微型轿车无级变速器设计【7张图/17400字】【优秀机械毕业设计论文】
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说明书一份。58页。17400字左右。
中期检查表一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共7张，如下所示
A0-箱盖.dwg
A0-装配图.dwg
A1-大花键锥体.dwg
A1-套筒支架.dwg
A1-花键轴.dwg
A3-大分体带轮.dwg
A3-套筒.dwg
摘 要
目前机械转动应用的带式无级变速器主要是带传动无级变速器。广泛应用于机械、石油汽车等行业。机械、石油行业多采用橡胶宽V带式，自动档汽车采用金属带式无级变速器。无级调速原理目前主要采用国外技术专利引进的挤压带传动式带传动无级变速技术，调速挤压力产生的主要问题：①橡胶V带磨损、热变形严重，寿命短，承载能力降低；②金属带成本高；③调速时主、从动轮传动带不在同一工作平面内；④传动带承载能力计算超出柔性体传动的欧拉公式范围；⑤带轮槽为曲线形状，加工成本高，尤其无法在家用电动轿车普遍应用等。
通过调研分析，采用分体带轮结构设计，开发新型带传动无级变速器，使其能满足家用微型轿车使用要求，调速时带轮分体在调速机构的作用下可以沿径向连续膨胀或收缩，达到改变带轮的工作直径，实现无级变速目的，消除了作用在V带侧面的挤压力带轮的问题。
毕业课题论文研究主要完成了以下工作:
1、 对分体带轮带传动无级变速器的工作原理以及各部分的主要功能分析，说明了新型V带无级变速器可以满足传动要求；
2、 结合设计参数的要求，完成了分体带轮带传动无级变速器主要零件(锥体轴和带轮分体等)的结构尺寸设计；
研究工作取得以下成果:
1、 创新提出分体带轮结构，通过调速控制机构可以改变主从动带轮的工作直径，实现连续无级变速；
2、 结构简单，成本低，适用性强〔可适应普通V带、平带、圆带、楔型带无级变速)；
3、 调速时消除了作用在传动带侧面的挤压力，减小由此产生的传动带的过大磨损等问题；
4、 总结出分体式V带传动无级变速器的有效圆周力计算方法。
关键词：带式传动；无级变速器；分体带轮
ABSTRACT
The belt-type continuously variable transmission (CVT) has been widely used in the mechanics and the fields of petroleum and automobiles nowadays. To be exact, the rubber V-belt CVT is adopted for the mechanics and petroleum, while the metal CVT is used for automatic automobile. The working principle of CVT is mainly based on the technology of the pressed belt type CVT, which is of abroad technology patent. The main problem involves (1) the likely wear of rubber V belt the serious deformation from heat, the short service life and the reduced capacity of carrying.(2 )the high cost of metal belt.(3 )The main belts and auxiliary belts are not in the same working horizon when regulating speed. (4) The calculation on carrying capacity is beyond the format. (5) The pulley sleeve is in the form of curve, and the cost of production is too high.
By careful analysis，The use of the structural design of split pulley，development of new CVT Belt Drive，To enable them to meet the requirements of domestic use of electric cars。It proves to reduce the wear of belt and avoid misalignment of pulleys to a large extent by adopting the parted pulleys and unique mood to vary speed.
The study work has been completed as follows：
1. It proves that this new type of CVT can meet the driving requirement by analyzing the working principle of CVT with parted pulleys and main functions of each component.
2. The dimension of main components of CVT with parted pulleys has been designed in fully compliance with the requirement of design parameters.
3. The design plan has been optimized and the best parameters of construction of CVT with parte pulleys has been determined by the stress analysis, with the result that the parted block can change the working diameter by means of moving radially.
The following achievement has been made：
1. The parted pulley construction has been designed in the new way.
2. The construction is simple, the cost is low and the application is wide.
3. The pressing force acting on the side of transmission belt is eliminated when regulating speed, hereby, the wear is greatly reduced.
4. Summarized split CVT V-belt drive of the effective Circumference force method of calculating.
Key words: belt-type transmission; continuously variable transmission (CVT); parted pul
目 录
前言 1
1 机械无级变速器的概况 4
1.1 分类及应用 4
1.2 国内外研究情况 5
1.3 带式无级变速器的特点及存在的问题 7
1.4 课程设计内容及意义 10
1.4.1 设计任务 10
1.4.2 设计内容 10
2 小功率微型电动轿车无级变速器工作原理 11
2.1 方案分析 11
2.2 结构组成 11
2.3 工作原理 13
2.4 主要性能参数 13
2.4.1 传动比 13
2.4.2 变速比带 14
2.4.3 滑动率 14
3 分体带轮及锥体的设计 15
3.1 带传动参数计算 15
3.2 锥体及分体设计 16
3.3 带传动计算 18
3.4 带轮结构 24
4 轴及轴承的设计 26
4.1 轴的初设计 26
4.2 主要轴承选用与校核 27
4.3 轴向尺寸确定 29
4.4 轴的校核 29
4.4.1 按弯扭合成强度条件校核轴的强度 29
4.4.2 按疲劳强度计算危险截面的安全系数 32
4.4.3 静强度安全系数校核 33
4.4.4 轴的刚度校核 34
4.5 键强度校核 37
4.5.1 花键强度校核 37
4.5.2 输入输出平键强度校核 38
4.6 分体式V带传动无级变速器的有效拉力计算 39
4.7 汽车驱动力与行驶速度校核 42
5 调速机构设计 44
5.1 调速机构综述 44
5.2 液压机构设计 45
5.2.1 液压缸的设计计算 46
5.2.2 速度输出曲线 49
结 论 50
致 谢 51
参考文献 52
![微型轿车无级变速器设计[KT][3A0]](/images/A51834/A0-%E8%A3%85%E9%85%8D%E5%9B%BE.gif)
- 内容简介：
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河南理工大学 万方科技学院 本科毕业设计（论文）中期检查表 指导教师： 刘伟 职称： 教授 所在院（系）： 机械 与动力工程 学院 教研室（研究室）： 机设教研室 题 目 微型轿车无级变速器设计 分体带轮式无级变速器 学生姓名 魏云钊 专业班级 07 机设 1 班 学号 0720150078 一、 选题质量：（主要从以下四个方面填写： 1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求； 2、题目难易程度； 3、题目工作量； 4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度） 对我们的一次全面的检测。 可以对我们大学四年所学知识进行一次较全面的练习。 2. 题目的难易程度有点难，但对我来说较为新颖，对我既是一个挑战，也是一个很好的锻炼拓展过程。这将对我们以后工作起到十分有效的帮助，也能达到 综合训练的效果，又加强了实际的动手动脑能力。 求完成 3 张以上的 纸， 2 万的说明书一份。 4. 选题不但能紧密的结合生产 和实践，也是在我们所学习过的范围之类，对我们以后不管是科研还是从事实际的工作对有很大的帮助。 2 二、开题报告完成情况： 这是我们第一次对立的设计一整套东西，对我们来说难度很大， 在刚开始就不是很顺利，甚至感到有些无从下手，但是经过和指导老师的提示之后，逐渐找到是设计的切入点，对设计总体上有一个清晰地认识，从而顺利的完成了开题报告。并有了一定的成果和进行了一些前期的工作，并使本次设计有了一个良好的开始。最后我在查阅了一些资料以后，现在已经进入了计算设计过程，画出了草图。 三、阶段性成果： 1通过对 级变速器的认真分析与研究，在加上老师的仔细讲解，加上到现场 实地参观，我收集了大量的资料和文献，为设计的顺利完成打下了坚实的基础。 2. 在老师的指导和同学的帮助下找到了设计的基本方法，开始了一些基本的原理设计，并取得了一定成果。 总结出分体式无级变速器的有效拉力大小计算公式；不增加带传动中 现有带传动无级变速器相比较，可以提高传动带的工作效率和寿命； ； x 3 四、存在主要问题： 以为设计本身就有难度， 所以存在很多问题，但是都在老师的帮助下慢慢的带解决。 但是随着设计的逐渐进行我有遇到了许多的新的和更加复杂的问题，这些问题使我充分认识到了自己在以前学习中的不足和自己与一些同学的差距，所以我要以本次设计问契机加强自己在学习上薄弱环节，争取使我的毕业设计能够取得好的成绩，也能够使我所学的知识能够在以后 的工作中发挥更大的作用。 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日 1 河南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 题目名称 微型轿车无级变速器设计 分体带轮式无级变速器 学生姓名 专业班级 07 机设一班 学号 一、 选题的目的和意义： 1. 通过文献资料与社会实际调研，了解国内外对微车无级变速器使用情况； 2. 提出新型分体式带轮无级变速器 ,对其工作原理分析； 3. 开发能够满足家用微型轿车要求的无级变速器，调速时带轮分体在调速机构的作用下可以沿径向连续膨胀活收缩，达到改变带轮的工作直径，实现无级变速目的，消除了作用在 V 带侧面的挤压力带轮与价格贵等问题 ； 4. 总结分体式 带轮无级变速器的设计思路和方法。 无级变速器是汽车理想的传动系统 ,自汽车诞生以来 ,它一直是人们追求的目标。 无级变速传动 (简称 有普通有级变速传动无法相比的优点 ,它可以控制汽车发动机始终运行在最佳目标运行区 ,显著提高汽 车的经济性 ,改善汽车的动力性 ,既可减少汽车的换挡冲击 ,也可减轻驾驶员的劳动强度。通过对 计学习，一方面可以学习更多的理论知识，另一方面，也是最重要的是让我以后到海马汽车工作同时更加真切地感受到作为一位 设计人员应当具备 什么样的专业知识。 2 二、 国内外研究现状简述： 1 国外 目前 ,广泛应用于轿车的自动变速器是将液力变矩器和行星齿轮系统组合使用 ,这种组合方式的传动比不连续 ,自动变速器只能在若干段范围内实现无级变速 ;其次 ,为增加变速器挡数 ,扩大传动比的变化范围 ,必须采用多个执行元件 (离合器或制动器 ) 控制行星齿轮系统的动力传递路线 ,造成自动变速器零件数量过多及结构复杂 ,发生故障的可能性增加 ,并给保养和维修带来不便。除此之外 ,由于液力传动效率较低 ,不能使自动变速器百分之百发挥效率 ,影响汽车的总体工作 性能。为此 ,许多汽车制造厂开始研究新的自动变速技术 ,是其中最有发展前景的一种。 突出特点是不使用液力变矩器 ,而采用传动带和工作直径可变的带轮与普通齿轮式变速器配合传递动力。由于它一般不采用行星齿轮系统 ,因此也称为非行星齿轮自动变速器。当前 , 全世界各大汽车厂商都大力进行 日产、丰田、福特、通用、奥迪等著名汽车品牌中 , 都有配备 轿车的年产量已达近万辆。 由最初的日本、欧洲 , 已经渗透到北美 , 因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。 2 国内 国内机械无级变速器于 20 世纪 60 年代前后起步 ,到 80 年代中期 ,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 ,现在 ,国内机械无级变速器行业从研制、生产到情报信息各方面都已组成一个较完整的体系 ,发展为机械领域中一个新兴行业。 3 三、 毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段： 带传动无级变速器的有效圆周力计算 在带式无级变速器中，若要实现变速即输出转速变化，必须改变其传动比，而传动比的改变需要通过改变带轮工作直径来实现。目前的式无级变速器中，均采用宽 把带轮在轴向分成两半，通过改变两半带轮之间的距离实现带工作直径的变化。虽然这样的无级变速器己成为技术成熟的应用产品正在生产，但它存在的问题是不容忽视的，那就是在改变两半带轮之间的距离时，带 与带轮之间存在严重的摩擦，寿命很低，所以目前很多课题都在致力于提高带传动无级变速器的寿命上。然而，改变 V 带的工作直径方式，除改变两个半轮之间的轴向位置外，还可以利用分体式带轮的分体径向移动。 四、主要参考文献与资料获得情况： 1 余志生 北京：机械工业出版社， 2006. 2 毛谦德，李振清 . 袖珍机械设计手册 . 北京：机械工业出版社， 2006. 3 濮良贵，纪名刚 . 机械设计 . 北京：高等教育出版社， 2006. 4 孙桓，陈作模，葛文杰 北京：高等教育出版社， 2006. 5 周有 强 北京：机械工业出版社， 2006. 6 程乃士 . 汽车金属带式无级变速器 理与设计 . 北京： 机械工业出版社，2008. 7 刘鸿文 . 材料力学 . 北京：高等教育出版社， 2004. 8 盛选禹，唐守琴 . 限元分析命令详解与实例 . 北京：机械工业出版社， 2006. 五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明）： 第 57 周 毕业实习，查找相关资料文献，写开题报告。 第 810 周 完成实习报告，总体方案设计，设计总装图，部件和零件图。 第 1113 周 完成总装图和零件图的 绘制和设计说明书。 第 1315 周 外文翻译，整理说明书和图纸，准备答辩。 4 六、指导教师审批意见（对选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出决定）： 指导教师： （签名） 年 月 日 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 I 摘 要 目前机械转动应用的带式无级变速器主要是带传动无级变速器。广泛应用于机械、石油汽车等行业。机械、石油行业多采用橡胶宽 动档汽车采用金属带式无级变速器。无级调速原理目前主要采用国外技术专利引进的挤压带传动式带传动无级变速技术，调速挤压力产生的主要问题：橡胶 V 带磨损、热变形严重，寿命短，承载能力降低；金属带成本高；调速时主、从动轮传动带不在同一工作平面内；传动带承载能力计算超出柔性体传动的欧拉公式范围；带轮槽为曲线形状，加工成本高，尤其无法在家用电动轿车普遍应用等。 通过调研分析，采用 分体带轮结构设计，开发新型带传动无级变速器，使其能满足家用微型轿 车使用要求，调速时带轮分体在调速机构的作用下可以沿径向连续膨胀或 收缩，达到改变带轮的工作直径，实现无级变速目的，消除了作用在 毕业课题论文研究主要完成了以下工作 : 1、 对分体带轮带传动无级变速器的工作原理以及各部分的主要功能分析，说明了新型 2、 结合设计参数的要求，完成了分体带轮带传动无级变速器主要零件 (锥体轴和带轮分体等 )的结构尺寸设计； 研究工作取得以下成果 : 1、 创新提出分 体带轮结构，通过调速控制机构可以改变主从动带轮的工作直径，实现连续无级变速； 2、 结构简单，成本低，适用性强可适应普通 带、圆带、楔型带无级变速 )； 3、 调速时消除了作用在传动带侧面的挤压力，减小由此产生的传动带的过大磨损等问题； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 、 总结出 分体式 关键词 ：带式传动；无级变速器；分体带轮 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 he in of To be VT is VT is VT is on of is of 1) of of 2 )of 3 )in (4) on is (5) is in of of is By of of of To to of of It to of of to a by to as 1. It VT by VT of 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 . of VT in of 3. of VT by by of 1. in 2. is is is 3. on of is is 4. of of 南理工大学万方科技学院本科毕业论文 i 目 录 前言 . 1 1 机械无级变速器的概况 . 4 类及应用 . 4 内外研究情况 . 5 式无级变速器的特点及存在的问题 . 7 程 设计 内容及意 义 . 10 计任务 . 10 计 内容 . 10 2 小功率微型电动轿车无级变速器工作原理 . 11 案分析 . 11 构组成 . 11 作原理 . 13 要性能参数 . 13 动比 . 13 速比带 . 14 动率 . 14 3 分体带轮及锥体的设计 . 15 传动参数计算 . 15 体及分体设计 . 16 传动计算 . 18 轮结构 . 24 4 轴及轴承的设计 . 26 的初设计 . 26 要轴承选用与校核 . 27 向尺寸确定 . 29 的校核 . 29 弯扭合成强度条件校核轴的强度 . 29 疲劳强度计算危险截面的安全系数 . 32 强度安全系数校核 . 33 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 轴的刚度校核 . 34 强度校核 . 37 键强度校核 . 37 入输出平键强度校核 . 38 体式 拉力计算 . 39 车驱动力与行驶速度校核 . 42 5 调速机构设计 . 44 速机构综述 . 44 压机构设计 . 45 压缸的设计计算 . 46 度输出曲线 . 49 结 论 . 50 致 谢 . 51 参考文献 . 52 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 前言 有人说，年老守旧的人无法接受新事物。但无级变速器 (概念却是莱昂纳多达芬奇 (在 500多年前就已经提出了，现在，无级变速器在一些汽车中将取代行星齿轮自动变速器，从这个意义上讲，年老守旧的人却已经走在了前面。事实上，自 1886年申请第一台环形 项技术就已经得到了细化及改进。当今，多家汽车制造商（包括通用汽车、奥迪、本田和日产）正在围绕 读过有关自动变速器结构和功能的内容，就会知道变速器的作用是改变汽车发动机和车轮之间的速比。换句话说，没有变速器的汽车只有一个档位，这个档位使汽车以期望的最高速度行驶。想象一下，您驾驶着一辆只有一档或三档的汽车，只有一档的汽 车从完全停止状态正常加速，并且可以攀爬陡峭的坡地，但它的最高速度将限制在每小时几公里。 另一种情况下，只有三档的汽车将以 130公里 /小时的速度在公路上飞驰，但在起动后，几乎没有加速度，而且不能爬坡。 因此，随着驾驶条件的更改，变速器的使用可以在从低到高的档位范围内更有效地利用发动机扭矩，并可以手动或自动控制这些档位。 无级变速器与传统的自动变速器不同，它不带一组齿轮组成的齿轮箱，这意味着它没有联锁齿轮。最常见类型的 皮带轮系统可以在最高档位和最低档位间提供无限的可变 性，而没有不连续的步骤或换档。 车辆运行过程的自动变速一直是人们追求的目标，也是目前汽车技术发展到高级阶段的标志。机械无级变速器是一种传动装置，其功能特征是 :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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 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。采用无级 变速器，尤其是在配合减速传动时进一步扩大其变速范围与输出转矩 ，能更好地适应各种机械的工况要求，使之效能最佳化。在提高产品的产量与质量，适应产品变换的需要，节省能源，实现整个系统的机械化、自动化等各方面都有显著的效果。 随着全球能源 危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽 车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展小排量 汽车 （如图 示） 将是解决这技术难点的最佳途 径 。 尤其 在国家最新颁布的微型汽车下乡政策下，将使微型轿车的更快普 及，其市场占有量 会不断提高。 如果能够在微型 汽车的基础上应用无级变速技术，会大大提高汽车的使用性能。但是面对着带传动式无级变速器过高的成本等问题，我们需要开发出新型的无级变速器，能够在解决 V 带侧面的挤压力 问题的同时，可以摆脱过度依赖进口无级变速器，实现 自主知识产权。 微型 轿车已经朝着高性能，高普及，低价格化 发展 ， 因此 需要 开发 出 一种新型的 无级变速器 ，响应国家政策 。 无级变速器目前已经成为一种基本的通用传动型式，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，已被开发成各种类型，并已系列化生产。汽车行业使用的机械无级变速器不仅要能在较大的范围内改变汽车驱动轮上的速度大小，而且还要能保证在较大范围内改变驱动轮上的转矩大小。除此之外，还应该保证汽车具有最佳的动力性和燃油经济性。因此，车辆无级变速器具有节油、操纵 方便、行驶舒适等特点。它能使整车具有更好的驾驶性能、良好的行驶性能，提高行车安全性，降低了废气排放。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 当踩下带有无级变速器汽车的加速踏板时，您就会立即感觉到差异。发动机的转动能直接上升到它产生最大功率的转速，并保持该速度。但汽车不会立即响应。过一会儿，变速器开始工作，对汽车进行缓慢、稳定的加速，而无需任何换档。 理论上，带有 汽车达到 100 公里 /小时比具有相同发动机和手动变速器的相同汽车快 25%。这是因为 爬山时同样高效。由于 级地循环下降至适合于驾驶条件的传动比，因此不存在“齿轮抖动”。而传统的自动变速器要来回换档，以尝试找出合适的档位，这样就非常低效了。 图 马 轿车 南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 1 机械无级变速器的概况 类及应用 机械无级变速器可分为摩擦式、链式、带式和脉动式四大 类 。 1) 摩擦式无级变速器 变速传动机构是利用主、从动元件 (或通过中间元件 )在接触处产生的摩擦力进行传动，并通过改变接触处的工作半径实现无级变速的。 2) 链式无级变速器 变速动机构是由主、从动链轮及套于其上的刚质挠性链组成，用链条 左右两侧面与作为链轮的两锥盘接触所产生的摩擦力进行传动，并通过改变两锥盘的轴向距离以调整它们与链的接触位置和工作半径，从而实现无级变速。 3) 脉动式无级变速器 变速传动机构主要有 3到 5相连杆机构组成，或者是连杆与凸轮、齿轮等机构的组合，其工作原 理与连杆机构相同，但为 使输出轴能够获得连续的旋转运动，这里需要配置输出机构。 4) 带式无级变速器 与链式无级变速器相似，它的变速传动机构是由作为主动带轮的两对锥盘及张紧在其上的传动带组成。其工作原理也是利用传动左右两侧与锥盘接触所产生的摩擦力进行传动，并通过改变两 锥盘的轴向距离以调整他们与传动带的接触位置和工作半径，从而实现无级变速 金属带 (又称钢带 )无级变速器采用 V 形金属挠性零件作为传动介质，借助于摩擦来进行传动，并通过与 V 形胶带无级变速传动相同的变速原理来实现无级变速。这种 V 型金属带无级变速传动比 V 形胶带无级河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 变速传动效率要高，有传递功率大、工作寿命长等优点，近一些年来已成为汽车变速器研究的重点。它的工作原理与 V 形胶带传动类似，都是借助摩擦作用来进行传动。 通过带 的拉力来传递动力。 V 形钢带传动是由金属环带的张紧力产生摩擦力，不靠带的拉力来传递动力，而是通过楔形金属带块的推力来传递动 力 。 机械无级变速器的适用范围比较广泛，有的在驱动功率固定的情况下，因工作阻力变化而需要调节转速以生产相应的驱动力矩者 (如化工行业中的搅拌机械，即要求随着搅拌物料的粘度、阻力增大而能相应减慢搅拌速度 );有的是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 );有的是为获得恒定的工作速度 或张力，需要调节速度者 (如端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需要调节转速以保持有恒定的张力等 );有的是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 );有的是为节约能源而需进行调速者 (如风机、水泵等 )； 此外，还有的是按照各种规律的或不规律的变化要求，而进行速度调节以及实现自动或程序控制的 等 。 内外研究情况 机械无级变速器是 适合现今生产工艺流程机械化、自动化发展，以及改善机械工作性能的一种通用传动装置。它的研制在国外己经有百余年的历史了，初始阶段由于受到条件的限制，进展缓慢。直到 20世纪 50年代以后，一方面随着科学技术的蓬勃发展，材质、工艺和润滑方面的河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 6 限制因素相继得到解决，另一方面随着经济的发展，需求的迅速增加，相应地促进了机械无级变速器的研制和生产，使各种类型的系列产品快速增长并获得了广泛的应用。国内的机械无级变速器是在 20世纪 60年代前后起步的，基本上是作为专业机械，如纺织、机床及化工机械等的配套零部件使用。由专业机械厂进 行仿制和生产，品种规格不多，产量也不大。直到 80年代中期以后，大量引进国外各种先进设备，随着工业生产现代化以及自动流水线的迅速发展，对机械无级变速器品种、规格和数量方面 的需求都有了大幅度增加。在这种形式下，专业厂开始建立并进行规模化的生产，一些高等院校也相继开展了这方面的研究工作，短短十几年间，系列产品已包括机械无级变速器现有的摩擦式、链式、带式和脉动式四大类及其各种主要的结构型式，初步满足了生产发展的需要。与此同时，学会、协会及情报网组织的相继建立，并先后制定了一系列的国家标准和行业标准，使机械无级变速器 发展成为机械领域中的一个新兴的行业。在生产实践中如同齿轮、联轴器那样，机械无级变速器已成为一种通用的零部件，广泛应用于各种机械。进入 20世纪 90年代，汽车工业对无级变速器技术的研究开发日益重视，特别是在微型汽车中，无级变速技术被认为是汽车业发展的关键技术。全球科技的迅猛发展，使得新的电子技术与自动控制技术不断被采用到了无级变速技术中。由于无级变速技术可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系统与发动机工况的最佳匹配，提高了整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它是理想的汽车传 动装置。目前汽车行业多采用国外专利技术的金属带式无级变速器 。 带式无级变速器具有结构简单、传动平稳、价格低廉、不需润滑及可以缓冲吸振等特点，是机械无级变速器中应用最广泛的一种变速器。近年来，特别是在汽车工业、家用电器和办公机械以及各种新型机械装河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 备中使用己相当普遍。科学技术的进步，使得带传动的工作能力显著增强。 所采用的 V 型金属带式无级变速传动，最早是由荷兰 s 司 开发的，现在己经广泛使用于多种汽车变速器中，并结合电、液自动控制与计算机技术，实现了自动控制机械无级变速传动，使得汽车的行驶和操作特性大大改善，显示出了广阔的应用前 景 。 式无级变速器的特点及存在的问题 带式无级变速器的基本结构和传动原理与带传动基本相同，如图 主动 工作 轮转动时，利用张紧的 金属 带与锥轮之间的摩擦力，将运动和动力从主动轮传递到从动轮上，并可通过操纵机构改变带在锥形带轮上的工作位置，使主、从动锥轮的工作直径能连续发生改变，从而实现无级变速。 图 式无级变速器原理 图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 带式传动根据传动带的形状不同可以分为平带无级变速器和 在平带的无级变速器中，带轮为圆锥状，利用平带沿带轮的轴向移动来实现变速，这种变速方式调速范围较小，传递功率不大，变速器外形尺寸较大。 用圆锥盘的轴向相对移动来改变 而可使 现无级变速。主要有以下几种变速方式： 1) 调节中心距变速方式 这种方式的一个带轮是由夹紧带传动的两对圆锥盘组成，其锥盘可作轴向移动，其上设有弹簧压紧装置，此带轮称为可变速带轮 (或称为 变速带轮 )，另一个为普通的固定工作直径的带轮。当改变两带轮的中心距时，借助传动带的张紧力与弹簧的压紧力相互作用，使变速带轮的可动锥盘做轴向移动，从而改变传动带在带轮上的接触位置及相应的工作直径，达到变速的目的。 2) 双带轮变速方式 这种变速方式采用了两个带轮槽宽度均可变化的带轮，其中一个是装有压紧装置的变速带轮，另一个带轮装有调节机构，可调节带轮两锥盘的距离，故称图中的下带轮为调速带轮。它是通过调节调速带轮的 利用传动带的张紧力和弹簧的压紧力使变速带轮的带槽宽度作相应的改变。由于中心距 固定不变，从而使主，从动轮的工作直径成反比例关系变化，由此可以获得较大的变速范围。这种变速方式结构较复杂，成本较高，但其变速范围较大，所以应用较为广泛。 3) 中间带轮变速方式 在原动机和从动机上分别安装的主、从动带轮均为普通带传动中的固定带轮，在主从动带轮之间设一中间变速带轮装置。此变速带轮具有两个 轮外端的两锥盘固定不动，中间是一个可轴向移动的双锥河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 盘。变速带轮一个 一个 节中间变速带轮距主、从动带轮的距离，借助于带的张力 ，改变变速带轮上的两个 可以实现无级变速，而且获得较大的变速范围。 4) 调节带轮轴向位置实现变速的方式 调节主、从动带轮圆锥盘的轴向位置与槽宽，即可改变轮与带的接触位置和工作半径，从而实现调速。调节带轮轴向位置一般采用弹簧或螺杆与调速手轮，也可采用各种形式的杠杆机构，还可以采用液压装置等其他方式。 以上叙述了带传动为了实现无级变速的各种调速方式，从中我们可以看出存在着一些不足之出，例如，无论是调节中心距变速方式，还是双带轮变速方式，都利用了带的张紧力与弹簧的张紧力使带与带轮相互作用，而改变了 带槽宽度来调节了带轮的直径，从而实现变速。不难看出，这种调速方式直接导致了带与带轮之间的剧烈摩擦，从而减少了带的使用寿命，而且这样调速不能保证两个带轮的中心始终在一条中心线上，可能发生一些偏心，会对传动效率产生影响。 由于带式无级变速器的传动性能很接近于汽车所需要的理想的恒功率特性，所以多年来一直吸引着人们去寻找开发新型的汽车用带式无级变速器。为了改正目前带式传动无级变速器存在的一些不足。我们结合汽车无级变速器技术研究，通过调研分析及资料查新，提出了新型带传动无级变速技术研究课题。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 程 设计 内容 及意义 计任务 微 型 轿车的 无级变速范围： 变速比：bR=动功率： 10动中心距：约为 400入转速为： 2500r/发动机 机经济转速为 1000 r/2500 r/虑到 微型 轿车重量轻，行驶速度要求不高等特点 ，设计车最高转速为 100km/h。常用减速器减速比为，所以总的传动系统传动比为t a bi i i= 计 内容 1) 新型带传动无级变速器结构设计 确定小功率 带传动无级变速器的结构，结合设计参数的要求，完成小功率微型 轿车 带传动 式 无级变速器主要零件 (锥体 和带轮分体等 )的结构尺寸设计 ； 2) 针对本设计的结构，推算出分体式带轮无级变速器的有效拉力计算模型； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 2 小功率微型电动轿车无级变速器工作原理 案分析 在带式无级变速 器中，若要实现变速即输出转速变化，必须改变其传动比，而传动比的改变需要通过改变带轮工作直径来实现。在目前的带式无级变速器中，均采用宽 把带轮在轴向分成两半，通过改变两半带轮之间的距离实现带工作直径的变化。虽然这样的无级变速器己成为技术成熟的应用产品正在生产，但它存在的问题是不容忽视的，那就是在改变两半带轮之间的距离时，带与带轮之间存在严重的摩擦，寿命很低，所以目前很多课题都在致力于提高带传动无级变速器的寿命上。然而，改变 改变两 个半轮之间的轴向位置外，还可以利用分体式带轮的分体 径向移动。 正是出于这种考虑而进行新型带传动 小功率 无级变速器的研究 ，使其能够在微型 轿车上得到使用 。 构组成 分体带轮无级变速器由分体带轮、调速装置、操纵机构、 V 带以及箱体等部分构成，见 图 图 体带轮无级变速器原理图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 1. 分体带轮 分体带轮，顾名思义就是将带轮分解 ，由分开的单独的带轮分体与锥体 组成带轮。 1) 带轮分体 带轮分体下端是燕尾状结构，能沿锥体上的燕尾槽自 由滑动，并且被锥体 带动 (或者带动锥体 转动 )， 分体带轮由五个带轮分体与一个锥体构成 。 2) 锥体 锥体上开有 五个燕尾槽，带轮分体的下端能正好安装在燕尾槽中，并且能沿锥体的燕尾槽自由滑动改变带轮的直径大小。 锥体两个端面有延伸部分，起主要作用是：在其上安装推力轴承，通过与操纵机构相互配合，实现锥体部分的轴向运动， 该 零件 的主要 部分是锥体，后面 的锥体结构主要是指其锥体部分。 其结构如图 图 体结构 3) 花键轴 通过花键轴，锥体可以在其轴向方向上左右移动，从而可以改变分体带轮的工作半径大小。 同时锥体通过花键轴作用实现输入或输出扭矩，进行动力传输 。 2. 操纵机构： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 在操纵机构的作用 下，调节分体带轮中锥 体轴的走向，从而改变带轮分体在锥体上的位置，达到无级变速器的目的。 3. V 带 : 嵌在带轮分体的 主动带轮转动时，利用张紧的带与带轮分体之间的摩擦力， 将动力从主动带轮传递到从动带轮上，起到传递动力的作用。 4. 箱 体 : 起到固定带轮分体的作用，保证运动的完整性。 作原理 如图 过 花键轴 3带动主动 锥体 1转动，利用锥体 1和分体带轮 2的 燕尾槽 配合 ， 通过支架向右 推动 锥体 1，由于 分体扇形块 轴向位置不变， 锥体 1相对带轮处的运动半径逐渐增大， 则分体带轮 沿锥体 1上的径向滑道向 外膨胀 ，以此增大带轮的工作直径 动分体带轮内的锥体 在转动的同时也 轴向移动， 从而 推动 轴向位置不变 从动分体带轮 ，分体沿锥体上的径向滑道向内收缩。此时由于传动带的长度是固定不变的，传动带具有一定的弹性，因此减小了从动轮的工作 直径，从而改变主、从动带轮的工作直径的比值，如此实现 无级调速的目的。 要性能参数 动比 与其他无级变速器传动相同，带式无级变速器的传动比 i 的表达式为 : 1221ni n （ 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 式中 的转速和工作直径 ; 速比 带 带式传动无级变速器的变速范围取决于带轮工作直径的相对变化量，带轮直径从 位置时的 图 带轮分体在锥体 的最右端时，变速比为 带轮分体运动到锥体 的最左端时，变速比为 图 轮的变速范围和 锥体的轴向移动量有关，如果要扩大变速范围，可以增加或减小 带轮在最大端或最小端的直径。 图 式传动无级变速器 动率 带传动是靠摩擦传动，带与带轮之间存在有滑动。带轮、传动带及负载 率不同，变速器 滑动率 不同。为了保证带式无级变速器正常工作并延长寿命，应尽 量减少滑动和避免打滑。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 3 分体 带轮及锥体的设计 传动参数计算 进行带轮及锥体设计，首先应按带传动设计过程进行基本带传动的计算，因为可以把无级变速看成传动比连续变化的带传动，而在某个固定的传动比处仍符合基本带传动的计算。 1) 设计功率 P（ 式中 工况系数，查表取 2) 选定带型 传动比 : 出入 入出（ i 的取值范围是 :入转速为恒定值 2500r/传动比为 的输出转速： n入/i =2500/000r/ n入/i =2500/000 r/所以 , 000 又2取有效宽度制窄 V 带带型为 ，由于窄 V 带结构特点，决定了其具有较高的承载能力，较长的使用寿命，适应载荷变化大，变化频率高等特点。 3) 确定带轮基准直径 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 为提高 结构允许的情况 下选取较大的基准直径。 窄 4035 （ 为充分发挥 应使 v =40可得带轮的最大极限尺寸。 60 1000 （ 传动 比为 000r/ 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 05000 = 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 02500 = 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 02000 = 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 02500 =轮尺寸最小有效直径 参考表 1567带轮具体尺寸将由后面计算给出 ,此处计算主要是为后面计算选择带轮 直径大小范围。 体及分体设计 在新型带传动无级变速器中，由于锥体和分体共同构成带轮的直径，所以在设计过程中应选取合适的锥体直径和分体高度。在锥体小端各个分体的距离比较近，为防止锥 体损坏， 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 图 体 应该保证各槽之间的距离 现分体在锥轮上运动需要开槽，槽的形状可以选 取 床上的燕尾槽用于滑动机构，所以选择燕尾槽。图中的槽尺寸按燕尾槽选取，槽口尺寸为 8底尺寸为 15度为方便计算取 060 (标准值为 55 )，槽 高 度为 7体个数为 5个，同样槽的个数也为 5个，这样得到锥体小端的最小直径为 50 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 图 体结构尺寸 传动计算 1) 初定轴间距 轴间距0 1 2 0 1 20 . 7 2d d a d d ( 将传动比为 i = : 122 6 0 , 1 3 0d m m d m m 0 2 7 3 7 8 0a 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 i =： 122 0 0 , 1 6 0d m m d m m 0 2 5 2 7 2 0a 中心距应在上述两个取值范围的交集内，根据初始中心距条件，所以选取 600 2) 计算带的基准长度 由于在传动比变化过程中，处于不同传动比时带的工作长度不同 ，如图 所以需要计算几个特殊位置的带长。 2120 1 202 24do a d d a (传动比为 60130 2120 1 202 24do a d d a =动比为 1时的带轮直径分别为 2120 1 202 24do a d d a =动比为 6000 120 1 202 24do a d d a =最大计算带长度选取标准带长度，取 400终选取带的型号为 2730河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 图 同长度时带长度选取计算 传动比为 1时的带轮直径的计算过程如下 : 设变量 x, y, K, L，如图 由三角形相似可列方程 : 50L K 35(又传动比为 1处两带轮长度相等 : 2 1 6 0 2 1 3 0 ( 将式 (入式 (得 : 131 0 0 1 6 0 7 0 1 3 0 17L K K L 4 2 0 05 0 1 5 0 1 7 1 7 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 1 3 4 5 53 5 3 5 1 7 1 7 所以传动比为 1处带轮直径为 : 4552 1 3 0 1 8 3 . 5 317d 动比为 1时的带轮直径计算 3) 实际轴间距 : 00 1 4 0 0 1 4 2 2 . 84 0 0 3 8 8 . 622a m m 4) 小带轮包角： 0 0 0 0211 2 6 0 1 3 01 8 0 5 7 . 3 1 8 0 1 6 0 . 8 33 8 8 . 6 这里的小带轮 包角用直径相差较大的两个带轮进行计算，因为带轮河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 直径相差大的带传动中小带轮包角较小。 但是，此时大带轮处于分开状态，由于各分体之间存在距离，所以大带轮的实际包角要小于理论包角，此处计算大带轮的实际包角是否大于 120度。 图 带轮包角计算 如图 示在大带轮包角范围内 ，假设 分体带轮完全与带 接触，则大带轮运行过程中会出现有两个 三个 以应该在理论包角中减掉这些部分。大带轮 为整圆时 理论包角 : 000 0 0 0 02122 6 0 1 3 01 8 0 5 7 . 3 1 8 0 5 7 . 3 1 9 9 . 1 73 8 8 . 6dd a 当大带轮有三个 的范围无分体支撑时， 其 包角 最小 ，而图 ， 所以大带轮 包角 为 01 9 9 . 1 7 3 2 3 . 1 4 5 1 2 9 . 7 3 ， 满 足要求。 5) 单根 V 带的基本额定功率 用传动比为 小带轮进行选取 :d=130v=5000根据选取带河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 23 查表 15得0 W,传动比不为 1，0 0 P 。 6) V 带根数 00ca P K K （ 式中 小带轮包角修正系数，根据小带轮包角1a，查表 15 带长修正系数，根据基准带长400，查表 15 据式（ 算得 12 1 . 6 1 87 . 6 9 0
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