精密調(diào)速無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_圖文

1、摘 要鋼環(huán)分離錐錐輪無(wú)級(jí)變速器是機(jī)械摩擦式的一種變速器,它以鋼環(huán)為中間原件,以改 變主、從動(dòng)錐輪的工作半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。它能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱變速而且無(wú)需再設(shè)加壓裝,結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單,時(shí)常將這種變速器應(yīng)用在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)。首先查找變速器相關(guān)資料,了解其 傳動(dòng)原理及設(shè)計(jì)要求和計(jì)算公式,選擇材料。通過(guò)已知給定參數(shù)先求出變速器主要零件鋼 環(huán)和主從錐輪的相關(guān)尺寸,.再根據(jù)已算出的數(shù)據(jù)和配合關(guān)系選定其主要配合原件軸承型 號(hào),然后確定錐輪各段長(zhǎng)度和大小。再進(jìn)行軸的設(shè)計(jì),通過(guò)公式選取軸的最少直徑,再結(jié) 合與錐輪配合關(guān)系確定軸的各段長(zhǎng)度及選取鍵和軸鍵等相關(guān)尺寸,根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)選取有關(guān) 尺寸的配合公差,選取設(shè)計(jì)調(diào)速操作機(jī)構(gòu),

2、再由已知的零件尺寸和配合關(guān)系,根據(jù)設(shè)計(jì)手 冊(cè)確定箱體和端蓋的基本尺寸, 其后對(duì)軸和鋼環(huán)進(jìn)行強(qiáng)度校核, 以確定尺寸是否滿足要求。 最后由算出的數(shù)據(jù)用CAD 進(jìn)行繪圖。關(guān)鍵詞:鋼環(huán),錐輪,無(wú)級(jí)變速,齒輪,軸AbstractThe steel loop separation cone pulley variator is the mechanical friction type variator's one form. It takes the middle part by the steel loop, the affiliation changes the host, the drive

3、n cone pulley's working radius to realize the stepless change, rotates the handwheel, through the gear, the rack and the tension bar causes the transportable awl crop rotation end motion, changes the host, the driven cone pulley and the steel loop working radius, thus realizes the speed change.

4、Moreover, its structure is simple, the manufacture is convenient. It mainly uses in the metal-cutting machine tool, the textile machinery and so on high speed machine. First, find related information transmission, to understand the driving principle and design requirements and the formula, select ma

5、terials. Parameters given by the first known transmission main parts obtained from the cone round steel ring and the main relevant dimensions have been calculated according to the cooperation with selected data and the main bearings with the original model, and then determine the cone length and siz

6、e of each round . Further design of the shaft, at least by the formula select the diameter of the shaft, combined with the relationship established with the cone wheel shaft length and the selection of the key and the shaft key and other related dimensions, Selected according to the design manual wi

7、th the tolerances on dimensions, select the design speed operating mechanism, and then from the known size and with the relationship between parts, According to the design manual to determine the basic size of box and cover, then the strength of the shaft and the steel ring checked to determine whet

8、her the size to meet the requirements. Finally, the calculated data with CAD for drawing.Key words: Steel loop, cone pulley, limitless speed change, gear, axi第一章 緒論1.1 無(wú)級(jí)變速器的介紹目前在汽車上廣泛使用的自動(dòng)變速技術(shù)是將液力變矩器和行星齒輪系組合 的自動(dòng)變速器技術(shù),在主要汽車制造商生產(chǎn)的轎車中的平均裝車率已經(jīng)達(dá)到70%。 但是液力變矩器和行星齒輪系的組合有著明顯的缺點(diǎn):傳動(dòng)比不連續(xù),只能 實(shí)現(xiàn)分段范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速;液力傳動(dòng)的效

9、率較低,影響了整車的動(dòng)力性與燃料 經(jīng)濟(jì)性。 增加變速器的檔位數(shù)來(lái)擴(kuò)大無(wú)級(jí)變速覆蓋范圍,就必須采用較多的執(zhí)行 元件來(lái)控制行星齒輪系的動(dòng)力傳遞,導(dǎo)致自動(dòng)變速器零部件數(shù)量過(guò)多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 保養(yǎng)和維護(hù)不便。 所以汽車行業(yè)早就開始研究其它新型變速技術(shù),無(wú)級(jí)變速(CVT 技術(shù)就是其中最有前景的一種。1.2 機(jī)械變速器的現(xiàn)狀和類別變速傳動(dòng)裝置分為無(wú)級(jí)變速和有級(jí)變速兩種。 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)是在某種可控 作用下,使機(jī)械輸出軸轉(zhuǎn)速在兩個(gè)極值范圍內(nèi)作連續(xù)而任意變化的變速傳動(dòng)裝 置,而有級(jí)變速傳動(dòng)則是使機(jī)械輸出軸的轉(zhuǎn)速在兩個(gè)極值范圍內(nèi)某一規(guī)律作間 斷變化的變速傳動(dòng)裝置。對(duì)于做成獨(dú)立部件形式的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置,成為無(wú) 級(jí)變

10、器。無(wú)級(jí)變速器有電磁的、流體的和機(jī)械的等多種類型。電磁無(wú)級(jí)變速器可用 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速(變頻、調(diào)壓等、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速(挑刺通或電樞電壓等。 流體無(wú)級(jí)變速器有液壓(節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速或復(fù)合調(diào)速、液力(液力偶合 器和液力變矩器、氣壓等傳動(dòng)?，F(xiàn)今,機(jī)械摩擦式無(wú)級(jí)變速器業(yè)已廣泛用于金屬切削機(jī)床、輕工、紡織、化 工、食品、農(nóng)業(yè)、冶金、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械和儀器儀表等行業(yè)。1.3 摩擦式無(wú)級(jí)變速器機(jī)械摩擦式無(wú)級(jí)變速器是利用摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的,它有三個(gè)基本 組成部分:加壓裝置,摩擦變速機(jī)構(gòu),調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)。1. 使傳動(dòng)零件相互壓緊,以在接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生所需摩擦力的機(jī)構(gòu)稱為加壓裝 置。2. 靠摩擦力傳動(dòng)、且主動(dòng)和從動(dòng)零件

11、之間尺寸比例關(guān)系可與改變從而獲得 變速的機(jī)構(gòu)稱為摩擦變速機(jī)構(gòu)。3. 改變主、從動(dòng)零件相對(duì)位置以調(diào)節(jié)兩者之間尺寸比例關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)改 變傳動(dòng)比,即實(shí)現(xiàn)變速的機(jī)構(gòu)稱為調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)。摩擦機(jī)構(gòu)總是由若干個(gè)相互接觸的輪子所組成(擾性中間元件可看成擾性 輪,接觸部位的形狀可以是直線或圓弧曲線,通過(guò)改變輪子的相對(duì)位置,使接觸點(diǎn)沿其中一輪的母線移動(dòng)或擺動(dòng),改變其中某些輪子的工作半徑而實(shí)現(xiàn)變速。加壓裝置是影響無(wú)極變速傳動(dòng)性能和承載能力的重要部件。加壓裝置按加壓 特性分為兩種:1. 恒壓加壓裝置工作過(guò)程中壓緊力始終不變,即壓緊力為常量;2. 自動(dòng)加壓裝置工作過(guò)程中壓緊力隨著負(fù)載的變化而作正比變化。1.4 摩擦式無(wú)

12、級(jí)變速器運(yùn)動(dòng)原理加壓裝置所提供的壓緊力與變速器輸出轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱為加壓特性。無(wú)級(jí)變速 器的加壓特性取決于摩擦機(jī)構(gòu)的型式及其機(jī)械特性。在輸入轉(zhuǎn)速n1一定的情況下,無(wú)級(jí)變速器輸出軸扭矩T2(或功率P2 與轉(zhuǎn)速n2的關(guān)系稱為機(jī)械特性、可用圖1-1 所示坐標(biāo)系n2-T2(n2-P2中的平 面曲線T2(n2或P2=P(n2來(lái)表征。無(wú)級(jí)變速器的機(jī)械特性大致可以歸納為三種:1 恒功率特性指輸出功率保持不變, 如圖1-2中實(shí)線所示。 這時(shí)輸 出 扭矩和輸出轉(zhuǎn)速呈雙曲線關(guān)系。在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),載荷變化對(duì)轉(zhuǎn)速影響小,工作中 又很高的穩(wěn)定性,能充分利用原動(dòng)機(jī)的全部功率。這種機(jī)械特性經(jīng)濟(jì)性好,適用 于起重機(jī)、金屬切削機(jī)床等

13、的需要。2 恒扭矩特性指輸出扭矩為常量,這時(shí)輸出功率和輸出轉(zhuǎn)速呈正比變 化,如圖1-2中虛線所示。如果輸出扭矩小于負(fù)載扭矩,輸出轉(zhuǎn)速就立即下降, 甚至引起打滑和運(yùn)轉(zhuǎn)中斷,不能充分利用原動(dòng)機(jī)的輸入功率。這種機(jī)械特性適用 于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)和某些干燥機(jī)等設(shè)備的學(xué)要。3 變功率便扭矩特性輸出轉(zhuǎn)速負(fù)載扭矩和功率的變化而變化,其規(guī)律 復(fù)雜多樣,通常按試驗(yàn)方法確定。 圖1-1 機(jī)械特性應(yīng)當(dāng)指出,在一般無(wú)級(jí)比變速器中,可以采用調(diào)節(jié)壓緊力的方式(如用自動(dòng) 加壓裝置,使在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得接近恒功率或恒扭矩的機(jī)械特性,以滿 足工作需要。恒壓加壓裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于布置,能紡織過(guò)載,但影響效率和壽命。壓緊 力可以由彈

14、簧、離心力、重力、氣壓或液壓提供,其中最常用的是彈簧加壓裝置。自動(dòng)加壓裝置可減小滑動(dòng),利于提高效率和壽命,便于實(shí)現(xiàn)恒功率傳動(dòng)以充 分利用動(dòng)力,但不能防止過(guò)載,使用時(shí)應(yīng)設(shè)置安全聯(lián)軸器等過(guò)載保護(hù)裝置。自動(dòng) 加壓可利用彈性環(huán)自動(dòng)楔緊原理或利用擺動(dòng)齒輪箱的反作用力矩原理等進(jìn)行加 載。調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)可根據(jù)工作要求采用手動(dòng)或自動(dòng)控制方式, 其基本原理都是將 其中某個(gè)輪子沿一個(gè)(或幾個(gè)輪子的母線作運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行調(diào)速?？紤]到輪子的母 線通常為直線或圓弧,所以調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)可以分為兩類:1 藉移動(dòng)方式改變輪子的工作半徑,適用于母線為直線的輪子。常用機(jī)構(gòu) 為:螺旋機(jī)構(gòu);齒輪-齒條機(jī)構(gòu);螺旋-杠桿復(fù)合機(jī)構(gòu);螺旋-連桿組合機(jī)

15、構(gòu);偏 心機(jī)構(gòu)等。2 藉擺動(dòng)方式改變輪子的工作半徑,適用于母線為圓弧的輪子。常用機(jī)構(gòu) 為:蝸輪-凸輪組合機(jī)構(gòu);齒輪齒條-正弦組合機(jī)構(gòu);偏心機(jī)構(gòu)等。31.5 鋼環(huán)分離錐輪無(wú)級(jí)變速器的優(yōu)點(diǎn)鋼環(huán)分離錐輪無(wú)極變速器的特點(diǎn)是:1鋼環(huán)具有自動(dòng)加壓作用,能隨著扭矩的增加而增大。鋼環(huán)既是傳動(dòng)零件, 又是加壓元件。因此,無(wú)需另設(shè)加壓裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便。2容易產(chǎn)生幾何滑動(dòng),原因是錐輪頂點(diǎn)與鋼環(huán)的內(nèi)錐頂點(diǎn)不相重合所致。 為了減小幾何滑動(dòng)和提高傳動(dòng)效率,可不采用線接觸而用點(diǎn)接觸的結(jié)構(gòu)形式。3能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱型調(diào)速(既最大傳動(dòng)imax與最小傳動(dòng)比imin對(duì)稱于i=1的,i=1/3.23.2,調(diào)速幅度Rb=10(16。調(diào)

16、速4 機(jī)械特性與恒功率特性較接近(從動(dòng)錐輪轉(zhuǎn)速n2低時(shí)扭矩T2大,而n2 高時(shí)則T2小這種無(wú)級(jí)變速器中的主要零件鋼環(huán)和錐輪均用軸承鋼GCr15制造 (若要求淬 透性好,可用GCr15SiMn鋼,熱處理后工作表面的硬度不低于HRC5864,磨削 后的表面粗糙度Ra(輪廓算術(shù)平均偏差不大于0.63m或(輪廓微觀不平度十 點(diǎn)高度不大于3.2m。1.6 無(wú)極變速傳動(dòng)主要用于場(chǎng)所1為適應(yīng)工藝參數(shù)多變或輸出轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的要求, 運(yùn)轉(zhuǎn)中需要經(jīng)常或連續(xù)地改變速度,但不應(yīng)該在某一固定速度下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn),如機(jī)床,卷繞機(jī),車輛等;2探求最佳工作速度,如試驗(yàn)機(jī),自動(dòng)線等;3幾臺(tái)機(jī)器或一套機(jī)器的幾個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn);4緩速起動(dòng)

17、以合理利用動(dòng)力,通過(guò)調(diào)速以加快越過(guò)共振區(qū);5車輛變速箱,可節(jié)省燃料,縮短加速時(shí)間,簡(jiǎn)化操作。第二章 鋼環(huán)分離錐輪無(wú)級(jí)變速器設(shè)計(jì)理論 2.1 鋼環(huán)分離錐輪無(wú)級(jí)變速器簡(jiǎn)圖 2­1 無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2 機(jī)械無(wú)極變速器變速方式與運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系按變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中得運(yùn)動(dòng)副的配置方式,鋼環(huán)分離錐輪無(wú)級(jí)變速器為:有中間輪的, 輸入輸出輪工作半徑的 1 R 與 2 R 可變,中間輪工作半徑 1 r 、 2 r 不變的變速傳動(dòng)。如圖 2­2 所示:其傳動(dòng)比可用式(2-1進(jìn)行計(jì)算。1 (2 ( 2 1 ( 1 2 2 1 e e - ± ± = - = = xtga D xt

18、ga D D D n n i m m X x x (2-1 1 ( max min 1 max 2 min 2 1 e - = =D D n n i x 1 ( max 1 min2 max 2 1 min e - = = D D n n i x 式中滑動(dòng)率,由于傳動(dòng)中存在滑動(dòng),所以加載后的從動(dòng)輪的速度 2 v 和轉(zhuǎn) 速 2 n 要低于無(wú)滑動(dòng)時(shí)從動(dòng)輪的圓周速度 02 v 和轉(zhuǎn)速 02 n .這種因加載后滑動(dòng)所引起 的速度的相對(duì)降低率,稱為滑動(dòng)率,以e 表示:022 2 2 02 02 2 02 v n R n R Rn v v - = - = e , 由于無(wú)滑動(dòng)時(shí) 201 1 02 n R n

19、 R = , 01 02 21 n n i = ,并假定 01 1 n n = 為定值。而 12 21 n n i = * ,則 1 ( 1 ­ 1 21 21 102 1 2 02 2 * - = - = = i i n n n n n n ( e (2-2 因此,對(duì)于鋼環(huán)變速器,變速器的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速 2 n 和實(shí)際傳動(dòng)比 21 i 分別用式 (2-3、(2-4表示:21 12 1 02 2 1 ( 1 ( n R r n r R n e e - = - = (2-3 2 1 2 1 21 21 1 ( 1 ( R r r R i i e e - = - * = (2-4若不考慮滑

20、動(dòng),則=0;1 v 、2 v 主、從動(dòng)錐輪與鋼環(huán)接觸處的圓周速度;n1、n2主、從動(dòng)錐輪的轉(zhuǎn)速;x 1 D 、 x D 2 主、從動(dòng)錐輪的工作直徑;m D 傳動(dòng)比i=1( x 1 D = x 2 D 時(shí)的工作直徑; 圖2-2 鋼環(huán)與分離錐輪之間的幾何關(guān)系(圖中實(shí)線位置表示i=1時(shí)min D 、 max D 錐輪的最大、最小工作直徑( 下標(biāo)1指主動(dòng)錐輪,下標(biāo)2指 從動(dòng)錐輪;a錐輪的錐頂半角;x可移動(dòng)錐輪相對(duì)于i=1 (實(shí)線位置 的軸向移動(dòng)量, 上面運(yùn)算符號(hào)用于增速,下面運(yùn)算符號(hào)用于減速。鋼環(huán)分離錐輪式的調(diào)速比是無(wú)極變速器的重要性能指標(biāo),它是變速器輸出軸的最高轉(zhuǎn)速 max 2 n 與最低輸出轉(zhuǎn)速

21、min 2 n 的比值,即:min2 max 1 min 1 max 2 min max min 2 max 2 b D D D D i i n n R · = = =而變速范圍則是最高與最低輸出轉(zhuǎn)速值得范圍,因?qū)賹?duì)稱型調(diào)速: min min 1 min 2 max, max 2 max 1 D D D D D D = = = = ,故: 1 min( max max e - = D D i , 1 max( min min e - = D D i , 2 minmax ( D D Rb = , 對(duì)稱調(diào)速的變速器,其輸入軸轉(zhuǎn)速n1與輸出軸的最高、最低轉(zhuǎn)速必須嚴(yán)格滿足公式(2-5min

22、2 max 2 1 n n n · = 鋼環(huán)的轉(zhuǎn)速 1 0 1 0 n n D D x · =式中 0 D 鋼環(huán)工作直徑,見(jiàn)圖2-2考慮到 Rb D D min max = ,故 1 ( 2min 2 min max m + = + =Rb D D D D ,將其中帶入式(2-1,得錐輪位移量 x 與傳動(dòng)比之間的關(guān)系為 11 ( 1 1 ( 1 ( 4 min x + - - - + ± = e e i i Rb tga D 錐輪的移動(dòng)通常用齒輪-齒條傳動(dòng), 這時(shí), 錐輪位移量也就是齒條的移動(dòng)量,當(dāng)位移量為x 時(shí),齒輪的相應(yīng)回轉(zhuǎn)角(也就是手輪的回轉(zhuǎn)角度, 

23、6; · = 360 x mzp j 式中 z齒輪的齒數(shù);m齒輪的模數(shù)。2.3 傳動(dòng)零件的尺寸確定傳動(dòng)零件之間的尺寸1選取材料:錐輪,鋼環(huán),輸入輸出軸均用GGr15,表面硬度HR61,摩擦系 數(shù)f=0.04,許用接觸應(yīng)力 22500 ­ 2200 mm N H = s ; 2預(yù)選有關(guān)參數(shù)為:錐輪錐頂半角 ° ° = 75 ­ 5 . 63 a ;3有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算1、錐輪最大工作直徑 max D :Rb D D min max = mm式中, max D 為錐輪的最小工作直徑, min D 由強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)要求確定。 2、主動(dòng)錐輪和從動(dòng)錐輪之間的

24、中心距a=(1.151.3max mm3、錐輪錐頂角°° = 130 ­ 127 2a 4、線接觸時(shí)鋼環(huán)工作面的接觸長(zhǎng)度max 181 20 1 ( D b = 5、鋼環(huán)工作直徑D=(1.82 Dmax mm6、鋼環(huán)工作寬度a b ctga D D B cos min max 0 + - ³ ( mm7、 鋼環(huán)寬度a b B B cos 0 + = mm8、 鋼環(huán)厚度h=(0.20.9B mm9、點(diǎn)接觸時(shí)鋼環(huán)工作面的圓弧半徑0 9 . 0 8 . 0 ( D r = mm10、鋼環(huán)內(nèi)周直徑a b D D i sin 0 0 - = mm11、鋼環(huán)外周直徑

25、h D D i 2 0 e 0 + = mm12、錐輪小端直徑a b D Di sin min - £ mm13、錐輪大端直徑a D D sinb max e + ³ mm2.4 鋼環(huán)無(wú)級(jí)變速器受力分析鋼環(huán)無(wú)級(jí)變速器中的鋼環(huán)具有自動(dòng)加壓作用?？蛰d時(shí),鋼環(huán)圓心O3位于主、 從動(dòng)錐輪輪心O1、O2的連心線上(圖2-3中的實(shí)線位置; 圖2-3 受力分析簡(jiǎn)圖承載后,主動(dòng)錐輪1依靠摩擦力 F 帶動(dòng)鋼環(huán) 3 沿著切線方向移至虛線位置, 這時(shí)鋼環(huán)與主、從動(dòng)錐輪楔緊并產(chǎn)生法向壓緊力Q(所傳遞的載荷越大,楔得越 緊,與此同時(shí),由鋼環(huán)通過(guò)摩擦力驅(qū)動(dòng)一對(duì)從動(dòng)錐輪2。錐輪與鋼環(huán)之間的法向 壓緊力Q

26、 可以分解為徑向壓緊力Qr 和軸向壓緊力Qa。 由于軸向壓緊力Qa 相互抵 消,故以鋼環(huán)作為分離體時(shí)的力平衡條件是sin 4 cos 4 = - r Qr r F 或sin cos 4 cos 4 = - r a Q r F 由此得 f K atgr F Q nF cos = = N (2-5式中 n K 傳動(dòng)可靠性系數(shù),對(duì)動(dòng)力傳動(dòng),可取Kn =1.21.5;f摩擦系數(shù),對(duì)于淬火鋼-淬火鋼,油式時(shí)f=0.030.05,干式時(shí)0.1 0.2,r 連心線O1O3或O2O3與弦AB 之間的夾角。每個(gè)錐輪所傳遞的有效圓周力(既摩擦力xx D T D T F 2 2 1 1 2 2 = = N 每個(gè)錐輪

27、所傳遞的扭矩11 10000 95502 1 1 n P T ´ ´ ´ = N.mm 11 10000 95502 1 2 n P T h ´ ´ ´ = N.mm 式中P1為主動(dòng)錐輪的傳遞功率;h 為傳動(dòng)效率。所以每個(gè)錐輪上的壓緊力x D fn KnP Q 1 1 1 10000 9550 ´ ´ = N (2-6每個(gè)錐輪上的徑向壓緊力aNQ Qr cos = 每個(gè)錐輪上的軸向壓緊力aNQ Qa sin = 2.5 強(qiáng)度計(jì)算鋼環(huán)無(wú)級(jí)變速器在傳動(dòng)中力限制承載能力和可靠性的是錐輪和鋼環(huán)的工作 表面的接觸強(qiáng)度、足夠的

28、油膜牽引力和油膜厚度。錐輪和鋼環(huán)的主要失效形式是 表面疲勞點(diǎn)蝕,因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算其接觸疲勞強(qiáng)度。當(dāng)鋼環(huán)與錐輪初始線接觸時(shí),最大接觸應(yīng)力 H H QEK s e s £ = b 418. 0 N/ 2 mm (2-7點(diǎn)接觸時(shí) H H QEEk s e s s £ = 3 c 245 . 0 N/ 2 mm (2-8 圖2-4 錐輪和鋼環(huán)的曲率式中 Q壓緊力,見(jiàn)式(2-5。對(duì)于作恒功率傳動(dòng)的變速器,Q 應(yīng)該按從動(dòng)錐輪最低轉(zhuǎn)速n2min 的情況,即按主動(dòng)錐輪最小工作直徑D1min 的位置進(jìn)行計(jì)算;對(duì)于作恒扭矩傳動(dòng)的變速器,Q應(yīng)按照從動(dòng)錐輪最高轉(zhuǎn)速n2max 的情況,即按從動(dòng)輪最小

29、工作直徑D2min 的位置進(jìn)行計(jì)算;對(duì)于功率、扭矩均變化的變速器,Q 應(yīng)按的位置進(jìn)行計(jì)算;E彈性模量,對(duì)于鋼,E= 100000 1 . 2 ´ N/ 2 mm; k e 接觸副在計(jì)算位置處的當(dāng)量曲率,1/mmk e =k11+k12+k21+k22k11錐輪1在主平面 1內(nèi)的曲率k11 min c 2 1 D osa = r,1/mm k12錐輪1在主平面 1內(nèi)的曲率k12=0k21鋼環(huán)2在主平面 2內(nèi)的曲率k21 D0cos 2 ­ 12 a = r ,1/mm k22鋼環(huán)2在主平面 2內(nèi)的曲率k22=1/r(線接觸時(shí)k22=0;點(diǎn)接觸時(shí) k22,1/mmb接觸長(zhǎng)度,m

30、mc與接觸點(diǎn)各曲率有關(guān)的橢圓積分函數(shù),可按曲率系數(shù)cos查表 H s 許用接觸應(yīng)力,對(duì)于GCr15號(hào)鋼,線接觸時(shí)其 H s =15001800 N/ 2 mm ;點(diǎn)接觸時(shí)其 H s =22002500 N/ 2 mm 。2.6.1 恒功率傳動(dòng)情況時(shí)F 和Q 按 min 1D 位置計(jì)算(相當(dāng)于n2min。由式(2-3得 3 1 955010 min1 K P n Q fn D =´ N.mm 1線接觸取E= 5 2.110 ´ N/ 2 mm , min max D R D b = , 1 min 19b D = , 1.85 max 0 D D = , 0.85 0 r D

31、 = ,2a=127°,則 k11 12cos min1 a D r = mmk21 12cos 1.85 min2 a R D b r - = mm1.85 minR b R D b - mm代人式(2-5,得校驗(yàn)計(jì)算公式( 3 1891600 1.650.89 1 min 1 H H K P R n b fn D R b s s = - £ N/ 2mm (2-9 設(shè)計(jì)計(jì)算公式( 3 2 1.650.89 1 15300 min 1 H KP R n b D fn R bs - ³ mm (2-10 2點(diǎn)接觸k11、k12、k21均同線接觸,而k22= 110

32、.85 1.85 minr R D b = ´ 1/mm1.57 min R b R D b + = 1/mm11122122k k k k R b k R b t e -+- - = + 代入式(2-6,得校檢計(jì)算公式( 2 31.40.24 1 135850 min 1 H H K PR n b cD fn R b s s = + £N/ 2mm (2-11設(shè)計(jì)計(jì)算公式 ( 24 1 135850 min 1 H K PR n b D c fn R bs + ³ mm(2-122.6.2 恒扭矩傳動(dòng)情況時(shí)F 和Q 按 2min D 位置計(jì)算(相應(yīng)于 2max

33、n ,由于(2-3得3 22 955010 min min 2 2 K T K P n n Q fD fn D =´ N(2-13 E、 max D 、 0 D 、b、r、2a 等值或計(jì)算式同恒功率傳動(dòng)。1線接觸效驗(yàn)計(jì)算公式 ( 3 1891600 1.650.89 2 min 2 HH K P R n b fn D R b s s = - £ N/ 2 mm (2-14設(shè)計(jì)計(jì)算公式 ( 3 2 1.650.89 2 15300min 2 H K P R n b D fn R b s - ³ mm(2-152點(diǎn)接觸校驗(yàn)計(jì)算公式 ( 24 2 135850 min

34、2 HH K P R n b cD fn R b s s = + £ N/ 2 mm (2-16 設(shè)計(jì)計(jì)算公式 ( 2 3 1.40.24 2 135850 min 2 H K P R n b D c fn R b s + ³ mm (2-17以上各式均取 0 D 、b、r 的平均值(即 1.85 0 max D D = , 1 max19 b D = , r=0.85 0 D , 推倒而得。 若用推薦值的上、 下限, 即 1.9 0 max D D = 、 1 max18 b D = 、 r=0.9 0 D 或 1.8 0 max D D = 、 1 max 20b D

35、= 、 r=0.8 0 D ,則所得結(jié)果與平均值 時(shí)相差很小(在Rb=9時(shí),對(duì)于線接觸公式,差率<1.3%;對(duì)于點(diǎn)接觸公式,差率 <3.3%,應(yīng)此式(2-7(2-15對(duì)于不同的 0 D 、b、r 取值均能適用。2.6.3 鋼環(huán)強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算圖2-5列出了鋼環(huán)的剖面尺寸及參數(shù)。 鋼環(huán)在傳動(dòng)中因彈性變形而引起應(yīng)力, 可近似地按曲桿計(jì)算。鋼環(huán)內(nèi)周的正應(yīng)力20.182 2 (1 00 Q R h c r i A y R i s =+ N/ 2 mm 鋼環(huán)外周的正應(yīng)力20.182 2 (1 00 Q R h r e e A y R e s =- N/ 2 mm鋼環(huán)剖面在接觸處的最大應(yīng)力20.6

36、36 max 00 Q R h c r Ay R e s = N/ 2 mm式中: Q r 徑向壓力,N;0 R i 鋼環(huán)內(nèi)周半徑,mm;0 R e 鋼環(huán)外周半徑,mmR c 鋼環(huán)剖面重心的回轉(zhuǎn)半徑, 00 2R R e i R c + = ,mm; 0 y 鋼環(huán)剖面重心至中性層的距離, 0 y R c r =- ,mm;r 中性層所在處的半徑, 0ln 0 h R e R ir =,mm 圖2-5 鋼環(huán)剖面尺寸第三章 機(jī)械分離錐式無(wú)級(jí)變速器的計(jì)算3.1 計(jì)算錐輪的尺寸和參數(shù)(1 按線接觸3 2 1 1 min (1.650.89 15300 H b bn K P R D fn R s - &

37、#179; mm 式中 Kn傳動(dòng)可靠性系數(shù),取Kn=1.2; H s 許用接觸應(yīng)力。錐輪與鋼環(huán)材料均用GCr15號(hào)鋼,表面淬硬達(dá)HRC62-64 H s =1800N/ 2 mm ; f摩擦系數(shù)。取f=0.05(油式于是得Dmin31mm(2 按點(diǎn)接觸3 1 2 1 min 135850(1.40.24 H b bn K P R D c fn R s ³ + mm 式中 c 系數(shù) , 根據(jù)曲率系數(shù) co s t 取定 , 而曲率系數(shù)b b R R t - = + = 4 2 . 0 9 .4 1 .76 1 ­ 9 .4 1 + =0.55,查得c=0.92; H s 許用

38、接觸應(yīng)力,取 H s =2200N/ 2mm 于是得可見(jiàn)線接觸是薄弱環(huán)節(jié),故取定 min D =26 mm。2.錐輪最大工作直徑 max D 的確定max D = bR min D =3´ 26=78mm 3.錐輪錐頂角2a 的確定取2a = 0 1274.主、從動(dòng)錐輪之間中心距a的確定a=1.25 max D =1.25´ 78=97.5mm 取a=9877 . 5 .563 sin 3 2 26 sin 2 min = ´ ´ = = a y D b ,取b=6mm 6.錐輪小端直徑 i D 的確定63 . 25 2127 sin 6 26 sin

39、min i = ° - = - = a b D D ,取 i D =25mm 7.錐輪大端直徑D e 的確定37 . 83 2可移動(dòng)錐輪的結(jié)構(gòu)如下圖3-1所示。初步選擇滾動(dòng)軸承,在L5處選用角接觸 軸承,結(jié)合錐輪的大端直徑根據(jù)配合要求,選用軸承d=45mm角接觸球的軸承, 型號(hào)為7009C,D=75mm,軸承的寬度B=16?？紤]到退刀槽的存在和裝配要求,L5 處為23mm,L4處為退刀槽長(zhǎng)度為3,深度為2。L3處為一軸肩,取軸肩的直徑為 d3=82mm?？梢苿?dòng)錐輪在L9處要裝配一個(gè)深溝球軸承,因?yàn)樵贚5處有的直徑為55 且又軸肩的存在,故選用軸承6008,直徑d=40mm,D=68m

40、m,可以知道軸承寬度 B=15mm。在L7處有一個(gè)擋環(huán),可以選用擋環(huán) L7=2mm,深度為1.5mm,選用L8=8mm 。這樣可以得知L62+2+18+8=30mm,取L6=52mm,錐輪斜邊水平水平方向長(zhǎng)取 14.7mm,所以錐輪總長(zhǎng)為108mm。根據(jù)以后算出裝錐輪處軸徑的大小,考慮到花 鍵的存在,知道可移動(dòng)錐輪的內(nèi)徑為20mm。不可移動(dòng)錐輪跟可移動(dòng)錐輪,不同的有,不可移動(dòng)錐輪沒(méi)有擋環(huán)存在且內(nèi) 徑為28mm,無(wú)需考慮L7、L8、L9的長(zhǎng)度,且L9的長(zhǎng)度少于可移動(dòng)中的長(zhǎng)度。 圖3-1 可移動(dòng)錐輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.2 鋼環(huán)的設(shè)計(jì)1鋼環(huán)工作直徑max 2 8 . 1( D D o = ,取 mm Do

41、156 = 2鋼環(huán)工作寬度mm 6 2 26cot63.5 ­ (78 Dmincot max (= ° = - = a D B o 取 mmBo 26 = 3鋼環(huán)寬度mm mm b Bo B 29 7 . 28 5 . 63 cos 6 26 cos » = ° + = + ³ a 取B=40mm4點(diǎn)接觸是鋼環(huán)接觸區(qū)的圓弧半徑, 鋼環(huán)厚度mmB h 18 40 105 45 . 0 = ´ = = 5鋼環(huán)的內(nèi)徑mm mm bD D o oi 151 9 . 150 5 . 63 sin 6 156 sin » = 

42、6; - = - = a 6鋼環(huán)外徑mm h D D oi oe 246 18 2 151 2= ´ + = + = 7鋼環(huán)剖面積2720 18 40 mm Bh A = ´ = = 8鋼環(huán)剖面重心的回轉(zhuǎn)半徑mm D D R i e c 25 . 99 40 0 = + = 9中性層所在半徑mm R R In R R ie i e 33 . 97 0 0 0 0 = - = r 10重心至中性層的距離mm R y C 92 . 1 33 . 97 25 . 990 = - = - = r 11內(nèi)周至中性層的距離mm R h i 83 . 21 5 . 75 33 . 970

43、 1 = - = - = r 12外周至中性層的距離mm R h e 67 . 25 33 . 97123 0 2 = - = - = r 3.3 軸系零件設(shè)計(jì)1輸出軸的功率 2 P 、轉(zhuǎn)速 2 n和轉(zhuǎn)矩 2 T 若取花鍵傳動(dòng)的效率 1 h =0.85,軸的傳動(dòng)效率2 h =0.97則kw 06125 . 2 7 .9 0 5 .8 0 .5 2 2 11 2 = ´ ´ = = h h P P 又因?yàn)閺膭?dòng)輪轉(zhuǎn)速 2 n 低時(shí)扭矩2 T 大 ,所以取i=3 則 min / 1000 4. 1 1400 1 2 r i n n = = = 于是 N n P T 19684 1

44、000 06125 . 2 10 9550 10 9550 3 22 3 2 = ´ ´ = ´ ´ = 2 初步確定軸的最小直徑 圖3-2 軸的簡(jiǎn)圖先估算軸的最小直徑。選取軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù) 3 2 20 min n P A d = 取 0 A =100mm d 73 . 12 1000 06125 . 2 100min 3 = = 則 d min=12.73m,輸出軸的最小直徑顯然是安裝移動(dòng)錐輪的直徑又因?yàn)?要考慮花鍵的大小,于是取d1=20mm,因?yàn)榭梢苿?dòng)錐輪的存在,錐輪長(zhǎng)度為108mm ,可移動(dòng)錐輪要在軸上來(lái)回移動(dòng),移動(dòng)的距離取1

45、5mm,花鍵的尾當(dāng)為30°角的 斜線,可以知道與斜線對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為1mm,則L1108+1+15=124mm,考慮到還 有一錐輪也有部分在L1上,取L1=154mm,d2=23mm,L2=108mm考慮到要在d3處裝配一個(gè)軸承,所以d3=25mm,選取軸承為6025型號(hào)的深溝 球軸承,所以L4=15mm,退刀槽為2×3mm。擋圈厚度為2mm,擋圈在軸上的裝配 深度為2mm。所以L515+4=19mm,取L5=24mm因?yàn)榭紤]到要在L6處安裝油封,取無(wú)骨架橡膠油封?？紤]到軸承的定位配 合, 取d4=30mm。 油封寬度為6mm, 考慮到與端蓋的裝配可知L6取40mm, 取d5=

46、24mm, 取鍵的尺寸為寬8mm高7mm。3.4 調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用齒輪-齒條式調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)(如圖3-3所示: 圖3-3齒輪-齒條式調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)3.4.1 確定齒輪的參數(shù)因?yàn)?齒輪齒條只作為調(diào)速用,所以在調(diào)速時(shí)不會(huì)受太大的力,所以齒輪 的設(shè)計(jì)采用最小單位計(jì)算。故選取齒輪的齒數(shù)為z=17,模數(shù)為m=2, * a h =1, * c =0.25, d f =1,則 分度圓直徑 d1=17×2=34mm ,齒寬 b= d f ×d1=1×34=34mm齒高齒根圓直徑f d =z-2( * a h c + m=(17-2-0.5×2=29m齒頂圓直徑a d =

47、(z+2 * a h m=(17+2×2=39mm齒距手輪端的直徑選取d=39mm,D=138mm齒輪軸的長(zhǎng)度根據(jù)裝配關(guān)系和齒寬的大小取長(zhǎng)度為292mm3.4.2 確定齒條的參數(shù)可以根據(jù)移動(dòng)的范圍和配合及齒輪的直徑, 可取齒條長(zhǎng)度L17+15,考慮裝 配關(guān)系,取齒條長(zhǎng)度為65mm 圖3-4 調(diào)節(jié)套d2處和d4處要安裝軸承,根據(jù)軸承的大小,可以知道得知:d2=90mm, d4=80mm在d2處和d4處又兩個(gè)退刀槽,取2×2,d5為84mm,d3處要和d4處的軸承配合 ,根據(jù)要求可以選擇d3=64mm根據(jù)配合知d1的長(zhǎng)度取 d1=100mmL1為齒條的長(zhǎng)度,所以L2=68mm

48、,L1>68+29=97mm,取L1=107mm,L3=100mm 取L4=L2=68mm,d2處的內(nèi)徑長(zhǎng)度根據(jù)軸承的裝配可以知道為25mm,d4處的長(zhǎng)度 同樣可以知道為18mm, 取d3處內(nèi)徑孔的長(zhǎng)度為23mm, d5處孔內(nèi)徑長(zhǎng)38mm,d6=48mm 。銷孔直徑的大小為18mm銷孔的中心線到端面的距離為19+17=36mm。根據(jù)螺桿所受的力可以選擇螺桿的直徑,因?yàn)槭芰镹 Q Q a 1280 895 . 0 21 . 1430 sin= ´ = = a ,選取材料為45性能為4.6的螺桿, 查表可得材料的屈服極限 s s =240MPa,查的安全系數(shù)S=4,故螺桿材料的許

49、用應(yīng) 力 s = s s /4=60 MPa,根據(jù)式 4 1.3 1 F d p s ´ ³ =11mm。取d1=11mm,牙型角為60 °的等邊三角形。則螺桿小端為直徑11mm,大端直徑為12mm。螺桿的長(zhǎng)度根據(jù) 裝配關(guān)系選取213mm 螺桿圖3-5所示 圖3-5 螺桿3.5 變速箱箱體設(shè)計(jì)箱體的壁厚為=0.04a+18,所以箱體的壁厚取為=20mm地腳螺釘直徑d=0.036a+12=0.036×137+12=16.932mm,取d=18mm。愡孔直 徑可查的為33mm,箱底座凸緣厚度為1.5=30mm,地角螺釘?shù)臄?shù)目為4個(gè)。軸承端蓋的螺釘直徑為,d1

50、= (0.40.5d,所以取d1=10mm,取體的總長(zhǎng)為 442mm×467mm×395mm,圖形其他尺寸參照設(shè)計(jì)手冊(cè)選取。第四章 變速器內(nèi)主要零件的強(qiáng)度校核4.1 鋼環(huán)強(qiáng)度驗(yàn)算1鋼環(huán)接觸區(qū)上的徑向壓緊力N D fn P K Q n r 7024 26 1400 05 . 0 5 . 63 cos 5 . 2 2 . 1 10 9550 min cos 10 9550 3 11 3 = ´ ´ ° ´ ´ ´ = ´ = a 鋼環(huán)內(nèi)周的垂直應(yīng)力2 0 0 1 / 58 . 72 5 . 75 92 . 1

51、 83 . 21 25 . 99 182 . 0 1 7024 2 182 . 0 1 2 mm N R y h R A Q i c r i = ç è æ ÷ ø ö ´ ´ ´ + ´ = ç ç èæ ÷ ÷ ø ö + = s于是得2/ 58 . 72 mm N i = s 2鋼環(huán)外周的正應(yīng)力2 0 0 20.182R 1 e r Q h c e A y R s æö=- ç&#

52、247; èø2/ N mm 3鋼環(huán)接觸處剖面內(nèi)的最大應(yīng)力20 2 max / 93 . 66 636 . 0 mm N R Ay h R Q oec r = = s 4鋼環(huán)許應(yīng)應(yīng)力 sS ss = 式中 s s 材料的屈服限。鋼環(huán)材料同樣選用 15 GCr 號(hào)鋼,故2/ 420 380 mm N s = s S 許用安全系數(shù),取 S =2。于是得 4002 s = =200 2/ N mm可見(jiàn),鋼環(huán)剖面內(nèi)各處的工作應(yīng)力均小于許用應(yīng)力,故強(qiáng)度足夠。4.2 校核軸的強(qiáng)度 輸入軸的功率P1=2.5kW,輸入軸轉(zhuǎn)速n1= 1400r/min,調(diào)速幅度Rb=9 每個(gè)錐輪所傳遞的扭矩

53、mN n PT · = ´ ´ ´ = 53 . 8 10 9550 2 1 11 3 1 mN n P T · = ´ ´ ´ = 995 . 6 10 9550 2 1 113 1 h式中P1為主動(dòng)錐輪的傳遞功率(kW;h 為傳動(dòng)效率。每個(gè)錐輪所傳遞的有效圓周力(既摩擦力 Ft=466.3N 所以每個(gè)錐輪上的壓緊力33 11 955010955010 12 1 2 KnP KnP Q fn D fn D x x h=´=´ =466.3 × 1×每個(gè)錐輪上的徑向壓緊力co

54、s Qr Q a = =2642.4×0.446=1178.5 N每個(gè)錐輪上的軸向壓緊力sin Q Q a a = =2642.4×0.895=2364.95 N 圖4-1 受力圖a為角接觸軸承當(dāng)面到軸的中心線的距離,取a=24mmmma l 31 . 21 24 69 . 6 52 69 . 6 52 min 1 = - - = - - = mm l 5224 28 min 2 = + = mm l l 42 . 9min 1 min 3 = = 8024 56 6 50 min 4 = + = + + = a l 因?yàn)?H a F Q = 所以可得 N F F H V

55、5 . 3018 35 tan 21 . 1430 tan 3 3 = ° = =a N F F V V .5 30183 1 = = 根據(jù)力的平衡有方程rV V V V Q F F F F 2 2 1 3 4 = + + + 即N F F 71 . 7122 .5 3018 .5 3018 V4 V2 ´ = + + + N F F V V 58 . 4731 4 2 -= + 0 ( ( ( ( 4 3 1 2 2 3 1 2 1 1 2 1 2 2 = + + + + + + + + + + + - + - l l l l l F l l l l F l l l Q

56、l l Q l F V V r r V 聯(lián)合兩式可以得出 2 V F 、 4V F N F V 1 .8 17402 = N F V 7 .7 29904 =根據(jù)上序簡(jiǎn)圖,計(jì)算處彎矩力圖和扭矩圖如圖4-2所示: 圖4-2 軸的扭矩圖校檢軸的強(qiáng)度 22 1 ( ca M T Wa s s = - + £ 取 M=500N,T=14.01N.m , W= 32( 322 d bt d t dp - - =535, =1計(jì)算出 ca s =25.35,軸的材料為調(diào)質(zhì)處理45號(hào)鋼,其中 1 s - =60,滿足。第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文完成之際,也就意味著四年的大學(xué)生活即將結(jié)束,將要離

57、 別,我心中無(wú)比留念,也無(wú)限感概!感謝我的指導(dǎo)老師聶松輝老師, 能夠得到聶老師的指導(dǎo)和教誨是我莫大的 榮幸。聶老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、一絲不茍的作風(fēng)以及對(duì)科學(xué)的執(zhí) 著追求是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。特別是在本論文的選題、寫作到完成的整個(gè)過(guò)程 中無(wú)不傾注著聶老師的汗水和心血,在此向聶老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。感謝學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)、教師以及院里面的工作人員,為了讓我們做好設(shè)計(jì)所提 供的良好環(huán)境。特別感謝我的同學(xué)劉宏勛對(duì)設(shè)計(jì)提出的寶貴意見(jiàn)!謝謝您們!感謝我的父母、姐姐,你們一如既往地支持是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力!感謝我的朋友、老師、同學(xué)。感謝您們對(duì)我的幫助!再次感謝我的所有老師、同學(xué)及親朋好友,謝謝您們

58、!參考文獻(xiàn)2 阮忠唐主編.機(jī)械無(wú)級(jí)變速器M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19837 吳宗澤,羅圣國(guó)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三版M.北京:高等教育出版社,11 機(jī)械零部件手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械零部件手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,199612 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000附錄:英文翻譯非圓齒輪與機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化1997年1 月8日研制摘 要:使用金屬成形方法來(lái)加工生產(chǎn)零件的質(zhì)量很大取決于壓力桿。在機(jī)械 壓力傳動(dòng)時(shí),有一種依賴于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度速度比的非圓齒輪,提供了一種獲得 這么動(dòng)作時(shí)間的新途徑,我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運(yùn)作的制造。本文 闡述了由漢諾威的大學(xué)研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機(jī)床的使用原型原則,它就是目前運(yùn)動(dòng)學(xué)以及在原型產(chǎn)生的力和力矩。此外,本文展示了如何 使用拉深和鍛造的一個(gè)例子,幾乎所有的金