無鏈傳動(dòng)變速自行車

1、高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書課題名稱：無鏈傳動(dòng)變速自行車地 市： * * * 準(zhǔn) 考 證 號(hào)： * * * 姓 名： * * * 學(xué) 科 專 業(yè)： * * * 指 導(dǎo) 教 師： * * * 河南省高等教育自學(xué)考試*年*月*日摘 要本文簡(jiǎn)介了自行車的發(fā)展歷程，從而推出了無鏈傳動(dòng)變速自行車這種新型的設(shè)計(jì)。把無鏈傳動(dòng)原理進(jìn)行了分析，重點(diǎn)進(jìn)行了變速部分的設(shè)計(jì)。運(yùn)用鋼球外錐式無級(jí)變速器進(jìn)行部分改裝，從而形成了自行車的無級(jí)變速裝置。該裝置通過八個(gè)鋼球利用摩擦力將動(dòng)力進(jìn)行輸入輸出，用一對(duì)斜齒輪進(jìn)行分度調(diào)速，從而使自行車在0.751.22之間進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。實(shí)踐證明：無鏈傳動(dòng)變速自行行車比普通

2、自行車更省力，更持久，更受廣大用戶的喜愛。關(guān)鍵詞:無鏈傳動(dòng)，鋼球外錐式無級(jí)變速器IIABSTRACTThis paper introduces the development of bicycle, which is a new type of non chain drive transmission bicycle. The principle of non chain drive is analyzed, and the design of variable speed is focused. The use of steel ball outside the cone type step

3、less speed changer for part of the modification, thus forming a bike of the stepless speed device. The device uses the friction force of eight steel balls to carry on the input and output, and a pair of helical gears are used to speed the speed of the bicycle in 0.75 1.22. Practice has proved that:

4、without the transmission of the transmission speed of the bicycle is more convenient than ordinary bicycles, more durable, more popular with the majority of users.Key words: non chain drive, ball outer cone type stepless transmissionIV目 錄第一章緒論11.1自行車的發(fā)展概況11.2無鏈?zhǔn)阶孕熊嚨耐瞥雠c發(fā)展31.3無鏈自行車的市場(chǎng)需求3第二章 無鏈傳動(dòng)變速自行車5

5、2.1無鏈傳動(dòng)原理52.2變速器原理62.3無鏈傳動(dòng)變速自行車優(yōu)點(diǎn)7第三章 鋼球外錐式無級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算93.1鋼球與主從動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算93.2加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算103.3調(diào)速齒輪上變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算113.4 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算123.5輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算153.6輸入輸出軸上軸承的選擇與計(jì)算173.7輸入輸出軸上端蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算193.8調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算203.9自行車無級(jí)變速器的安裝22第四章 全文總結(jié)23參考文獻(xiàn)24致謝25畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)26VI第1章 緒論1.1自行車的發(fā)展概況18世紀(jì)末，法國(guó)人西夫拉克發(fā)明了最早的自行車,如圖1-1所示。這輛最早的自行車是木制

6、的，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，既沒有驅(qū)動(dòng)裝置，也沒有轉(zhuǎn)向裝置，騎車人靠雙腳用力蹬地前行，改變方向時(shí)也只能下車搬動(dòng)車子。即使這樣，當(dāng)西夫拉克騎著這輛自行車到公園兜風(fēng)時(shí)，在場(chǎng)的人也都頗為驚異和贊嘆。世界上第一批真正實(shí)用型的自行車出現(xiàn)于19世紀(jì)初。 圖1-1 最早的自行車1817年，德國(guó)人德萊斯在法國(guó)巴黎發(fā)明了帶車把的木制兩輪自行車如圖1-3。這種自行車雖然仍舊用腳蹬才能前行，但是可以一邊前行一邊改變方向，它一問世便引起了人們的極大興趣。法國(guó)人大量進(jìn)行仿制，一時(shí)間，巴黎街頭涌現(xiàn)出成百上千的自行車。在1830年，法國(guó)政府還為郵差配備了自行車作為交通工具。.隨后，自行車的技術(shù)、性能不斷得到改進(jìn)。1839年，英國(guó)

7、人麥克米倫發(fā)明了蹬踏式腳蹬驅(qū)動(dòng)自行車，騎車時(shí)兩足不用蹬地，提高了行駛速度。 圖1-21869年誕生的雷諾型自行車如圖1-2，車架改由鋼管制作，車輪也改為鋼圈和輻條，采用實(shí)心輪胎，使自行車更加輕便。 1886年英國(guó)的機(jī)械工程師斯塔利，設(shè)計(jì)出了新的自行車樣式，裝上前叉和車閘，前后輪大小相同，以保持平衡，并用鋼管制成菱形車架，還首次使用了橡膠車輪。斯塔利不僅改進(jìn)了自行車的結(jié)構(gòu)，還改制了許多生產(chǎn)自行車部件用 圖1-3 可轉(zhuǎn)向自行車 機(jī)床，為自行車的大量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用開辟了寬闊的道路，因此他被后人稱為“自行車之父”。他所設(shè)計(jì)的自行車車型與今天自行車的樣子已經(jīng)基本一致了。1887年，英國(guó)人勞森完成了鏈條驅(qū)

8、動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)。同年，英國(guó)人鄧魯普研制出了充氣輪胎。從此，自行車技術(shù)也完成了向商業(yè)化的轉(zhuǎn)化，批量生產(chǎn)并投入市場(chǎng)。自行車發(fā)展至今已有適應(yīng)不同地形，不同人群的種類劃分，越來越朝著多樣化發(fā)展。公路自行車（Roadbicycle）用來在平滑公路路面上使用的車種，由于平滑路面阻力較小，公路自行車的設(shè)計(jì)更大考量高速，往往使用可減低風(fēng)阻的下彎把手，較窄的高氣壓低阻力外胎，擋位較高，且輪徑比一般的登山越野車都大，由于車架和配件不須像山地車一樣需要加強(qiáng)，所以往往重量較輕，在公路上騎行時(shí)效率很高。由于車架無需加強(qiáng)又往往采用簡(jiǎn)單高效的菱形設(shè)計(jì)，公路車是最為優(yōu)美的自行車。場(chǎng)地自行車（Trackbicycle）用于在室

9、內(nèi)極其平滑的橢圓形賽道上使用的自行車，這種自行車沒有車閘(煞車)，沒有變速器，且沒有可逆轉(zhuǎn)的飛輪。三項(xiàng)賽/計(jì)時(shí)賽自行車（Triathlon/TimeTrialbicycle）在三項(xiàng)賽和計(jì)時(shí)賽運(yùn)動(dòng)中使用的公路自行車，三項(xiàng)賽和計(jì)時(shí)賽的最大特點(diǎn)就是不允許使用牽引氣流（draft），也就是說選手必須完全通過自己的力量來克服空氣阻力，而不須騎在其他選手后面，所以三項(xiàng)賽/計(jì)時(shí)賽自行車在設(shè)計(jì)時(shí)非常注重讓選手保持一個(gè)減小空氣阻力的騎行姿勢(shì)，同時(shí)注意減小自行車自身的空氣阻力。三項(xiàng)賽自行車還讓選手在騎行時(shí)使用和跑步時(shí)相近的肌肉組，這樣使從騎行到跑步的轉(zhuǎn)換更容易。山地自行車（Mountainbike）山地自行車起源

10、于1977年美國(guó)舊金山。設(shè)計(jì)為騎乘于山區(qū)的車種，通常具有變速器可變換省力或快速的檔位，有些會(huì)在車架安裝避震器，部分的輪胎胎皮是巧克力胎紋以便于在無鋪面的路面騎乘。山地車零件的尺寸一般為英制單位。車圈為24/26/29英寸，輪胎尺寸一般為1.0-2.5英寸。車架尺寸也以英制為單位，例如14"、17"、19"來表示車架尺寸的大小。速降自行車（DownHillbike）速降自行車，也稱落山自行車。英文簡(jiǎn)稱DH。是一種極具挑戰(zhàn)性的活動(dòng)。騎手利用特制的DH自行車在山坡上滑翔，甚至墜山來尋求刺激?；顒?dòng)多在山脊、礦洞、雪地等地帶開展。奧地利人利用DH創(chuàng)造出210.4KM/H的世

11、界紀(jì)錄。速降自行車的車架角度與山地自行車有所區(qū)別，零件與山地自行車一樣都為英制單位。進(jìn)行此項(xiàng)活動(dòng)時(shí)必須佩戴頭盔、護(hù)甲等裝備。前叉減震的行程比山地自行車及XC自行車要長(zhǎng)。輪胎寬度一般超過2英寸。斜躺自行車（Recumbent）與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上較不一樣的自行車。通常有較大且舒適的座椅，兩輪或三輪。優(yōu)點(diǎn)是舒適，且風(fēng)阻低。旅行自行車（Touringbicycle）由公路自行車發(fā)展而來，適合超遠(yuǎn)程自給自足的旅行，有較舒適放松的車架幾何設(shè)計(jì)，能夠負(fù)重，有很低的最低檔位，使用較寬的車胎，配件選擇方面追求可靠耐用而不太側(cè)重減輕重量，往往是用山地車腳踏板。廣告自行車（Advertisingbike）廣告自行車是由中

12、國(guó)國(guó)家專利局授（ZL200720312144.6）的薄殼型車架制作的特殊自行車，利用車架表面積發(fā)布廣告的專業(yè)廣告自行車。越野公路車（Cross-countrycycling）由公路自行車發(fā)展而來，起源于騎手們想用一輛自行車同時(shí)征服公路和山地，于是騎手們選用較結(jié)實(shí)的公路車架和輪子，再安裝上更強(qiáng)的車閘和很寬的車胎，使用山地車腳踏板。越野公路車既可以在公路上實(shí)現(xiàn)較高速度，也有一定越野能力。雙人/多人自行車（Tandembicycle）又稱為協(xié)力車，由兩人以上協(xié)同出力，由第一位控制方向。折疊車（Foldingbicycle）是為了便于攜帶與裝進(jìn)車內(nèi)而設(shè)計(jì)的車種，有些地方的鐵路及航空等公共交通工具允許旅

13、客隨身攜帶可折疊收合并裝袋的自行車。電動(dòng)自行車（Motorizedbicycle）一種以一半電力驅(qū)動(dòng)和一半人力驅(qū)動(dòng)的環(huán)保電動(dòng)交通工具。電動(dòng)自行車可以自動(dòng)偵測(cè)雙腳施力狀況，在需要時(shí)以適當(dāng)?shù)膭?dòng)力輔助踏踩，自動(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)力。在中國(guó)廣州等地區(qū)，因?yàn)殡姵鼗厥盏葐栴}，禁止使用電動(dòng)自行車。小輪車（CyclingBMX）一種專門用于極限運(yùn)動(dòng)的自行車，這類車為了更適合特技表演而作出了不少改造，比如更輕量化的車身，沒有剎車，車把可以360°旋轉(zhuǎn)。1.2無鏈?zhǔn)阶孕熊嚨耐瞥雠c發(fā)展 隨著“時(shí)尚、運(yùn)動(dòng)、健康、綠色、環(huán)保”理念的深入人心，自行車類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料、工藝、款式也跟隨市場(chǎng)需求，新材料、精加工、巧構(gòu)思、高品

14、質(zhì)和高附加值的自行車精品不斷涌現(xiàn)。自行車不但成為人們的代步交通工具，而且進(jìn)入運(yùn)動(dòng)、休閑、娛樂、時(shí)尚領(lǐng)域，并融入更多的科技、文化元素，成為所有家庭的必備用具。無鏈條自行車，屬于自行車的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。無鏈自行車起源于日本，因穩(wěn)定性和耐用性極強(qiáng)迅速流傳到歐美、臺(tái)灣等地。但因其制造成本較高，重量較鏈條傳動(dòng)更重，在競(jìng)技項(xiàng)目中沒有優(yōu)勢(shì)，因此沒有得到廠商的大力推廣。但無鏈自行車以其可靠的穩(wěn)定性和耐用性，目前在日本和歐美等地運(yùn)用還是挺廣泛的，其主要運(yùn)用于一些休閑車、通勤車、旅行車上，因?yàn)椴恍枰S護(hù)，幾乎無故障率，美國(guó)、英國(guó)、西班牙、法國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家還將其用于公共自行車。目前國(guó)內(nèi)也有廠家開始運(yùn)作無鏈自行車項(xiàng)目。1.

15、3無鏈自行車的市場(chǎng)需求無鏈自行車是利用傳動(dòng)軸進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)的一種自行車，這種傳動(dòng)方式的自行車起源于日本，類似于汽車的傳動(dòng)方式，但是結(jié)構(gòu)上相對(duì)要簡(jiǎn)單很多。其原理是傳動(dòng)軸的前面部分運(yùn)用一組弧形錐齒輪將力矩由橫向轉(zhuǎn)換為縱向，然后通過傳動(dòng)軸將力矩傳動(dòng)到傳動(dòng)軸的后弧形錐齒輪將縱向的力矩轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向，最后通過花鼓將力矩傳動(dòng)至車輪上實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)車輛。這原理類似于汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)，不但擁有強(qiáng)大的扭矩承受能力和極高的耐用性，傳動(dòng)效率也相當(dāng)高。無鏈自行車的優(yōu)點(diǎn)。無鏈自行車能產(chǎn)生更高的傳動(dòng)效率，擁有更穩(wěn)定的性能、更長(zhǎng)的耐久性，能承受更大的扭矩。傳動(dòng)軸自行車在整個(gè)騎行過程中能讓騎行者徹底避免掉鏈、斷鏈的煩惱，不會(huì)有來自于鏈條的

16、油污以及銹污，無需維護(hù)，騎行過程安靜、干凈、舒適?，F(xiàn)代人的消費(fèi)習(xí)慣。隨著生活水平的不斷提高，人們?cè)诟惺苤?jīng)濟(jì)高速發(fā)展而帶來的物質(zhì)文明享受的同時(shí)，另一面卻也在承受著交通的日益擁堵，大氣的污染日益嚴(yán)重和缺少鍛煉引起的亞健康的日益增多。因此，自行車已不單單是人們的日常代步工具，它更是人們休閑娛樂、鍛煉身體和旅游騎行的一種工具。展望無鏈自行車的未來。目前自行車市場(chǎng)大多還處在一個(gè)拼配置的時(shí)期，諸多廠商推出30速、空氣油碟、空氣前叉等等，很多消費(fèi)者因?yàn)槿狈?jīng)驗(yàn)和分不清自己買車的用途也被誤導(dǎo)進(jìn)入其中，花了三四千買回來個(gè)30速的山地車最終常用的只有3個(gè)速比，油碟性能不錯(cuò)，但卻容易抱死，而且鏈條的維護(hù)相當(dāng)?shù)穆闊?/p>

17、，還有斷鏈、掉鏈的風(fēng)險(xiǎn)。隨著中國(guó)消費(fèi)者消費(fèi)觀念的日趨成熟，購買一臺(tái)合適自己用的自行車才是最實(shí)用最合適的，喜歡競(jìng)技追求輕量化的消費(fèi)者將繼續(xù)以鏈條車為主打，以休閑騎行、鍛煉騎行、旅游騎行、家庭騎游或者全能通勤車，耐用性更好的軸傳動(dòng)車型將會(huì)打開一片新的天地，得到市場(chǎng)的認(rèn)可。簡(jiǎn)單的現(xiàn)代人需要簡(jiǎn)單出行，純粹的玩、純粹的嗨、純粹的騎行享受，追求舒適性、安全性和耐用性的軸傳動(dòng)車型必將逐步得到消費(fèi)者的歡迎，逐步取代鏈條驅(qū)動(dòng)的各種車型。第二章 無鏈傳動(dòng)變速自行車2.1無鏈傳動(dòng)原理針對(duì)自行車的掉鏈和傳動(dòng)效率低問題研制了傳動(dòng)軸式自行車，該自行車前部采用一對(duì)錐齒輪中間采用傳動(dòng)軸后部采用一對(duì)錐齒輪，從而就改變了現(xiàn)有自行

18、車的缺點(diǎn)，掉鏈和傳動(dòng)效率低和有鏈傳動(dòng)帶來的噪音等問題。傳動(dòng)部分如圖1所示。圖2-1其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生掉鏈，效率較高，不會(huì)對(duì)出現(xiàn)對(duì)褲子出現(xiàn)的撕咬，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)沒有該形式的自行車的空白，使對(duì)自行車感覺會(huì)更加舒適和平穩(wěn)，提高了各部分的通用性能。圖2-2該自行車在人的腳動(dòng)力下驅(qū)動(dòng)，工作時(shí)人腳驅(qū)動(dòng)腳蹬子帶動(dòng)軸，有軸帶動(dòng)前部一對(duì)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在通過軸傳遞給傳動(dòng)軸，再有傳動(dòng)軸傳遞給尾部的一對(duì)錐齒輪使其轉(zhuǎn)動(dòng)，然后在傳遞給棘輪機(jī)構(gòu)，有棘輪機(jī)構(gòu)傳遞給自行車后輪，使自行車能夠在大地上行駛，該自行車傳動(dòng)部分追要有三大部分，前部錐齒輪系統(tǒng)，中間傳動(dòng)軸系統(tǒng)，和尾部錐齒輪系統(tǒng)，前部錐齒輪系統(tǒng)主要作用是，改變傳動(dòng)的方向和增速，中間

19、傳動(dòng)軸主要是能夠較遠(yuǎn)距離的傳遞動(dòng)力，傳動(dòng)軸花鍵的作用是能夠由于十字軸轉(zhuǎn)動(dòng)使傳動(dòng)軸的軸向的位移得到平衡，尾部錐齒輪的作用改變方向進(jìn)一步的使系統(tǒng)增速。2.2變速器原理1,11-輸入，輸出軸 2，10-加壓裝置 3，9-主，從動(dòng)錐輪 4-傳動(dòng)鋼球5-調(diào)速蝸輪 6-調(diào)速蝸桿 7-外環(huán) 8-傳動(dòng)鋼球軸 12，13-端蓋 圖2-3 鋼球外錐式無級(jí)變速器如圖所示，動(dòng)力由軸1輸入，通過自動(dòng)加壓裝置2，帶動(dòng)主動(dòng)輪3同速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過一組（38）鋼球4利用摩擦力驅(qū)動(dòng)輸出軸11，最后將運(yùn)動(dòng)輸出。傳動(dòng)鋼球的支承軸8的兩端，嵌裝在殼體兩端蓋12和13的徑向弧行倒槽內(nèi)，并穿過調(diào)速渦輪5的曲線槽；調(diào)速時(shí)，通過蝸桿6和蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)

20、，由于曲線槽的作用使鋼球軸線的傾斜角發(fā)生變化，導(dǎo)致鋼球與兩錐輪的工作半徑改變，輸出軸轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。其動(dòng)力范圍為：Rn=9，Imax=1/Imin，P11 kw ，4% ，0.800.92 。此種變速器應(yīng)用廣泛。從動(dòng)調(diào)速齒輪5的端面分布一組曲線槽，曲線槽數(shù)目與鋼球數(shù)相同。曲線槽可用阿基米德螺旋線，也可用圓弧。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)齒輪6使從動(dòng)齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)齒輪的曲線槽迫使傳動(dòng)鋼球軸8繞鋼球4的軸心線擺動(dòng)，傳動(dòng)輪3以及從動(dòng)輪9與鋼球4的接觸半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。具體分析如下：圖2-4 鋼球外錐式無級(jí)變速器變速示意圖主要由兩個(gè)錐輪1、2和一組鋼球3（通常為6個(gè)）組成。主、從動(dòng)錐輪1和2分別裝在軸、上，

21、鋼球3被壓緊在兩錐輪的工作錐面上，并可在軸4上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。工作時(shí)，主動(dòng)錐輪1依靠摩擦力帶動(dòng)鋼球3繞軸4旋轉(zhuǎn)，鋼球同樣依靠摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)錐輪2轉(zhuǎn)動(dòng)。軸、傳動(dòng)比，由于，所以。調(diào)整支承軸4的傾斜角與傾斜方向，即可改變鋼球3的傳動(dòng)半徑r1和r2，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。2.3無鏈傳動(dòng)變速自行車優(yōu)點(diǎn)無鏈自行車就是用軸和齒輪組合代替鏈條和鏈輪組合用于傳動(dòng)的自行車，和普通鏈條自行車相比，其它的部件是一樣的，但是改變了傳動(dòng)的方式。早在上個(gè)世紀(jì)九十年代初，中國(guó)就有人研究開發(fā)無鏈自行車，而日本和歐洲比我國(guó)更早。目前我國(guó)已經(jīng)開發(fā)出第五代新型無鏈自行車。 新型無鏈自行車和有鏈自行車相比別的都一樣，只有傳動(dòng)系統(tǒng)有以下區(qū)別： 1

22、、傳動(dòng)效率高 齒輪傳動(dòng)的機(jī)械效率達(dá)到98%以上，鏈條傳動(dòng)的機(jī)械效率只有95%，換句話說就是我們用腳蹬踏腳蹬子時(shí)用同樣的力量，無鏈自行車比有鏈自行車走得更遠(yuǎn)。2、使用壽命長(zhǎng)齒輪傳動(dòng)的使用壽命比鏈條傳動(dòng)的使用壽命長(zhǎng)幾倍，汽車的變速箱和傳動(dòng)軸就是用齒輪傳動(dòng)的，其使用壽命達(dá)到幾十萬公里，鏈條傳動(dòng)在使用一段時(shí)間后就可能出現(xiàn)斷鏈條的現(xiàn)象。新型無鏈自行車的軸和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可以做到正常使用十年無須修理。3、潤(rùn)滑環(huán)境好無鏈自行車的軸和齒輪外面包有堅(jiān)實(shí)的鑄造鋁合金外殼，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)處于全封閉的工作環(huán)境中，泥水和沙土無法進(jìn)入里面。用潤(rùn)滑脂防銹和潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂不會(huì)流出，可以兩年換一次潤(rùn)滑脂。有鏈自行車的鏈條在半遮擋的環(huán)

23、境下工作，潤(rùn)滑油容易流出，甚至沾到褲子上弄臟褲子，所以大多數(shù)人不加潤(rùn)滑油，鏈條及鏈輪上容易銹蝕。4、立體空間結(jié)構(gòu)小新型無鏈自行車的軸和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)零件緊密配合成一個(gè)整體，不會(huì)出現(xiàn)松脫現(xiàn)象，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)占用的空間小。有鏈自行車的鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)處于一種松散的配合狀態(tài)，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)占用的空間大，而且會(huì)出現(xiàn)脫鏈和斷鏈現(xiàn)象。5、生產(chǎn)成本低新型無鏈自行車的傳動(dòng)系統(tǒng)包括：四件齒輪；兩件齒輪外殼；一件花鍵軸，一件軸套管，兩件鎖母，兩套位置調(diào)節(jié)接頭。其中四件齒輪 和一件花鍵軸采用特種鋼材經(jīng)過鍛造，熱處理，數(shù)控機(jī)床加工而成，其它零件采用鋁合金材質(zhì)經(jīng)過機(jī)床加工而成。全套零件大批量加工的生產(chǎn)成本二百多元。有鏈自行車

24、的鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)包括：一件飛輪；一付鏈條，一件鏈輪盤，一件鏈條保護(hù)罩。四件零件的生產(chǎn)成本相加不過二十元。所以，在別的零件配置都完全一樣的情況下，新型無鏈自行車比有鏈自行車的生產(chǎn)成本要高出近二百元，這樣算來，如果普通中檔單速輕便自行車的生產(chǎn)成本是二百多元的話，那么單速無鏈輕便自行車的生產(chǎn)成本是四百多元，這就是無鏈自行車價(jià)高的原因。自行車的心臟是什么？傳動(dòng)系統(tǒng)是自行車的心臟，有了心臟病，自然毛病多。新型無鏈自行車的心臟是真正特種鋼鐵鑄就的，經(jīng)久耐用，是自行車的發(fā)展趨勢(shì)第三章 鋼球外錐式無級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算鋼球外錐式無級(jí)變速器零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算包括主從動(dòng)錐齒輪，加壓盤，調(diào)速齒輪上變速曲線槽，輸

25、入軸，輸出軸，輸入輸出軸上軸承，輸入輸出軸上端蓋，調(diào)速機(jī)構(gòu)等部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算，以下各章節(jié)分別介紹以上內(nèi)容。3.1鋼球與主從動(dòng)錐齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算輸入功率=0.4039 kw其中：, kg, kg, , km/h m/s,輪胎直徑： mm由力學(xué)知識(shí)可得：輪胎所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與鋼球摩擦所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)平衡其中： mm ,， , Q為鋼球所受正壓力代入數(shù)據(jù)可得：Hmax=1353×=1353×=56284/dq由于傳動(dòng)件的j=22002500 Mpa 帶入上式得： mm ,取 dq=25 mm,鋼球數(shù)輸出轉(zhuǎn)速 n2=142.3 r/min輸入轉(zhuǎn)速n1=142.3/(0.751.22)=1

26、89.7116.6 r/min傳動(dòng)比變速范圍鋼球支軸的極限轉(zhuǎn)角 增速方向減速方向圓錐工作直徑mm鋼球中心圓直徑 mm鋼球側(cè)隙 ×=×25=2.43 mm外環(huán)內(nèi)經(jīng) mm外環(huán)軸向截面圓弧半徑R=(0.70.8)×dq=(0.70.8)×25=17.520 mm ,取 R=18 mm錐輪工作圓之間的軸向距離 mm3.2加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算加壓盤的作用直徑= (0.50.6) × D1 = (0.50.6) × 54 = 2732.4 mm取 mm滑動(dòng)摩擦角加壓盤V形槽傾角 =arctan =14.850傳動(dòng)鋼球的確接觸應(yīng)力為 =1353

27、15;=1353×=2251.35 Mpa j每個(gè)鋼球作用在V形槽側(cè)面的正壓力 Qy= =651.6 N用鋼球加壓裝置時(shí)jmax=1370×=1370×=4865.6 Mpa j其中：j為40005000 Mpa鋼球半徑mm mm碟形彈簧預(yù)緊力為200 N ,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示：圖3-1 加壓裝置3.3調(diào)速齒輪上變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算槽的張角=800120 ,取=900。(1)變速曲線槽的槽形曲線為圓弧，中心線上三個(gè)特殊點(diǎn) A，B，C的坐標(biāo)系（以O(shè)為極點(diǎn)）分別為：時(shí), mm其中：（0.51.0）=（0.51.0）=15.5 mm I=1時(shí)，B= =49.460mm

28、時(shí)，, mm圖3-2 調(diào)速論(3)用通過三點(diǎn)作圓弧的方法確定槽圓弧確定曲線半徑R和中心O”(4)要求傳動(dòng)比Ix與齒輪轉(zhuǎn)角呈線性變化時(shí)，槽形曲線方程為：R（）=0.5D3+lsin=0.5D3+lsinarctan=0.5×71.7+15.5sinarctan=35.85+15.5sin(arctan)3.4 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.輸入軸上傳遞的功率為 kw轉(zhuǎn)速n1=189.7116.6 r/min ,取 n1=135 r/min轉(zhuǎn)矩 T1=9550000=9550000×=28572 N·mm2.如圖所示，作用于錐輪的正壓力 Q 圖3-3 正壓力計(jì)算示意圖由前計(jì)算

29、可知： , 其中mm所以 N 單個(gè)錐輪的軸向力Fa=徑向力N3.初步確定軸的最小直徑選取軸的材料是40Cr ,調(diào)質(zhì)處理 .取A0=100 ,于是得：dmin =100×=14.4 mm ,取dmin=14.5 mm4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-4 輸入軸如圖所示，-段裝飛輪，-段裝端蓋，-段裝軸承，規(guī)格是d=17 mm , -段為軸肩，d=19.4 mm,-段裝軸承，規(guī)格d=12 mm ,- ,-段裝壓緊裝置以及裝錐輪，具體尺寸如零件圖所示求軸上的載荷-段不承受徑向載荷兩軸承的距離為mm飛輪壓軸力方向線與軸承的距離為mm圖3-5 壓軸力受力模型a.計(jì)算壓軸力Fp Fe=1000 v=選定鏈條

30、型號(hào)和節(jié)距查機(jī)械設(shè)計(jì)表9-7，9-13，單排鏈 kwr/min由PCA和n的值查機(jī)械設(shè)計(jì)圖9-11，得可選10A-1，鏈條節(jié)距mm故 v=0.904857 m/s所以Fe=446.4 N 所以 n（鏈條水平布置時(shí)的壓軸力系數(shù)KFP=1.15） b.所以 N所以 n計(jì)算最大彎矩N.mm5.校核扭矩T=9550000=9550×=28572 N·mmCA=34.7 Mpa-1=60Mpa鍵槽處軸的校核 W(c)=224.7 （AC）= 57.22 Mpa CA=60 Mpa6.鍵強(qiáng)度的校核平鍵的尺寸為，鍵槽軸深p=147.8 Mpa p=120150 Mpa滿足條件花鍵校核 p

31、=2T×103/(zhldm)其中： 為載荷分配不均系數(shù)，取0.8花鍵齒數(shù)齒的工作長(zhǎng)度 mm花鍵齒側(cè)的工作高度mm花鍵的平均直徑mm p=41.34 Mpa p=4070 Mpa花鍵的連接情況是：使用或制造情況不良，齒面未經(jīng)熱處理，故滿足要求3.5輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.輸出軸上的傳遞功率為 kw轉(zhuǎn)速 r/min于是轉(zhuǎn)矩T2= =9550000×=23311.9 N·mm2.作用于錐輪的正壓力Q 由前計(jì)算可知：, 其中mm所以Q= N 單個(gè)錐輪的軸向力 Fa=徑向力3.初步確定軸的最小直徑選取軸的材料是40Cr ,調(diào)質(zhì)處理 .取A0=100 ,于是得：dmin =1

32、00×=13.5 mm 取d=14.5 mm4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-6 輸出軸-段與輸入軸的-段完全相同，只有-段不一樣，輸出軸-段裝的是后輪軸。這樣設(shè)計(jì)便于統(tǒng)一加工.5.求軸上的載荷兩軸承的距離為 mm壓軸力F合壓與軸承的距離為mm圖3-7 壓軸力受力模型如上圖所示 F合壓=558.1 N N所以 N N6.計(jì)算最大彎矩 N7.校核扭矩所受扭矩： N·mmA處校核 CA=52.3 Mpa CA MpaC出校核W(c)=224.7（AC）=41.5 Mpa CA=60 Mpa故校核安全8.鍵強(qiáng)度的校核平鍵的尺寸為，鍵槽軸深p=26.8 Mpa p=120150 Mpa滿足條件

33、花鍵校核p=2T×103/(zhldm)其中：為載荷分配不均系數(shù)，取0.8花鍵齒數(shù)mm齒的工作長(zhǎng)度花鍵齒側(cè)的工作高度 mm花鍵的平均直徑mm p=29.99 Mpa p=4070 Mpa花鍵的連接情況是：使用或制造情況不良，齒面未經(jīng)熱處理，故滿足要求3.6輸入輸出軸上軸承的選擇與計(jì)算1. 輸入軸上軸承的壽命計(jì)算圖3-8 輸入軸軸承受力計(jì)算示意圖 N2軸承被拉松 N N1軸承被壓緊 N N所以軸承2的當(dāng)量載荷為 N軸承1的當(dāng)量載荷為 N所以 Lh1=1088 h Lh2= h2. 輸出軸上軸承的壽命計(jì)算圖3-9 輸出軸軸承受力計(jì)算示意圖N2軸承被拉松 N N1軸承被壓緊 N N所以軸承

34、1的當(dāng)量載荷為 N軸承2的當(dāng)量載荷為N所以 Lh1=1127.3 h Lh2=h3.7輸入輸出軸上端蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算密封件的設(shè)計(jì)如下：見下圖3-10軸徑mm ， mm ， mm ， mm端蓋的設(shè)計(jì)及計(jì)算如下：見下圖 3-11 圖3-10 密封圈 圖3-11 端蓋 螺釘直徑 mm mm mm mm mm ,取 4 mm mm D4=D1015 mm mm D6=24=32 mmmm , mm , mm主從動(dòng)軸一樣.3.8調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算調(diào)速機(jī)構(gòu)采用兩斜齒輪分度調(diào)速。1.調(diào)速齒輪1的設(shè)計(jì)與計(jì)算模數(shù) mm 螺旋角法面壓力角端面壓力角所以基圓柱螺旋角所以法面齒距 mm端面齒距 mm法面基圓齒距mm法

35、面齒頂高系數(shù)法面頂隙系數(shù)分度圓直徑mm基圓直徑mm齒頂高mm 齒根高mm齒頂圓直徑mm齒根圓直徑mm法面齒厚mm端面齒厚mm當(dāng)量齒數(shù)2.主動(dòng)斜齒輪2的設(shè)計(jì)與計(jì)算模數(shù) mm分度圓直徑 mm基圓直徑 mm齒頂圓直徑 mm齒根圓直徑 mm當(dāng)量齒數(shù)其余參數(shù)均與調(diào)速齒輪1相同.兩齒輪的寬度均為 5 mm .但主動(dòng)斜齒輪只需轉(zhuǎn)過1200，所以該斜齒輪只需做成不完全齒輪，具體尺寸見另加圖。3.9自行車無級(jí)變速器的安裝無級(jí)變速器的輸出軸上安裝著自行車的后輪，輸入軸上安裝自行車的后飛輪，整個(gè)變速器位于后輪右側(cè)。變速器的主動(dòng)調(diào)速齒輪上安裝搖桿，該搖桿可以伸縮，這樣在不調(diào)速時(shí)保證搖桿空間尺寸較小。搖桿可轉(zhuǎn)動(dòng)1200

36、，這樣可帶動(dòng)從動(dòng)調(diào)速論轉(zhuǎn)動(dòng)900,從而使自行車速度在最大速度和最小速度之間變動(dòng)。1、4、7-端蓋 2-軸承 3-套筒 5-軸套 6-軸管圖3-12 變速器安裝示意圖自行車后輪與輸出軸的安裝方式如上圖所示，1、4、7端蓋是用來密封，保護(hù)軸承5的，普通自行車的后軸管和花盤是分開的，我這里把它們作成一個(gè)整體，即軸管6，與后軸用鍵連，軸套5的作用是軸向定位軸管，軸承2與軸采用過盈配合，具體尺寸設(shè)計(jì)見輸出軸的零件圖。第四章 全文總結(jié)本文簡(jiǎn)要介紹了鋼球外錐式無極變速器的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)計(jì)算、材質(zhì)及潤(rùn) 滑等方面的知識(shí)，并以此作為本次無級(jí)變速器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。鋼球外錐式是最簡(jiǎn)單且最容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的一種傳動(dòng)方式

37、，無級(jí)變速器的設(shè)計(jì)就是從摩擦式開始的。滾輪平盤式是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，滾輪為主動(dòng)件，平盤是從動(dòng)件，滾輪依靠其與平盤之間的摩擦力帶動(dòng)平盤轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪與平盤的接觸位置可隨意調(diào)整，傳動(dòng)半徑也就相應(yīng)改變，圓盤的角速度隨之改變。這種無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可滾輪與圓盤的接觸面積小，接觸處的接觸應(yīng)力大，而且由于受結(jié)構(gòu)尺寸的限制，變速范圍小。因而設(shè)計(jì)人員又提出一種新的結(jié)構(gòu)，錐盤環(huán)盤式無級(jí)變速器，原理與前一種相同，只是接觸面積增大，故可傳遞功率也相應(yīng)有所增加，接著在錐盤環(huán)盤式的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了多盤式，可進(jìn)一步增大傳動(dòng)功率。本設(shè)計(jì)采用的是以鋼球作為中間傳動(dòng)元件，通過改變鋼球主動(dòng)側(cè)和從動(dòng)側(cè)的工作半徑來實(shí)現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的鋼球錐輪式無級(jí)變速器。由鋼球、主動(dòng)錐輪、從動(dòng)錐輪和內(nèi)環(huán)所組成。動(dòng)力由輸入軸輸入，帶動(dòng)主動(dòng)錐輪同速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)鋼球利用摩擦力驅(qū)動(dòng)內(nèi)環(huán)和從動(dòng)錐輪，再經(jīng)從動(dòng)錐輪，形槽自動(dòng)加壓裝置驅(qū)動(dòng)輸出軸將動(dòng)力輸出，調(diào)整鋼球軸心的傾斜角就可達(dá)到變速的目的。本設(shè)