机械毕业设计708钢锥锥轮式的无级变速器的传动与设计.doc
机械毕业设计708钢锥锥轮式的无级变速器的传动与设计
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机械毕业设计708钢锥锥轮式的无级变速器的传动与设计,机械毕业设计论文
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目录 第一章绪论 . 1 1.1 机械无级变速器的发展 . 1 1.2 无极变速的 传动意义 . 1 1.3 无级变速研究现状 . 2 1.4 毕业设计内容和要求 . 3 第二章 无级变速器总体方案 . 5 2.1 菱锥锥轮式（ Kopp-K）无级变速器的基本结构 . 5 2.2 菱锥锥轮式机械特性 、传动效率 . 6 2.3 方案的与比较 . 8 第三章 钢锥锥轮式无级变速器的设计与计算 . 9 3.1 主要零件的设计与计算 . 9 3.2 加压盘的设计与计算 . 11 3.3 输入轴的设计与计算 . 13 3.4 端盖的设计与计算 . 15 3.5 Kopp -k 变速器的调速操纵机构 . 15 第四章 主要零件的校核 . 16 4.1 求轴上载荷 . 16 4.2 轴承的校核 . 18 参 考 文 献 . 19 机械 毕业设计总结 . 20 致谢 . 21 nts nts 钢锥锥轮式的无级变速器的传动与设计 摘要 :钢锥轮式无级变速器的设计是在钢球锥轮式（ Kopp-K）无级变速器的基础上发展起来的，它是由瑞士人 J.E.Kopp 发明的。刚锥锥轮式的变速器是一种结构简单的定轴摩擦轮系，而且菱锥的形状是对称的，变速过程中菱锥与主动轮、外环接触点的连线总是与菱锥母线正交的，因而事传动计算大为简化。它具有变速范围宽、传动效率高、噪声低、输出转速低、容量大和功率恒定的等一系列优点。因此，目前已较多地应用于车辆、拖拉机和工程机械、船舶、机床、轻纺化工业机器、起重机械和实验设备中。世界上各先进工业国均已对其系列化生产，并获得了广泛的 应用。本文首先介绍了无级变速器的发展概括，然后就刚锥锥轮式无级变速器的结构、传动原理以及变速原理进行了分析与计算。 关键词 ：刚锥无级变速器 传动原理 计算 校核 Cone cone wheel of the CVT transmission and Design Abstract： Cone wheel design is CVT ball cone wheel (Kopp-K) on the basis of continuously variable transmission developed, it was invented by the Swiss JEKopp. Cone Cone wheel of the transmission just a simple friction wheel fixed axis system, and the shape of diamond is symmetrical cone, the cone and speed the process of diamond wheel, outer contact point of the connection always Ling cone distance orthogonal and, therefore, greatly simplified the calculation do drive. It has a speed range, high transmission efficiency, low noise, low output speed, large capacity, and power advantages, such as a constant. So, now used in more vehicles, tractors and construction machinery, ships, machine tools, textile chemical industry, machinery, lifting machinery and laboratory equipment. The advanced industrial countries in the world have its series production, and received a wide range of applications. This paper describes the development of CVT general, and then just tapered cone CVT wheel structure, principle and variable speed drive principle is analyzed and calculated. Key words: rigid cone CVT principles calculation check nts 1 第一章 绪论 1.1 机械 无级变速 器的发展 机械无级变速传动是使机器的速度连续可调节并使其尽可能以最佳方式工作，满足最佳工作需要的机械调速系统。如今机械无极变速传动不仅常常在纺织 、 食品造纸 、印刷 、 橡胶 、 塑料等轻工业部门中应用，而且也用于运输机械 、 工作母机（车床 、 磨床等） 、 化工机械（反应罐 、 搅拌机 、 分离机等） 、 农业机械 、 建筑机械 、 工程机械上，就连仪器装置 、 实验及航空 、 航天设备上都有所应用。为了节能和简化操纵，国外已将机械无级变速传动应用在汽车变速上。 国内无级变速器是在 20 世纪 60 年代前后起步的，当 时主要是作为专业机械配套零部件，由于专业机械厂进行仿制和生产，例如用于纺织机械的齿链式，化工机械的多盘式以及切削机床的 Kopp 型无级变速器等，但品种规格不多，产量不大，年产量仅数千台。直到 80 年代中期以后，随着国外先进设备的大量引进，工业生产现代化及自动流水线的迅速发展，对各种类型机械无级变速器的需求大幅度增加，专业厂才开始建立并进行规模化生产，一些高等院校也开展了该领域的研究工作。经过十几年的发展，国外现有的几种主要类型结构的无级变速器，在国内皆有相应的专业生产厂及系列产品，年产量约 10 万台左右，初步满足 了生产发展的需要。与此同时，无级变速器专业协会、行业协会及情报网等组织相继建立。定期出版网讯及召开学术信息会议进行交流。自 90 年代以来，我国先后制定的机械行业标准共 14 个： 我国纺织工业系统自 1960 年开始对 PIV 型链式无级变速器进行了仿制，已系列生产多年。 1975 年开始，国内有关机床研究所及高等院校，研制成功了 Kopp-B、Kopp-K、 FU 等型号无级变速器，曾经在万能铣床和车床上安装使用过。 1985 年国内生产摆线减速器的有关工厂，自日本一进了多盘式（ Beier）无级变速器。 1986 以来，国内高等院校 、 研 究机关床厂 、 齿轮厂研制成功了行星无级变速器（ XYZW 型 、 RX 型 、SC 型等），并已投入小批量生产。至今，国内各类机械无级变速器年产量已达两万台以上，生产和研究此类产品的工厂 、 研究所和高等院校已有百余家，逐渐形成了与电动机组成为一个整体不见的新型机械行业。 1.2 无极变速的传动意义 无极变速传动是指在某种控制作用下 ， 是机器的输出轴转速可在两个极值范围内的连续变化的传动方式。而无级变速器是这样的一种装置，它具有主动和从动两根轴，并通过能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。当对主 、 从动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 )。用固体作为中间介质的变速器称为机械nts 2 无级变速器。它和定传动比传动及有级变速传动（他只有有限的几种传动比）相比，能够根据工作需要在一定范围内连续变换速度，以适应输出和外界负荷变化的要求；因而在现代机械传动领域内占有重要地位。 无极变速传动主要用于下列场合 : 1.工艺参数的多变的机器 ，例如，通用机床因工件和刀具的材料 、 尺寸及切削性能的不同，具有变速范围（输出轴的最高与最低速比值） Rb=50100d 的传动 ，以便按不同的工艺参数合理的工作速度。 2.要求转速连续变化的机器，例如，端面车床 、 浆纱机 、 薄膜制造机 、 连续水洗机 和干燥机等，要求以恒定的线速度车削端面或卷退绕线材，以保证良好的表面光洁度或恒张力的机械。 3.探求最佳的工作速。 4.协调几台机器或一台机器的传动系统中几个运动单元之间的运转速度。 5.缓速起动和便于越过共振 区等，对于具有大惯性或带负载起动的机器采用无级变速传动后，可以在很低的转速下启动。 6.实现机械的模拟计算，主要用于各种运算机构，如摩擦球式向量分解机构 、 微分机构及积分机构等。 7.有振动 和冲击 、 带负载起动以及负载条件恶劣的场合。 由上可见：采用无级变速传动有利于简化变速传动方案 、 提高生产效率和产品质量 、 合理利用动力和节约能源（根据导在汽车与拖拉机上采用了主 、 从动轴上分别装有速度反应器和转矩反应器的带式自动调速变速器后，可节约燃料 约 8.99%）和实现遥控及自动控制。同时也减轻了操作人员的劳动强度。 1.3 无级变速研究现状 随着我国在基础设施和重点建设项目上的投入加大，重型载货车在市场上的需求量急剧上升，重型变速箱的需求也随之增加 ,近年来，重型汽车变速器在向多极化、大型化的方向发展 . 现 在，我国已经对变速箱的设计，从整机匹配到构件的干涉判别和整个方案的模糊综合判别，直到齿轮、离合器等校核都开发了许多计算机设计软件，但是，大都没形成工业化设计和制造，因此，还需要进一步加强 .我过的汽车技术还需要进一步发展 . 随着科技的不断进步， CVT 技术的不断成熟，汽车变速箱最终会由 CVT 替代手动变速箱（ MT）和有级自动变速箱（ AT），无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势 ,但是 , 中国还没有掌握全套的汽车自动变速箱技术，也就还没有形成市场所需成熟的汽车自动变速箱产品。有人主张直接从国外引进先进的汽车自动变速 箱技术，不料国外所有相关公司都想直接从国外把汽车自动变速箱产品销售到中国市场或者在中国建立独资企业就地生产销售产品，不愿与中国的企业合作开发生产获取高额垄断利nts 3 润。 重型汽车变速器是指与重型商用车和大型客车匹配的变速器 , 尽管在行业中对变速器的容量划分没有明确的界限 , 但我们通常将额定输入扭矩在 100kgm 以上的变速器称为重型变速器。国内重型车变速器产品的技术多源于美国、德国、日本等几个国家 ,引进技术多为国外 80 90 年代的产品。作为汽车高级技术领域的重型汽车变速器在国内通过漫长的引进消化过程 ,如今已有长足 的进步 ,能够在原有引进技术的基础上 ,通过改型或在引进技术的基础上自行开发出符合配套要求的新产品 ,每年重型车变速器行业都能有十几个新产品推向市场。但从当今重型车变速器的发展情况来看 ,在新产品开发上国内重型车变速器仍然走的是一般性的开发过程 ,没有真正的核心技术产品 ; 从国内重型变速器市场容量来看 , 有三分之一的产品来自进口 , 而另外三分之二的产品中有 80 %以上的产品均源自国外的技术 ,国内自主开发的重型变速器产品销量很小。这说明国内重型变速器厂家的自主开发能力仍然很薄弱 ,应对整车新车型配套产品的能力远远不够。 2004 年年初我国出台城市车辆重点发展 13. 8m客车上使用的变速器 , 目前只有 ZF 一家能向国内企业供应。这足以说明国内的重型车变速器企业仍然很渺小 ,在技术方面仍然有很长的路要走。国内重型汽车变速器几乎由陕西法士特齿轮有限责任公司、綦江齿轮传动有限公司、山西大同齿轮集团有限责任公司及一汽哈尔滨变速箱厂等几大家包揽。这些企业大多数变速器产品针对的市场各有侧重 , 像陕西法士特在 8t 以上重型车市场占有率达到 40 %以上 , 并且在 15t 以上重卡市场占有绝对的优势 , 拥有 85 %以上的市场份额 ; 綦江齿轮传动有 限公司主要为安凯、西沃、亚星奔驰、桂林大宇及厦门金龙等企业的 7 12m 高档大、中型客车以及总质量在 14 50t 重型载货车、鞍式牵引车、自卸车及各式专用车、特种车配套 ;山西大同齿轮集团配套市场主要在 8 10t 级的低吨位重型载货车方面 .随着国内汽车市场的发育成长 , 变速器产品型谱逐步细化 ,产品的针对 性越来越强。因此 ,在保证现有变速器生产和改进的同时 , 要充分认识到加入 WTO 后良好的合作开发机遇 ,取长补短 ,同时更应认识到供方、买方、替代者、潜在入侵者、产品竞争者的巨大压力。要紧跟重型商用车行业向高档、高技术 含量和智能化方向发展的趋势 , 紧跟客车低地板化、绿色环保化、城市公交大型化的发展方向 ,开发和生产具有自主知识产权、适合我国国情的重型汽车变速器。 1.4 毕业设计内容和要求 由于机械无级变速器自身的特点已不能完全适应各种机械的工况要求，随着科学技术的飞速发展，又出现了电力调速技术和液压调速技术。在电力调速技术中，由于直流调速技术的设备复杂，成本高，维护困难等不足，促使人们寻求一种更为先进的调速方式，即交流调速技术的研发已逐步取代了直流调速技术的使用。交流电动机虽然有很多优点，但其最大的缺点是调速困难。 随着社会化大生产的发展，生产制造技术的日益复杂，对生产工艺的要求进一步nts 4 提高，这就要求生产机械能够在工作速度、定位精度、快速启动和制动、控制灵活性和自动化水平等方面达到更高水平，力求既能够具有良好的驱动性能，使执行机构工作最优化，同时也能够把人们从繁重的体力劳动中解放出来。因此，人们努力寻找解决交流电动机调速难的问题，从而出现了更先进的变频调速、伺服控制调速等新技术。交流变频调速的理论基础是压频比一定的变频调速方法。目前变频调速控制器主要采用以下控制结构 :交一交变频和交一直一交变频，变频控制可分为两类 :脉冲幅 值调节方式 (PAM)和脉宽调制方式 (PWN)，后一种是目前变频控制中应用最多的一种方式。这两种控制方式基本上是基于异步电动机静态数学模型的基础，其运行动态性能指标不高，只能适用于一般工况，对于动态性能要求提高的应用场合又出现了交流矢量控制技术。近十年来，除交流变频调速外，交流伺服控制异军突起，其应用已日益广泛。由于伺服系统在矢量控制的基础上，通过电动机上的转子位置检测元件，对转子位置进行动态监控，使得整个系统具有非常高的动态响应特性，其调速范围、输出力矩等均大大优于普通变频系统。交流伺服调速方式是当今最为先 进的无级变速技术，其公认的优点使其必将成为日后调速控制的主要手段。随着其控制性能的日益完善，特别是信息技术等诸多功能的开发顺应了传动系统控制自动化的历史潮流，因此它必将成为未来调速技术的主流。在不断追求更先进、更高效的新型调速技术的同时，需要注意其性能价格比问题。因此，机械调速技术在一些简单的、要求不高的单机、手动调速工况中仍占有一席之地。所以未来的机械式无级变速器要求能够高效地传递功率，有较大的变速范围，调速性能稳定且运行平稳。采用齿轮啮合或杆件组合实现无级变速是机械式无级变速器今后发展的一个方向，因为这 种类型的无级变速器可以实现无摩擦，高效地传递大功率，变速平稳，寿命长，变速范围大且结构简单，制造容易。 设计要求：输入功率 P=2kw，输入转速 n=1500rpm，调速范围 R=10；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 5 第二章 无级变速器总体方案 2.1 菱锥锥轮式（ Kopp-K）无级变速器 的基本结构 1.传动原理 如上图所示， 主要传动元件为 3 8 个沿周向均布的菱锥 4，各菱锥两端有心轴 9 插入支架 11 的相应孔中并可绕支架转动，菱锥内 、 外两侧 分别与主从动轮 3 和从动环 8 压紧进行传动。主动轮 3 和从动环 8 分别通过钢球 v 形槽自动加压装置 2 和 7 与输入轴 1、 输出轴 5 联接。 工作时，输入轴 1 经自动加压装置 2 带动套在轴 1 上的主动轮 3，通过压紧产生的摩擦力传动菱锥 4 和从 动环 8，再经自动加压装置 7 传到输出轴 5. 在主 、 从动两侧采用两套自动加压装置是为了适应输入 、 输出进行反向传nts 6 动，保证传动件免受过大的压紧力，提高传动效率和寿命，而且加压动作灵敏。 结构特点： （ 1） Kopp-k 变速器的输入轴与输出轴位于同一轴线上，采用了中间体并列分流的传动结构，因而结构紧凑 、 体积小 、 单位体积的承载能力大。 调速机构是螺杆 10 及固接于支架 11 的螺母。调速时，转动螺杆，通过螺母支架 11 带着菱锥 4 作水平移动，从而改变了菱锥内 、 外侧与主动轮 3 和从动环 8的接触位置及工作 半径，实现无级调速。 2.结构特点： Kopp-k 变速器的输入轴与输出轴位于同一轴线上，采用了中间体并列分流的传动结构，因而结构紧凑 、 体积小 、 单位体积的承载能力大。 菱锥的形状是对称的，两侧锥体的接触母线 A 和 B 平行，而且相对与输入和输出的倾斜安装。因为菱锥与主动轮和外环接触点连线 ab 在变速过程及运转过程中始终与母线 A、 B 垂直，所以主动轮上和外环作用在菱锥上的压紧力 Q1.Q2 互相抵消，菱锥及其心轴不受弯曲力矩的作用。这样菱锥的心轴和菱锥之间的滚针轴承几乎没有摩擦力消失。 菱锥母线与水平轴线的交角很小， 通常取 ,7 因输入和输出轴的轴承上受到的力轴向力很小，仅为法向总压紧力的 1/8（2.8sin 11 QQQa ）因此，传递大功率时轴承负载不严重。 采用了两套钢球 v 形槽自动加压装置，保证了传动件不会受到不必要的 、 过大的预压紧力，对提高传动效率与寿命有利 .由于槽升角较大，而摩擦副处所需要的轴向压紧力又较小，因此加压装置的动作特别灵敏，抗冲击能力也较强。 由于结构对称，变速器可以正反使用。目前，国外生产的中小型 Kopp-k 无级变速器是与电动机直接连接的，传 动部靠飞溅润滑；而较大功率者则有风扇冷却，并用油泵进行强迫润滑。油泵的排油端装有高灵敏度的流量开关，当排油量下降时，他立即使主电机停止。为了适应广大起动转矩和冲击负载的条件。在电机与变速器之间装有磁粉离合器。 主要零件的材料和精度。 壳体和端盖用高级铸铁完成，支架和从动轮则用球铸墨铁完成，它们均需在粗加工后进行退火处理，以防因温度变化和年久而引起的精度下降。 2.2 菱锥锥轮式机械特性 、 传动效率 3. 机械特性 由于 Kopp-k变速器输出 侧加压装置的有效工作直径 dp2很大，而且外环与菱锥内接触，因此可满 足低速大转矩的工作要求，能用于恒功率的传动场合。其典型的输出特性曲线如上图所示。对于同一台 Kopp-k 变速器而言，选取不同nts 7 的输出转速范围时，其所对应的传动功率和转矩也不相同。 4.传动效率 由于输入和输出轴的轴承所受的轴向力很小个传动的部分能够进行充分 润滑 。固其传动效率可高达 80 93%。其典型的效率曲线如 上图所示 由图可见：在 中间输出转速比输入转速（ 0.31.25）具有较高的传动效率。 使用性能 由于变速器采用了两套自动加压装置，避免了传动间过大的预紧力。在额定功率时，传动间的接触应力一般不超过 16000kg/cm2，小于材料的许用接触应力，而且传动件均采用高硬度的轴承制成，疲劳的破坏可能性很小。因而使用寿命很高。 这种变速器靠支架水平移动来实现调速，调速机构简单 、 操作方便 、 手轮操作力矩很小，一般为 1.5 4.4kgf-cm。输出转速可用刻度盘直接读出。 4 采用了分冷装置和油封等保护的环节，因此无需特别 留心防尘，出补充指定的润滑油和定期换油外，机械部分无需调整。 nts 8 2.3 方案的 与比较 刚锥锥轮式 式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，各项参数也比较符合设计要求，故选择此变速器。只是字选用此变速器的同时须对该装置进行部分更改。须更改的部分是蜗轮蜗杆调速装置部分。因为我是选用了 8 个钢球，曲线槽设计见第三章，一个曲线槽跨度是 900，也就是说从最大传动比调到最小 传动比，需要使其转过 900，而普通蜗轮蜗杆传动比是 1/8，那么其结构和尺寸将完全不符合我们设计的要求。为此，我想到了将它们改为两斜齿轮传动，以用来调速。选用斜齿轮是因为斜齿轮传动比较平稳。在设计过程中，将主动斜齿轮的直径设计成从动斜齿轮的 3/4，这样只要主动轮转动 1200，那么从动轮就会转动 900，符合设计要求。 nts 9 第三章 钢 锥锥轮 式无级变速器的设计与计算 3.1 主要零件的设计与计算 (1) 已知 输入功率 P=2kw,Rb=10 输入转速 n=1500r/min 所以 1m a x m i n 5 . 7 51 . 7 5 ,ii输出转速： 12 m a x 2 m i n 5 . 7 51 . 7 5 1 5 0 0 2 6 2 5 / m i n , 1 5 0 0 2 6 2 . 2 r / m i nn r n （ 2） 所以应选用 K4 型： 菱锥的工作高度 h=55mm 菱锥个数 z=6 主动轮的工作直径 D2=115mm 外环的工作直径 D2=224.2 接触线长度 b=2mm 调速手轮操作力矩 M=1.9 kgf cm 传动件有关尺寸的计算 菱锥心轴 倾斜角 =45 锥定半角 =7 菱锥母线与水平轴线的交角 = - =7 菱锥长度 L = 2 h s i n = 6 7 . 7 2 2 7 m m 菱锥最大直径 Md s e c 6 9 . 7 9 6 0h m m菱锥最小直径 s e c c o s 2 1 6 . 8 8 5 1Nd h m m菱锥最小与最大工作直径mind、maxd由于表 3-13 所推荐之及，m a x1m a x2 c o sbhiDRi2b m a x2 c o s bhRDRi故mind、maxd应按下式计算 m i n2m a x12 c o s 1 9 . 4 7 8 71hd m mDiDm a x2m i n12 c o s 6 4 . 4 4 4 11hd m mDiD菱锥的母线有效工作长度 m a x m i n3 6 . 5 1 5 72 s i nddS m mnts 10 菱锥沿心轴方向的移动量 s i n 6 . 2 9 3 5s i na sS m m支架水平移动量 s i n 3 1 . 7 9 5 7s i nJ sS m m支架凸缘间距 12 8 4aaH L S C m m 菱锥的孔径 14mm 按所算的尺寸校核运动参数； 1 2 m i n2 m i n 12 1 m a x1 1 5 1 9 . 4 7 8 71 5 0 0 2 3 3 / m i n2 2 4 . 2 6 4 . 4 4 4 1Ddn n rDd 1 2 m a x2 m a x 12 1 m i n1 1 5 6 4 . 4 4 4 11 5 0 0 2 5 4 5 / m i n2 2 4 . 2 1 9 . 4 7 8 1Ddn n rDd 菱锥的转速 11m a xm i n8 8 5 6 / m i ng Dnnrd 11m i nm a x2 6 7 7 / m i ng Dnnrd 计算加 压装置的有关尺寸 输入侧加压装置： 鼓形滚子中心圆直径 1 1 1( 0 . 6 0 . 7 ) , = 8 0 m mppd D d 取鼓形滚子的直径 q 1 1 q 111d = ( ) D , d = 1 5 m m6 1 0取鼓形滚子的个数 1z=6槽倾角 111p1fD 0 . 0 4 5 1 1 5= a r c t g ( ) 2 7 9 5 3 , = 2 5d s i n 8 0 s i n 7a r c t g 实际上输出侧加压装置 钢球中心圆直径 p 2 2 2 p 2d = ( 1 . 1 1 . 2 5 ) , = 2 4 6 . 2 2 8 0 . 2 5 m m d = 2 5 0 m mDD ， 取钢球直径q2d与个数2zq 2 2d = 1 4 m m z = 6，槽倾角 22p22fD 0 . 0 4 5 2 2 4 . 2= a r c t g ( ) 1 8 3 1 8 ,d s i n 2 5 0 s i n 7= 1 5a r c t g 实际取nts 11 接触强度计算 菱锥与主动盘的接触点 m i n1 de = = 1 2 . 3 5 9 m m2 c o s菱锥与外环 的接触点 m a x2 de = h - = 1 4 . 1 1 m m2 c o s当量曲率半径 11111ep = = 1 0 . 1 8 62 e c o s +D D m a x2 de = h - = 1 4 . 1 12 c o s正压力 41119 5 5 1 0 p Q = = 9 3 4 . 1 Nz t a n s i n2pdn g41d2m i n 29 5 5 1 0 pQ 2 3 5 1z t a n s i n2pNdn 接触应力 菱锥与主动盘的接触处 m a x1Q192bpQ g=13000.1N 菱锥与外环接触处 m a x2QdQ = 1 9 2 = 1 6 3 9 . 3 NbP 3.2 加压盘的设计与计算 钢球式自动加压装置它由加压盘 4，加压钢球 3，保持架 2，调整垫圈 7，蝶形弹簧 6 和摩擦轮与加压盘相对端面上各有的几条均布的 V 行槽。每个槽内有一个钢球，中间以保持架 2 保持钢球的相对位置。摩擦轮与加压盘之间还有预压碟行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 。如下图下图 3-1所示 nts 12 图 2-1 钢球 V 行槽式加压装置 2.加压装置的主要参数确定 加压盘作用直径pd1( 0 . 5 0 . 6 )pd D c m式中 D1 锥轮直径。 加压盘 V 行槽的槽倾角 1sinpfDtgd 式中 锥轮 锥顶半角； f 锥轮与钢球的摩擦系数。 应此 10 . 5 5 7 . 5pd D m m加压盘 V 行槽倾角 1 0 . 0 4 5 1 1 5( ) 0 . 1 2 7 2 6 2 7 s i n 5 . 7 5 s i n 4 5pfDa r c t g a r c t g a r c t g md oonts 13 取 = 630o 加压钢球按经验公式取得 pyd= 11( ) , 86 1 0 qdm验算接 触强度均不足，故改用腰型滚子 8 个，取滚子轴向截面内圆弧半径1r=8cm，横向中间截面半径 r=0.8cm。现验其强度： 每个加压滚子上法向压紧力yQ11 m i n 11 9 4 8 0 0 s i ns i nc o s c o s fykNzQQm m f n i D1 9 4 8 0 0 1 . 2 5 3 0 . 8 s i n 4 58 c o s 6 3 0 0 . 0 4 1 0 0 0 1 3 . 5 3 oo=288.85kgf 曲率系数 118 0 . 8c o s 0 . 8 1 8 28 0 . 8rrrr 由表得 cos =0.8182，查得 1( ) 0 .7 8 6 ，带入公式得加压盘处的最大接触应力为 23 24 0 0 8 1 1()jykQ rh 23 114 0 0 8 0 . 7 8 6 1 . 2 2 8 8 ( )0 . 8 8 =24583 2/kgf cm 工作应力在许用接触应力范围之内并有富裕，可以考虑用 6 个加压滚子，应此，我用 6 个加压滚子。 3.3 输入轴的设计与计算 轴上零件的定位 为了防止轴上零件受力时发生沿轴向 或周向东相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置 所以我采用定位轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和螺母等来保证。 由设计要求知道，输入功率 p=2kw，3 1 5 0 0 / m innrnts 14 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。根据表中数据，取0 126A ，于是得： 3339 5 5 0 0 0 0 1 2 7 3 3 . 3 3 .PT N m mn 输入轴 3m i n 0332Pd A m mn 联轴器计算转矩3CA AT K T.考虑到转矩变化较小 1.3AK 3 1 . 3 1 2 7 3 3 . 3 3 1 6 5 5 3 . 3C A AT K T N m m 输出轴 3m i n 030 . 9 3 0 . 8Pd A m mn应此，我取输入，输出轴端最小轴径相同，同为 25mm，根据最小轴径根据公式ca AT K T，计算出应小于联轴器公称转矩条件，查标准 GB/T5014 2003，选取了 弹性柱销联轴器 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，选取了深沟球轴承， 深沟球轴承 GB/T276-1944 大轴承的尺寸 ： d=32mm ， D=55mm ， B=13mm ，2d=38.4mm， 球数 =11 ，球径 =7.144， 2D=47.7mm 。 小轴承的尺寸： d=30mm ， D=42mm ， B=7mm ，2d=33.2mm 球径 =3.5mm ， 球数 =18 2D=47.7mm nts 15 3.4 端盖的设计与计算 端盖的宽度由变速器及轴承的结构来决定，使其适合拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，及两端的端盖相同。 3.5 Kopp-k 变速器的调速操纵机构 Kopp-k 变速器是通过将菱锥支架作为水平移动来实现无级调速的，因此，其调速结构十分简单。通 常采用齿轮 -齿条或螺旋机构，并可用手动、或自电动、液动和气动或自动控制等方式来进行调速。输出转速可以有刻度盘或操纵 手柄上的计数器直接读出。 nts 16 第四章 主要零件的校核 4.1 求轴上载荷 中间轴的载荷分析图如下图 14 所示 从轴的结构以及弯矩和扭矩图可以看出 D 是轴的危险截面。现计算出各受力截面的 MH、 MV及 M 的值列于下表。 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F FNH1=2839.6N , FNH2=721.6N FNV1=1033N , FNV2=258N 弯矩 M MH1=71604.2N.mm MH2=321725N.mm MV1=25707.3N.mm MV2=108235.95N.mm 总弯矩 M1 = 227 1 8 0 4 . 2 2 5 7 0 7 . 3 = 74567.4N.mm M2= 3 2 1 9 4 5 1 1 7 2 3 5 . 9 = 328326.4N.mm 扭矩 T T2=227950N.mm 图 14 中间轴的载荷分析 nts 17 从轴的结构以及弯矩和扭矩图可以看出 D 是轴的危险截面。 5、按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 D）的强度。轴的计算应力按公式 223caMTW 计算。 取 =0.6， 22 3caMTW = 2230 . 6 2 2 7 9 5 03 4 2 6 2 6 . 40 . 1 4 0=57.6MPa 轴的材料为 45 钢，调质处理，查得 1=60MPa，因此 1ca，故安全。 1.如图上的危险截面，计算出截面处的 ,HVMM及 M 的值如下表 弯矩扭合成应力校核轴端强度 2 221 3 )3( 2 7 0 9 3 8 ( 0 . 6 9 6 0 0 0 0 )0 . 1 7 0caMTW =18.6MPa 前已经选定轴的材料为 45 钢，调制处理，由表查得1 6 0 M Pa 。 所以 ca 1，故安全。 疲劳强度 的校核 查表得： 2 .0 , 1 .3 1材料灵敏性系数为 0 . 8 2 , 0 . 8 5qq有效应力集中系数为： 1 ( 1 ) 1 . 8 21 ( 1 ) 1 . 2 6kq 尺寸系数 0.67 ，扭转尺寸系数 0.82 。 按磨削加工，表面质量系数为： 0 .9 21q 得综合系数为 1 1 2 . 8 01 1 . 6 21kKkK 又由表得碳钢的特性系数 0 .1 0 .2, 取=0.1 nts 18 0 .0 5 0 .1, 取=0.05 于是，计算安全系数caS 值，按公式得 -1122= 2 0 . 2 1K1 0 . 6 29 . 4 0 1 . 5amamcaSSKSSSSSS 故可知安全。 4.2 轴承的校核 按手册选择 C=61800N 的轴承 应此轴承的基本额定静载荷0C=38000N。验算如下： 求相对轴向载荷对应的 e 值与 Y 值。相对轴向载荷为02700 0 . 0 7 1 0 53800aFC ，在表中介于0.07 0.13 之间，相对应的 e 值为 0.27 0.31， Y 为 1.6 1.4。 用线性插值法求 Y 值。 ( 1 . 6 1 . 4 ) ( 0 . 1 3 0 . 0 7 1 0 5 )1 . 4 1 . 5 9 70 . 1 3 0 . 0 7Y X=0.56， Y=1.597 3） 求当量动载荷0 1 . 2 ( 0 . 5 6 5 5 0 0 1 . 5 9 7 2 7 0 0 ) 8 8 7 0 . 2 8P 4） 验算轴承的寿命： 66 31 0 1 0 6 1 8 0 0( ) ( ) 4 5 0 9 . 1 2 5 0 0 06 0 6 0 1 2 5 0 8 8 7 0 . 2 8h CL h h hnP 所以安全。 nts 19 参 考 文 献 1、周有强主编 . 机械无级变速器 . 北京：机械工业出版社， 2001（ 4） 2、阮忠唐主编 . 机械无级变速器 . 北京：机械工业出版社， 1988 3、饶振纲 . 行星齿轮传动设计 . 北京：化学工业出版社， 2003（ 7） 4、成大先主编 . 机械设计手册 .第四版 .第 2 卷 . 北京：化学工业出版社， 2002(1) 5、唐保宁，高学满主编 . 机械设计与制造简明手册 . 同济大学出版社 6、花家寿主编 . 新型联轴器与离合器 . 上海：上海科学技术出版社， 1989 7、濮良贵，纪名刚主编 . 机械设计 .第七版 . 北京：高等教育出版社， 2001 8、席伟光，杨光，李波主编 . 机械设计课程设计 . 北京：高等教育出版社， 2003 9、西安重型机械研究所编 . 中国机械工业标准汇编 .减速器和变速器卷 .上 . 中国标准出版社 10、段广汉，舒森茂，王传贤，莫兆其主编 . 离合器结构图 . 国防工业出版社 11、阮忠唐主编 . 机械无级变速器设计与选用指南 . 北京：化学工业出版社， 1999 12、孙桓，陈作模主编 . 机械原理 . 北京：高等教育出版社， 2001 13、成大先主编 . 机械设计手册 .单行本 .机械传动 . 北京：化学工业出版社， 2004（ 1） 14、徐灏主编 . 机械设计手册 .第
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