7 钢球锥轮式无级变速器设计

7 钢球锥轮式无级变速器设计,钢球锥,轮式,无级,变速器,设计 钢球锥轮式无级变速器的设计摘要：机械无级变速器是一种能适应工艺要求多变、工艺流程机械化和自动化发展以及改善机械工作性能的一种通用传动装置。本文简要介绍了摩擦式机械无级变速器的基本结构、设计计算的方法、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锥轮作为中间传动元件，通过改变钢球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。本文分析了在传动过程中变速器的主、从动轮，钢球和外环的工作原理和受力关系；详细推导了实用的钢球锥轮式无级变速器设计的计算公式；并针对设计所选择的参数进行了具体的设计计算；绘制了所计算的钢球锥轮式无级变速器的装配图和主要传动元件的零件图，将此变速器的结构和工艺等方面的要求表达得更为清楚。这种无级变速器有良好的结构和性能优势，具有很强的实用价值，完全可以作为批量生产的无级变速器。其主要特点是：1.变速范围较宽；2.恒功率特性好；3.可以升、降速，正、反转。4.运转平稳，抗冲击能力较强；5.输出功率较大；6.使用寿命长；7.调速简单，工作可靠；8.容易维修。关键词：无级变速器、摩擦式、钢球锥轮式、设计Steel ball cone pulley type variator s designAbstract: The mechanical variable speed drives is a general purpose gearing which can accommodate the variable requirements of the process planning, mechanization of the schedule drawing ，the development of automation and the improvement of the mechanical working capabilities. The article briefly introduce the basic structure, the way of design and calculation, material and lubricate of the frication type variable speed drives, and taking them as the theory basis of the design of mechanical variable speed drives.This design uses the ball pyramid wheel as the middle transmission component, by changing its working radius to realize the continuous change of the output axis. This article analyzes the working theory and the working forces of the drive wheel, ball wheel and outer ring during the transmission process. It also deduces the practical calculation formula of the ball pyramid wheel type variable speed drives， it also goes on the material calculation aim at the selection parameter. It protracts the assemble-drawing of the ball pyramid wheel type variable speed drives and the accessory-drawing of the mostly drive component. So it can express more clearly of the structure and process planning of the variable speed drives.The variable speed drives has good structure and properties, and it can use as batch production. The most specialties: 1 wide range of variable speed；2 the constant output power；3 it can rotate positively and versedly；4 stable accuracy of speed；5 high output power；6 long life；7 simply and precise control of speed；8 easy maintain.Keywords: CVT、friction type、ball pyramid type、design11引言1.1机械无级变速的发展概况机械无级变速器最初是在 19世纪 90年代出现的，至 20世纪 30年代以后才开始发展，但当时由于受材质与工艺方面的条件限制，进展缓慢。直到 20世纪 50年代，尤其是 70年代以后，一方面随着先进的冶炼和热处理技术，精密加工和数控机床以及牵引传动理论与油品的出现和发展，解决了研制和生产无级变速器的限制因素；另一方面，随着生产工艺流程实现机械化、自动化以及机械要改进工作性能，都需要大量采用无级变速器。因此在这种形式下，机械无级变速器获得迅速和广泛的发展。主要研制和生产的国家有美国、日本、德国、意大利和俄国等。产品有摩擦式、链式、带式和脉动式四大类约三十多种结构形式。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：1.JB/T 5984-92 宽 V带无级变速装置基本参数、2.JB/T 6950-93 行星锥盘无级变速器、3.JB/T 6951-93 三相并联连杆脉动无级变速、4.JB/T 6952-93 齿链式无级变速器、5.JB/T 7010-93 环锥行星无级变速器、6.JB/T 7254-94 无级变速摆线针轮减速机、7.JB/T 7346-94 机械无级变速器试验方法、8.JB/T 7515-94 四相并列连杆脉动无级变速器、9.JB/T 7668-95 多盘式无级变速器、10.JB/T 7683-95 机械无级变速器 分类及型号编制方法、11.JB/T 7686-95 锥盘环盘式无级变速器、12.JB/T 50150-1999 行星锥盘无级变速器质量分等、13.JB/T 53083-1999 三相并联连杆脉动无级变速器 质量分等、14.JB/T 50020- 无级变速摆线针轮减速机产品质量分等（报批稿）。现在，机械无级变速器从研制、生产、组织管理到情报网信息各方面已组成一较完整的体系，发展成为机械领域中一个新型行业。21.2机械无极变速器的特征和应用 机械无级变速传动几乎都是依靠摩擦力或油膜拉曳力来传递动力的(PIV 型及 FMB型滑片链式变速器有部分“啮合”因素，脉动式无级变速器酌的单向超越离合器也是依靠摩擦来传动的)，由于大多是在充分润滑的条件下，用高硬度、高光洁度的擦传动副来传动，因此摩擦系数仅为 0.020.06，施加在摩擦副间的法向压紧力 Q高达其所传递的有效圆周力的 2075 倍，因而限制了其传动功率，传递的功率最高为 110KW(R6=6的摆销锭式变速器)、150KW(多盘式)；而且出于对材质、工艺；润滑油的品质均提出了较高的要求，所以直到本世纪五十年代才得到迅速发展，日前世界上一些国家已对多种性能良好的机械无级变速器进行了系列化的生产，作为通用部件供应，我国也对部分品种进行了系列生产，这对发展国民经济是颇为有益的。机械无级变速器且有结构简单、价廉、传动效率高(有的高达 95)、通用件强、传动比稳定性好(有的误差小于 0.5%)、工作可靠、维修方便等优点，特别是某些机械无级变速器可以在很大的变速范围内具有恒功率的机械特性；这是电气和液压无级变速所难以达到的。不少机械无级变速器还有振动小(全振幅小于 315 微米)和噪音低的特点。但其缺点是存在滑动、承受过载和冲击的能力差。对于脉动无级变速器由于有往复运动构件和超越离合器，以及输出速度的脉动性，限制了它只适用于小功率，低速和运动平稳要求不高的场合。带，链式无级变速器，便于实现转速随负载而变化的自动无级调速，有利于节约能量，很有发展前途。由于机械无级变速器的传递功率较小，为扩大其功率范围，常将其与大功率定传动比系统以差动行星齿轮机构相联；这样使大部分功率由定传动比系统传递，而少量功率3流过机械无级变速器，经差动合成后，既进行了变速又传递了大的功率，这时无级变速器是作为控制传动用的。作为机械无极变速器本体来讲，要扩大其传动功率，则必需采取多接触区分汇流传动型式、接触区综合曲率小(曲率半径大)的结构。并通过选择适当的润滑油(有添加剂的)、表内几何形状、滚功体尺寸等以建立起油膜进行传动。机械无级变速传动具有结构简单、操纵方便、传动效率较高、恒功率特性高、噪声低等优点，因此，能适应变工况工作、简化传动方案，节约能源和减少环境污染等要求，在工业界受到越来越多的重视和采用。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、起重机械和试验设备中。1.3国内机械无极变速器的研究现状国内机械无级变速器于 20世纪 6O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。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。目前，国内生产的机械无级变速器大都是仿制国外产品，主要系列产品类型有：1)摩擦式无级变速器，包括行星锥盘式(DISCO 型)、行星环锥式(RX 型)、锥盘环盘式(干式、湿式)和多盘式(Beier 型)等。2)齿链式无级变速器，包括滑片链式、滚柱链式、链式卷绕式。3)带式无级变速器，包括普通 V 带式和宽 V带式。4)脉动式无级变速器，包括三相并列连杆式(GUSA 型)与四相并开连杆式(ZeroMax型)。其中行星锥盘式无级变速器通用性较强，结构和工艺较简单，工作可靠，综合性能优良，尤其是能适应各种生产流水线需要，故应用最广，产量最大，其年产量占机械无级变速器总产量的 5O 96 以上。大部分无级变速器产品的输入功率为01875kW，少数类型可以达到 223O kW。通过前一阶段的实践，并掌握了现有技术之后，近年来国内机械无级变速器的4研制生产出现了新的发展趋向，主要是：1)对原有产品的创新改进。在原来行星锥盘式无级变速器的基础上，创新开发“恒功率行星摩擦式无级变速器”及“无物理心轴行星轮无级变速器”，后者的变速比由原来的 56 增大到 2O或更大，输出转矩也高了一倍以上，而且其他性能指标优良，目前已有系列产品。2)研制开发汽车用元级变速器。汽车用无级变速器属高新技术产品，目前国内已开发出金属带式无级变速器，正准备进行产业化生产；其中靠进口的关键零件“金属钢带”也将自行生产。另外，新型的车用无级变速器及复合带也在探讨之中。3)创新研制新型(车用和通用)无级变速器。近年来不断提出创新型无级变速器，这些无级变速器的特点主要是： 不用摩擦式变速传动而多半以连杆脉动式无级变速器传动为主或采取链式传动； 实现大功率、恒功率或者高速； 结构简单紧凑，并获得优良的性能。其中有些方案已经过多年的研究试验，可能在不久的将来即有成果。上述情况说明，国内无级变速器的研制生产已由过去的仿造阶段进入创新阶段，由小功率往大功率、一般技术向高新技术发展，今后有可能出现一些性能优良的新一代机械无级变速器。1.4毕业论文设计内容和要求设计内容：要求根据导师提供的数据(N 1=4.5KW， =6， =1500rpa)比较和选择bRpn合适的方案；完成钢球锥轮式无级变速器的结构计算与设计；对关键部件进行强度和寿命校核;运用 Pro/e完成该无级变速的建模，装配图。设计要求：变速范围 250rpa1500rpa; 变速器尺寸要尽可能小，轻便；结构设计时应使制造成本尽可能低；外观匀称，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。52总体方案的选择钢球锥轮无级变速多种多样，在此，我只选择了两种方案供参考，作比较，选出理想方案。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(38 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6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 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： =9，Imax=1/Imin，P11KW，4% ，0.800.92 ，nR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。具体分析如图 2-2。7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。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8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 =20.5,变速比 = 4,输入功率 P1=（0.12.2）KW，输入转速 n1=1500 bRr/min ,传动效率 85% 。一般用于机床和纺织机械等。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，如果此装置用于制造，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。3主要零件的计算与设计设计一台 Koop-B型无级变速器，输入功率为 N1=4.5KW， =6，n p=1500rpa。选用bRY132M-4型电机驱动。N=7.5KW，n=1400rpa,=0.87。输入转速 n1=750rpa。确定传动件的主要尺寸参数。93.1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=2200025000kgf/cm 2,加压元件j =40000500000kgf/cm 2。（2）预选有关参数：锥轮锥顶半角 a=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= =1.5,kf=1.25、=0.8。qDd（3）有关运动参数计算；传动比 max5027i.3钢球支承轴的极限转角（增速范围）1max452186oorctgirctg（减速范围）2in0.34o（4）计算确定传动钢球的直径 :qd01coscos45.19721.a按表 1-2（机械无级变速器）由 查得 ，代入式得.10.982 213 43min(cos)6836810.9.254.(21.5cos4)0(.5)679.5.20fqjkNadz 按钢球规格圆整取 1.6qd锥轮直径 1D1.50.2.4qcm圆整取 1m10则 15.29060qDcd验算接触应力 j2 213 31min2(cos)6836810.91.2540.8(21.5cos4).56672.5/fjqkNacdzgf 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(cos)(1.52906cos45)10.62.684qadm钢球侧隙 1cos)in1(.52906cos45)in301.6.82oqadz外环内径 rD32.68410.32.84rq cm外环轴向截面圆弧半径 R取(0.7)qRd7.5锥轮工作圆之间的轴向距离 Bsin1.6sin4.182oqBacm3.2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)加压装置有关参数加压盘作用直径 pd0.57.pqDcm11加压盘 V形槽倾角 取10.415.()62718sin7sinopfDarctgarctgd630o加压钢球按经验公式取 、 。经验算接触强度均不足，故改用qyqddm腰鼓形滚子 8 个，取滚子轴向截面圆弧半径 ，横向中间截面半径 。现18rc0.8rcm验算其强度：每个加压滚子上的法向压紧力 yQ1min9480ssin94801.250.8sin45cocos631.503.6 ofy kNazQamcDkgf曲率系数180.cos182r由表 1-2 按 查得 ，代入式得加压盘处的最大接触应.2.76力为2 233212408 1()408.1.50.8().19./3.5/j ykQrgfcmkgfcm工作应力在许用应力范围之内。故可以采用。3.3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 的范围内完成，大多数取 。槽形曲线可以为阿基米德螺旋120o 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： mm0max 3max2,.5sin0.526.840sin18.45.2oAiRDlB： mmax 321, 96,.1.1oB Bii R12C： min0.3,90,oCmm max5si.5sin18.453.72oRDl定出 A、B、C 三点，采用做图画做出弧形槽，槽宽 10mm。3.4输入、输出轴的计算与设计本方案为无级变速器，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 220250HBS， ，一下为从动轴的计11640,275,5BMPaaMPa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 ，于是得：min20.354dm3min04.19.5NdA输出轴的最小直径为与锥轮连接处（图 2-1）。考虑到此处锥轮于轴是过渡配合，且锥轮工作直径为 155mm，为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。（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 ，40Idmmm。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6IL花键 GB/T1144-87，轴承同时受到径向力与轴向力作用，初步选47501fad用滚动轴承外加退刀槽，取 ， 。III 轴段对轴 II与轴 IV上的50Im25IL轴承内圈起定位作用，取 。IV 轴段作为轴承座安装滚动轴承，6,4II受轴向力大用角接触球轴承，取 。V 轴段根据轴承端盖的装拆,17IVIVdm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 。50,3VVdmL13轴 VI段安装 V带轮采用推荐直径 。至此，已初步确定了轴的各45,0VIVIdmL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 V： ， ,VI: ， .为保证 V带轮与轴配合有149bh0l16bh25l良好的对中性，故选择 V带轮轮毂与轴的配合为 ；同样，密封挡圈与轴的配合为7Hn。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76Hk倒角为 。245o3-1 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 。为了节省工艺及成本，主、从动轴设计成同种轴。min20.54dm3.5输入、输出轴上轴承的选择与计算轴承为标准件，只需挑选合适的参数的轴承即可，主、从动轴轴 II段由于轴承到径向力与周向力的作用，所以选用深沟球轴承 6010 GB/T276-91。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 7011 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。深沟球轴承 6010 GB/T 276-9414基本尺寸（mm） 安装尺寸（mm）基本额定动载荷 rC基本额定静载荷 or极限转速(r/min)轴承代号d D B rmindminDmaxrmax （KN）脂润滑油润滑原轴承代号6010 50 90 16 1 56 74 1 22.0 16.2 7000 9000 110角接触球轴承 7011C GB/T 292-94基本尺寸（mm） 安装尺寸（mm）70000AC25oa极限转速(r/min)D r 基本额定动载荷静载荷rC0r轴承代号d D Brmindmin maxa(mm)(KN)脂润滑油润滑原轴承代号7011C 55 9018 1.1 0.6 62 83 1 18.7 37.2 30.5 6000 8000 36111153.6输入、输出轴上端盖的计算与设计根据功能需要选择透盖，按 Q/ZB100-73规定,选用毡封油圈时，其毡圈尺寸：在轴径 50240mm 时，1bd1b毡圈外径 D较 大 2mm,厚度 B较 大 2mm。1d3.7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。162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：蜗杆的基本尺寸 （GB 10085-88）模数 mmm轴向齿距 xpmm分度圆直径 1dmm头数 1z直径系数 qmm齿顶圆直径 1ndmm齿根圆直径 1fmm值21md3分度圆柱导程角 r8 25.1333 80 1 10.000 96 60.8 5120 5428o涡轮、蜗杆参数的匹配（GB 10085-88）中心距 amm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 2x200 41 8 80 1 41 -0.500传动钢球小轴摆角 与手轮转角 的关系为：211 11322 22arcsinicos(sincoszzzzbReabRl 在制造时，蜗轮上的 z条槽要保证其圆周不等分性不超过 。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。173.8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。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。184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，在 4.2节会做出校核，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传动钢球的转速校核钢球与锥轮的接触区为椭圆，其长半径为 ；空载时，纯滚动点在接触椭圆的12()a中心 o点，钢球的理论转速为 为 0Bn1Rnr钢球实际转速 qn（增速）1111570258/mincos(cs().6cos(4.3)qxqDnn rda （减速）111 61/i().(.)qxqn外环转速 r（增速）11cos751/min()()qxxrrrnndDnra（减速）11 92/i(cos)()qxxrrrd符合滑动率的要求。194.2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 1M114.597408.70NNmn从动锥轮转矩 222.9(52)40.563.7x每个传动钢球上的转矩 q14.50897406(231)2.86.53qqNMznm外环上的转矩 r14.0897406.930.7497251rrNNmn主动锥轮与每个钢球接触点处所传递的有效圆周力 1P1124.9740970256.7465PznD从动锥轮与每个钢球接触点处所传递的有效圆周力 2122cos()97404368NaPNzn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 及1Q2111.254948094803974670f fkPkQznD1122 . 15754067f xNf20它们的径向分量 及轴向分量 分别为rQa12sin39274sin5270.91cocoi061i453.86.21ssra ora NN由在一般情况下， 故钢球心轴上受有不平衡的力距作用。1212,PQ2）强度计算由于 Kopp-B型无级变速器是恒功率型的，故应按 时从动侧钢球与锥轮的工作2min位置建立强度计算公式，这时：压紧力 Q11min948094801.2350.894.32.fqkNkgfzcd曲率 12.69qkd2121cos0.28qaD20k当量曲率 d 11212(cos)2(1.5cos4)060.4865d qakkd曲率系数 cos 12121cscos o40.97.5sdoka214.3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 Mca1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 30.1.5012WdNm?抗扭截面系数 2T截面 C左侧的弯矩 M为 3974N?截面 C 左侧的扭矩 为 3T50截面上的弯曲应力为 7.1.cass?39274.150bMPaW截面上的扭转切应力 345082TPa轴的材料为 45号钢，调质处理，由轴常用材料性能表查得： 11640,275,5BMPaaMPa截面上由于退刀槽而形成的理论应力集中系数 按手册查取。因及20.45rd，经插值后可查得81.6Dk又由手册可得轴的材料的敏性系数为 0.82,.5q故有应力集中系数 1()1.(1).82ka221()10.82(.31).26kqa由手册得尺寸系数 ；扭转尺寸系数 。0.67E .E轴按磨削加工，由手册得表面质量系数为 0.92轴未经表面强化处理，即 ，按手册得综合系数为1q.822.80067.9kKE1.1.682.k又由手的得材料特性系数 0.2,0.15=5取， 取于是，计算安全系数 Sca值，按公式则得127530.92.8314.msK1 .57.620.ams2223.91.4.31.5cas s?故可知其安全。3）截面 C右侧同理可的 。安全。7.51.cass?23故该轴在截面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。音痴，轴的设计校核结束。4.4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 1r2F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： 为通过1Ft另外加转矩而平移到指向轴线； 亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。有受力Fac分析可知: 121121222122678678.52710103976014875983reacVrvreVHtrterHvrrrDF NNFN2)求两轴承的计算轴向力 12Fa和对于 6000C型轴承，按手册，轴承派生轴向力 ，其中， 为判断系drFee数 ，其值由 得大小来确定，但是现在轴承轴向力 未知，故先初取 ，因此0aFCa0.4可估算11220.4635drFN24又得： 1220286354120.7.53aedaFNC查手册确定 。12120.4,.0,40,16aaeFN3）求轴承当量动载荷 ，由手册进行查表或插值计算得径向载荷系数12P和和轴向载荷系数为：对轴承 1 1X0.41Y.37对轴承 2 110因为轴承运转中有中等冲击载荷，按手册查得， ，取 。则.28pf1.5pf111222()584.369praPfXFYN4)验算轴承寿命因为 ，所以按轴承 2的受力大小来验算12P663201050()()2698.4.pCL hn综合上述可得，该设计符合工程要求。254.5键的校核设定输入轴与 V带轮之间的键为 1 ，输出轴上的键 2，加压盘上的花键为键 3。普通平键的型式与尺寸如下图：普通型 平键 GB/T1096-79矩形花键的连接矩形花键尺寸 GB/T1144-87由前面条件选取的键型号规格如下：键 1：圆头普通平键（A 型） b=14mm h=9mm L=40mm 键 2：圆头普通平键（A 型） b=16mm h=10mm L=25mm键 3: 矩形花键 6-50469受力分析：键 1受到的转距 158.4TNm26键 2受到的转距 2140.5623.7TNm键 3受到的转矩 38.平键的材料为钢，轻微冲击， 为 100120Mp，取 =110 MpFF平键的校核公式： （k=0.5h l=L-b d 为轴的直径）3210FTkld所以：校核第一个键： 3721058.4102.356F FTMPakld校核第二个键： 3 710953.24.52F FPakl 花键的材料为钢，使用和制造情况良好，齿面经热处理， 为 120200MPa,取F=130MPa。F花键的校核公式： 3721058.4103.5.6F FmTMPazhld 键的校核达到要求。综合上述可得，该设计符合工程要求。27总 结这对自己来说，是一个总结，也是一个提醒。因为毕业论文的完成，既为大学四年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。2009 年 12月，我开始了我的毕业设计工作，时至今日，设计基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个设计过程难以用语言来表达。通过此次毕业设计我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了无级变速器在未来应用的发展，是自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业的时间一天一天的临近。回首前面的时光。在没做毕业设计之前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计是发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计是我明白自己原来的知识太理论化了，面对单独的课题是感觉很茫然。觉得自己学要的东西还很多，以前自己眼高手低。通过此次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，事情总是开头难，不知道如何让入手。最后终做完有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！所学知识只有在真正用的时候才能学会。在此要感谢我们的指导老师聂老师对我的悉心指导，感谢同学们对我的帮助。在设计过程中，我们通过查阅大量有关的资料，与同学交流经验和自学，并想老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少的艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂的许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大的提高了动手能力，是我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个设计做的不太好，但是在设计过程中所学的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，是我终生受益。28致 谢在这里我首先要感谢我的导师聂松辉老师。聂老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为繁琐，但是聂老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩的聂老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次我要感学和我一起做毕业设计的同学们，他们在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变的非常困难。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础，同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。最后感谢机械工程学院和我的母校湘潭大学兴湘学院对我的栽培。29参考文献1 阮忠唐主编. 机械设计无级变速器S. 北京：机械工业出版社， 1983.10. 2 崔光彩编著. 牵引传动行星无级变速器设计S. 郑州：河南科学技术出版社1994.2. 3 姜勇张波编著. ANSYS 7.0 实例精解S. 北京：清华大学出版社，2004.1. 4 郑提，唐可洪主编. 机电一体化设计基础S. 北京：机械工业出版社 2003.1. 5 濮良贵，纪名刚主编. 机械设计S. 北京：高等教育出版社， 1996.11. 6 清源计算机工作室编著. MATLAB 6.0 基础及应用S. 北京：机械工业出版 社，2001.5. 7 朱张校主编. 工程材料S. 北京：清华大学出版社，2001.1. 8 成大先主编. 机械设计手册S. 北京：化学工业出版社，2001.3. 9汽车标准资料手册编写组编汽车标准资料手册（上，中，下） 北京： 技术标准出版社1972.6 10 周有强主编机械无级变速器S北京：机械工业出版社2001.7