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自行车无级变速器的结构设计【15张图纸】【优秀】【机械毕业设计】

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[A0074]自行车无级变速器的结构设计.zip

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[A0074]自行车无级变速器的结构设计

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附表

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关键词：: a0074 自行车无级变速器结构设计

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中文摘要I

AbstractII

1引言- 3 -

1.1 机械式无级变速器的定义及其应用- 3 -

1.2 机械式无级变速器的发展概况- 4 -

1.3 机械式无级变速自行车研究现状- 5 -

1.4机械式无级变速器研究的目的和意义- 7 -

2 自行车无级变速器总体方案的确立- 8 -

2.1 链式无级变速器的分析- 8 -

2.2 钢球外锥式无级变速器的分析- 9 -

2.3 两方案的比较与选择- 10 -

3 钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算- 10 -

3.1 调速机构的设计与计算- 11 -

3.2 钢球与主﹑从动锥轮的设计与计算- 12 -

3.3 输入﹑输出轴上轴承的选择与计算- 13 -

3.4 调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算- 15 -

3.5 输入﹑输出轴上端盖的设计与计算- 16 -

3.6 输入轴、输出轴的设计与校核- 17 -

3.7 加压盘的设计与计算- 24 -

3.9 自行车无级变速器的安装- 25 -

4 自行车变速器的调整与使用方法- 26 -

4.1 自行车变速器的调整- 26 -

4.2.自行车变速器的使用方法- 26 -

5 结论- 28 -

参考文献- 29 -

致谢- 30 -

中文摘要

无级变速器的传动是指的是在某些调速装置或调速机构的控制作用下,在输入轴输入一定时，输出轴的转速能在一定传动比的范围内快速且连续变化的一种传动方式。本人在分析了链式无级变速器、带式无级变速器、钢球外锥式无级变速器、钢球分离式无级变速器等各种机械式无级变速器的变速方式和无级变速自行车的基础上，将每种变速器的原理与变速方式进行了对比，最终选用结构简单、参数符合的钢球外锥式无级变速器安装使用在自行车上，该无级变速器主要由主、从动锥轮、输入轴、输出轴、加压盘、调速机构、钢球、端盖等零部件组成，此种无级变速器的工作原理为输入轴转动并且通过加压盘装置带动8个钢球运动，同时钢球利用运动过程中的摩擦力带动输出轴转动，期间通过调速机构可以使得钢球在一定的角度范围内摆动，这样就改变了钢球与主、从动锥轮的半径比，从而改变了传动比，实现了能够在一定传动比的范围内任意的变换。最终经过设计与计算，该无级变速器能够在传动比0.75--1.22的范围内进行调速。研究表明:无级变速器用于自行车有利的解决了传统变速自行车的不足之处，大大的提高了自行车的性能,方便了消费者使用。

关键词: 自动变速器；无级变速自行车；无级变速器；调速

Abstract

The CVT transmission is refers to in certain speed regulating device and the regulating mechanism of control, when entering a certain input shaft, output shaft speed can in certain transmission ratio range of rapid and continuous change of a transmission mode. I based on the analysis of the chain CVT, belt CVT, ball cone CVT, ball separation of CVT and other mechanical CVT transmission and CVT bikes, the transmission principle and party each kind of transmission type were compared, the final selection with the simple structure, parameters of ball outer cone CVT mounted on a bicycle, the CVT is mainly composed of a main driven bevel wheel, input shaft, output shaft, and the regulating mechanism, pressure plate, steel ball, cover and other parts, the working principle of CVT for input shaft rotation and by with the pressure plate device drives the 8 ball movement, at the same time, the use of friction ball movement in the process of driving the output shaft to rotate through the speed regulating mechanism can make the ball during the swing within a certain angle, thus changing the steel ball and the main driven bevel wheel radius ratio, thus changing the transmission ratio, the transmission can be compared to the range of arbitrary transform. After the final design and calculation, the CVT can speed ratio range of 0.75--1.22 in drive. Research shows that: stepless speed variator for bicycle favorable solves the shortcomings of traditional variable speed bicycle, greatly improved the performance of the bicycle, convenience to the consumers to use.

Key words: automatic transmission; CVT bike; CVT; speed control

A0-装配图.jpg

A2-箱盖.jpg

A2-右箱体.jpg

A2-左箱体.jpg

A3-输入轴.jpg

A3-调速齿轮.jpg

A4-不完全调速斜齿轮.jpg

A4-传动钢球.jpg

A4-端盖.jpg

A4-加压盘.jpg

A4-联接杆.jpg

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QQ截图20150610014534.jpg

QQ截图20150610014611.jpg

内容简介：: 附表1：本科毕业设计任务书信息与机电工程系填写时间：2014年 11 月 18 日课题名称自行车无级变速器的结构设计学生姓名专业、学号机械设计制造及其自动化毕业设计基本要求、重点需要研究的问题1、毕业设计基本要求：完成自行车无级变速器的结构设计与计算，绘制零件图和装配图。2、重点需要研究的问题：总体方案的确立，选定方案的设计与计算。计划进度安排第一阶段（2014年11月-2014年12月）：根据所学知识与指导老师交流，确定选题范围，查阅与收集相关资料。第二阶段（2014年12月30日）：在导师的指导下，拟定开题报告。开题报告阶段（同时完成文献综述的初稿）。第三阶段（2015年1月-2015年3月）：撰写毕业论文（设计）。第四阶段（2015年3月-4月）：答辩准备工作。第五阶段（2015年5月）：答辩。应收集的资料及主要参考文献1、应收集的资料：自行车无级变速器的类型，无级变速自行车的研究现状，零件的设计与计算的方法等。2、主要参考文献：1周有强.崔学良.董志峰.机械无级变速器发展概述J.机械传动.2005.(第1期). 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.等等。指导教师（签名）：陈金兰职称：讲师系（教研室）主任（签名）：分管院长（签章）：附表2:本科毕业设计开题报告设计题目：自行车无级变速器的结构设计专业年级：机械设计制造及其自动化2011级学号：姓名：指导教师、职称： 2015年 1 月 10 日一、本设计课题的目的意义，主要及拟解决的关键性问题（附参考文献）1）、本设计课题的目的意义：机械无级变速器是一种传动装置，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；其结构特征主要是：需由变速传动机构、调速机构及加压装置或输出机构三部分组成。机械无级变速器的适用范围广，有在驱动功率不变的情况下，因工作阻力变化而需要调节转速以产生相应的驱动力矩者（如化工行业中的搅拌机械，即需要随着搅拌物料的粘度、阻力增大而能相应减慢搅拌速度）；有根据工况要求需要调节速度者（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）；有为获得恒定的工作速度或张力而需要调节速度者（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证恒定的张力等）；有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）；有为探求最佳效果而需变换速度者（如试验机械或李心机需调速以获得最佳分离效果）；有为节约能源而需进行调速者（如风机、水泵等）；此外，还有按各种规律的或不规律的变化而进行速度调节以及实现自动或程序控制等。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。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。这个时代的主题，是企业生存发展的主题，换句话说，自行车企业要在竞争的社会是如此之大，必须顺应时代的发展，以人为本，让更多的人通过设计变频调速系统的青睐。毫无疑问，自行车企业要加快在变速系统的自行车的发展，提高其市场竞争力。2）、主要及拟解决的关键性问题：钢球外锥式无级变速器总体方案的确定。参考文献：1范崇洛主编.机械加工工艺学.东南大学出版社,2009.2邱宣怀主编.机械设计M.第四版.北京高等教育出版社,2007.3周有强主编.机械无级变速器M.成都:机械工业出版社,2001.4孙恒、陈作模主编.机械原理M.第六版.西安高等教育出版社,2000.5吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册M.第三版.北京高等教育出版社,2006.6葛志淇主编.机械零件设计手册.天津冶金工业出版社,1980.7徐灝主编.机械设计手册M.第三卷.北京机械工业出版社,1991.8阮忠唐主编.机械无级变速器.北京机械工业出版社,1983.9机械设计手册编委会主编.减速器和变速器M.第四版.北京机械设计出版社,2007.10周良德、朱泗芳主编.现代工程图学.湘潭湖南科学技术出版社,2000.11傅水根主编.机械制造工艺学基础.清华大学出版社,2011.12马俊、王玫主编.机械制图M.第四版.北京邮电大学出版社,2007.13麦智生主编.自行车无级变速器J.中国自行车,2002（第2期）.14秦世伦主编.材料力学,成都四川大学出版社.15周有强、崔学良、董志峰主编.机械无级变速器发展概述J.机械传动,2005(第1期).16李新、洪泉、王艳梅主编.国内外通用标准件手册.南京江苏科技出版,2006.17周有强.崔学良.董志峰.机械无级变速器发展概述J.机械传动.2005.(第1期). 18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，1999.二、本设计课题的主要设计、预期设计结果1）、本设计课题的主要设计：调速机构的设计与计算、钢球与主从动锥轮的设计与计算、输入输出轴上轴承的选择与计算、调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算、输入输出轴上端盖的设计与计算、输入轴、输出轴的设计与校核、加压盘的设计与计算 2）、预期设计结果：与传统变速自行车相比，（1）、换挡的问题满足更多种类的速度比，一般的变速自行车设计为前后双齿轮组。无级变速自行车可以实现速比的连续变化，对前、后齿轮的记忆复杂的搭配，增加易用性。（2）、链条问题传统变速自行车变速时由于在齿轮组空隙中容易掉链，无级变速自行车采取金属带式无级变速方式，锥形金属带夹两锥轮之间，不易脱链。和金属带和锥轮比普通齿轮链更优异的性能。降低维护难度。（3）、重心问题传统变速自行车的变速齿轮齿盘基本上都是安装到自行车的一侧，导致重心偏移，容易倾倒。无极变速后轮并排，中间传输，重力中心，便于转弯控制。（4)、操作难度降低，适用于中国最早一代使用自行车却正在慢慢老去的群体。只需转动旋钮即可实现变速。（5)、上坡问题普通变速自行车由于前后轮同时放置变速器，重心较无级变速自行车靠前。上坡难度比后置无级变速自行车大。（6)、维修问题普通变速自行车因构建过多，增加了维修难度，而无级变速自行车零件简单，维修难度低。（7)、转弯问题采取前轮小后轮大的设计方式，增加了转弯的灵活性。由于主要构件集中于后轮，重心靠后，可以减小前轮小容易前翻的问题。三、设计方法和步骤（1）、查阅文献、收集资料；（2）、将当下比较实用的无极变速器进行比较，拟定实验研究或设计方案；（3）、深入研究所选定的方案，进行理论分析和技术可行性论证；（4）、通过查阅相关资料及结合课程设计方法对每一部分零部件进行设计；（5）、撰写开题报告；（6）、拟定写作提纲，撰写毕业论文或编写设计说明书初稿；（7）、修改定稿。四、设计工作的总体安排及进度第一阶段：2014年11月-2014年12月根据所学知识与指导老师交流，确定选题范围，查阅与收集相关资料。调查取证资料阶段第二阶段：2014年12月30日在导师的指导下，拟定开题报告。开题报告阶段（同时完成文献综述的初稿）第三阶段：2015年1月-2015年3月撰写毕业论文（设计）第四阶段：2015年3月-4月答辩准备工作第五阶段：2015年5月毕业论文（设计）答辩五、指导教师审查意见：签字：年月日六、系(教研室)审查意见：签字：年月日七、学院审查意见：分管院长签章：年月日说明书设计题目：自行车无级变速器的结构设计专业年级： 2011级机械设计制造及其自动化学号：姓名：指导教师、职称： 2015 年5 月 12 日目录中文摘要IAbstractII1引言- 3 -1.1 机械式无级变速器的定义及其应用- 3 -1.2 机械式无级变速器的发展概况- 4 -1.3 机械式无级变速自行车研究现状- 5 -1.4机械式无级变速器研究的目的和意义- 7 -2 自行车无级变速器总体方案的确立- 8 -2.1 链式无级变速器的分析- 8 -2.2 钢球外锥式无级变速器的分析- 9 -2.3 两方案的比较与选择- 10 -3 钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算- 10 -3.1 调速机构的设计与计算- 11 -3.2 钢球与主从动锥轮的设计与计算- 12 -3.3 输入输出轴上轴承的选择与计算- 13 -3.4 调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算- 15 -3.5 输入输出轴上端盖的设计与计算- 16 -3.6 输入轴、输出轴的设计与校核- 17 -3.7 加压盘的设计与计算- 24 -3.9 自行车无级变速器的安装- 25 -4 自行车变速器的调整与使用方法- 26 -4.1 自行车变速器的调整- 26 -4.2.自行车变速器的使用方法- 26 -5 结论- 28 -参考文献- 29 -致谢- 30 -中文摘要无级变速器的传动是指的是在某些调速装置或调速机构的控制作用下,在输入轴输入一定时，输出轴的转速能在一定传动比的范围内快速且连续变化的一种传动方式。本人在分析了链式无级变速器、带式无级变速器、钢球外锥式无级变速器、钢球分离式无级变速器等各种机械式无级变速器的变速方式和无级变速自行车的基础上，将每种变速器的原理与变速方式进行了对比，最终选用结构简单、参数符合的钢球外锥式无级变速器安装使用在自行车上，该无级变速器主要由主、从动锥轮、输入轴、输出轴、加压盘、调速机构、钢球、端盖等零部件组成，此种无级变速器的工作原理为输入轴转动并且通过加压盘装置带动8个钢球运动，同时钢球利用运动过程中的摩擦力带动输出轴转动，期间通过调速机构可以使得钢球在一定的角度范围内摆动，这样就改变了钢球与主、从动锥轮的半径比，从而改变了传动比，实现了能够在一定传动比的范围内任意的变换。最终经过设计与计算，该无级变速器能够在传动比0.75-1.22的范围内进行调速。研究表明:无级变速器用于自行车有利的解决了传统变速自行车的不足之处，大大的提高了自行车的性能,方便了消费者使用。关键词: 自动变速器；无级变速自行车；无级变速器；调速Abstract The CVT transmission is refers to in certain speed regulating device and the regulating mechanism of control, when entering a certain input shaft, output shaft speed can in certain transmission ratio range of rapid and continuous change of a transmission mode. I based on the analysis of the chain CVT, belt CVT, ball cone CVT, ball separation of CVT and other mechanical CVT transmission and CVT bikes, the transmission principle and party each kind of transmission type were compared, the final selection with the simple structure, parameters of ball outer cone CVT mounted on a bicycle, the CVT is mainly composed of a main driven bevel wheel, input shaft, output shaft, and the regulating mechanism, pressure plate, steel ball, cover and other parts, the working principle of CVT for input shaft rotation and by with the pressure plate device drives the 8 ball movement, at the same time, the use of friction ball movement in the process of driving the output shaft to rotate through the speed regulating mechanism can make the ball during the swing within a certain angle, thus changing the steel ball and the main driven bevel wheel radius ratio, thus changing the transmission ratio, the transmission can be compared to the range of arbitrary transform. After the final design and calculation, the CVT can speed ratio range of 0.75-1.22 in drive. Research shows that: stepless speed variator for bicycle favorable solves the shortcomings of traditional variable speed bicycle, greatly improved the performance of the bicycle, convenience to the consumers to use.Key words: automatic transmission; CVT bike; CVT; speed controlIII1引言1.1 机械式无级变速器的定义及其应用无级变速器分为液压传动无级变速器、机械式无级变速器、电力传动无级变速器三种，因为本设计的课题是自行车的无级变速器，而自行车的动力源来自人体动力输入，所以用在自行车上的变速器只能考虑机械式无级变速器，以下主要介绍的是机械式的无级变速器。机械无级变速器是输入输出机构、实现传动变速机构、调速装置、加压盘装置等零部件组成的一种传动装置。该机构的主要特点是：在输入机构中输入转速保持不变的条件下，输出机构中的输出转速能够在一定传动比的范围内随意且不断的变化，即使得速度在传动比范围内任意的变化，从而有利于大至企业生产设备在不同生产要求及工艺条件下实现产品的生产需求，小到生活中一些工具利用该变速装置完成不同的事情，或是在安装在自行车上的使用，大大的改善了传统变速器的不足之处。并且该无级变速器由于依靠摩擦力实现变速具有转速稳定，钢球式的转动使其滑动率较小，传动的效率很高。该装置机构比较简单，安装及维修方便，制造成本相对较便宜。机械式无级变速器的应用范围很广，主要表现在以下几个方面：1）、因为此无级变速器所能承受的扭矩较小，因此在汽车领域中，不能被应用于扭矩较大的发动机，在此领域中比较常见的例子有通过链条传动的小型轿车，链条传动所产生的扭矩一般比较小；生活常见的依靠链条、皮带等传动的电动车、踏板车、摩托车、卡丁车等等。据新闻消息了解，东风日产现已研究出了能够承受扭矩在300-400N.m的机械式无级变速器，这是机械式无级变速器领域的一个突破。2）、在输入功率不变的情况下，因为产品工艺要求或是生产需求不同的条件下，亦或是在受到一些阻力限制的条件下，需要调整不同的速度以达到不同生产要求，实现不同的目的，例如：在福耀玻璃公司的预处理生产线上有的喷粉液、玻璃胶等需要根据其不同的粘稠度使用不同的速度进行搅拌，搅拌机械设备根据不同的物料粘稠度，通过搅拌机阻力大小的变化利用无级变速原理能够时时的改变搅拌机的搅拌速度。与之类似的设备还有车床、铣床、卷绕机等；3）、在工业生产以及建筑工地中需要根不同的工况要求来调节所需要不同的速度，例如：在福耀玻璃公司生产线中的连续烘弯炉，提升机在提升玻璃小车快接近小车轨道的时候会自动将速度降低，此方法就是利用无级变速器原理来实现的，与其类似的还有起重运输机械设备，此机械设备在运输不同的物料随不同区域地点的变化相应的需要改变控制提升机的运行速度；再例如食品机械中的烤干机以及制药机械需要随着温度的变化而调节转移速度； 4）、一些生产设备需要通过调节速度以得到保持恒定的工作速度或者张力，例如:福耀玻璃公司生产线中对PVB膜片进行钨丝的绕线机设备需保持恒定的卷绕速度；5）、为了节约资源对一些设备需要在不同的时间阶段进行调速，例如：福耀玻璃公司生产线中大量的水泵在不同的情况下调节其不同的速度达到节约资源的目的，类似还有散热风机等。6）、还有许多按照规律性和不规律性的变化而对速度进行不同程度的控制与调节，从而实现自动化的生产，工业PLC的程序控制。总之，机械式无级变速器具有价格便宜，结构简单，维修及其维护方便，传动效率和传动平稳性好，实用性较强的一种装置，能够实现适应不同的变工况工作，简化传动方案，节约能源和减少污染等要求。1.2 机械式无级变速器的发展概况机械式无级变速器适用于生产过程自动化发展，万向传动装置的机械性能的一种装置。在国外的发展已经有超过数百年的历史，在受条件限制的初始阶段，进展一直很缓慢。直到1950年之后，一个原因是随着科学技术的发展，材料的限制因以及工艺润滑问题的解决，另外一个因素是市场需求的增加，从而促进机械式无级变速器装置的开发和生产，使各类产品的快速增长得到了广泛的应用。1791年，最原始的自行车诞生于法国，是由西弗拉克发明的。此自行车只有两个轮子，依靠人骑在自行车上用两脚蹬着地面使自行车前进。1801年，世界上第一辆车的脚踏自行车由俄国人阿尔塔马设计出。1817年，运动方向可以改变的自行车诞生，它是由德国人德雷斯在自行车上安装了一个方向舵。1839年，第一辆被世界公认的自行车诞生了，该自行车利用杠杆原理在自行车的后轮上安装了曲柄，使用连杆将曲柄与踏板联接起来，骑车手只要反复的蹬脚踏板，就可以驱使自行车向前进。1865年法国拉里门将后轮驱动改为前轮驱动,即将曲柄为前轮，前轮驱动, 提高了行车速度。同时保持前轮旋转支架，杠杆制动后轮。使得这种自行车行驶速度是前轮的直径成正比。为了提高速度，就需要增加前轮直径。为了减轻自行车的重量，减小后轮的直径。最终由于使用不方便，同时也存在安全隐患被淘汰。1867年，英国的麦迪逊将钢丝辐条配备在自行车使用。1869年,在德国出现在了后轮定位的自行车，并且在自行车上采用安装了脚刹车, 弹簧,飞轮，滚动轴承等零部件.1879年，英格兰劳森为了避免大直径车轮带来的不便,采用了链传动，提高了传输率，使其成为现代自行车的雏形的标志。1886年,英国杰姆斯改变自行车前后对同一尺寸链中的增加，使其模型和现代自行车基本上是相同的。1888英国邓禄普使用橡胶制造了车轮的内胎和外胎,并以充气的方式提高了轮胎的效率,使得骑行省力、方便，时代发展至今，自行车已经成为世界上人们使用最普遍、最简单、最实用的交通方式。国内机械无级变速器的发展，在第二十世纪60年代末才开始兴起，基本上主要应用于一些专业的机械设备。例如：机床、纺织、化工机械和其他辅助部件，由专业机械厂生产的通用，品种不多，产量少。直到八十年代，大量的引进了国外先进设备，现代工业生产和自动装配线的快速发展，市场对于机械无级变速器的需要求日益增大，在这种情况下，制造商开始建立和大规模生产，一些高校也开始开展研究工作，短短的几十年里的发展，品种包括了机械式无级变速器存在的摩擦式，链条，皮带输送机系列和脉冲等其他机构型式，满足了市场与生产发展的需要。同时，无级变速器专业协会、行业协会和组织机构一一简历。定期出版和学术信息交流的WebEx会议。90年代以来，我国制定了机械行业标准共计14个。随着不断的发展，国内的机械式无级变速器产业发展为机械领域中的一个新兴产业。目前，该产业的生产研发主要是基于国外的先进技术，主要产品类型有：1）、皮带式无级变速器：宽V带，普通V带；2）、摩擦式无级变速器：多盘（贝尔型）、环锥式（RX）、行星锥盘式（迪斯科）、锥盘（干、湿）等；3）、脉动无级变速器：三相平行连杆式（基因型）和四阶段和连杆式（零-最大）。4）、齿链式无级变速器：刮板链，链条，链卷。随着国内在该领域技术的逐渐成熟，近年来，国内主要的机械式无级变速器的新发展趋势，开发和生产的：1）、汽车无级变速器的研究与开发：国内已发表的金属带式无级变速器，通过实验，已工业化生产；进口关键部件金属钢带也将生产。2）、原有的产品创新提高：在原行星锥盘无级变速器的基础上，研发出了“恒功率行星摩擦无级变速器”和“没有物理主轴行星齿轮无级变速器的基础上创新，后者的速度比增加了4倍以上，输出扭矩也增加了一倍多。1.3 机械式无级变速自行车研究现状无极变速自行车的发展已逐渐的代替了一些比较传统的变速自行车，现代的形式是多样的，各种各样，以下是今天的社会上存在的无级变速自行车的部分类型。1）、便携式高安全无级变速自行车新型自行车行走的特点是机构，车椅式垂直领导的转向机构，杠杆式无级变速传动机构。适用于重交通，楼层高，住房，停车不便都市区。该装置由杠杆式无级变速器，该框架可横向折叠，前面和后面的小轮子的旅行指南机制并带回一个汽车座椅在垂直转向齿轮自行车龙头驱动轮。该装置主体风格，更奇特但乘坐舒适，更安全，可折叠携带。2）、往复式无级变速自行车对车的悬架系统进行了改进，乘客座椅，前两吊柄和圆弧曲线可往复运动，随着手的引导角度或长度的唯一直接将摇臂实现无级变速，高效能驱动的灵活的后轮；还包括装卸方便不掉休闲椅和保卫秋季防盗可以坐；简化悬架舒适性和货架和携带物品减少紊流3）、低座无级变速自行车是由低架驱动前轮和自行车上的连接后导向，中央与安装在机架上的桶形座椅，骑手可以躺坐在椅子上，前轮两侧放置两条腿。曲柄连杆式无级变速装置是固定在上面的前轮前，由曲柄滑块杆绕铰链驱动轮交替方式。在上部前面的手柄操纵，由钢丝绳牵引的后轮转向。为了不影响自行车的方向。由于较低的座椅高度，减少空气阻力。采用曲柄连杆式无级变速装置，符合人体功能的要求。4）、无链无级变速自行车可任意变换速度的自行车。自行车如车轮，手柄，一个三脚架，打开后，在左栏有齿轮，齿轮和倒档齿轮，和梁的右端设有中心轴齿轮，齿轮和轴齿轮啮合，在定位槽板槽的偏心连杆和杠杆对同轴结束前，杠杆的左端连接齿条，齿条与阳性和阴性，梁上面有拉簧，活动支持和电线电缆。自行车结构简单，方便灵活的调速，耐用，适用于各种车型。5）、人力脚踏驱动式无级变速自行车在中轴线两侧的车架，安装包括锥相对速度驱动轮，驱动轮两侧安装有脚踏两轮盘随着三角皮带传动，两盘压缩弹簧；在对斜梁框架前，配备了由挺杆操纵变速杆可以前后移动，靠近挺杆安装变速轮可以使这两个变速轮附近或分离的插件；在两侧支撑轮的后轮辐条的自行车后轴，轮对槽V带轮的外表面，随着车轮的内侧设有单向旋转棘轮驱动后轮；后斜梁上的V带上安装有推三角皮带张紧张力轮架。走路和变速自行车没有组链轮和链条传动，成本低，重量轻，可实现无级调速，快速转换，速度比。6）、带传动无级变速自行车无级变速自行车，改进了现有的电力自行车传动机构。自行车的动力传动机构包括以下几个部分：小滑轮，滑轮小圆形，小叉，小车轮，滑轮，大轮，轮叉，大带轮和V带，V带的张紧装置，速度，刹车线，飞轮，飞轮的飞轮轴套，飞轮底座，滚子，滚珠轴承。填充在后轴上，靠紧小的驱动轮，小车轮轮轴套固定连接，飞轮底座连接到后轴是固定的，领子里的飞轮也有流线型的槽，滚轮置于槽。无级变速自行车通过皮带传动来实现自行车，传动平稳，噪音低无级变速，操作方便，调速，调速范围大；无级变速自行车的同时，结构简单，加工方便，可实现大批量生产。1.4机械式无级变速器研究的目的和意义关于无级变速自行车的研究意义、实用价值如下：1）、换挡的问题满足更多种类的速度比，一般的变速自行车设计为前后双齿轮组。无级变速自行车可以实现速比的连续变化，对前、后齿轮的记忆复杂的搭配，增加易用性。2）、链条问题传统变速自行车变速时由于在齿轮组空隙中容易掉链，无级变速自行车采取金属带式无级变速方式，锥形金属带夹两锥轮之间，不易脱链。和金属带和锥轮比普通齿轮链更优异的性能。降低维护难度。3）、重心问题传统变速自行车的变速齿轮齿盘基本上都是安装到自行车的一侧，导致重心偏移，容易倾倒。无极变速后轮并排，中间传输，重力中心，便于转弯控制。4)、操作难度降低，适用于中国最早一代使用自行车却正在慢慢老去的群体。只需转动旋钮即可实现变速。5)、上坡问题普通变速自行车由于前后轮同时放置变速器，重心较无级变速自行车靠前。上坡难度比后置无级变速自行车大。6)、维修问题普通变速自行车因构建过多，增加了维修难度，而无级变速自行车零件简单，维修难度低。7)、转弯问题采取前轮小后轮大的设计方式，增加了转弯的灵活性。由于主要构件集中于后轮，重心靠后，可以减小前轮小容易前翻的问题。这个时代的主题，是企业生存发展的主题，换句话说，自行车企业要在竞争的社会是如此之大，必须顺应时代的发展，以人为本，让更多的人通过设计变频调速系统的青睐。毫无疑问，自行车企业要加快在变速系统的自行车的发展，提高其市场竞争力。2 自行车无级变速器总体方案的确立自行车无级变速方式有链式无级变速器、钢环分离锥式(RC型)无级变速器、刚性定轴无级变速器等许多形式。在此，我选择了两种方案作参考和比较，最终选择一种理想的方案。这两种方案分别是链式无级变速器和钢球外锥式无级变速器，分别描述如下。2.1 链式无级变速器的分析图2-1 链式无级变速器链式无级变速器是一个钢制柔性变速驱动。此变速器的磨损率的130，功率是带传动的11倍，与刚性摩擦传动相比，其具有以下特点：结构紧凑，使用寿命长，链条对于链轮表面的损坏程度较低，。链式无级变速器的缺点是：制造成本高，运行速度过高会导致离心力太大，重量大；要使它能够高速度运行必须要尽量减少链的重量。链式无级变速器主要由两对可以轴向移动的锥轮、输入轴、输出轴、导向键、花键、变速传动链等零部件构成。其工作原理是：依靠两对可以轴向移动的锥轮通过导向键联接到相互平行的输入轴与输出轴上，两锥轮间形成一个夹槽，夹槽里有变速传动链，依靠压紧力使链轮和链条形成一个封闭的空间，在封闭空间中运动副依靠摩擦力来传递动力。在轴关节联动两对链轮有三种方式：1）、锥轮1-1中的一个链轮与锥轮2-2中的一个链轮进行对角配置，从而使其作轴向移动。同理，另外一对链轮进行对角配置，使其作同向移动，使得轴上的链轮副关闭时，另一个轴链轮副开放；2）、如图2-1所示，锥轮1-1合拢时锥轮2-2张开，锥轮1-1张开时锥轮2-2合拢，两对锥轮都可以作轴向移动；3）、类似方式一，两对锥轮其中各取一个行程一对进行轴向固定，另外的两轮作反方向的移动，这样便形成了两对链轮的张开或者是合拢，为了形成两对链轮的关闭或开启，但固定轮扁，两轮之间形成单楔槽。在开链和链轮，代理各种半径的对应位置，实现无级变速。除了以上的传动机构外，还有使链轮驱动调速机构、夹紧力使链、连锁机构等。链式无极变速器由于其传递的转矩在变速过程中是不断变化的，链条具有一定得寿命以及一定极限的工作拉力，所以链式无级变速器具有变功率、变转矩特性。在较低的输出转速，输出扭矩大，功率恒定的条件下，为了避免链过度的张力、承载力和速度过快，应将链式无级变速器的速度比调整为比实际工作的速度比更小，从而在更好的条件下使传动工作，并能减小变速器的尺寸和成本，通过对体积和成本的传输速度比始终高于小功率传动变速比。2.2 钢球外锥式无级变速器的分析图2-2 钢球外锥式无级变速器如图2-2所示，钢球外锥式无级变速器主要由输入轴、输出轴、加压装置、主动锥轮、从动锥轮、传动钢球、调速斜齿轮、传动钢球、外环、端盖等零部件组成。其中两端盖里有径向弧行倒槽，钢球的支撑轴的两端嵌装在壳体两端盖的径向弧行倒槽内，并且穿过斜齿轮的曲线槽。其工作原理是由输入轴输入动力，主动锥轮通过加压装置与输入轴进行同速转动，钢球与主动轮表面有接触，通过摩擦力作用，主动轮转动带动钢球旋转，而钢球旋转通过摩擦力又带动从动轮转动。同样，从动轮通过加压装置带动输出轴转动，将动力输出。进行调速时通过两对斜齿轮转动，因为曲线槽的作用使钢球轴线的倾斜角发生变化，从而使得钢球与两锥轮的工作半径发生改变，最终改变了传动比，使输出轴转速得到调节。这种变速器应用广泛。图2-3 钢球外锥式无级变速器变速示意图在从动轮的端面有一组圆弧或者是阿基米德螺旋线的曲线槽,数量与转动钢球的数量一样多.当从动轮转动时,曲线槽会迫使钢球绕钢球的轴心上下摆动,从而导致主动轮、从动轮与钢球的半径发生变化，即传动比发生变化，从而实现无级变速。具体工作原理为：如图2-3所示，主动锥轮1和从动锥轮2分别安装在轴和轴上，钢球3可绕轴4自由的转动，并且被加压盘压紧在两锥轮的工作锥面上。2.3 两方案的比较与选择由于链式无级变速器的制造成本高，运行速度过高会导致离心力太大，重量大，运行速度不能太高，所以不适合使用在自行车上。钢球外锥式无级变速器结构简单，原理清晰，所有参数也符合设计要求，所以选择此变速器。3 钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算钢球外锥式无级变速器零件的设计与计算主要包括调速机构，钢球与主从动锥齿轮，输入输出轴上轴承，调速齿轮上的变速曲线槽，输入输出轴上端盖，输入轴与输出轴，加压盘等部分的设计与计算，以下各章节分别介绍以上各零部件的设计与计算。3.1 调速机构的设计与计算调速机构采用一对传动比较平稳的斜齿轮来分度调速，在设计过程中，为了确保主动斜齿轮转动1200，从动斜齿轮跟着转动900 ，那么只要将主动斜齿轮的直径设计成从动斜齿轮的3/4，就可实现这一目的。根据斜齿轮的设计方法，主要对斜齿轮的模数、螺旋角、法面压力、端面压力、齿距、直径等参数进行设置。（1）、从动斜齿轮的设计与计算模数 mm 螺旋角法面压力角端面压力角所以基圆柱螺旋角所以法面齿距 mm端面齿距 mm法面基圆齿距 mm法面齿顶高系数法面顶隙系数分度圆直径 mm基圆直径 mm齿顶高 mm 齿根高 mm齿顶圆直径 mm齿根圆直径 mm法面齿厚 mm端面齿厚 mm 当量齿数 (2)、主动斜齿轮的设计与计算模数 mm分度圆直径 mm基圆直径 mm齿顶圆直径 mm齿根圆直径 mm当量齿数其余参数均与从动斜齿轮相同，两齿轮的宽度均为5 mm，但主动斜齿轮只需转过1200，所以该斜齿轮只需设计成不完全齿轮。3.2 钢球与主从动锥轮的设计与计算主要是通过计算主、从动锥轮的工作直径、两锥轮间的轴向直径、输入转速与输出转速从而确定传动比，即变速范围。以此来确定钢球的工作直径、转动的角度范围等参数的设计与计算。输入功率 =0.4039 kw其中：，kg，kg，,，轮胎直径： mm（普遍自行车的直径尺寸）由力学知识可得：轮胎所产生的转矩与钢球摩擦所产生的转矩应平衡其中：mm ，Q为钢球所受正压力代入数据可得：根据材料力学元器件许用应力参考可知传动件的j=170500 Mpa 带入上式得：，取 dq=25 mm，钢球数输出转速 n2=142.3 r/min输入转速 n1=142.3/(0.751.22)=189.7116.6 r/min传动比变速范围钢球支轴的极限转角增速方向减速方向圆锥工作直径 mm钢球中心圆直径 mm钢球侧隙外环内经 mm外环轴向截面圆弧半径 mm ,取 R=18 mm锥轮工作圆之间的轴向距离 mm3.3 输入输出轴上轴承的选择与计算通过对输入轴、输出轴轴承的校核与寿命计算，选择最佳的轴承。（1）、输入轴轴承的寿命计算图3-3.1 输入轴轴承受力计算示意图 N 轴承2被拉松 N N轴承1被压紧 N N所以轴承2的当量载荷为 N 轴承1的当量载荷为 N所以 Lh1= =1088 h Lh2= h（2）、输出轴上轴承的寿命计算图3-3.2 输出轴轴承受力计算示意图N轴承2被拉松 N N轴承1被压紧 N N所以轴承1的当量载荷为 N 轴承2的当量载荷为N所以 Lh1=1127.3 h Lh2= h3.4 调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算槽的张角=800120 ,取=900。(1)、变速曲线槽的槽形曲线为圆弧，中心线上三个特殊点 A，B，C的坐标系（以O为极点）分别为：时, mm其中：（0.51.0）=（0.51.0）=15.5 mm I=1时，B= =49.460 mm 时，, mm图3-4 变速曲线槽(2)、用通过三点作圆弧的方法确定槽圆弧确定曲线半径R和中心O”(3)、要求传动比Ix与齿轮转角呈线性变化时，槽形曲线方程为：R（）=0.5D3+lsin =0.5D3+lsinarctan =0.571.7+15.5sinarctan =35.85+15.5sin(arctan)3.5 输入输出轴上端盖的设计与计算主要是对端盖各尺寸的设计与计算，端盖密封圈的设计与计算。密封圈的设计如图3-5.1所示轴径 mm ， mm ， mm ， mm端盖的设计及计算如图3-5.2所示图3-5.1 密封圈图3-5.2 端盖 mm mm mm mm mm ,取 4 mm mm D4=D1015 mm mm D6=24=32 mm mm , mm , mm3.6 输入轴、输出轴的设计与校核通过对轴上传递功率以及作用于锥轮上的正压力的计算来确定轴的直径尺寸大小，最后对轴进行载荷计算、弯矩校核、键校核。1）、输入轴的设计与计算（1）、输入轴上传递的功率为 kw转速 n1=189.7116.6 r/min ,取 n1=135 r/min转矩 T1=9550000=9550000=28572 Nmm（2）、如图所示，作用于锥轮的正压力 Q 图3-6.1正压力计算示意图由前计算可知：，其中mm 所以 N 单个锥轮的轴向力 Fa=径向力 N（3）、轴的最小直径选取轴的材料是40Cr，调质处理，取A0=100，于是得：dmin = =100=14.4 mm ，取 dmin=14.5 mm（4）、轴的机构设计图3-6,2 输入轴如图3-6.2所示，-段装飞轮，-段装端盖，-段装轴承，规格是d1=17 mm，-段为轴肩，d=19.4 mm，-段装轴承，规格d2=12 mm，- ,-段装压紧装置以及装锥轮。 (5)、轴上的载荷计算-段不承受径向载荷两轴承的距离为 mm飞轮压轴力方向线与轴承的距离为 mm图3-6.3压轴力受力模型压轴力Fp 的计算 Fe=1000 v=选定链条型号和节距查机械设计【1】表9-7，9-13，单排链 kw r/min由PCA和n的值查机械设计【1】图9-11，得可选10A-1，链条节距 mm故 v=0.904857 m/s所以 Fe=446.4 N 所以 n（链条水平布置时的压轴力系数KFP=1.15）所以 N 所以 n计算最大弯矩 N.mm（6）、弯矩的校核T=9550000=9550=28572 NmmCA=34.7 Mpa-1=60 Mpa 键槽处轴的校核 W(c)=224.7 （AC）= 57.22 Mpa CA=60 Mpa（7）、键强度的校核平键的尺寸为，键槽轴深 p=147.8 Mpa p=120150 Mpa满足条件花键校核 p=2T103/(zhldm) 其中：为载荷分配不均系数，取0.8花键齿数齿的工作长度 mm 花键齿侧的工作高度 mm 花键的平均直径 mm p=41.34 Mpa p=4070 Mpa 花键的连接情况是：使用或制造情况不良，齿面未经热处理，故满足要求2）、输出轴的设计与计算（1）、输出轴上的传递功率为 kw转速 r/min于是转矩 T2= =9550000=23311.9 Nmm（2）、作用于锥轮的正压力 Q 由前计算可知： , 其中mm 所以Q= N 单个锥轮的轴向力 Fa=径向力（3）、初步确定轴的最小直径选取轴的材料是40Cr，调质处理，取A0=100，于是得：dmin = =100=13.5 mm 取d=14.5 mm（4）、轴的结构设计图3-6.4输出轴只有-段不一样，输出轴-段装的是后轮轴。这样设计便于统一加工。（5）、求轴上的载荷两轴承的距离为 mm压轴力F合压与轴承的距离为mm图3-6.5压轴力受力模型如图3-6.5所示 F合压=558.1 N N 所以 N N（6）、计算最大弯矩 N（7）、校核扭矩所受扭矩： NmmA处校核 CA=52.3 Mpa CA MpaC出校核W(c)=224.7（AC）=41.5 Mpa CA=60 Mpa故校核安全（8）、键强度的校核平键的尺寸为，键槽轴深p=26.8 Mpa p=120150 Mpa满足条件花键校核p=2T103/(zhldm)其中：为载荷分配不均系数，取0.8花键齿数 mm 齿的工作长度花键齿侧的工作高度 mm 花键的平均直径 mm p=29.99 Mpa p=4070 Mpa花键的连接情况是：使用或制造情况不良，齿面未经热处理，故满足要求3.7 加压盘的设计与计算加压盘的作用直径 = (0.50.6) D1 = (0.50.6) 54 = 2732.4 mm取 mm滑动摩擦角加压盘V形槽倾角 =arctan =14.850传动钢球的确接触应力为 =1353=1353=2251.35 Mpa j每个钢球作用在V形槽侧面的正压力 Qy= =651.6 N用钢球加压装置时 jmax=1370=1370 =4865.6 Mpa j其中：j为40005000 Mpa钢球半径 mm mm碟形弹簧预紧力为200 N ,结构设计如下图所示：图3-7.1加压装置3.9 自行车无级变速器的安装无级变速器的输出轴上安装着自行车的后轮，输入轴上安装自行车的后飞轮，整个变速器位于后轮右侧。变速器的主动调速齿轮上安装摇杆，该摇杆可以伸缩，这样在不调速时保证摇杆空间尺寸较小。摇杆可转动1200，这样可带动从动调速论转动900,从而使自行车速度在最大速度和最小速度之间变动。1、4、7-端盖 2-轴承 3-套筒 5-轴套 6-轴管图3-12 变速器安装示意图自行车后轮与输出轴的安装方式如上图所示，1、4、7端盖是用来密封，保护轴承5的，普通自行车的后轴管和花盘是分开的，我这里把它们作成一个整体，即轴管6，与后轴用键连，轴套5的作用是轴向定位轴管，轴承2与轴采用过盈配合。4 自行车变速器的调整与使用方法4.1 自行车变速器的调整以品牌SHIMANO DEORE LX双控指拨为例，对自行车后轮上的两枚螺丝（如下图所示）进行调试：H螺丝用于定位在最大盘片时链条的位置。逆时针即旋出：前拨臂远离坐管；顺时针即旋进：前拨臂靠近坐管。注意：逆时针（旋出）要掌握好尺度，太过，会导致链条脱盘，卡在曲柄与大盘之间。L螺丝用于定位在最小盘片时链条的位置。逆时针即旋出：前拨臂靠近坐管；顺时针即旋进：前拨臂远离坐管。注意：逆时针（旋出）要掌握好尺度，太过，会导致链条脱盘，卡在五通与小盘之间。4.2.自行车变速器的使用方法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

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