主动轮可动锥盘 2主动轮固定锥盘 3从动轮可动锥盘 4从动轮固定锥盘 5钢片环带组 6摩擦片图2.2无级变速机构组成汽车的运行工况经常处于变化之中，CVT速比的控制，对应于不同的区域有不同的控制策略。在汽车起步区，离合器处于滑转阶段，控制系统的目标是提供足够大的驱动转矩使汽车起步，直到车速到达CVT最大速比时的对应值。在这个阶段，CVT的速比保持最大值；在CVT正常控制区域，发动机按最佳燃油经济性工作曲线或最佳动力性工作曲线运行，传动系统通过控制速比的变化率来使发动机工作在一定的速度范围。通过控制从动轮夹紧力来保证主、从动带轮夹紧力都满足转矩传递的需要，可以称为夹紧力唯一控制原理。这种控制的主要优点在于，金属带式无级变速器传递的转矩在原理上唯一地由从动轮夹紧力控制，可以在软件和硬件方面构造成相对简单的形式，可以快速和准确地实现央紧力控制和传动比控制。为了保证对速比有很好的控制，主动液压缸横截面积为被动缸的1.7-2倍，随具体参数的变化略有不同。荷兰VDT公司所研制的CVT所采用的是单液压回路，与双液压回路相比，它具有结构简单，所需控制阀的数量少，控制变量少的优点，因此具有较大的使用价值。2.1.5 中间减速机构由于无级变速机构可提供的速比变化范围为2.60.445左右，不能完全满足整车传动比变化范围的要求，故设有中间减速机构，为两级齿轮传动。发动机的动力通过变矩器离合器和液力变矩器传给前进、倒挡离合器，液压泵产生的高压油通过液压缸将力施加给锥盘变速装置，该力施加给金属带组件产生摩擦力，将主动轴的转矩传递给从动轴，然后通过减速装置，经差速器输出给车轮。2.2 金属带式无级变速器的工作原理2.2.1 金属带式无级变速器的工作原理金属带式无级变速器是摩擦式无级变速器，发动机输出的动力传到主动带轮上，主动带轮通过与金属带的V型摩擦片侧边接触产生摩擦力，推动摩擦片向前运动，并推压前一个摩擦片，在二者之间产生推压力。该推压力在接触弧上形成后，随着摩擦片由接触弧的入口向出口运动逐渐增大，经金属带传到从动带轮上。在从动带轮上，靠摩擦片与从动带轮的接触产生摩擦力，带动从动带轮转动，将动力传到了从动轴上。随着传递转矩的增加，主动轮上挤在一起的摩擦片增多。所有与从动轮接触的摩擦片，相邻片之间无间隙，相互之间有推压力作用。随着摩擦片由接触弧的入口向出口运动，摩擦片间的推压力逐渐减小，最后消失。依靠摩擦片间的推压作用传递动力是金属带式无级变速器传动的一个重要特征，金属带式无级变速传动为推式传动。2.2.2 离合器换向机构的工作原理离合器换向机构的输入轴即行星机构中的行星架输入轴，通过花键与发动机的飞轮盘相联接，同时行星架通过紧固螺栓与行星架盖固定在一起。行星架上装有三到四对双排行星轮，内行星轮同时与中心轮和外行星轮相啮合，外行星轮同时与内行星轮和内齿圈相啮合。内齿圈的外侧与倒档离合器的摩擦片通过花键联接在一起。行星架盖外侧与前进离合器的摩擦片也通过花键联接在一起。在前进和倒档离合器的摩擦片与摩擦片之间装有摩擦片压盘，并分别由前进离合器液压缸、倒档离合器液压缸来实现摩擦片的夹紧和分离。发动机的动力由发动机的飞轮盘通过行星架的输入轴传递到行星架上，然后再通过行星架盖和前进离合器直接传递到变速器的一轴（前进状态）；或者通过内齿圈和倒档离合器的固定作用，将动力传递给两排行星轮，再传递给中心轮，最后传递到变速器的一轴（倒档状态），从而实现汽车的前进和倒档。2.3 本章小结本章介绍了金属带式无级变速器的组成及工作原理，并简述了离合器换向机构的工作原理。金属带式无级变速器主要是由起步离合器、行星齿轮机构、无级变速机构、控制系统和中间减速机构构成。金属带式无级变速器是摩擦式无级变速器，主、从动两队锥盘夹持金属带，靠摩擦力传递动力和转矩。主、从动边的动锥盘的轴向移动，使金属带径向工作半径发生无级变化，从而实现传动的无级变化，即无级变速。第3章基本数据选择3.1 主要技术指标额定功率：Kw/rpm；最大扭矩：Nm/rpm；无极变速机构传动比：0.42.88；中间减速机构传动比：第一级传动比为1.4，第二级传动比为1.9。3.1.1 基本参数1. 确定变速比变速比的大小取决于主、从动带轮的最大工作半径和最小工作半径。最大工作半径受两带轮中心距的限制，最小工作半径受主、从动轮轴径的限制。变速器增速与减速对称分布时，主、从动轮尺寸相同，变速比如公式3.1所示：= （3.1)根据公式3.1得：=因变速器增速与减速对称分布采用对称调速，则根据公式3.1可得： 2. 带轮半径R、运行角、包角之间的关系如公式3.2、3.3、3.4、3.5所示：（3.1)最大运行角（3.3) （3.2）随着的增大而逐渐增大，随着A的增大而逐渐减小。对应于最小工作半径, 故不可以太小。（3.3）3. 金属带传动中，带轮楔角不能太小，经验值2224度，所以选其楔角为24度，带轮工作直径可达75mm，传动比范围可达0.452.22，以确保其工作可靠。（1）初选金属带带轮的轴径mm （3.6）初选带轮的工作半径mm （3.4）为保证其工作可靠，取mm（2）当从动轮工作在最大节圆半径，主动轮工作在最小节圆半径时，传动比最大mm （3.5）mm （3.6）（3）确定带轮节圆半径mm （3.7）取mm （3.8）（3.9）mm（4）确定主、从动带轮的外径、（3.10）mm取=121mm （5）确定主、从动带轮中心距mm （3.11）（6）确定带轮轴径mm （3.12）则：（3.13）（3.14）（7）确定带长和带轮的轴向移动（3.15）由公式3.18得：L =1004.7176mm移动锥盘相对传动比i=1时的轴向位移是mm （3.16）3.2 齿轮相关数据的计算3.2.1 齿轮参数1. 初步确定两锥盘轴的中心距，如公式3.20：（3.17）根据公式3.20可得： mm式中，初定其为70 mm。2. 基本参数（1）模数：齿轮的模数在2.252.75之间，取mm；（2）压力角：国家规定的标准压力角为20；（3）螺旋角：取；（4）齿宽b:，其中；（5）齿顶高系数：在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为1.00。3.2.2 各齿轮齿数及参数分配1. 确定从动轴上齿轮的齿数（1）传动比，取，b=20 齿数和= （3.18）取整为。（3.19）由式（3.22）得：所以在选取齿轮齿数时，应尽量避免齿轮齿数出现公约数，但为保证传动比i=1.4，现保持原数。（2）对中心距进行修正（3.20）mm取整mm。对齿轮进行角度变位端面啮合角：tan=tan/cos= （3.21）所以=21.1728啮合角 cos=0.9458 （3.22）所以=18.9475变位系数之和（3.23） =即：，由式（3.23）计算精确值：（3）齿轮轮齿参数分度圆直径（3.24） =2.7520/cos21.631=59.1666mm =2.7528/cos21.631=82.8334mm齿顶高（3.25） = 12.75=2.75mm 齿根高（3.26） =（1+0.25）2.75=3.3475mm齿全高 (3.27) =2.75+3.3475=6.1875mm齿顶圆直径 (3.28) =59.1666+22.75=64.6666mm =82.8334+22.75=88.3334mm齿根圆直径(3.29) =59.1666-23.3475=52.4716mm =82.8334-23.3475=76.1384mm当量齿数(3.30) =24.8985 =34.8579节圆直径(3.31) (3.32) mm mm mm mm2. 确定第二级减速机构齿轮的齿数（1）传动比，取，b=21(3.33) mm初选其为86mm由式（3.21）齿数和= 取整为。则由式（3.22）得：所以取：则（2）对中心距进行修正由式（3.23）得：mm取整mm。对齿轮进行角度变位由式（3.24）得端面啮合角 tan=tan/cos=所以：=21.1728由式（3.25）得啮合角：cos=0.9346所以：=20.8289由式（3.26）得变位系数之和 =所以，由式（3.23）计算精确值：A=所以（3）分度圆直径由式（3.27）得： =319/cos19.6336=60.5185mm =335/cos19.6336=111.4815mm齿顶高由式（3.28）得：= 3mm 齿根高由式（3.29）得：=3.75mm 齿全高由式（3.30）得：=3+3.75=6.75mm齿顶圆直径由式（3.31）得： =60.5158+23=66.5185mm =111.4815+23=117.4815mm齿根圆直径由式（3.32）得： =60.5185-23.75=53.0185mm =111.4815-23.75=103.9815mm当量齿数由式（3.33）得： =24.8985 =34.8579节圆直径由式（3.34）得： mm mm mm mm3. 确定主减速机构齿轮的齿数（1）传动比，取，b=21由式（3.36）得： mm初选其为160 mm。由式（3.37）得齿数和= 取整为由式（3.22）得：所以：取=19，=82则（2）对中心距进行修正由式（3.23）mm 取整mm。对齿轮进行角度变位由式（3.24）得端面啮合角 tan=tan/cos=所以=21.1728由式（3.25）得啮合角 cos=0.9337所以=20.9679由式（3.26）得变位系数之和 =即：，由式（3.23）计算精确值：A= 所以（3）分度圆直径由式（3.27）得： =319/cos19.781=60.574mm =382/cos19.781=261.426mm齿顶高由式（3.28）得：= 3mm 齿根高由式（3.29）得： =3.75mm 齿全高由式（3.30）得：=3+3.75=6.75mm齿顶圆直径由式（3.31）得： =60.574+23=66.574mm =261.426+23=267.426mm齿根圆直径由式（3.32）得： =60.574-23.75=53.074mm =267.426-23.75=259.926mm当量齿数由式（3.33）得： =22.803 =98.413节圆直径，由式（3.34）得： mm mm mm mm4. 确定行星齿轮的齿数（1）采用标准齿轮，即6个行星齿轮。则所以=2.06251.91.4(0.37272.6833)=2.044714.7212根据参考车型帝豪EC718，取=2.963（2）斜齿轮传动：，b=72.75=19.25分度圆直径由式（3.27）得： =2.7532/cos20=93.6476mm =2.7513/cos20=38.0444mm =2.7566/cos20=193.1482mm齿顶高由式（3.28）得： = 2.75mm 齿根高由式（3.29）得： =3.4375mm 齿全高由式（3.30）得：=2.75+3.4375=6.1875mm齿顶圆直径由式（3.31）得： =93.6476+22.75=99.1476mm =38.0444+22.75=43.5444mm =193.1482-22.75=187.6482mm齿根圆直径由式（3.32）得： =93.6476-23.4375=86.7726mm =38.0444-23.4375=31.1694mm =193.1482+23.4375=200.0243mm当量齿数由式（3.33）得：=38.5649 =15.6670 =79.54023.3 滚动球键动锥盘和定锥盘作轴向相对运动时，滚动球键在键槽里滚动，轻松地实现锥盘的开合，调整传动比实现无级变速。在键槽里用轴向弹簧卡圈和孔用弹簧卡圈限制球键的移动范围，保证球键始终作用在有效范围内。轴用弹簧卡圈和孔用弹簧卡圈间最大距离应保证大于等于一组滚动球键的直径和锥盘有效的移动距离的总长，即（3.34）式中，轴用弹簧卡圈和孔用弹簧卡圈间距离（mm）；每个滚动体（钢球）直径(mm)；组滚动球键的滚动体（钢球）组成个数；锥盘的有效移动距离（mm）。一组球键由三个滚动体（钢球）组成，则当锥盘移动到最大位移时，两弹簧卡圈间距离为。当锥盘移动到最小位移时，两弹簧卡圈间距离（3.35）由式（3.27）得：=43.6mm由式（3.28）得：=30mm综上取=47.6mm，=32.6mm。3.4 本章小结本章通过对金属带式无级变速器传动机构的相关数据的计算，确定了设计方案及基本运动参数，并对影响较大的参数进行了修正，为后续设计奠定了理论基础。第4章齿轮校核4.1 齿轮材料的选择原则选择齿轮类型、材料、精度1. 选择斜齿轮传动2. 齿轮材料为20CrMnTi3. 热处理：渗碳、淬火、低温回火4. 硬度：表面硬度 5662HRC 心部硬度 240300HBS5. 6级加工精度4.2 计算各轴的转矩发动机最大扭矩为135N.m，带传动效率90%，离合器传动效率99%，轴承传动效率96%，齿轮传动效率99%。轴 =13599%96%=128.304N.m轴 =128.30490%96%2.88=319.261N.m轴 =319.26199%96%1.4=424.796N.m轴 =424.79699%96%1.842=743.664N.m4.3 轮齿强度计算4.3.1 齿面接触强度参数计算rpm rpm 1116.07 rpm rpm1.齿轮1、2的相关参数（1）分度圆上名义切向力（4.1）=N（2）使用系数保证运转均匀平稳，由机械设计手册14-89查得，=1。（3）动载系数（4.2）齿轮线速度：m/s传动精度系数C：（4.3）其中：Z=20，=10m =6.918圆整取C=7由机械设计手册查图14-1-14得，=1.22。（4）齿向载荷分布系数由机械设计手册表14-1-98，齿轮装配时对研跑合，=（4.4）= = =1.143（5）齿间载荷分配系数N/mm由机械设计手册表14-1-102得，=1.1（6）节点区域系数=-0.3453，由机械设计手册图14-1-16得，=（4.5） = =2.476（7）弹性系数由机械设计手册表14-1-105得，=189.8。（8）重合度系数纵向重合度（4.6）端面重合度（4.7）由机械设计手册图14-1-12得：，则：（4.8） =（1+0.18）0.61+（1+0.5253）0.63=1.6807由机械设计手册图14-1-19得，=0.79（9）螺旋角（4.9）=（10）小齿轮、大齿轮的单对啮合系数、按机械设计手册14-1-104的判定条件，由于（4.10）mmmm（4.11） = =1.305 = =0.9968 (4.12)=1.305-0.827(1.305-1)=1.053=0.9968-0.827(0.9968-1)=0.999取=1.053，=1。2. 齿轮3、4的相关参数（1）分度圆上名义切向力由式（4.1）得：=N（2）使用系数保证运转均匀平稳，由机械设计手册14-89查得，=1。（3）动载系数齿轮线速度:由式（4.2）得：m/s传动精度系数C:由式（4.3）得：其中 Z=19，=9m =6.518 圆整取C=7由机械设计手册查图14-1-14得，=1.22。（4）齿向载荷分布系数由机械设计手册表14-1-98，齿轮装配时对研跑和由式（4.4）得：= =1.1465（5）齿间载荷分配系数N/mm由机械设计手册表14-1-102得，=1.1（6）节点区域系数=-0.3453，由机械设计手册图14-1-16和式（4.5）得，= = =2.3642（7）弹性系数由机械设计手册表14-1-105得，=189.8（8）重合度系数纵向重合度由式（4.6）得：端面重合度由式（4.7）得：由机械设计手册图14-1-12得，则由式（4.8）得： =（1+0.27）0.58+（1+0.3336）0.69=1.6568由机械设计手册图14-1-19得，=0.82（9）螺旋角由式（4-9）得=（10）小齿轮、大齿轮的单对啮合系数、按机械设计手册14-1-104的判定条件，由式（4.10）和式（4.11）得：mmmm = =1.0482 = =0.8392由式（4.12）得：=1.0428-0.827(1.0428-1)=1.0074=0.8392-0.827(0.8392-1)=0.9722取=1.0074；=1。3. 齿轮5、6的相关参数（1）分度圆上名义切向力由式（4.1）得：=N（2）使用系数保证运转均匀平稳，由机械设计手册14-89查得，=1。（3）动载系数齿轮线速度，由式（4.2）得：m/s传动精度系数C，由式（4.3）得：其中 Z=19，=9m。 =6.518圆整取C=7由机械设计手册查图14-1-14得，=1.22。（4）齿向载荷分布系数由机械设计手册表14-1-98，齿轮装配时对研跑和由式（4.4）得：= = =1.1465（5）齿间载荷分配系数N/mm由机械设计手册表14-1-102得，=1.1（6）节点区域系数=-0.3453，由机械设计手册图14-1-16和式（4.5）得：= = =2.3583（7）弹性系数由机械设计手册表14-1-105得：=189.8（8）重合度系数纵向重合度由式（4.6）得：端面重合度,由式（4.7）得：由机械设计手册图14-1-12得，则： =（1+0.27）0.58+（1+0.4349）0.86=1.97由机械设计手册图14-1-19得，=0.71（9）螺旋角由式（4.9）得=（10）小齿轮、大齿轮的单对啮合系数、按机械设计手册14-1-104的判定条件，由式（4.10）和式（4.11）得：mm mm = =1.2386 = =1.2948由式（4.12）得：=1.2386-(1.2386-1) =1.0586=1.2948-(1.2948-1)=1.0724取=1.0586，=1.0724。4.3.2 齿面接触应力计算1. 对齿轮1、2进行校核由机械设计手册表14-1-80得：（4.13） = =1880.337MPa = =1785.69606MPa则：MPa MPa接触应力均在要求范围内，齿面接触强度校核通过。2. 对齿轮3、4进行校核由式（4.13）得： = =1832.249MPa = =1832.249MPa则：MPa MPa接触应力均在要求范围内，齿面接触强度校核通过。3. 对齿轮5、6进行校核由式（4.13）得： = =1866.8MPa = =1866.8MPa则：MPaMPa接触应力均在要求范围内，齿面接触强度校核通过。4.3.3 轮齿弯曲强度计算1. 对齿轮1、2进行校核（1）齿向载荷分布系数（4.14） =（2）齿向载荷分配系数=1.1（3）齿形系数已知当量齿数为由机械设计手册图14-1-38得，。（4）应力修正系数由机械设计手册图14-1-43得，。（5）重合度系数 (4.15)(4.16)由机械设计手册表14-1-114得： (4.17)则（6）螺旋角系数由机械设计手册图14-1-49，根据和查得，=0.59。（7）齿根应力因=1.68072,用方法二计算。(4.18) =440.752N/mm =448.248N/mm（8）试验齿轮的应力修正系数由机械设计手册表14-1-111得，=2.0。（9）寿命系数=1.0（10）相对齿根角敏感系数=1.0（11）相对齿根表面状况系数由机械设计手册图14-1-58，齿根表面微观不平度10点高度为m时，=1.0。（12）尺寸系数由机械设计手册表14-1-119得：=1.03-0.006(4.19)=1.03-0.0062.75=1.0135（13）弯曲强度的安全系数(4.20)、均达到机械设计手册表14-1-110规定的较高可靠度时最小安全系数的要求，轮齿弯曲强度校核通过。2. 对齿轮3、4进行校核（1）齿向载荷分布系数由式（4.14）得：（2）齿向载荷分配系数=1.1（3）齿形系数已知当量齿数为由机械设计手册图14-1-38得，。（4）应力修正系数由机械设计手册图14-1-43得，。（5）重合度系数由式（4.15）（4.16）（4.17）得：（6）螺旋角系数由机械设计手册图14-1-49，根据和查得，=0.84。（7）齿根应力因=1.68072,由式（4.18）得： =507.008N/mm =531.827N/mm（8）试验齿轮的应力修正系数由机械设计手册表14-1-111得，=2.0。（9）寿命系数=1.0（10）相对齿根角敏感系数=1.0（11）相对齿根表面状况系数由机械设计手册图14-1-58，齿根表面微观不平度10点高度为m时，=1.0。（12）尺寸系数由（4.19）得：=1.03-0.0063=1.012（13）弯曲强度的安全系数由式（4.20）得：、均达到机械设计手册表14-1-110规定的较高可靠度时最小安全系数的要求，轮齿弯曲强度校核通过。3. 对齿轮5、6进行校核（1）齿向载荷分布系数由式（4.14）得：（2）齿向载荷分配系数=1.1（3）齿形系数当量齿数为：由机械设计手册图14-1-38得，。（4）应力修正系数由机械设计手册图14-1-43得，。（5）重合度系数由式（4.15）（4.16）（4.17）得：（6）螺旋角系数由机械设计手册图14-1-49，根据和查得，=0.83。（7）齿根应力由式（4.18）得： =548.938N/mm =560.0159N/mm（8）试验齿轮的应力修正系数由机械设计手册表14-1-111得，=2.0。（9）寿命系数=1.0（10）相对齿根角敏感系数=1.0（11）相对齿根表面状况系数由机械设计手册图14-1-58，齿根表面微观不平度10点高度为m 时，=1.0。（12）尺寸系数由式（4.19）得：=1.03-0.0063=1.012（13）弯曲强度的安全系数由式（4.20）得：、均达到机械设计手册表14-1-110规定的较高可靠度时最小安全系数的要求，轮齿弯曲强度校核通过。4.4 各齿轮受力计算周向力(4.21) 径向力(4.22) 轴向力(4.23)由式（4.21）式（4.23）得：NNNNNNNNNNNNNNN4.5 本章小结本章介绍了齿轮材料的选择和相关数据的计算，包括各轴转矩的计算，齿轮接触强度、接触应力、弯曲强度等的计算和校核，为后续设计提供了理论基础。第5章轴及轴上支撑件的校核5.1 轴的工艺要求变速器轴的结构也比较复杂，有轴颈、轴肩、过渡段，退刀槽和安装齿轮段等组成。对其进行可靠性设计的意义在于：（1）在满足刚度和强度可靠性要求的前提下尽量减小轴的质量和节省材料。（2）轴径的减小可以给轴承、齿毂和花键提供更多的设计空间。从而为提高后者的性能提供保证。无级变速器由四根轴组成，第一轴为主动轴，即主动锥盘轴；第二轴为从动轴，即从动锥盘轴；第三轴、第四轴为中间齿轮轴，包括中间齿轮轴、主减速器和差速器轴，是输出轴。第二轴是在弯扭复合应力下工作的，根据第三强度理论进行设计。在实际运行中很少发现变速器轴疲劳破坏的情况，故一般只对其进行静强度可靠性设计和刚度可靠性设计。（3）第二轴可以采用氰化处理，但对于有常啮合齿轮工作的第二轴应采用渗碳或高频处理。第二轴上的轴颈常用做滚针的滚道，要求有相当高的硬度和表面光洁度，硬度应在HRC5863，表面光洁度不低于8。对于做为轴向推力支承或齿轮压紧端面的轴的端面，光洁度不应低于7，并规定其端面摆差。一根轴上的同心直径应可控制其不同心度。对于采用高频或渗碳钢的轴，螺纹部分不应淬硬，以免产生裂纹。5.2 轴的强度计算5.2.1 初选轴的直径1. 已知第二轴和第三轴的中心距=71mm，第二轴和第三轴中部直径。轴的最大直径和支承距离的比值=0.160.18花键部分直径（mm）（5.1）式中，经验系数，=4.04.6 发动机最大转矩（N.m）第二轴花键部分直径=27.33831.439mm2. 初选第二轴支撑间的长度L=319mm按扭转强度条件确定的轴的最小直径(5.2) =22.5576mm所以初选轴的最小直径为30mm。5.2.2 轴的强度验算1. 轴的刚度验算若轴在垂直面内挠度为，水平面内挠度为和转角为，可分别用式(5.3)、(5.4)、(5.5)计算。（5.3）（5.4）（5.5）式中，齿轮齿宽中间平面上的径向力（N）；齿轮齿宽中间平面上的圆周力（N）；弹性模量（MPa），=2.06105MPa；惯性矩（mm4），对于实心轴，；轴的直径（mm），花键处按平均直径计算；、齿轮上的作用力距支座、的距离（mm）；支座间的距离（mm）。轴的全挠度为mm。轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为=0.050.10mm，=0.050.15mm。齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad。（1）第二轴的刚度按式（5.6）式（5.9）计算（5.6）（5.7）（5.8）（5.9）已知mm，mm，mm，mm。 mmmm mmmmmmmm radrad（2）第三轴的刚度已知mm，mm，mm，mm。由式（5.6）式（5.9）得：= mmmm = mmmmmmmm = radrad已知mm，mm，mm，mm。 = mmmm = mmmmmmmm =radrad（3）第四轴的刚度已知mm，mm，mm ，mm。由式（5.6）式（5.9）得： = mmmm = mmmmmmmm = radrad已知mm，mm，mm，mm。由式（5.6）式（5.9）得：= mmmm= mmmmmmmm= radrad2. 轴的强度验算（1）第三轴轴的强度校核求水平面内支反力、和弯矩、 (5.10)式中：N N已知mm,mm,mm,mm得：=-2447.469N=6229.383N(5.11)求垂直面内支反力、和弯矩、(5.12)得：=12084.357N=12210.829N(5.13)按第三强度理论得：=818.128Nm(5.14) =826.557Nm(5.15)MPa(5.16)MPa(5.17)公式5.16,5.17表明第三轴强度校核通过。根据公式（5.10）（5.15）所得数据绘制轴的载荷图，如图5.1所示。(2)第四轴轴强度校核求水平面内支反力、和弯矩、168193.314Nmm326277.64Nmm329692.38Nmm696017.25Nmm768642Nmm688808.35Nmm777607Nmm319261Nmm66081.663NmmFr2Fr3Fr3Fr2Fa2Fa3Ft2Ft3Ft2Ft3RHARHARVARVBRHBRHBRVARVBML1L2L3L图5.1 轴的载荷图 (5.18)式中，N N已知mm,mm,mm,mm得：=14823.864N=-3588.923N由式（5.11）得：求垂直面内支反力、和弯矩、（5.19）式中， NN得： =9766.802N=4894.85N由式（5.13）得：按第三强度理论得：=889.424Nm（5.20）=933.996Nm（5.21）MPaMPa（5.22）MPaMPa（5.23）公式5.22,5.23表明第三轴强度校核通过。根据公式（5.18）（5.21）所得数据绘制轴的载荷图，如图5.2所示。5.3 轴承的选择及花键的可靠性分析变速器轴承是变速器轴的支撑元件，是运动件，在变速器系统中起着很重要的作用，同时又是易损件。变速器轴承多采用滚动轴承一一向心球轴承、向心短圆柱滚子轴承和滚针轴承。通常，第一轴的前轴承采用向心球轴承，后轴承为外座嘲上有止动槽的向心球轴承，第二轴前端多采用短圆柱滚子轴承或滚针轴承，后端采用带止动槽的单列向心球轴承，固定式中间轴用滚针轴承。轴承的选取过程：根据变速器机构布置并参考同类车型相应轴承后，按国家规定的轴承标准选定，然后再进行其使用寿命的验算。对于汽车变速器用滚动轴承耐久性的评

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