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机械毕业设计全套
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JX01-248@钢球式无级变速器机构设计,机械毕业设计全套
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湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 钢球式 无级变速器结构设计 学号： 2007964209 姓名： 冷翔 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师 ： 聂松辉 系主任： 周友行 一、主要内容及基本要求 1、设计一种 中间元件 为钢球的 无级变速器 ； 2、输入功率 P=2.2kw，输入转速 n=1500rpm，调速范围 R=10； 3、一张装配图 A0#1 张，零件图总量 A0#1 张； 4、设计说明书一份； 5、英文文献一份。 二、重点研究的问题 1、钢球式无级变速器原理及其结构； 2、变速原理的传动结构的实现。 nts 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 熟悉课题及基础资料 第一周 2 调研及收集资料 第二周 3 方案设计与讨论 第三四周 4 无级变速器布局设计 第五周 5 无级变速器总装配图设计 第六 九周 6 无级变速器零件图设计 第十周 7 撰写说明书 第十一周 8 英文文献翻译，答辩 第十二周 四、应收集的资料及主要参考文献 1 阮忠唐 . 机械无级变速器 M. 机械工业出版社 . 2 阮忠 唐 .机械无级变速器设计与选用指南 M.化学工业出版社 . 3 徐灏 .机械设计手册第 3 卷 M.机械工业出版社 . 4 毛谦德 .袖珍机械设计师手册第 3 版 M.机械工业出版社 . 5 机械设计手册新版第 2 卷 M.机械工业出版社 . nts湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 钢球式无级变速器结构设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2007964209 姓 名： 冷翔 指导教师： 聂松辉 完成日期： 2011 年 5 月 nts I 目 录 摘要 Abstract 1 绪论 1 1.1 研究的意义及背景 1 1.2 国内外机械无级变速器的研究现状 1 1.3 毕业设计的内容和要求 2 2 总体 类型 的 比较与 选择 3 2.1 钢球外锥无级变速器 3 2.2 钢球长锥式无级变速器 5 2.3 两类型的比较与选择 5 3 主要 零件的 计算与设计 6 3.1 输入、输出轴的计算与设计 6 3.2 输入、输出轴上轴承的计算与设计 7 3.3 输入、输出轴上端盖的计算与设计 8 3.4 加压盘的计算与设计 8 3.5 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计 9 3.6 钢球与主、从动锥轮的计算与设计 10 3.7 调速机构的计算与设计 11 3.8 无极变速器的装配 12 4 主要零件的校核 14 4.1 传动部件的受力分析与强度计算 14 4.2 轴承的校核 16 4.3 轴 的校核 17 4.4 传动钢球的转速校核 19 4.5 键的校核 19 参考文献 22 附录 23 nts II 钢球式无级变速器 结构 设计 摘要： 本文简要介绍了摩擦式钢球无极变速器的基本结构、设计计算、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。本设计采用的是以钢球作为中间传动元件，通过改变钢球主动侧和从动 侧的 工作半径来实现输出轴转速连续变化的钢球锥轮式无级变速器。 由钢球、主动锥轮、从动锥轮和内环所组成。动力由输入轴输入，带动主动锥轮同速转动，经钢球利用摩擦力驱动内环和从动锥轮，再经从动锥轮，形槽自动加压装置驱动输出轴将动力输出，调整钢球轴心的倾斜角 就可达到变速的目的。本 设计 为恒功率输出特性，输出转速恒低于输入转速，运用于低转速大转矩传动。 本文分析了在传动过程中主、从动轮，钢球和外环的工作原理和受力关系；通过受力关系分析，并针对具体参数对输 入轴、输出轴、端盖、加压盘、主动追率、从动锥轮、涡轮盘等进行了计算与设计。并对调速结构进行合理设计。 本文根据传动锥轮的工作应力和材料疲劳强度 ,建立起锥面传动功率、锥轮直径与材料疲劳寿命及可靠度等因素之间的关系 ，合理设计锥轮的结构尺寸。 关键词： 无级变速器、摩擦式、钢球锥轮式、设计 nts III Design of ball-type CVT Abstract: This paper briefly describes the basic structure, design calculations, materials and lubrication knowledge of friction ball CVT, and theoretically bases on this as a continuously variable transmission design. This design adopts the method of steel ball as an intermediate drive component, and changing the working radius of the active side and driven side to achieve the continuous variation of the output shaft speed cone wheel CVT ball, which composes steel ball, active cone wheel, driven wheels and the inner cone. Input shaft inputs power to drive the same speed active cone wheel rotation, and through the ball friction to drive the inner cone and wheel drive, and then through the driven wheel cone, V-shaped groove automatic compression devices of drive the output shaft will output power, and adjusting the ball axis tilt angle can achieve the purpose of changing speed. The design is for the constant power output characteristics, and output rotating speed is lower than input rotating speed constantly, used in low speed for high torque drive. This paper analyzes the working principle and force relations of the main, driven wheel, steel ball and outer ring in the transmission process. Through force relationship analysis, we calculate and design on the input shaft, output shaft, cover, pressure plate, active recovery rate, the driven bevel wheel, turbine disc, etc on account of specific parameters, and reasonably design the speed controlling structure, the drive cone wheel stress and material fatigue strength, This essay establishes a drive power cone rate, cone wheel diameter, material fatigue life and relationship between reliability factors, and rationally design the size of cone wheel, according to work force and material fatigue life of the drive cone wheel. Keywords: continuously variable transmission, friction, steel ball cone wheel, design nts湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）评阅表 学号 2007964209 姓名 冷 翔 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 钢球式无级变速器机构设计 评价项目 评 价 内 容 选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否 与生产、科研、 社会 等实际 相 结合 。 能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方 案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 论文 （设计）质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 本设计符合培养目标，体现学科、专业和科学计划的基本要求，达到了综合 训练的目的，难度和分量适中，并与社会、生产，科研等实际问题想结合。在设计过程中查阅了一定的文献，综合归纳了一些实际问题，具备了一定的外文与计算机应用能力，对科研方案的设计能力、研究方法与手段的运用能力有一定的基本功。立论正确，论述充分，、，机构严谨合理，实验基本正确，设计、计算、分析处理有一定的逻辑性，技术用语准确，符号统一图纸图表完备、整洁，引文规范。语言文字通顺，有些基本观点的提炼，综合概况嫩里一笔那，有一定实际应用价值。 评阅人： 2011年 5月 30日 nts 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2007964209 姓名： 冷翔 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 32 页 图 表 6 张 论文（设计）题目： 钢球式无级变速器结构设计 内容提要： 本文首先 摩擦式钢球无级变速器的基本结构、设计计算、 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。以钢球作为中间传动元 件， 通过改变钢球工作 半径 来实现输出轴转速连续变化的钢球锥轮式无级变速器 改 。 由钢球、主动锥轮、从动 锥轮和内环所组成。 动力由输入轴输入，带动主动锥轮同速转动，经钢球利用摩擦力 驱 动内环和从动锥轮， 再经从动锥轮，形槽自动加压装置驱动输出轴将动力输出，调整 钢球轴心的倾斜角 就可达到变速的目的。 分析了在传动过程中主、从动轮，钢 球和 外环的工作原理和受力关系， 通过受力关系分析，并针对具体参数对输入轴、输出 、 轴、 端盖、加压盘、主动追率、从动锥轮、涡轮盘等进行了计算与设计。并对调速结构进行 合理设计。 根据传动锥轮的工作应力和材料疲劳强度 , 合理设计锥轮的结构尺寸。 nts 指导教师评语 该生有较好的基础知识与专业知识，有一定的独立工作能力。计算机操作熟练， 专业英文文献阅读与翻译能力 较好。劳动纪律性较强，工作较认真。能如期完成毕业设计任务，图面质量较好。 同意其参加答辩 。 指导教师： 2011 年 6 月 3 日 答辩简要情况及评语 答辩过程中讲述条理清晰，回答问题基本正确，设计方案合理，图面质量较好，说明书撰写较认真。 建议成绩评定为“中等” 。 答辩小组组长： 2011 年 6 月 7 日 答辩委员会意见 同意通过答辩； 成绩评定为“中等”。 答辩委员会主任： 2011 年 6 月 8 日 nts I 目 录 摘要 Abstract 1 绪论 1 1.1 研究的意义及背景 1 1.2 国内外机械无级变速器的研究现状 1 1.3 毕业设计的内容和要求 2 2 总体 类型 的 比较与 选择 3 2.1 钢球外锥无级变速器 3 2.2 钢球长锥式无级变速器 5 2.3 两类型的比较与选择 5 3 主要 零件的 计算与设计 6 3.1 输入、输出轴的计算与设计 6 3.2 输入、输出轴上轴承的计算与设计 7 3.3 输入、输出轴上端盖的计算与设计 8 3.4 加压盘的计算与设计 8 3.5 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计 9 3.6 钢球与主、从动锥轮的计算与设计 10 3.7 调速机构的计算与设计 11 3.8 无极变速器的装配 12 4 主要零件的校核 14 4.1 传动部件的受力分析与强度计算 14 4.2 轴承的校核 16 4.3 轴 的校核 17 4.4 传动钢球的转速校核 19 4.5 键的校核 19 参考文献 22 附录 23 nts II 钢球式无级变速器 结构 设计 摘要： 本文简要介绍了摩擦式钢球无极变速器的基本结构、设计计算、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。本设计采用的是以钢球作为中间传动元件，通过改变钢球主动侧和从动 侧的 工作半径来实现输出轴转速连续变化的钢球锥轮式无级变速器。 由钢球、主动锥轮、从动锥轮和内环所组成。动力由输入轴输入，带动主动锥轮同速转动，经钢球利用摩擦力驱动内环和从动锥轮，再经从动锥轮，形槽自动加压装置驱动输出轴将动力输出，调整钢球轴心的倾斜角 就可达到变速的目的。本 设计 为恒功率输出特性，输出转速恒低于输入转速，运用于低转速大转矩传动。 本文分析了在传动过程中主、从动轮，钢球和外环的工作原理和受力关系；通过受力关系分析，并针对具体参数对输 入轴、输出轴、端盖、加压盘、主动追率、从动锥轮、涡轮盘等进行了计算与设计。并对调速结构进行合理设计。 本文根据传动锥轮的工作应力和材料疲劳强度 ,建立起锥面传动功率、锥轮直径与材料疲劳寿命及可靠度等因素之间的关系 ，合理设计锥轮的结构尺寸。 关键词： 无级变速器、摩擦式、钢球锥轮式、设计 nts III Design of ball-type CVT Abstract: This paper briefly describes the basic structure, design calculations, materials and lubrication knowledge of friction ball CVT, and theoretically bases on this as a continuously variable transmission design. This design adopts the method of steel ball as an intermediate drive component, and changing the working radius of the active side and driven side to achieve the continuous variation of the output shaft speed cone wheel CVT ball, which composes steel ball, active cone wheel, driven wheels and the inner cone. Input shaft inputs power to drive the same speed active cone wheel rotation, and through the ball friction to drive the inner cone and wheel drive, and then through the driven wheel cone, V-shaped groove automatic compression devices of drive the output shaft will output power, and adjusting the ball axis tilt angle can achieve the purpose of changing speed. The design is for the constant power output characteristics, and output rotating speed is lower than input rotating speed constantly, used in low speed for high torque drive. This paper analyzes the working principle and force relations of the main, driven wheel, steel ball and outer ring in the transmission process. Through force relationship analysis, we calculate and design on the input shaft, output shaft, cover, pressure plate, active recovery rate, the driven bevel wheel, turbine disc, etc on account of specific parameters, and reasonably design the speed controlling structure, the drive cone wheel stress and material fatigue strength, This essay establishes a drive power cone rate, cone wheel diameter, material fatigue life and relationship between reliability factors, and rationally design the size of cone wheel, according to work force and material fatigue life of the drive cone wheel. Keywords: continuously variable transmission, friction, steel ball cone wheel, design nts 1 1 绪论 1.1研究背景及意义 机械无极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，能实现输出轴在一定范围内连续变化，以满足机械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的各种工况、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）；有为节约能源而需要进行的调速者（如风机、水泵等）：此外还有各种规律的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，可以看出采用无极变速器，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。适应产品更换需要，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。故无极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 国内外机械无极变速器的研究现状 国内：我国最早是在一汽生产的 CA770 红旗轿车上装备了自动变速器。国内 CVT的批量装车始于 2003 年 , 目前正以递增的态势发展。 在 CVT 方面的研究我国尚处于起步阶段 , 自 “九五” 期间开始 , 轿车金属带式无级自动变速器的开发和研制已经被列入国家的重大科技攻关计划 , 由吉林工业大学、 东北大学、 东风汽车公司合作 , 共同承担并完成了这个攻关项目 , 对 CVT 技术进行实用化研究 , 在 CVT 传动机理、 CVT 控制策略、 CVT 数字建模与仿真等方面 , 取得了一些 突破性成果并成功试制出国内首台 CV T 产品 , 进行了台架实验和道路实验 , 取得了一些宝贵的实验数据和开发经验 , 目前该课题组仍在进行 CVT 的开发研究工作。 nts 2 目前我国 CVT 已进入使用阶段 ,据报道 ,一汽大众生产的大排量 6 缸内燃机 (2. 8L)的奥迪 A6 轿车上装备的带式无级变速器 CVT ,能传动功率为 142 kW ,扭矩为 280 Nm ,已能达到轿车实用的要求。 国外： CVT 技术的发展 , 可以追溯到十九世纪末 , 德国 Daimler- Benz 公司在 1896 年就将 V 型橡胶带式无级变速技术 用于该公司生产的汽车上 , 但材料较差、 传递力矩小 , 没有什么实用价值。 自从冯杜纳博士的 VDT 公司于 20 世纪 80 年代研制成功金属带式无级变速器并使之进入商品化阶段后，目前世界度宽钢带和一个高液压控制系统。 通过采用这些先进的技术来获得较大的转矩能力 , 日产公司研究开发 CV T 的电子控制技术 , 传动比的改变实行全档电子控制 , 汽车在下坡时可以一直根据车速控制发动机制动 , 而且在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。 日产公司还计划将它的 CV T 的应用范围从1.0L 扩大到 3.0L 的轿车。另外 , 日 本三菱、 富士重工也都在不断改进无级变速器 , 从而实现汽车从有级变速阶段向无级变速阶段的飞跃。 据统计，截止 2005 年底，装备金属带式无级变速器的轿车已达 500 万辆。由最初的日本、欧洲 , 已经渗透到北美市场。 随着上已出现了一批生产金属带式无级变速器的厂家。日本本田汽车公司和 VDT变速器公司共同研制的新型无级变速器已装备在了本田公司的轿车上。包括通用汽车公司在内的国外企业都在加速发展无级自动变速器技术。 进入九十年代 ,日产公司开发了一种为中型轿车设计的包含一个手动换档模式的 CV T。 新型 CV T 采用 一个最新研制的高强电子控制技术、 材料及加工技术的进步 , CV T 未来的发展将成本更低廉、控制更便捷、使用范围更广泛。因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。 1.3 毕业论文设计内容和要求 设计内容： 小功率机械无极变速器结构的十二级；比较和选择合适的方案，无极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=2.2Kw，输入转速 n=1500rpm，调速范围 R=10；结构设计室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 3 2 总体类型的选择 钢球锥轮 式 无级变速 种类繁多 ，在此，我只选择了两种方案供参考，作比较，选出比较 理想 合理的 方案。该两种方案分别是钢球 外锥式（ Kopp-B型） 无级变速器 和钢球内锥式无级变速，分别描述如下 。 2.1钢球外锥（ Kopp-B 型 ） 无级变速器 Koop-B型变速器的皱构如图 2-1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 图 2-1 无级变速器装配图 1、 11-输入、输出轴 2、 10-加压装置 3、 9-主、从锥轮 4-传动钢球 5-调速涡轮 6-调速蜗杆 7-外环 8-传动钢球 12、 13-端盖 nts 4 调速是 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， P11KW ， 4% ， 0.80 0.92 ，应用甚广。 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的接触半径发生变化，实现无级调速。 2-2 调速涡轮的槽型曲线 钢球外锥式无级变速器变速 如图 2-3所示：中间轮为一钢球，主、从动轮式母线均为直线的锥 轮，接触处为点接触。主、从动轮的轴线在一直线上，调速时主、从动轮工 图 2-3 钢球锥轮无级变速器的变速 作半径不变，而是通过改变中间轮的回转轴线的倾斜角 籍以改变其两侧的工作半径来实现变速 。 nts 5 2.2钢球长锥式（ RC型）无级变速 器 如 图 2-4所示，为一种早期生产的环锥式无级变速器，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 2-5所 示。技术参数为：传动比 i21 = n2/n1 =2 0.5,变速比bR= 4,输入功率 P1=（ 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 。 2-4 RC型变速器结构的简图 2-5 RC 变速器的机械 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 调速 是通过钢环移 动还实现的 ， 而怎样移动钢环有比较大的难度， 需要精密的装置，用于 制造 ，成本会大大的提高，显得不合理。 而钢球外锥式 (Koop-B型 )无级变速器的结构也比较简单，原理清晰，各项参数也比较符合设计要求，故选择此变速器。 nts 6 3 主要 零件的 计算与设计 设计一台 钢球外锥式（ Koop-B） 型无级变速器，输入功率 为 N1=2.2KW，bR=10， np=1500 r/min。由以上数据查表，故选用 Y100L1-4型电机驱动。 N=2.2KW， n=1430 r/min, =0.87。输入转速 n1=1430 r/min。 3.1输入、输出轴的 计算与设计 由于本方案为钢球外锥式无级变速器，机械传动平稳，弯曲振动小。故选用 45 号钢作为轴的材料，调质 220 260HBS，116 4 0 , 2 7 5 , 1 5 5B M P a M P a M P a 。 （ 1）输出轴的计算与设计 1）最小轴径的确定 初步计算按轴的最小轴径公式估算，取m i n 2 2 0 . 3 5 4 0d m m m m，于是得： 3m i n 0 2 . 21 1 2 2 8 . 1 6 4250Nd A m mn 输出轴的 最小直径为与锥轮连接处（图 2-1）。由于锥轮与轴是过渡配合，且锥轮工作直径为 95mm，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20mm。 （ 2）轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案 本方案如图 2-1 所示的装配的方案。 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 I轴段安装锥轮及加压盘保持架，保证与轴配合的毂孔长度，取 20Id mm， 27IL mm。 II 段轴安装加压 盘一侧和轴承，加压盘用花键移动实现对锥轮的加压，取花键6 2 1 7 1 1 1 0F GB/T1144-2001， 21IIL mm 。 III 轴段对轴 II 上的轴承内圈起定位作用并作为轴承座，取 3 0 , 1 7IV IVd m m L m m。 IV 轴段与 III 轴段上的轴承内圈起定位作用，取 4 0 , 7IV IVd m m L m m。 V 轴段根据轴承端盖的装拆及便于对轴 承添加润滑剂的要求，采用迷宫式密封，根据标准取 5 0 , 6VVd m m L m m。轴 VI 作为轴承座， 4 0 , 1 5V I V Id m m L m m。轴段由计算得 3 0 , 8 4d m m L m m,至此，已初步确nts 7 定了轴的各段直径和长度。 V 带轮和迷宫式密封与轴的周向定位均采用平键连接。按各段轴径查得平键截面 : 8bh ， 40l .为保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选 择带轮轮毂与轴的配合为 76Hn；同样，密封挡圈与轴的配合为 76Hk。滚动轴承与轴定位是由过渡配合来保证的，轴承段的直径尺寸公差为 m6.取轴端倒角为 2 45o 。 图 3-1 输出轴 3）由于主、从动锥轮一致，轴上零件布置也相同。同时主动轮的最小轴径估算为m i n 2 2 0 . 3 5 4 0d m m m m。为了 节省工艺及成本。主动轴 轴段 2 5 , 8 4d m m L m m其余相同。 3.2 输入、输出轴上轴承的选择与计算 因为 轴承为标准件，只需挑选合适的参数的轴承即可，主、从动轴轴 III段由于轴承到径向力与周向力的作用，所以选用角接触球轴承 7006AC GB/T292-1994。从动轴 IV段为限制轴（外壳）的向右的轴向移动选用角接触球轴承 7008AC GB/T292-94，两轴承的基本额定动载荷均大于 10KN，所以角接触轴承采用正装可满足要求。 表 3-1 角接触球轴承 7006AC GB/T 292-1994 轴承代号 基本尺寸（ mm） 安装尺寸（ mm） 70000AC 25oa 极限转速 (r/min) 原轴承代号 d D B r min d min D r a (mm) 基本额定 脂润滑 油润滑 max 动载荷 静载荷 rC0rC(KN) 7006AC 30 55 13 1 36 49 1 16.4 14.5 9.85 9500 14000 36106 nts 8 表 3-2 角接触球轴承 7008C GB/T 292-1994 轴承代号 基本尺寸（ mm） 安装尺寸（ mm） 70000AC 25oa 极限转速 (r/min) 原轴承代号 d D B r min d min D r a (mm) 基本额定 脂润滑 油润滑 max 动载荷 静载荷 rC0rC(KN) 7008AC 40 68 15 1 46 62 1 20.1 19.0 14.5 8000 11000 36108 3.3输入、输出轴上端盖的 计算与设计 图 3-2 端盖 由于输入、输出轴与端盖是间隙配合，确定孔径为 30，与箱体盖连接确定外径112。按 Q/ZB100-73 规定，选用毡封油圈时，其毡圈尺寸：在轴径 50 240mm 时，毡圈外径 D 较1d大 2mm,厚度 B较1b大 2mm。 3.4加压盘的 计算与设计 加压装置采用钢球 V形槽式加压盘，此加压盘动作灵敏，工艺要求高，承载能力符合要求。 （ 1)加压装置有关参数 nts 9 加压盘作用直径pd0 . 5 4 . 7 5pqd D c m加压盘 V形槽倾角 1 0 . 0 4 1 5 . 5( ) 6 2 7 1 8s i n 7 . 7 5 s i n 4 5 oopfDa r c t g a r c t gda 取 6 30o 加压钢球按经验公式取 11()6 1 0qy qdd、 8m 。经验算接触强度均不足，故改用腰鼓形滚子 8 个，取滚子轴向截面圆弧半径1 8r cm，横向中间截面半径 0.8r cm 。 曲率系数 118 0 . 8c o s 0 . 8 1 8 28 0 . 8rrrr 由表 1-2 按 c o s 0 .8 1 8 2 查得 1ab 0 .7 8 6 ，代入式得加压盘处的最大接触应力为 2233 21224 0 0 8 1 1 1 1( ) 4 0 0 8 0 . 7 8 6 1 . 1 5 0 3 . 0 8 6 ( )a b 0 . 8 83 1 9 8 0 . 9 9 / 2 8 3 8 . 5 2 /jy kQ rrk g f c m k g f c m 工作应力在许用应力范围之内。故可以采用。 3.5调速齿轮上变速曲线槽的 计算与设计 调速涡轮槽形曲线及传动钢球的尺寸符号如图 2-2所示。整个调速过程通常在涡轮转角 1 2 0 o 的范围内完成，大多数取 。槽形曲线可以为阿基米德螺旋线，也可以采用圆弧代替。本方案采用圆弧槽线，变速槽中心线必须通过 A、 B、 C三个点，它们的极坐标（以 o 点为极点）分别为： A： 0m a x 3 m a x2 . 1 , 0 , 0 . 5 s i n 0 . 5 1 4 0 8 0 s i n 2 6 4 2 3 4 . 1 8oAAi i R D l mm B：m a x 3m a x2 . 11 , 9 0 6 0 . 9 6 , 0 . 5 7 01 1 2 . 1 ooBBii R Di mm C：m i n 0 . 2 1 , 9 0 ,oCii 3 m a x0 . 5 s i n 0 . 5 s i n 2 6 4 2 1 0 5 . 9 0oCR D l mm nts 10 定出 A、 B、 C三点 ，采用做图画做出弧形槽，槽宽 10mm。 3.6钢球与主、从动锥轮的 计算与设计 （ 1）选材料：钢球、锥轮、外环及加压盘均匀 GCr15,表面硬度 HRC61，摩擦系数f=0.04，许用接触应力：传动件 j =22000 25000kgf/cm2,加压元件 j =40000500000kgf/cm2。 （ 2）预选有关参数：锥轮锥顶半角 =45o，传动钢球个数 z=6，加压钢球个数 m=8，锥轮于钢球的直径比 c1= 1qDd =1.5,kf=1.25、 =0.8。 （ 3） 有关运动参数计算； 传动比 m a x 3000 2 . 1 01430i m a x 300 0 . 2 11430i 钢球支承轴的极限转角 1 m a x 4 5 2 . 1 2 6 4 2o oa r c c t g i a r c c t g （增速范围） 2 m i n 4 5 0 . 2 1 3 1 4 9o oa r c c t g i a r c c t g （减速范围） （ 4）计算确定传动钢球的直径qd: 01c o s c o s 4 5c o s 0 . 1 9 0 72 c o s 2 1 . 5 c o s 4 5oc 按表 1-2（机械无级变速器）由 c o s 0 .1 9 0 7 查得 1a b 0 .9 9 1 8 ，代入式得 2 211 3341 m i n( 2 c o s )3 6 8 8 1 6 3 6 8 8 1 6 0 . 9 9 1 8 1 . 2 5 2 . 2 0 . 8 ( 2 1 . 5 c o s 4 5 )a b ( 2 . 2 2 . 5 ) 1 0 1 . 5 0 . 0 4 6 1 4 3 06 . 1 6 9 5 7 . 0 0 9 6ofqjk N c adf z n i 按钢球规格圆整取 63.5qd mm锥轮直径1D211 1 . 5 6 3 . 5 9 5 . 2 5qD D c d m m 圆整取 21 95D D m mnts 11 则 11 95 1 . 4 9 6 0 6 36 3 . 5qDcd 验算接触应力j2 211331 1 m i n2( 2 c o s )3 6 8 8 1 6 3 6 8 8 1 6 0 . 9 9 1 8 1 . 2 5 0 . 8 ( 2 1 . 5 c o s 4 5 )300ab 0 . 0 4 614302 3 0 2 6 . 4 8 /ofjqk N c ac d f z n ik g f c m 在许用接触应力范围之内，故可用。 （ 5）计算有关尺寸： 钢球中心圆直径3D31( c o s ) ( 1 . 4 9 6 9 6 3 c o s 4 5 ) 6 . 3 51 1 . 9 5 0oqD c a dcm 钢球侧隙 1 c o s ) s i n 1 ( 1 . 4 9 6 0 6 3 c o s 4 5 ) s i n 3 0 1 6 . 3 50 . 6 5 7ooqc a dzcm 外环内径rD3 2 0 . 9 6 7 5 6 . 3 5 2 7 . 3 1 7 5rqD D D c m 外环轴向截面圆弧半径 R ( 0 . 7 0 . 8 )qRd取 4.5R cm 锥轮工作圆之间的轴向距离 B s i n 6 . 3 5 s i n 4 5 4 . 4 9oqB d a c m 3.7调速机构的计算与设计 调速操纵的 基本原理都是将其个某一个滚动 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 作相对运动的方式，只有直线移动和旋转 (摆动 )两种力式。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。主要用于两滚动体的切线均为 直 线的情况，且两轮的回转轴线平行或梢交，移动的方向是两轮的接触线方向。 nts 12 2 通过使滚 动体的轴线偏转来改变 工作 半径的。主要用于两 滚动体之一的母线为圆弧的情况。 钢球外锥轮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它零件发生干涉，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下： 表 3-3 蜗杆的基本尺寸 （ GB 10085-88） 模数 m mm 轴向齿距 xpmm 分度圆直径1dmm 头数 1z直径系数 q mm 齿顶圆直径1ndmm 齿根圆直径1fdmm 2 1md值 2 1md 3mm 分度圆柱导程角 r 8 18.1333 42 1 10.000 46 38 3120 5 4238o 表 3-4 涡轮、蜗杆参数的匹配（ GB 10085-88） 中心距 a mm 传动比 i 模数 m (mm) 蜗杆分度圆直径1d(mm) 蜗杆头数 1z涡轮齿数 2z涡轮变位系数 2x127.5 24 8 42 1 41 -0.500 传动钢球小轴摆角 与手轮转角 的关系为： 221 1 1 132 2 2 21a r c s i n s i n c o s ( s i n c o sz z z za b R e a b Rl z z z z 在制造 时 ，蜗轮 上 的 z条槽要保证其圆 周不等分性不超过 2 。否则会造成钢球转速不一，引起磨损、嗓声 过大及温升过高等现 象。支承轴与曲线槽 的侧隙约为 0.03mm 左右，过大会在开车时 引起冲击现象，易导致钢球支承轴 弯曲甚至折断。 3.8无 级 变速器的装配 1.变速器的装配 1）所有零件应彻底清洗并用压缩空气吹净或擦干。 2）各轴承及键槽在安装前，应涂以齿轮油或机械油。 nts 13 3）装入轴承前时，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，以防止损伤轴承。也可将轴承在机械油中加热到 60-100后装入。 4）壳体上的螺孔和轴承孔，在安装轴承 端盖时，应涂以密封胶以防漏油。 5）各紧固螺栓应按规定锁止方法进行锁止。 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）轴的轴向间隙一般为 0.10-0.40mm，可在轴承盖内增减垫片进行调整。 3）检查 蜗杆传动的啮合与调速 情况，各档 涡轮应具备良好的自锁性 。齿的啮合痕迹应大于全齿工作面积的三分之一。 nts 14 4 主要零件的校核 本章根据传动要求对无级变速器做一个整体的校核。在 4.2节对变速器的承加压装置及钢 球与主、从动锥轮之间的接触强度进行校核，钢球的强度校核在设计过程中已经符合要求。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，故在此不进行校核，对轴上轴承进行强度与寿命计算。轴上键的连接，迷宫式密封圈的键起固定作用，并不传递较大的作用力，故在此不校核，轴段 VI 的键为 V 带轮传递力以及花键为加压盘传递主要的载荷。键的主要失效形式是工作表面被压溃（平键）或工作表面过渡磨损（动连接 ） ，在此方案中花键进行静连接的校核。 4.1 传动部件的受力 分析与强度计算 1）受力分析 主动锥轮转矩1M111 2 . 29 7 4 0 0 9 7 4 0 0 1 4 9 . 81430NM N m mn 从动锥轮转矩2M1222 . 2 0 . 89 7 4 0 0 9 7 4 0 0( 3 0 0 0 3 0 0 )5 7 1 . 4 1 5 7 . 1 4 1xNMnN m m 每个传动钢球上的转矩qM1 2 . 2 0 . 89 7 4 0 0 9 7 4 0 0 6 ( 5 5 6 3 6 7 9 9 )5 . 1 3 6 4 . 2 0 2qqNMznN m m 外环上的转矩rM1 2 . 2 0 . 89 7 4 0 0 9 7 4 0 0 1 1 3 . 0 8 4 . 0 31 5 1 7 2 0 4 0rrNM N m mn 主动锥轮与每个钢球接触点处所传递的有效圆周力1P11112 2 2 . 29 7 4 0 0 9 7 4 0 0 5 2 5 . 7 7 66 1 4 3 0 0 9 5NPNz n D 从动锥轮与每个钢球接触点处所传递的有效圆周力2Pnts 15 121222 c o s ( )9 7 4 0 0 1 7 4 1 2 5c o s ( )N aP P Nz n D a 主、从动锥轮与每个钢球接触点处所承受的法向压紧力分别为1Q及2Q111111 . 2 5 2 . 21 9 4 8 0 0 1 9 4 8 0 0 1 6 4 3 00 . 0 4 6 1 4 3 0 0 9 5ffk P k NQNf f z n D 1 12212 . 21 9 4 8 0 0 1 9 4 8 0 00 . 0 4 6 0 9 55 0 1 2 4 5 0 1 2fxkP NQf f z n DN 它们的径向分量rQ及轴向分量aQ分别为 11112222s i n 1 6 4 3 0 s i n 4 5 1 1 6 1 7 . 7 6c o s 1 6 4 3 0 c o s 4 5 1 1 6 1 7 . 7 6s i n 5 0 1 2 4 5 0 1 2 s i n 4 5 3 5 4 4 3 . 0 2 0 3 3 5 4 4 . 3 0 2s i n 5 0 1 2 4 5 0 1 2 c o s 4 5 3 5 4 4 3 . 0 2 0 3 3 5 4 4 . 3 0 2oroaororaQ Q a NQ Q a NQ Q a NQ Q a N 由在一般情况下，1 2 1 2,P P Q Q故钢球心轴上受有不平衡的力距作用。 2）强度计算 由于 Kopp-B 型无级变速器是恒功率型的，故应按2minn时从动侧钢球与锥轮的工作位置建立强度计算公式，这时： 压紧力 Q 11 1 m i n194800 1 9 4 8 0 0 1 . 2 3 2 . 2 0 . 8 2 9 2 . 5 20 . 0 4fqkNQ k g ff n z c d i 曲率 1 1 1 22 0 . 0 3 1 4 9 6qkk d 21 212 c o s 2 c o s 0 . 0 1 4 8 4 7qaakD c d22 0k 当量曲率dknts 16 11 1 1 2 2 1 2 212 ( 2 c o s ) 2 ( 2 1 . 5 c o s 4 5 )1 . 5 6 3 . 50 . 0 7 7 8 4odqcak k k k kcd 曲率系数 cos 1 1 1 2 2 1 2 21c o sc o s2 c o sc o s 4 5 0 . 1 9 0 72 1 . 5 c o s 4 5dook k k k ak c a 4.2 轴承的校核 输入、输出轴采用相同设计，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1 r2FFr 和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个面力系。其 中：1Ft为通过另外加转矩而平移到指向轴线； Fac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 : 1211212 2 2 21 1 12 2 2 22 2 2678 8 8 6 6 7 8 8 8 6 7 022491 0 7 1 0 78 8 8 6 2 4 9 8 6 3 76 7 6 73 7 6 9 2 3 6 01 0 7 1 0 73 7 6 9 2 3 6 0 1 4 0 92 4 9 2 3 6 0 2 3 7 32 3 6 0 1 4 0 9 2 7 4 9r e a cVr v r e r Vr H t er H t e r Hr r v r Hr r v r HDFFFNF F F NF F NF F F NF F F NF F F N 2)求两轴承的计算轴向力12FaaF 和对于 70000AC型轴承，按手册，轴承派生轴向力drF eF，其中， e 为判断系 数 ，其值由0aFC得大小来确定，但是现在轴承轴向力aF未知，故先初取 0.4e ，因此可估算 11220 . 4 9 4 90 . 4 1 1 0 0drF F NF F N nts 17 又得： 122110208 8 8 6 1 1 0 0 9 9 8 69460 . 6 0 70 . 0 5 0 3a a e dadaaF F F NFFFCFC 查手册确定。1 2 1 20 . 5 6 , 0 . 4 3 , 9 9 8 6 , 9 4 6aae e F N F N 3）求轴承当量 动载荷12PP和，由手册进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为： 对轴承 1 ar 4 .2 1 0 .6 8FF 故 rrP F =2373 对轴承 2 ar 0 .3 4 4 0 .6 8FF 故 r r aP 0 . 4 1 + 0 . 8 7 FF =1950 4)验算轴承寿命 因为 21PP ，所以按轴承 1的受力大小来验算 66 321 0 1 0 3 0 5 0 0( ) ( ) 2 4 7 4 6 . 86 0 6 0 1 4 3 0 2 3 7 3pCLhnP 综合上述可得，该设计符合工程要求。 4.3轴的校核 1)判断危险截面 截面 B， ， 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削弱轴的 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， ， 均无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面 III和 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 Mca最大。截面 和 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。 2）截面 C 左侧 抗弯截面系数 330 . 1 0 . 1 3 0 2 7 0 0W d N m m g 抗扭截面系数 330 . 2 0 . 1 3 0 5 4 0 0TW d N m m g 截面 C左侧的弯矩 M为 8478M N m m g 截面 C左侧的扭矩3T为 3 97200T N m m gnts 18 截面上的弯曲应力为 7 . 7 5 1 . 5cass? 8478
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