1264-钢锥锥轮式的无级变速器的传动与设计
1264-钢锥锥轮式的无级变速器的传动与设计,钢锥锥,轮式,无级,变速器,传动,设计
22译文滑动块转动曲柄机构的设计 第一部分:多阶段动作产生摘要设计滑动块曲柄机构到完成多阶段运动产生应用代表性地完成可通过可调节的平面的四杆运动加速器,这一方法是被提出来了的。这个方法的好处有两点:第一,多阶段的规定刚体位置是可完成的利用一个机构同较少数活动部分,它用的活动部分比那平面的四杆机构要少。第二,在这阶段滑动块曲柄运动加速器可以完成阶段的规定刚体位置不需任何人工的或自动调整的它的运动副。一滑块路径启动曲柄运动加速器到完成刚体位置的二阶段是设计者利用第7项命令多项式去联接那那可调节的平面四杆运动产生器推杆连接的运动副。这个多项式产生平滑平稳径向位移、速度、加速度和带有转角轮廓的边界条件,这些是可以被呈现的。在本研究中例子问题是考虑一个二阶段的运动副转动平面四杆的机构装置的调整。 2004 Elsevier 公司版权所有。1.介绍平面的四连杆机构广泛的被被用于机械系统和装置。由于平面四杆机构的平面运动学,平面的类型和连接轴方向,它可以是实际的设计并且实现这些机构(与大部分四杆空间机构相比较)。 除此之外, 平面的四连杆机构有一广范系列的图解式和解析设计和分析方法。机构分析中产生的问题要求一个刚体是通过一系列规定位置而被控制的.图.1显示了四连杆机构可用于生产这个运动通过制造那刚体作为它的耦合器连接的一部分。图.2显示了一部装配机器的三个位置的运动产生.理想耦合器的运动只能由个别的离散的精确位置近似表示。由于一连接点只有一有限数的有效的尺寸,设计师可以只规定一有限数的精确点。一个四连杆机构可以满足直到五个规定位置由那运动产生问题。然而,一个可调节的四连杆机构可以满足超过五个给定的位置用这一样的硬件。一四杆机构的运动副可以用二种不同的方法来调整:可调曲柄推杆长度(图.3)和安装曲柄推杆联杆调整(图.4)。那可调节的传动机构可以供应解决一般平面运动(图.5)两个阶段的方法。 如果在调整之后,一四连杆机构在第一阶段是被设计能达到达位置1,2和3,同相地、这同样的接合在第二阶段可以到达三个新的位置4,5和6。两个阶段的运动可以利用一样部件通过校准一个或多个接合叁数来完成,接合可以在这些位置精确地产生运动并且近似表示在其他的位置的运动。连接器的真实运动是精密位置被用愈较23多,对理想的运动也愈靠近。图.1 平面四杆机构 图.2 平面四杆卸栽机构图.3 可调节长度的曲柄机构 图.4 固定长度的曲柄机构关于运动的产生在可调节的传动机构的区域内,在已出版的作品里1-19 略微被限制。上述的工作包括包括 Ahmad和 Waldron的工作1,他们发展一方法关于综合处理一四连杆机构同可调传动装置安装。他们解决二个阶段的问题用一最大量总数的五个位置。Tao和Krishnamoorthy2发明了绘图的合成程序用尖头产生可变耦合器弯曲。24图.5 规定刚体位置的两阶段Mcgovern和Sandor 3,4提出了综合处理可调节的机构的功能和路径生成利用合成物耦合器的方法。Funabashietal.介绍一般方法到设计平面,球体和空间机构哪个可以校准的调整输入/输出关系。Shoup设计可调节的存在于空间的滑动块曲柄机构被当作可变的换置使用泵。 Cheun-chom 和 Kota7介绍了一般的方法关于合成可调节的机构利用可调节的二数。Wilhelm呈现了为可调节的四杆机构的二相运动产生问题的合成方法。Wangand Sodhi9 呈现了解决为那在每二时期中的二个阶段的恰当的移动铰链的三个位置的问题。Russell和Sodhi10,11 最近有耐心的介绍这些方法为综合处理可调节的空间的机构对于多阶段运动产生,空间的RRSS机构可以是综合处理到完成阶段的规定精确的刚体位置。最近Chang12 呈现了可调整四杆机构用指定的切线速度产生圆形的弧。如果存在过任何性能有关限制到那可调节的平面的四杆机构, 人工控制或自动控制是被要求完成所有的规定阶段在多阶段的申请。人工控制可能是耗费时间的尤其是如果那调整过程处于被涉及到的收上位置及机件控制被经常地运用。实现自动化调整能力可能使机制不实用从财务的立场来说-尤其当操作和维护开支被考虑的时候。对于一可调节的平面的四杆运动加速器它包含移动副和连接长度一起控制推杆连接而曲柄连接只能用移动副控制,一等效的滑动块曲柄运动加速器可以被设计成能完成多阶段的规定刚体的位置。这种方法的好处是规定刚体位置的多个阶段是可利用一机构与较少数活动件就能实现的,它与那平面的四连杆机构和那滑动块曲柄运动加速器相比较只用少数活动件就可以完成阶段的规定刚体位置而不需要任何实际的或自动操作控制的它的移动副在这些阶段中。在这个一工作中,一种方法设计偏置曲柄运动加速器实现一般地多阶段运动产生点样可利用可调节的平面的四杆运动加速器来完成是已经被提出来了的。一滑块路径启动曲柄运动加速器到完成刚体位置的二阶段是设计者利用第 7 项命令多项式去连接那那可调节的平面四杆运动产生器推杆连接的移动副。推杆连接的移动副的径向位移、速度、加速度和参数也被规定利用这个多项式的界限条件的情况2.刚体规则和多阶段运动链锁反应存在于这个工作中的滑块曲柄运动加速器设计法可适应事实上任何多阶段运动链锁反应可利用的方法,那方法含有移动副的控制与安装和可分别地调整曲柄和推杆长度。作者10,11发展了他们整个运动阶段链锁反应在这一个研究中被利用的方法。那平面的四杆运动加速器在图图.6 是图解说明了的。在本研究中、连线 a0-a1 的是表示曲柄而连线 b0-b1 表示摇杆。平面的四连杆机构的杆 a0-a1 和杆 b0-b1 必须满25足那固定长条件因为它的安装和移动副的连接轴要保持平行。给一固定支点 b0 和一移动的铰链 b1 它们的长度条件等价于公式(1)当用合成法合成平面的四连杆机构的曲柄和从动件时20,21必须被满足。等式(1)可以被重新写成等式(3)。在等式(3)里,变量 R 表示曲柄或从动件连杆的长度。这一个工作的一个目的是设计一个等效的滑动块-曲柄运动加速器作为一可调节的平面的四杆运动机构。虽然平面的四连杆机构中的曲柄和从动件连杆两者的运动铰链是可调整的,但只有动件连杆的长度可被调整(非那曲柄连杆)。 通过做这些,这个等效滑动块曲柄运动机构是被设计成将会有一个固定曲柄连杆长度和一滑动块路径这就相当于从动件连杆的调解。 图.6 平面四杆运动加速器及它刚体上的 p、q、r 点(3)方程(2)是一刚体位移矩阵,它是存在于空间的刚体位移矩阵20,21的矩阵与逆矩阵之乘积。为一刚体在适当的位置“i”和那之后的位置“j”制定坐标,矩阵 Dij是一个变换矩阵要求变换坐标从位置“i”到位置“j”变量 p,q 和 r 在等式方程(2)中表示那刚体在二维空间的位置。虽然这一位置的二维空间位置是通常被描述为单个点和一位移角(例如: p 和 ),作家选择描述刚体使用三个点作为计算的目的。如果用26户喜欢描述那刚体利用传统的的标记,这个位移矩阵在方程等式(2)将被替换为简单的平面刚体位移矩阵20,21。因为有四个变量(b0x、b0y、b1x,and b1y),一个五个刚体位置的最大值可以被确定,不需要任意的选择一参数作为其中的一阶段(看表 1)。点 p、q 和 r 将不会全部的落在各刚体位置的同一直性上.拿这个预防措施防止那些在刚体位移矩阵(方程等式(2)中的排变成成比例项的。有比例项的排,这些矩阵不能被倒置的。在表 1 里、给出了为可调节的平面的四杆运动机构规定的刚体位置的最大极限数目转动曲柄和从动件连杆的固定和移动的铰链的数目确定了刚体位置的最大极限数目。 这个例子问题在这个工作中,一个等效滑动块曲柄是被设计成能完成一二相移动铰链控制请求为一可调节的平面的四杆运动加速器。在这二相中,可调整的移动铰链例子的问题在这一个工作中,需要的未知数是 a0,a1,a1n,b0,b1和b1n,未知数a0 和 b0表示平面的四杆机构繁荣固定支点。未知数a1,a1n,b1和b1n表示那移动铰链在平面四杆机构中的1阶段和阶段。由于这些未知数的中间每一个有二组成物,则总共由12个变量来确定。表 1 可调的平面四杆机构的规定刚体位置和各阶段的变化方程等式 (4)-(8), 是用来计算六个未知者中的五个在a0, a1和a1n 。这个变量a0x 和连杆长度R是确定了的。方程等式 (9)-(13), 是用来计算六个未知者中的五个在b0, b1和b1n 。这个变量b0x 和连杆长度R1和R2是确定了的。273.轨道链锁反应级在前一单元描述了那多阶段运动链锁反应级方法之后,用户可以用合成法合成一个平面的四杆运动加速器和确定移动副的路径。这个从动件连杆的运动副的轨道必须以一种方式被连接的,这种方式以允许平滑的变位速度,加速度和 变换在确定运动副的轨道之间。突然的或不连续的变化将最终导致滑动块转动曲柄机构的过度磨损。这等效滑动块曲柄运动加速器的滑动块路径将由该从动件连杆的运动副的路径和连接他们的轨道组成。在一可调节的四连杆机构的操作期间由于在一个特别的阶段,这转动曲柄和从动件连杆的运动副的半径位置是固定的及这个运动副半径的速度,加速度和转角是零。这同样的适用在可调节的平面的四连杆机构的运动副,固定连杆长度调整的期间 ,当运动副和连杆长度调整被考虑的时候,这运动副的径向位置,速度,加速度和转角进行从这连杆参数在前阶段到这后阶段连杆参数的变化。如果转变曲线的产生是因为这从动件连杆,及这个曲线图是分段的连接到这个从动件的移动副的曲线图上的,这就相当于这个阶段前后的变化, 一个单一的滑动块轨道的形成说明在这些阶段之间的变化(或从动件连杆移动副的调整)。一7次顺序多项式22,23是要求确定这可调整的平面的四杆运动加速器中从动件的运动副的径向位置,速度,加速度和转角在这些阶段的变化。这径向变位,速度,加速度和转角边界条件关于这个多项式是28在这一个工作中, R0是从动件连杆在阶段一的长度(连杆 b0 - b1)而Rf是从动件连杆在阶段二的长度(连杆b0 -b1n)。这些约束确定了一线性集的八个方程等式与八个数,它们的解答式是294. 例问题带有固定转动曲柄的可调整的平面四杆运动加速器的两个阶段的运动副的调节和从动件从动件长度在这一个断面是被例证了的。在表2里是列出关于七个规定刚体位置的点p, q和r在X Y 座标系中的座标。表2可调整的平面四杆运动加速器规定刚体的位置等式方程(4)-(8)用来计算六个未知者中的五个在a0、a1和a1n中。这可变的a0x和连杆长度R1是确定了的(a0x = 0而R1 = 1)利用下列初始值:这平面的四连杆机构解答表示为图.7 可调整的平面四杆运动加速器和相应规定刚体位置30图.8 用合成法合成可调整的平面的四杆运动加速器的运动副的轨迹等式方程.(9)-(13)是用来计算在 b 0 , b 1 和 b 1n 中六个未知数中的五个。这可变的b0x和连接长度R1而R2是确定了的(b0x = 1.5、R1 = 1.5、R2 = 1.3)。利用下列初始估计:这平面的四连杆机构解答表示为:利用这已计算了的值和运动副的参数,可调整的平面四杆机构运动加速器的结果在图.7里被说明.在本研究中一等效滑动块曲柄加速器是被设计成平面的四杆运动加速器的。用合成法合成可调整的平面的四杆运动加速器在阶段一和阶段二的开始和结束位置是被说明的在图.8。 由于这曲柄连杆由一固定的长度的连杆的运动副来控制, 这个图.9 等效滑动块曲柄加速器和刚体的初始位置31滑块径向位移曲柄的角位移图.10 合成法合成滑动块曲柄运动加速器中滑动块相对曲柄转角径向位移连杆的运动副的全部位置(a1经过a4而a1n经过 D57 a1n)是位于同一条圆弧上的。而从动件连杆的运动副的位置(b1穿过b4和b1n穿过 D57 b1n)落在两条不同的弧上(一个为一个阶段)。为了完成等效滑动块曲柄运动加速器的滑动块轨道,等式方程(14)是用来计算一连接从动件运动副如在图.8.的路径。使用方程(14)和这规定边界条件,滑动块轨道在图.9是可以被设计的。滑动块轨道产生这径向变位,速度,加速度和转角轮廓这在图.1013中被说明了。 在表 3 列出是等效平面滑动块转动曲柄机构的七个规定刚体位置点p ,q 和r在X Y 座标系中的值。为了达到位置2,3 和4在表 3中,连杆a0a1需绕X轴分别旋转到130,125和120。为了要在表 3 中达成位置 5,6 和 7,连杆a0-a1需绕X轴分别旋转到100,95和90。在这两个阶段,曲柄转角最初 135 是相对 X轴和刚体点坐标在这个转动曲柄的位置是表格3中位置 1 中是坐标。 滑块的径向速度曲柄的角位移图.11 合成法合成滑动块曲柄运动加速器中滑动块相对曲柄转角径向速度32滑块的径向速度曲柄的角位移图.12 合成法合成滑动块曲柄运动加速器中滑动块相对曲柄转角径向加速度曲柄的角位移图.12 合成法合成滑动块曲柄运动加速器中滑动块相对曲柄转角径向加速度表3图.1013说明了等效滑动块曲柄运动机构径向这径向变位,速度,加速度和转角(相对于转动曲柄位移角)在阶段1到阶段2这其中的变化。这径向速度,加速度和转角的边界条件(等式方程( 16 ( 18)和等式方程( 20) ( 22)是指定到零的,这是为了产生的速度,加速度和转角轮廓与那外在变化的轮廓是相连的。这径向位移轮廓边界条件(等式方程。( 15)和( 19)是表示阶段1和阶段2从动件连杆的长度( R0 = 1.5和33Rf = 1.3),这也是为了形成的位移与那在外面变化的轮廓是连续的。5.讨论由于被综合的机械装置所需要,在这一个工作中被呈现的滑件路径设计方法因只有固定的和运动副对可调整平面的四杆机械装置对大部份的现有动作是可适用方法。虽然一个二个阶段的移动副问题在这一个工作被例证,规定的刚体位置的另外时期能被插入。 通过计算那平面四杆机构的坐标和移动副分别为附加的阶段,和每个另外的阶段另外的转变路径 (等式方程 (14)-(30) 等效滑动块曲柄运动加速器可以被设计成能达到这个附加的阶段。 虽然二维的空间的刚体的位置普遍被描述被一点和一个变位角 (p 和 h 举例来说), 作家选择描述刚体使用三个点作为计算的目的。如果使用者偏爱描述使用的刚体传统的标记,位移矩阵在方程(2) 将会替换为这传统的平面刚体被放置成矩阵20,21。 计算机辅助设计软件将规定在这一个工作和数学软件的机械装置叁数用来计算机械装置。这一个软件使那能够作成表规定和有计划的叁数被四位有效数来表示。6.结论为滑件曲柄机构的一个设计方法达成多阶段动作链锁反应级请求的完成通过平面的四连杆机构带有可调整的运动副是被呈现在这项研究中的。这种方法的好处是那使用它,规定刚体使用一机构与较少数活动部分可完成的多阶段位置,它用到的活动部分部分与平面的四连杆机构相比较是少的。这一个方法的另一种利益是使用它,滑块曲柄机构能被设计达成规定刚体的各阶段不需任何的人工的或自动操作控制它的运动副在这些阶段中。一滑块路径启动曲柄运动加速器到完成刚体位置的二阶段是设计者利用第7项命令多项式去连接那那可调节的平面四杆运动产生器推杆连接的移动副。例子问题在本研究中认为一二阶段的移动副调整可调整平面的四杆机械装置。湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目: 钢锥式无级变速器设计 学 院: 兴 湘 学 院 专 业:机械设计制造及其自动化 学 号: 2006183920 姓 名: 许 勇 指导教师: 聂 松 辉 完成日期: 湘潭大学兴湘学院毕业论文(设计)任务书论文(设计)题目: 小功率机械无级变速器 学号: 2006183912 姓名: 万 强 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、钢球式无级变速器的结构设计; 2、输入功率 P=3kw,输入转速 n=1000rpm,调速范围 R=9; 3、以 UG 或 SolidEdge 三维 CAD 软件为平台,建立整机的数字化模型;4、一张 A0 装配图纸及其零件图,共计 2 张 A0 图量; 5、设计说明书一份(附光盘) ; 6、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。 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 无级变速器各零件三维模型设计 第五八周5 无级变速器总装配图设计 第九周6 无级变速器工程图设计 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 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 湘潭大学兴湘学院毕业论文(设计)鉴定意见学号: 2006183912 姓名: 万强 专业: 机械设计制造及其自动化 毕业论文(设计说明书) 页 图 表 张论文(设计)题目: 小功率机械无级变速器 内容提要:机械式无级变速是现今社会人们正在积极研发设计的一种新型的变速器。本文首先介绍机械无级变速器的发展概况及其特征和应用,然后归纳了现今几种机械式无级变速器发展概况,在以上内容的基础上,提出了两种可行的方案,经过仔细的分析与比较,选出了浮动行钢球式无级变速器为最佳方案,并对该装置的部分调速部分进行改进,以满足该设计装置能在现实上使用的要求;对该变速器的部分零件进行结构设计和尺寸计算,另外其中一部分零件还要进行寿命计算和强度校核,以保证该无级变速器最后能够满足正常使用的要求;最后对部分零件进行选型,并用 CAD 绘图软件绘制出该装置的装配图以及所有非标准零件的零件图。湘潭大学兴湘学院毕业论文(设计)评阅表学号 2006183912 姓名 万强 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文(设计)题目: 小功率机械无级变速器 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。综合评价评阅人: 2010 年 5 月日目录摘要Abstract第一章 绪论1.1 机械无级变速器的发展概况1.2 机械无级变速器的特征和应用1.3 无级变速研究现状1.4 毕业设计内容和要求 第二章 无级变速器总体方案2.1 钢球长锥式(RC 型)无级变速器2.2 钢球外锥式无级变速器2.3 两方案的比较与选择第三章 钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算3.1 钢球与主从动锥齿轮的设计与计算3.2 加压盘的设计与计算3.3 调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算3.4 输入、出轴的设计与计算3.6 输入输出轴上轴承的选择与计算3.7 输入输出轴上端盖的设计与计算3.8 调速机构的设计与计算第四章 主要零件的校核4.1 输出,输入轴的校核4.2 轴承的校核参考文献总结致谢文献翻译图纸摘要机械无级变速器是在输入转速一定的情况下实现输出转速在一定范围内连续变化的一种运动和动力传递装置,由变速传动机构、调速机构及加压装置或输出机构组成。机械无级变速器转速稳定、滑动率小、具有恒动率机械特性、传动效率较高,能更好地适应各种机械的工况要求及产品变换需要,易于实现整个系统的机械化、自动化、且结构简单,维修方便、价格相对便宜。广泛应用于纺织、轻工、机床、冶金、矿山、石油、化工、化纤、塑料、制药、电子/造纸等领域,今年来已经开始应用于汽车的机械无级调速。由于机械无级变速器绝大多数是依靠摩擦传递动力,故承受过载和冲击的能力差,且不能满足严格的传动比要求。关键字:连续变化 方便 便宜AbstractMechanical transmission is a device what input speed in certain circumstances to achieve a certain range of output speed of a movement and continuous change,it consists of a variable speed transmission, speed control agencies and pressure device or output institutions. Mechanical transmission is of stable speed, small sliding rate,and has a fixed rate with constant mechanical properties, high transmission efficiency,it can help meet the requirements of various mechanical conditions and product needs change, the whole system is easy to realize the mechanization, automation, and it is simple in structure,and convenient to revise and the costs is low. Widely used in textile, light industry, machine tools, metallurgy, mining, petroleum, chemical industry, chemical fiber, plastic materials, pharmaceuticals, electronics / materials, and, this year has already begun to apply the mechanical variable speed auto. Since the vast majority of mechanical transmission rely on mechanical friction CVT to transmit power, so it is of poor quality to withstand the impact of overload, and can not fullfil the foot strict transmission ratio. Key word: change revise costs low 第一章 绪论1.1 机械无级变速器的发展概况无级变速器分为机械无级变速器,液压传动无级变速器,电力传动无级变速器三种,但本设计任务要求把无级变速器安装在自行车上,所以一般只能用机械无级变速器,所以以下重点介绍机械无级变速器。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:JB/T 5984-92 宽 V 带无级变速装置基本参数JB/T 6950-93 行星锥盘无级变速器JB/T 6951-93 三相并联连杆脉动无级变速器JB/T 6952-93 齿链式无级变速器JB/T 7010-93 环锥行星无级变速器JB/T 7254-94 无级变速摆线针轮减速机JB/T 7346-94 机械无级变速器试验方法JB/T 7515-94 四相并列连杆脉动无级变速器JB/T 7668-95 多盘式无级变速器JB/T 7683-95 机械无级变速器 分类及型号编制方法 1.2 机械无级变速器的特征和应用机械无级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,能实现输出轴的转速在一定范围内连续变化,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;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皆需调节转速以保证恒定的张力等);有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);有为节约能源而需进行调速者(如风机、水泵等);此外,还有按各种规律的或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。可以看出采用无级变速器,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,适应产品变换需要,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。故无级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。1.3 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 8090 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 712m高档大、中型客车以及总质量在 1450t 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 810t 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毕业设计类容:小功率机械无级变速器结构的设计;比较和选择合适的方案,无级变速器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=3kw,输入转速 n=1000rpm,调速范围 R=9;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。第二章 无级变速器总体方案2.1 钢球长锥式(RC 型)无级变速器钢球长推式无级变速器结构简图钢球长锥式(RC 型)无级变速器如上图所示,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 =20.5, 变速比 Rb = 4,输入功率 P1=(0.12.2) 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 .下图是 RC 型变速器的机械特性:2.2 钢球外锥式无级变速器 图 2-1 钢球外推式无级变速器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-调速蜗轮 6-调速蜗杆 7-外环 8-传动钢球轴 12,13-端盖 图 2-1 钢球外锥式无级变速器如图所示,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,经过一组(38)钢球 4 利用摩擦力驱动输出轴 11,最后将运动输出。传动钢球的支承轴 8 的两端,嵌装在壳体两端盖 12 和 13 的径向弧行倒槽内,并穿过调速涡轮 5 的曲线槽;调速时,通过蜗杆 6 和蜗轮 5 转动,由于曲线槽的作用使钢球轴线的倾斜角发生变化,导致钢球与两锥轮的工作半径改变,输出轴转速得到调节。其动力范围为:Rn=9,Imax=1/Imin,P 11 kw ,4% ,0.800.92 。此种变速器应用广泛。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。下图为其特性曲线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,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。第三章 钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算 3.1 钢球与主从动锥齿轮的设计与计算试确定传动件的主要尺寸1. 选材料:钢球,锥轮,外环及加压盘均用 Gr15,表面硬度HR61,摩擦系数 f=0.04,许用接触应力,传动件加压元件 。2205/j kgcm 2405/j kgcm2. 预选有关参数为:锥轮锥顶半角 ,传动钢球个数为 Z=6 加压钢球数 m=8,锥轮与钢球 , 。1.5qDCd1.2,0.8fK3.有关运动参数的计算由 ,所以 。9bRmaxin3,i钢球支撑轴承的极限转角:(增速方向)1ax454518.326.5rctgirctg(减速方向)2min 7.3tt2maxax100niimin134. 计算确定传动钢球的直径 qd1coscos45s 0.19723C按手册由 查得 ,带入公式0.971().8213mincos68qjKfNdz2340.98.50.8(3cos45)8.67.(2.5)461 按钢球规格圆整取 8.9qdm锥轮直径 1513.5DC圆整取 3则 1.518609qd验算接触应力 j2131min(cos)68fjqKNCdz230.98.50.8(3cs45).527661=2316.23kgf/c应此在许用接触应力范围内,故可用。5. 计算尺寸钢球中心圆直径 Ds31(cos)(1.5098632cos45)8.9qDCd=19.7862钢球侧隙 1(cos)in301(.50918632cos45)in3017.62qCd =1.027cm外环内径 Dr由公式 39.72.7rqD外环轴向截面圆弧半径 R(0.78)qRd应此,取 R=6.5cm锥轮工作圆之间的轴向距离 Bsin.9sin456.28qBcm经过查手册我设计了锥轮的齿数为 303.2 加压盘的设计与计算1. 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 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(0.56)Dcm式中 D1锥轮直径。加压盘 V 行槽的槽倾角 1sinpftgd式中 锥轮锥顶半角;f 锥轮与钢球的摩擦系数。应此10.530.567pdDcm加压盘 V 行槽倾角 1.413.5()0.12367sinsinpfarctgartgarctg取 =630 加压钢球按经验公式取得=pyd1(),860qdm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=8cm,横向中间截面半径 r=0.8cm。现验其强度:1r每个加压滚子上法向压紧力 yQ1min9480ssincocfy kNzQmD1.253.s458s60 .3=288.85kgf曲率系数1.8cos012r由表得 =0.8182,查得 ,带入公式得加压盘处的最大接触().786应力为2324081()j ykQrh231.76.8()0.=24583 2/kgfcm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 调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算1. 调速涡轮槽型曲线及传动钢球的尺寸如下图所示调速涡轮的槽型曲线整个调速过程通常在涡轮转角 的范围内完成,大多数取 。8012 90槽型曲线可以为阿基米德螺旋线,也可以用圆弧代替,我选圆弧方法,变速槽中心线必须通过 A,B,C 三点,它们的极坐标分别为:max3maxax3min, 3max,0,.5sin1,.,0.5sinABcciRDliiRl定出 A,B,C 三点后,用作图法作出 A,B,C 三点的圆弧半径 R 及圆心 o传动比 与涡轮转角 呈线性变化,则槽型曲线为:xi与 呈线性变化,故有()xiFmc边界条件有max0;()0Fci即 (A )axi(B);()1BBc(C)minF联立解式(A)和(C)得 maxin故 axminxi我设计的是对称调速, , =3maxin1iax所以 34B即调速涡轮转角 3/4 用于升速调速,而 1/4 用于降速调速,所以我采用单头蜗杆,以增强自索性,避免自动变速。在制造时,涡轮上的 z 条槽要保证其圆周不等分性不超过 。否则会造成钢球的转速不一,支撑轴与曲线槽的侧隙为20.03mm。3.1 输入轴的设计与计算1. 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 n=1000rpm。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。根据表中数据,取 ,于是得:012A输入轴 33min0126.150PdAm输出轴 33min0.81221.60d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 ,计算出应小于联轴器公称转矩条件,查标caATK准 GB/T50142003,选取了弹性柱销联轴器2. 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=30mm , D=55mm , B=13mm , =38.4mm,2d球数=11 ,球径 =7.144, =47.7mm 。2D小轴承的尺寸:d=30mm , D=42mm ,B=7mm , =33.2mm2d球径=3.5mm , 球数=18 =47.7mm23. 轴的尺寸:4. 输出轴的设计我设计的输出轴与输入轴的设计相同。5 端盖的设计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。3.8 调速机构的设计与计算我采用的是涡轮,蜗杆调速机构,简图如下: 设调速机构调速槽是半径为 R 的圆弧,由图可以得出其下几何关系:221cosyeR其中 109()应此 220sinyee考虑到 ;解得0co,ab2 2sis(sincos)yReab舍去根号前的“”号,有3iyl在上式中,升速传动时, 。0,引入调速时涡轮转角 与蜗杆转角 的关系12z式中 , 分别为涡轮的齿数和蜗杆的头数。1z2变速器的输出转速 21cos()n一般: = , 则4521()nctg则算出 36通过前面算出的一系列数据取蜗杆的头数 =1,涡轮的齿数 =31,模数1z2z取 m=6.3第四章 主要零件的校核4.1 输出,输入轴的校核53. 30.5 1.5 10.5 20.5 24.1危 险截 面1.如图上的危险截面,计算出截面处的 及 M 的值如下表,HV载荷水平面 H 垂直面 V支反力 F 1237,1675NNF12869,30NNF弯矩 6HMm3,41VVMmMNm总弯矩22137697082224135N扭矩 3960TNm2. 弯矩扭合成应力校核轴端强度=18.6MPa22213) 3(7098(.60)1caMTW前已经选定轴的材料为 45 钢,调制处理,由表查得 。160MPa所以 ,故安全。ca13. 疲劳强度的校核查表得:2.0,.3材料灵敏性系数为.82,0.5q有效应力集中系数为: 1()1.6k尺寸系数 ,扭转尺寸系数 。0.70.82按磨削加工,表面质量系数为:.91q得综合系数为12.80.6kK又由表得碳钢的特性系数取 =0.10.12,取 =0.055于是,计算安全系数 按公式得caS值 ,-12=20.K.69.401.5amcaSS故可知安全。4.2 轴承的校核1. 按手册选择 C=61800N 的轴承应此轴承的基本额定静载荷 =38000N。验算如下:0C1) 求相对轴向载荷对应的 e 值与 Y 值。相对轴向载荷为,在表中介于 0.070.13 之间,相对应的 e 值027.1538aFC为 0.270.31,Y 为 1.61.4。2) 用线性插值法求 Y 值。(1.64)(0.1375)1.9X=0.56,Y=1.5973) 求当量动载荷 01.2(5601.9720)87.2P4) 验算轴承的寿命:6638()()45.1012507.hCLhhn 所以安全。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.毕业设计总结通过此次毕业设计,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,认识了将来电子的发展方向,使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业,他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用,又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端,毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结,能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力;是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业,从老师的角度来说,指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次,毕业设计的指导是老师检验其教学效果,改进教学方法,提高教学质量的绝好机会。毕业的时间一天一天的临近,毕业设计也接近了尾声。在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以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时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,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了,面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有点眼高手低。通过这次毕业设计,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,不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入手。最后终于做完了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!有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发现是两回事,所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我们的指导老师张老师对我悉心的指导,感谢老师们给我的帮助。在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西,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。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益。致 谢 近三个月时间的毕业课题设计是我大学生活中忙碌而又充实一段时光。这里有治学严谨而又亲切的老师,有互相帮助的同学,更有积极、向上、融洽的学习生活氛围。短短的时间里,我学到了很多的东西。不仅学到就更多的理论知识,扩展了知识面,提高了自己的实际操作能力;而且学会了如何去学习新的知识,学会了面对困难和挑战,学会了团结合作,互助互利。借此论文之际,向所有帮助、关心、支持我的老师、朋友同学,表达我最真诚的谢意。首先感谢指导老师。本论文是在老师耐心指导下多次修改完成的。在此,我对她们的耐心指导和帮助表达我最真诚的谢意,感谢她们在这几个月来所付出的努力。在这段时间里,我从她们身上,不仅学到了许多的专业知识,更感受到了她们工作中的兢兢业业,生活中的平易近人的精神。此外,她们们的严谨治学态度和忘我的工作精神值得我去学习。在此,请允许我对说一声:“老师,您辛苦了!”再次感谢她们。
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