JXSW01-075@钢球锥轮式无级变速器设计说明书
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JXSW01-075@钢球锥轮式无级变速器设计说明书,机械毕业设计全套
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旧底图总号A0:841x1189签 字日 期绘 图借(通)用件登记底图总号HT标记设 计共 张S图 样 标 记 重 量 比 例湘潭大学兴湘学院机械三班处数 更改文件号 签 字 日 期标准化校 对审 核工 艺 日 期批 准第 张无级变速器装配1:1.5朱炫睿BSQ45014 BSQ450-11 外盖 2 铸铁4013 BSQ450-10 加压盘 2 GCr1512 BSQ450-09 鼓形滚子 16 GCr1511 BSQ450-08 保持架 2 GCr1510 BSQ450-07 钢球 6 GCr159 BSQ450-06 右箱盖 1 铸铁408 BSQ450-05 盖板 1 铸铁407 GB65-85 M8 六角螺钉 4 Q235A6 GB/ZQ4450-86 通气帽 1 Q235A5 BSQ450-04 外环 1 GCr154 BSQ450-03 箱体座 1 铸铁403 BSQ450-02 左箱盖 1 铸铁402 BSQ450-01 传动钢球轴 6 青铜1 GB/T70.1-2000 左Tr-20x2 内六角螺钉 5 Q235A序号 代号 名称数量 材料 备注5 5 k 6O9 0 J 7O5 0 k 6O8 0 J 7O 4 2 H 7 / k 6 O5 0 H 7 / p 6 O技术要求1、 装配前 ，全部零件用煤油清洗 ，箱体内不许有杂物存在 。在内壁涂两次不被机油侵蚀的涂料 。2、 用涂色法检验斑点 ，钢球与锥轮的接触斑点不少于20%。3、 变速器剖分面及其密封处均不许漏油 ，剖分面可涂水玻璃或密封胶 。4、 润滑用 SH0357-92中的50号工业齿轮油 。5、 变速器表面涂灰色油漆 。4 2 f 7 5 0 a 1 13 2 0 0 . 16 2 5482.845 01 5 0 0 . 1O254.9441031062024 364191615211171352021181022127239143 84 61262427 2931303328253234 GB/T119.1-2000 定位销 1 Q235A33 BSQ450-21 底座 1 铸铁4032 GB/T97.1-2002 螺母垫圈 2 Q235A31 GB/T6170-2000 M36 I型六角螺母 2 Q235A30 GB/T5782-2000 M36 六角头螺栓 2 Q235A29 GB65-85 M12 六角螺钉 8 Q235A28 BSQ450-20 蜗杆右端盖 1 铸铁4027 GB/T276-1994 6011深沟球轴承 2 Q235A26 BSQ450-19 调速涡轮 1 45钢25 BSQ450-18 蜗杆端盖 1 铸铁4024 BSQ450-17 调速蜗杆 1 45钢23 GB/T70.1-2000 Tr-20x2 内六角螺钉 5 Q235A22 BSQ450-16 锥轮 2 GCr1521 BSQ450-15 调整垫圈 2 GCr1520 BSQ450-14 碟形弹簧 4 GCr1519 GB/T276-1994 6010深沟球轴承 2 Q235A18 BSQ450-13 输入输出轴 2 45钢17 BSQ450-12 内盖 2 45钢16 GB/T292-1994 7011角接触球轴承 2 Q235A15 GB65-85 Tr-16x4 六角螺钉 12 Q235A序号 代号 名称数量 材料 备注O 5 1 032039.6OO90 4 0 k 6O9 0 J 7OTr 16 x 4Tr 20 x 2M36M36 x 2Tr 20 x 23 2 02 0 075045OTr-20x2M8M122 2 6 . 8 5OntsntsCAD旧底图总号A2:420x594签 字日 期绘 图借(通)用件登记底图总号HT标记设 计共 张S图 样 标 记 重 量 比 例湘潭大学兴湘学院机械三班处数 更改文件号 签 字 日 期标准化校 对审 核工 艺 日 期批 准第 张调速涡轮45钢1:2朱炫睿BSQ450-198 5 . 8 8143.078.356 2 . 3 21 1 3 .4 26 0 . 9901 228.3O633 6 0 . 5 50 -0.100O3 5 2 . 1 20 -0.100O1 5 0O41.79R 6 0R8 5蜗杆类型 ZA齿数 z 53端面模数 m 6.3轴截面齿形角 a 20变位系数 x 0.246分度圆螺旋角 r 15螺旋线方向 左精度等级 7级 GB/T 10089-19882 0 0 0. 0 6 51.63.23.23.2A0.065 A其余 6.3技术要求1、材料45钢，正火处理后齿面硬度170210HBW；2、未注圆角半径为R3；3、未注倒角为C2。ntsCAD旧底图总号A2:420x594签 字日 期绘 图借(通)用件登记底图总号HT标记设 计共 张S图 样 标 记 重 量 比 例湘潭大学兴湘学院机械三班处数 更改文件号 签 字 日 期标准化校 对审 核工 艺 日 期批 准第 张输入输出轴1:1朱炫睿BSQ450-13AA BBA-A B-BCCC-CO42440-0.02039.50-0.020140-0.04342+0.018+0.002O500-0.016O60O550-0.019O50+0.042+0.026O45O50311624307025405223160-0.0431590-0.058d0.015FF3.20.4x45v3.23.2d0.015DEDd0.015E3.23.5技术要求1、材料为45钢，调质处理后表面硬度220250HBW；2、未注倒角为C2；3、未注尺寸公差GB/T18204-m。3.2O500-0.19O420-0.0251.61.60.8其余6.30.8nts 毕业设计说明书 题 目： 钢球机械无级变速器结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2014 年 5 月 10日 nts 目 录 摘要 Abstract 第一章 引言 （ 1） 1.1 机械无级变速的发展概况 （ 1） 1.2 机械无 级 变速器的 特征 及 应用 （ 1） 1.3 国内 机械无 级 变速器的研究现状 （ 2） 1.4 毕业论文设计内容 及 要求 （ 3） 第二章 无级变速器总体方案 （ 4） 2.1 钢球长锥式型无级变速器 （ 4） 2.2 钢球外锥式无级变速器 （ 5） 2.3 两方案的比较与选择 （ 6） 第 三 章 主要 零件 的 计算与设计 （ 7） 3.1 钢球与主、从动锥轮的计算与设计 （ 7） 3.2 加压盘的计算与设计 （ 9） 3.3 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计 （ 11） 3.4 输入、输出轴的计算与设计 （ 12） 3.5 输入、输出轴上轴承的计算与设计 （ 13） 3.6 输 入、输出轴上端盖的计算与设计 （ 13） 3.7 调速机构的计算与设计 （ 13） 3.8 无 级 变速器的装配 （ 14） 第 四 章 主要零件的校核 （ 15） 4.1 输入、输出 轴的校核 （ 15） 4.2 轴承的校核 （ 17） 总结 （ 19） 参考文献 （ 20） 附录 翻译译文及原文 nts 钢球锥轮式无级变速器 的 设计 摘要： 机械无级变速器能够适应不断变化的工艺要求，工艺开发和机械化的一般驱动器提高了设备的机械性能和自动化。本文描述的机械摩擦无级变速器，设计计算的方法，材料和润滑等的知识的基本结构，以及作为该无级变速器设计的理论基础。 这种设计是通过改变球的半径来实现球锥轮无级变速器的输出轴速度的连续变化用作中间球锥形轮驱动部件，工作。本文分析了主，从动轮，球和外工 程和在传输过程中的传力之间的关系 ;实际CVT 球锥轮设计公式的详细推导 ;和选择用于计算具体的设计参数的设计 ;绘制的零件图计算出的CVT 球锥轮装配图和主传动组件，此传输技术的结构和要求的其它方面表现更清晰。 该无级变速器具有良好的结构和性能上的优势，具有很强的实用价值，可作为大规模生产的无级变速器。其主要特点是： 1、调速范围宽 ; 2、良好的恒功率特性 ; 3、可以上升，减速，正，反转。4、光滑，耐冲击性强 ; 5、输出功率较大 ; 6、寿命长 ; 7、速简单，可靠 ; 8、维护方便。 关键词： 无级变速器、摩擦式、钢球锥轮 式、设计 Ball wheel cone design CVT Abstract: Mechanical continuously variable transmission to adapt to changing process requirements , process development and the general drive to improve the mechanical properties of mechanization and automation equipment. Mechanical friction CVT described herein , design and calculation methods , materials and lubrication of the basic structure of knowledge , as well as the CVT design theories. This design is continuously varied by changing the radius of the sphere to achieve the goals cone round CVT output shaft speed of the ball as an intermediate conical wheel drive parts, work . This paper analyzes the relationship between the driving and driven wheels , balls and external works and power transmission during transmission between ; detailed derivation of the actual CVT ball cone wheel design formulas ; and selection of design parameters used to calculate the specific design ; drawn parts diagram calculated CVT ball cone wheel assembly drawing and the main transmission components , other aspects of the performance of this transmission technology architecture and requirements clearer. The CVT has a good structure and performance advantages , has a strong practical value , can be used as mass production CVT. Its main features are: wide speed range ; 2 good constant power characteristics ; 3 can rise , deceleration, positive and reverse . 4 . smooth, high impact resistance ; larger 5 output power ; 6 , long life ; 7-speed is simple, reliable ; 8 , easy maintenance . Keywords: CVT、 Friction、 Ball Cone Wheel、 Designnts 1 第一章 引言 1.1 机械无级变速的发展概况 机械无级变速器是一个 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 ，其主要功能特点是：在恒定的输入速度，输出轴速度可以在一定范围内实现连续变化 ，从而 满足该机器或生产系统 所 需要操作过程中的各种不同的条件要求 。 它 配合减速器传动时 具有显著作用 ， 可进一步扩大变速范围与输出转矩 ，以提高产物的产率，满足产品改造，节约能源，实现机械化和自动化的整个系统的各方面的需要。因此 CVT已 经成为各个工业部门的公共传输部件 ，并且 已被广泛使用。 机械无级变速器最初出现 在 19 世纪 70 年代 ， 但是当时 受材质与工艺的条件限制 ,发展 十分 缓慢 。直到 20世纪 70年代以后，一方面是与冶炼，热处理，精密加工及数控机床和牵引传动理论和油的产生和发展，解决 CVT的研发和生产的限制因素 ；另一方面，随着 生产过程的机械化，自动化和提高性能所需的机械的工作需要大量使用 CVT的。因此，在这种情况下，机械无级变速器获得 了 快速而广泛的发展。主要开发和生产 的国家有 日本，德国，意大利，美国和俄罗斯等。 产品有摩擦式、链式、带式及脉动式四 大类约 30 多 种不同的结构类型。输入功率一般 为 N=(0.09-30)千瓦，个别类型可达到N=(150-175)KW ，输入 转速 一般是 n1=(750、 1500、 3000)转 /分 ;输出 转速 可以是正，反转， 增速或者减速 ，最小速率可以降低到零。 80 年代以来，机械无级变速趋势是 向美国，日本等国家进行用于 汽车高速，高效，高扭矩的 CVT进行研发 。 1.2 机械无 级 变速器的特征 及 应用 机械无级变速器是一种 传动 装置，其功能主要特点是：在恒定的输入速度 下 ，输出轴速度可以在一定范围 内 连续变化来实现，以满足各种操作过程中不同 的应用要求的机器或生产系统 ;其主要结构特征是：需要由可变速 传 动机构，调速机构和 加压 装置或输出装置由三个部分组成。 机械无级变速器的适用范围广 ，有在驱动功率保持不变时，由于工作 阻力 的变化，需要调整驱动转矩的速度以产生适当的 驱动力矩者 （例如， 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 ） ；还有 需要根据情况进行调整所需的速度 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 或 提升nts 2 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 ） ；有为了 获得恒定的运行速度或 张力 需要调节速度 者 （如需要切割导线截面切割加工时保持恒定的速度，电气机械络筒机需要保持一个恒定的卷绕速度，纺织机械，轻工机械浆纱机膜机 都 必须调整速度，以保证恒张力 等 ） ； 有 在整个系统中 为适应各种条件，需要协调各种工况、工位、工序或单元的不同要求 ，并具有自动速度控制 者 （如生产各种半自动或自动操作或流水线操作） ； 有为 了 改变 所要求的速度去探索最佳效果 者 （如 试验机械或者离心机 需要调速 ，以获得最佳的分离） ； 有 为了 节能减排 而需进行调速者 （如风机，水泵等） ； 此外，根据 各种规律的或不规律的变化 ， 进行 自动调整速度或 实现自动或程序控制等 。 总之，采 用无级变速器，特别是 配合减速传动时 ，进一步扩大其转速范围和输出转矩 ，能够更好地适应于提高产品的产量和质量，以满足变换的最佳性能所需的各种条件，可以看出对产品的需求，节约能源，机械化和自动化的整个系统的所有方面都具有显著作用。因此， CVT已经成为传输的基本常见的形式，在纺织，轻工，食品，包装，化工，机床，电机，材料处理采矿和冶金，工程，农业，国防和测试等各类机械使用。 1.3 国内机械无 级 变速器的研究现状 国内机械无级变速器基本上是围绕 20 世纪 60 年代开始到 80 年代中期，随着大量引进国外先进设 备，工业生产和现代自动化流水线的快速发展，为各类机械无级变速器的专业厂家需求显著增加启动建设和规模化生产，一些大学已经开展了研究工作在外地。经过十多年的发展，现在，从机械式无级变速器的研发，生产，以情报信息的各个方面在国内同行业组成了一个较完整的体系，一个新兴的行业，在机械领域的发展。 目前，国内生产的机械式无级变速器的大多是模仿国外产品，主要产品类型 ： (1)摩擦式无级变速器 : 1、行星锥盘式 (DISCO型 )； 2、行星环锥式 (RX型 )； 3、锥盘环盘式 (干式、湿式 )； 4、多盘式 (Bier 型 )等 。 (2)齿链式无级变速器 : 1、滑片链式 ； 2、滚柱链式 ； 3、链式卷绕式 。 (3)带式无级变速器 : 1、普通 V带 ； 2、宽 V带 ； (4)脉动式无级变速器 : 1、 三相并列连杆式； 2、四相并开连杆式。 其中行星锥无级变速器高度灵活的光盘，结构和工艺相对简单，可靠，综合性能好，尤其是需要适应各种生产线，使用最广泛，产量最大，其年度账目机械 50超过无级变速器的总输出。输入功率为广大的 CVT产品（ 0.18-7.5）千瓦，少数种类可以达到（ 22nts 3 30）千瓦左右。 经过前一阶段通过实践，掌握本领域近几年，国内发 展机械无级变速器的生产有一个新的发展趋势，主要是 （ 1）基础上的“恒功率行星摩擦式无级变速机”和“非物理心轴行星齿轮无级变速器”的创新和发展的原盘无级变速行星锥原有产品的创新和改进，后者的传动比由 5个增至 6至 20个或更多，输出扭矩也增加了一倍多，等优良性能，还有一系列的产品。 （ 2）与 CVT 无级变速器汽车的研究和开发是一种高科技产品，目前已开通了金属带式无级变速器，经过测试，现在准备进行工业化生产 ;其中依靠关键部件“金属条”还将自己生产的进口。此外，新的汽车也被用在 CVT和复合带进行讨论。 （ 3）开发新类型 的创新的（汽车和通用）无级变速器近年来取得了创新性的无级变速器，其中无级变速器的特性主要是无摩擦式传动，大多要链接脉动无级变速器的驱动器或采取的主链驱动 ; 实现高功率，恒功率或速度要求 ; 力求结构简单，紧凑，并获得优异的性能。这个计划，已经多年研究试验，在不久的将来，可能会见效。 上述情况可以解释，从过去国内的发展无级变速器模拟阶段和生产进入创新阶段，由低功耗的发展，大功率，高科技发展的总体技术方向，所以在未来可能会有一些新的一代机械无级变速器的优异性能。 随着电力电子技术的发展，自 80 年代以来，许多 出现由交流电机调速方式进行。它作为一种先进的变速器，驱动器控制器及其获得机械无级变速器的迅速发展和应用衍生品产生了一定的影响。它的主要优点是速度快，性能好，规模大，效率高，良好的自我控制，很宽的功率范围。近年来，一种新型开关磁阻电机（ Switched Reluctance Drive - SRD）的出现，以进一步提高性能 ;然而，缺点在于，它们都小于电机的额定速度，只在低转速的效率比低并且足够稳定，从过载性能较差等的恒定转矩特性。 上述功率调速相比，机械无级变速器的特性主要是：机械性能与恒功率，转速稳定，可靠 ，传动效率高，结构简单，维修方便，而且种类很多，范围广泛的应用。因此，在未来的发展，仍具有广阔的前景。 1.4 毕业论文设计内容 及 要求 毕业设计内容：钢球机械无级变速器结构的设计：选择钢球外锥式机械无级变速器，对其进行机构设计与；对关键部件进行强度校核和寿命校核。 设计要求：输入功率 P=11kw,输入转速 n=1500rpm.调速范围 R=5；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。 nts 4 第二章 无级变速器 总体 方案 2.1 钢球长锥式无级变速器 图 2-1 钢球长推式无级变速器结构简图 1. 钢球长锥式 (RC 型 )无级变速器 如上图 2-1所示，为一种早期生产的钢球长推锥式无级变速器结构简图，是利用钢环的弹性楔紧作用自动加压而无需加压装置。由于采用两轴线平行的长锥替代了两对分离轮，并且通过移动钢环来进行变速，所以结构特别简单。但由于长锥的锥度较小，故变速范围受限制。 RC型变速器属升、降速型，其机械特性如下图所示。技术参数为：传动比 i21 = n2/n1 =2 0.5,变速比 R= 4,输入功率 P=（ 0.1 2.2） kw ，输入转速 n1=1500 r/min ,传动效率 85% 。一般用于机床和纺织机械等 . 如图 2-2是 RC 型变速器的机械特性： 图 2-2 机械特性曲线 nts 5 2.2 钢球外锥式无级变速器 钢球外锥式机械无级变速器的结构如图 2-3所示。动力由轴 1输入，通过自动加压装置 2，带动主动轮 3同速转动，经一组 (3 8个 )钢球 4利用摩擦力驱动外环 7和从动锥轮 9；再经锥轮轮 9、自动加压装置 10驱动输出轴 11，最后将动力输出。传动 钢球的支承轴 8的两端嵌装在壳体两端盖 12和 l3 的径间弧形导槽内，并穿过调速蜗轮 5的曲线槽；调速时，通过蜗杆 6使蜗轮 5转动。由于曲线槽 (相当于一个控制凸轮 )的作用，使钢球轴心线的倾斜角发生变化，导致钢球与两锥轮的工作半径改变，输出轴的转速便得到调节。其动力范围为： nR=9， Imax=1/Imin， P 11KW， 4% ， 0.80 0.92 ，应用甚广。 图 2-3 钢球外锥式无级变速器的结构 1、 11-输入、输出轴； 2、 10-加压装置 ;3、 9-主、从动锥轮； 4-传动钢球； 5-调速涡轮 6-调 速蜗杆； 7-外环； 8-传动钢球轴； 12、 13-端盖 nts 6 从动调速齿轮 5 的端面分布一组曲线槽，曲线槽数目与钢球数相同。曲线槽可用阿基米德螺旋线，也可用圆弧。当转动主动齿轮 6 使从动齿轮 5 转动时，从动齿轮的曲线槽迫 使传动钢球轴 8 绕钢球 4 的轴心线摆动，传动轮 3 以及从动轮 9 与钢球 4 的接触 径发生变化，实现无级调速。如图 2-4为其特性曲线： 图 2-4 无级调速的特性曲线 2.3 两方案的比较与选择 钢球长锥式 (RC 型 )无级变速器结构很简单，且使用参数更符合我们此次设计的要求，但由于在调速过程中，怎样使钢环移 动有很大的难度，需要精密的装置，显得不合理。而钢球外锥式无级变速器的结构也比较简单，原理清晰， Kopp-B型无极变速器有余下特点：（ 1）输入轴与输出轴同轴线，结构紧凑并对称，便于制造，输入输出端可以互换。（ 2） 具有传动效率高、滑动率下以及恒功率输出特性；（ 3）变速范围大（ 4）有自动加压装置（ 5）能在运转过程中调速；（ 6）目前最大传动功率为 11kW；因此各项参数也比较符合设计要求，故选择此结构的变速器为最终设计的结构。 nts 7 第 三 章 主要 零件的 计算与设计 3.1 钢球与主、从动锥轮的计算与设计 确定传动件的主要尺寸 1、 选材：钢球、锥轮、外环及加压盘均用 GCr15,表面硬度 HRC61，摩擦系数 =0.04，许用应力，属于点接触， 查文献 2表 2-5 知 传动件 =22002500MPa，压力元件 =44005000MPa。 2、 预选参数：锥轮锥顶半角 =45，传动钢球个数为 Z=6，加压钢球数 m=8，锥轮与钢球 1C =q1dD =1.5, fK =1.25, =0.8。 图 3-1 钢球外锥式机械无级变速器设计简图 3、 运动参数的计算 各尺寸对应图 3-1标注尺寸 由调速范围 R=5， R=imax/imin， 而 imax=1/imin，所以 imin=51 ， imax= 5 。 钢球支撑轴承的 极 限转角： （减速方向）（增速方向）905.2051a r c t a n-45a r c t a n i-905.205a r c t a n45a r c t a n i-m i n2m ax1 52001000510001000m i nm i n2m a xm a x2inin nts 8 4、 计算确定传动钢球的直 径 dq 1 9 0 7.0345c o s 45c o s2c o s c o sc o s 1 C 由 1907.0cos 查 文献 2表 2-3， 得 9918.01- ）（ ，代入公式 3m i n1211f1 inc o s2361524ZCPKCd Hq 324 51500604.0)45c o s3(8.01125.15.1105.22.29918.0361524 6 3 9 7.103 6 2 9.9 cm 表 3-1 按传递功率 P1选取钢球直径 dq的参考值 mm 根据表 3-1中的数据， 圆 整取 mm6.101dq 锥轮直径 4.1 5 26.1 0 15.1dq11 CDmm 圆取整 mm1551 D 则 5255906.16.101155d q11 DC 演算接触应力j3m i n12111j)c o s2(368816iZnCPKdCfq 2cm/kgf15.23109 在许用接触应力范围之内，故可用。 nts 9 5、 计算尺寸 钢球中心圆直径3Dq13 d)c o s( CD16.1045c o s5255906.1 ）（ cm685.22 钢球侧隙 qdZC 1s in)c o s( 1 16.10130s in)45c o s5255906.1( cm182.1 外环内径 rD cmDDDqr 845.323 外环轴向弧半径 R qd)8.07.0(R取 R=7.5cm 锥轮工作圆之间的轴向距离 B cm1842.745s in16.10s indq B3.2 加压盘的计算与设计 图 3-2 钢球 V型槽式加压装置 nts 10 1、 钢球式自动加压装置 如图 3-2， 它由加压盘，加压钢球 ，保持架，调整垫圈，碟形弹簧和摩擦轮与加压盘相对端面上各有的几条均匀分布的 V 型槽。每个槽内有一个钢球，中间以保持架保持钢球的相对位置。摩擦轮与加压盘之间还有预压 蝶形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。 2、 加压装置的主要参数确定 加压盘作用直径pdmmcmDdp 5.7775.75.0 1 其中 1D 为锥轮直径。 加压盘 V形槽倾角 1 18276)45s in75.7 5.1504.0a r c t a n (s ina r c t a n pdfD 取 306 其中 为锥轮锥顶半角， f 为锥轮与钢球的摩擦系数。 加压钢球按经验公式取 cmddqqy 69.161 所以轴向压紧力 k g fdCinPkQqfa 352.357201s in1091.11m i n117m ax 法向压紧力 kg fmQQ ap 45.4 4 9 2 1c o sm a x 185.2 0 4 3 71 3 7 4 3 2 ppZH rQK 故接触强度不足 改用腰鼓形滚子 8 个，取滚子轴向截面圆弧半径 cmr 81 ，横向中间截面半径cmr 8.02 。 曲率系数 8 1 8 2.08.08 8.08c o s 21 21 rr rr由 文献 2表 2-3， 按 8182.0cos ，得 786.0)( 1 带入3 221)11(853 rrQK pZH =23397.958kgf/cm2 工作应力在许用范围内，故可用。 nts 11 3.3 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计 图 3-3 调速涡轮的槽型曲线 如图 3-3， 整个调速过程通常在涡轮转角 10080 的范围内完成，多数取90 。槽型曲线可以为阿基米德螺旋线，也可以用圆弧代替。此方案选用圆弧代替，变速槽中心线必须通过 A,B,C三点，他们的 级 坐标（以 O点为 级 点）分别为： A： 5max ii， 0A mmlDR A 88.85905.20s i n80842.2265.0s i n5.0 max3 B: 1i ， 9.60905151 m a xm a x iiBmmDR B 421.1135.0 3 C: 51min ii， 90 cmmlDR c 07.143905.20s i n80842.2265.0s i n5.0 max3 定出 A、 B、 C 三点，然后采用画图做出弧形槽，槽宽为 12mm。 nts 12 3.4 输入、输出轴的计算与设计 为了防止当轴部分或周向相对运动轴部件除了游泳或空转的要求，必须在轴向和周向定位的，以确保其精确的工作位置，从而使该程序使用定位轴肩，套筒上的轴向力，轴圈，轴承端盖和螺母来保证。 1、 初步确定轴的最小轴径 先按公 式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 号钢，调制处理。选取1120 A ， 于是得出： mmnpAd 769.211 5 0 011112 330m i n 输出轴的最小直径为与锥轮连接处，考虑到此处锥轮与轴是过渡配合，且锥轮工作直径为 155mm，为了保证锥轮与轴配合有良好的对中性，采用锥轮标准的推荐直径为40mm。 图 3-4 输入 、输出轴各轴段分布图 2、 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 如图 3-4， I 轴段安装锥轮和加压盘 保持架，保 证和 轴配合的毂孔长度，取mmdI 42 ， mmLI 70 ； II段轴安装加压盘的一侧以及轴承，加压盘用花键移动实现对锥轮加压，取花键 10911507426 daf GB/T1144-87，轴承同时受到径向力和轴向力作用 ， 初步选择滚动轴承加上退刀槽，取 mmd 50II ， mmL 30II ； III 轴段对轴 II和轴 IV上的轴承内圈起到定位作用，取 mmd 60III ， mmL 24III ； IV轴段做为轴承座安装滚动轴承，因为受轴向力大使用角接触球轴承，取 mmd 55IV ， mmL 17IV ； V轴段根据轴承端盖的装拆和便于对轴承添加润滑剂的要求，采用迷宫式密封，根据标准取mmd 50V ， mmL 30V ；轴 VI段安装 V带，采用推荐直径 mmd 45VI ， 50VI L 。以上初步确定了各轴段直径与长度 ，因为主、从动锥轮一致，轴上零件分布也一样，同时为了节约成本和工艺，选择主、从动轴完全一致。 nts 13 3.5 输入、输出轴上轴承的计算与设计 轴承是标准件， 只需要根据参数选择合适的轴承就可以了，主、从动轴 II 段上因为轴承受到轴向力和径向力的作用，因此选择深沟球轴承 6010GB/T276-94；轴 IV 段轴承为限制轴向右的轴向移动，所以选择角接触球轴承 7011GB/T292-94；两个轴承的基本额定动载荷都大于 10KN，因此角接触球轴承采用正装可满足使用要求。 3.6 输入、输出轴上端盖的计算与设计 端盖的宽度有变速器外形和轴承的结构来决定的，使其适合拆装和便于对轴承添加润滑脂，且左右两个端盖相同。 3.7 调速机构的计算与设计 调速操纵机构的作用：根据工作要求以手动或自动控制方式，改变滚动体（或脉动无级变速器的杆件）间的尺寸比例关系，来实现无级调速。同时通过速度表表盘上的指针直接指出任一调速位置时的输出速度（或传动比）。 根据变速器中传动机构和滚动体形状的不同，对应的调速机构也不同，但基本原理都是将其中某一个滚动体沿另一 个（或几个）滚动体母线移动的方式来进行调速。 一般滚动体均是以直线或圆弧为母线的旋转体；因此，调速时使滚动体沿另一滚动体表面做相对运动的方式，只有直线移动和旋转（摆动）两种方式。这样可将调速机构分为下列两大类： （ 1） 通过使滚动体移动来改变工作半径的； 主要用于两滚轮的母线均为直线的情况，且两轮的回转轴线平行或相交时，移动和方向是两轮的接触线方向。 （ 2） 通过使滚轮轴线的偏转来改变工作半径的； 主要用于滚轮的母线为圆弧的情况 钢球外锥式无级变速器是采用第二种调速类型，通过涡轮 -凸轮组合机构，经涡轮转动再 经槽凸轮而使钢球心轴绕其圆心转动，以实现钢球主、从动侧 工作半径的改变。 调速涡轮在设计上应保证避免与其他零件发生干涉，同时采用单头蜗杆，以增加自锁性，避免自动变速而失稳。 根据整体设计，蜗杆传动的基本尺寸及参数匹配如 表 3-2、表 3-3、表 3-4： nts 14 表 3-2 蜗杆的基本尺寸 （单位： mm） 轴向模数 m 节圆直径 d1 头数 z1 直径系数 q 齿顶圆直径 da1 齿根圆直径 df1 轴向齿厚 蜗杆导程 Pz 6.3 63 1 10 75.6 47.88 9.89 19.98 表 3-3 涡轮基本尺寸 （单位： mm） 节圆直径 d2 外 径 齿根圆直径df2 喉径 涡轮宽度 涡轮齿数 z2 337 360.55 324.98 352.7 41.79 53 表 3-4 蜗轮蜗杆参数匹配 （单位： mm） 中心距 a 传动 比 i 压力角 导程角方向 模数 200 53 20o 左 6.3 3.8 无 级 变速器的装配 1、 变速器的装配 1） 必须彻底的清洗所有的零件，并且用压缩空气吹干或者擦干净； 2） 安装前，各轴承和键槽必须涂上齿轮油或者机械油； 3） 装入轴承前，应使用铜棒在轴承四周均匀敲入；避免用手锤直接敲击轴承，防止轴承损伤； 4） 在安装轴承端盖之前，壳体上的轴承孔与螺孔应涂上密封胶防止漏油； 5） 每个紧固螺栓应该按规定锁紧； 2、 变速器在装配中的调整 1） 锥轮端面与涡轮之间的间隙，一般应为 0.10-0.35mm； 2） 轴的轴向间隙一般取 0.10-0.40mm，可通过轴承盖内垫片的增减来调整； 3） 检查调速情况和蜗杆传动的啮合情况，各档涡轮应该具备较好的自锁性，齿的啮合痕迹应该大于全齿工作面积的三分之一； nts 15 第 四 章 主要零件的校核 本章主要是根据传动要求对无 级 变速器做一个整体的校核。钢球的强度校核在设计过程中已经符合要求，变速器的 承载能力主要受加压装置及钢球与主、从动锥轮之间的接触强度的限制 ，同时在制造与安装过程中应保证一组钢球的直径的一致性。轴承采用标准件，由于蜗杆是用于调速，其轴承主要起支撑作用，受力时间短，故再此不做校核 ，对轴上轴承进行强度与寿命计算。 4.1 轴的校核 ）判断危险截面 截面 B， IV， V 只受扭矩的作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面B、 IV， V均无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面 IV 和 V 处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面 C 上 受力 最大。截面 VI 和 VII 显然更不必校核。键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面 C左右两侧即可。 ）截面 C左侧 抗弯 截面系数 1 2 5 0 0501.01.0 3 dW N mm 抗扭矩截面系数 2 5 0 0 0502.02.0 3 dW T N mm 截面 C左侧的弯矩 M为 39274M N mm 截面 C左侧的扭矩3T为 450000T3 N mm 截面上的弯矩应力为 75.7sca M P a14.31 2 5 0 03 9 2 7 4WM5.1s b 截面上的扭转切应力 M P a1825000450000WTT33 轴的材料为 45号钢，调质处理，由轴常用材料性能表查得： M Pa155M Pa275M Pa640 1-1-B ， 截面上由于退刀槽而形成的理论应力集中系数及按 文献 6中 查取。因04.0502dr nts 16 6.15080dD ，经插值后可查得 k 又由 文献 6可得轴的材料的敏性系数为 85.082.0q q，故有应力集中系数 82.11-282.01)1(1 ）（ qk)1(1 qk=1+0.82 ）（ 1-31.1 1.26 由 文献 6得尺寸系数 67.0E ；扭转尺寸系数 82.0E 。 轴按磨削加工，由 文献 6得表面质量系数 92.0 轴未经表面强化处理，即 1q ，按 文献 6得综合系数为 80.2192.0167.082.111K Ek62.1192.0182.026.111 EkK又由 文献 6得材料特性系数 1.00.2，取 1.005.00.1，取 05.0于是，计算安全系数 Sca值，按公式则得 92.3001.014.38.22751 mKs 57.10901.0962.11551 mKs 3.1451.1092.3057.1092.302222 ssssscas=1.5 故可 知其安全。 3）截面 C右侧同理可得 75.7Sca 5.1s 故该轴在截面 IV 右侧的强度也足够的。本题因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。因此，轴的设计校核结束。 nts 17 4.2 轴承的校核 输入、输出轴采用相同的设计，在此只要校核输出轴的轴承是否满足工程需要。 1） 求两轴承受到的径向载荷 1rF 和 2rF 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个力系。其中：1tF为通过另外加转矩而平移到指向轴线；acF亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。有受力分析可知： 871107 5.778886678886107 2671 DFFF acreV N 8015871888612 Vrrevr FFF N 2360376910767107671 teHr FF N 14092360376912 HrteHr FFF N 2515212r 1 v1 Hrr FFF N 813522222 Hrvrr FFF N 2） 求两轴承的计算轴上力1aF和2aF对于 6010C 型轴承，按 文献 6，轴承派生轴向力reFF d， 其中， e 为判断系数，其值由0CFa 的 大小来确定，但是现在轴承轴向力 aF 未知，故先初取 e=0.4，因此可估算 1 0 0 64.011 rd FFN 32544.022 rd FFN 121403254888621 daea FFFN 100612 da FFN 又得： 607.001 CFa0503.002 CFa查 文献 6确定 422.01 e ， 401.02 e ， NFa 121401 , NFa 10062 。 nts 18 3） 求轴承当量动载荷，由 文献 6进行查表或差值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为： 对轴承 1 44.01 X 327.11 Y 对轴承 2 11X 01Y 因为轴承运转中有中等冲击载荷，按 文献 6查得 8.12.1pf， 取 5.1pf。则 NFYFXfP arp 3.5824)( 11111 NFYFXfP arp 93.2268)( 22222 4) 验算轴承寿命 因为 21 PP ,所以按轴承 2 的受力计算大小来验算 hPCnL p 4.26989)93.226830500(150060 10)(6010 3626 综上所述可得，该设计符合工程要求。 nts 19 总结 本科毕业设计历时两个半月，在这两个半月中，我能按照预期进度安排，按 时按量的完成设计任务。设计初期，我复习了 机械设计 、 材料力学 、 工程图学 等知识，查阅了 机械设计 手册 、 课程设计指导 等规范。在设计中期，利用所学专业知识进行 无级变速器结构和外观的 设计。设计后期，主要进行 三维图和工程图 绘制。设计期间得到了 邱 老师 的指导和帮助，在此深表谢意。 毕业设计是对大学四年所学知识的综合应用，是理论联系实际的训练。通过毕业设计，我复习了以前在课堂上学习的专业知识，学习和体会到了 机械 设计的基本技能和思想。我深刻的认识到： 想成为一名机械 工程师，应该具备严谨的科学态度，本着 机械产品 以人为本的思想，力求做到安全、经济、实用、耐久、美观；设计过程中，应该严格按照 机械设计 手册 的要求，同时也要考虑各个 零部件的尺寸配合 。这就要求 设计 人员具备较高的综合素质，不仅要抓住 机械产品 设计的主要矛盾，同时也要考虑一些细节问题。 在毕业设计的过程中，我深刻认识到 标准 是设计的航标，必须多思考、多体会。在以后的学习和工作中，要不断加强对 标准 的学习和理解，只有这样，才不会出现错误。 相互学习，注重交流。在设计过程中，我们遇到了很多问题，必须勤学好问，努力发挥集体的积 级 性和创造力， 这样才能提高工作效率。 “养兵千日，用兵一时。”在毕业设计中，我为能用上四年所学而欣慰，同时我深深的感觉到了基础知识的重要性。专业课学习时，老是感觉所学知识与实际相差太远。这种急功近利的思想使自己对一些专业课的学习有所放松，在毕业设计的过程中，我深深的体会到了“书到用时方恨少”的含义。在以后的学习生活中切不可急于求成而忽略了夯实基础。“万丈高楼从地起”，切实做到理论联系实际，学以致用。 毕业设计是本科教育非常重要的阶段，我初步掌握了 机械 设计的基础 理论、方法、步骤。在以后的学习生活中，我将加强专业知识的学 习。 在此再次感谢在毕业设计中指导帮助我的老师和同学。 nts 20 参考文献 1 周有强 . 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 赵又红，周知进 .机械设计 /机械设计基础课程设计指导 .中南大学出版社， 2012 5 苏旭平 .工程材料 M.湘潭大学出版社， 2011 6 成大先 .机械设计 手册 M.北京：化学工业出版社， 2001 7 濮良贵，纪明刚 .机械设计 M.北京：高等教育出版社， 1996.11 nts 21 认识曲柄摇臂机构设计的最优传动方法 摘要： 一种曲柄摇臂机构设计的最优传动的方法被提出。这种优化组合设计被用来找出最优的传递参数。得出最优传递图。在图中，在极小的传动角度之间 , 滑移速度变化系数，摇臂的摆动角度和杆的长度被直观地显示。 这是这种方法拥有的主要特征。根据指定的要求，它将传动角度之下的最优传动参数直接地表达在图上。通过这种方法，机械传动的特性能用以获取最优传动效果。特别是， 这种方法是简单和实用的。 关键词 : 曲柄摇臂机构 最优传动角度 滑移速度变化系数 引言 由曲柄摇臂机构设计的常规方法 , 在各种各样的参量之间很难找出优化组合的最优传动。通过本文介绍的图面设计方法可以帮助达到这个目的。在指定的情况下，通过观查设计图面 , 我们就能得到每个参量和另外一个曲柄摇 臂机构设计之间的联系。由因认识最优传动。 具体的设计的理论和方法， 以及它们各自的应用事例将在以下介绍。 1 优化传动设计的建立 优化传动的设计一直是设计师改进传输效率和追求产量的最重要的索引的当中一个。曲柄摇臂机构被广泛应用在机械传动中。如何改进工作效率和减少多余的功率损失直接地与滑移速度变化系数，摇臂的摆动角度和曲柄摇臂的比率有关系。这些参数的合理组合采用对机械效率和产量有重要作用 , 这些主要体现在极小的传输角度上。 认识机械优化传动目的是找到极小的传输角度的最大值。 设计参数是适度地减少限制而且 分开的合理优化方法的结合。 因此，完全限制领域的优化传动建立了。 以下步骤被采用在通常的
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