小功率机械无级变速器结构设计.docx
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小功率机械无级变速器结构设计
第一章绪论………………………………………………………………………………1
1.1机械无级变速器的发展概况…………………………………………………1
1.2机械无级变速器的特征和应用………………………………………………2
1.3无级变速器的研究现状………………………………………………………3
1.4毕业设计内容和要求…………………………………………………………3
第二章无级变速总体方案…………………………………………………………5
2.1钢球长锥式（RC型）无级变速器……………………………………………5
2.2钢球外锥式无级变速器………………………………………………………6
2.3两方案的比较与选择…………………………………………………………7
第三章钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算……………………8
3.1钢球与主、从动锥轮的计算与设计…………………………………………8
3.2调速蜗轮上的变速曲线槽的设计与计算……………………………………9
3.3轴的设计与计算………………………………………………………………11
3.4调速机构的设计与计算………………………………………………………13
3.5加压盘的设计与计算…………………………………………………………14
第四章主要零件的校核……………………………………………………………16
4.1输入、输出轴的校核…………………………………………………………16
4.2轴承的校核……………………………………………………………………18
4.3键的校核………………………………………………………………………20
第五章无级变速器的装配……………………………………………………………22
毕业设计总结……………………………………………………………………………23
致谢………………………………………………………………………………………24
参考文献……………………………………………………………………………………25
附录翻译译文及原文………………………………………………………………26
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、液压无级变速器和电力无级变速器三种，但本设计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/T5984-92《宽V带无级变速装置基本参数》
JB/T6950-93《行星锥盘无级变速器》
JB/T6951-93《三相并联连杆脉动无级变速器》
JB/T6952-93《齿链式无级变速器》
JB/T7010-93《环锥行星无级变速器》
JB/T7254-94《无级变速摆线针轮减速机》
JB/T7346-94《机械无级变速器试验方法》
JB/T7515-94《四相并列连杆脉动无级变速器》
JB/T7668-95《多盘式无级变速器》
JB/T7683-95《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无级变速器的研究现状
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80～90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7～12m高档大、中型客车以及总质量在14～50t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8～10t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
毕业设计内容：
设计实现小功率机械无级变速器的结构，要求以钢球作为中间元件；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=1.1kw，输入转速n=1500rpm，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
图2-1RC型变速器结构简图
图2-2RC型变速器的机械特性
钢球长锥式（RC型）无级变速器
如上图2-1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=2～0.5,变速比
=4,输入功率P1=（0.1～2.2）kw，输入转速n1=1500r/min,传动效率η＜85%。
一般用于机床和纺织机械等.图2-2为RC型变速器的机械特性.
2.2钢球外锥式无级变速器
图2-3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2-3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（3～8）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≤11kw，ε≤4%，η＝0.80～0.92。
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。
具体变速分析如下
钢球外锥式无级变速器变速如图2-4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、从动轮作半径不变，而是通过改变中间轮的回转轴线的倾斜角θ,以改变其两侧的工作半径来实现变速。
下图2-5所示为钢球锥轮无级变速器变速曲线图，其Rb≤9，P11≤11kw。
图2-4钢球锥轮无级变速器的变速
图2-5钢球锥轮无级变速器的变速曲线
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。
此处省略、、、如需详细内容，请加QQ：
646228691，有什么问题QQ上聊
（制图软件：
AUTOCAD）
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，认识了将来机械的发展方向，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聂松辉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，我对他们的耐心指导和帮助表达我最真诚的谢意，感谢他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，他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！
”再次感谢您。
其次我要感谢同学们在我毕业设计的时候对我的支持和帮助。
最后，我要感谢我的母校对我的栽培，让我变得更加强大。
参考文献
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湖南科学技术出版社，2008.8
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湖南科学技术出版社，2008.8
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附录：
毕业设计（论文）外文翻译
研究了影响刀具路径策略和方向的研磨
作者：
C.K.Toh
摘要：
实施和选择策略和方向在铣削刀具路径是特别重要的航天、模具和模具行业。
适当的选择可以导致大量节省加工时间，提高工件的表面质量，提高刀具寿命，从而导致降低整体成本和更高的生产力。
本文识别和评价三个主要领域的文献研究，即分析分析平面铣削，入口和出口的影响的运动和倾斜百万的影响。
2004爱思唯尔公司保留所有权利。
关键词：
刀具路径的战略；定位；铣；评价
1.简介：
刀具路径生成技术的研究已经在过去十年的丰富。
然而，刀具路径技术的实施已被严格限制所谓的易于加工工件材料加工。
刀具路径策略的正确选择，是实现所需的加工表面是至关重要的。
如切削力，振动分析，刀具寿命，切廷温度和工件表面完整性加工成果的充分考虑与不考虑刀具路径选择的影响，结果可能会导致灾难性的切割机故障，并因此导致不必要的浪费时间，成本和表面质量差。
本文旨在提供一个简要回顾，即在过去多年对影响铣削策略当采用铣削的工艺研究，以便更好地了解影响铣削刀具路径以齿轮对实现刀具轨迹策略和方向时，使用一个高速铣削工艺。
在过去的30年磨自由曲面中，发展多种形式的刀具路径策略。
在一般情况下，它们可分为三大战略，即偏移，单方向栅格和栅格战略。
抵消铣，又称窗框，螺旋，河曲型或靶心铣削，刀具通常在面对外围开始，然后继续螺旋向内在每个周期刀又回到了起点，然后削减向内下内循环。
刀具然后继续向中心直到整个工件表面加工。
刀具路径是用来连接的刀具路径从刀具路径外窗框内框，从而实现连续刀具路径运动。
说明这抵消战略图1所示（a）。
刀具路径是经常使用的袖珍铣床和需要更多的困难比铣削刀具路径计算光栅。
这一战略是常用的加工口袋功能。
该战略也可以是一个扩展版本，即偏移刀具路径扩大从内侧逐渐向外围边界的表面被加工。
光栅铣床，也被称为锯齿形，楼梯，扫，孵化或系带是一个战略的刀具移动来回穿越工件在X–Y面，见图1（b）。
这种策略使刀磨交替沿主轴方向和反对，放弃和铣削。
这种行为被称为辙。
当采用这种策略，加工时间大大减少，和更简单的计算。
当使用一个单一的方向光栅策略，刀平行移动线扫描整个地区被加工。
米尔斯在刀具的加工表面，在一个固定数额，回到原来的位置，通过空气之前，在另一个铣削。
图1（C）说明了这种刀具路径方案。
这一结果在/铣/传统铣削方向。
图1。
（a）偏移（b）光栅（c）单一方向光栅刀具路径策略。
2分析平面铣削的作用
Wang等人，Prabhu等人，LakkarajuandRamanandJamil进行分析研究，找出最佳的刀具轨迹策略和最佳角度定位的刀具路径相对于平面作品。
本研究是在飞机表面材料内部没有岛屿。
评价研究早期的例子出版了铣削刀具路径方面的定位方面的一个参考点在平板平面和选择一个起点上的凸多边形。
王等人工作的系统研究确定了最佳切削角度取向，影响了总长度减少时，铣削表面。
工作集中在基本多边形的三角形七边形。
两个战略是：
（一）偏磨；
（二）光栅铣床。
在每个顶点偏移铣，被选择为出发点，而在楼梯铣床，切割方向不同的刀具路径和工件多边形增量之间的方向角检查。
通过改变的起点和方向，计算进行切断长度和切削时间（假设后者是成正比的前）。
工艺规划程序偏移和光栅铣开发。
该结论的工作是：
在铣削，选择一个起点并没有显注影响长度减少，尽管发生小的变化。
切向光栅铣切断对长度（5–100%）有重大影响的。
似乎最佳切削方向和其他参数没有关联的，如直径和数量的刀刃。
长切割所产生的光栅铣削较偏磨产生的要短。
光栅面铣平面表面，最佳切削方向大致平行于长边的多边形。
图2是一个阴谋的长度切断与切割方向的三角形，图3显示了采样三角。
最短路径的一个角度是67°，是平行于长边AB。
图2。
不同的切割角度方向上的长度切割面铣不规则三角图
图3。
一个样本的三角形优化方面的切割角度方向刀具路径[6]。
SunandTsai调查通过开发一个数学模型，不同的出发点和短切总长度减少，以此来确定抵消铣面三角平面的影响。
他们推断，不同的起点上的不同的位置在每个顶点角导致了在切削长度约10%的变化。
出发点是位于同一角的顶点列入短切9–18%的变化。
相比，光栅磨，SunandTsai提出刀具路径的长度减少所需的偏移磨短。
这个结论与Wang等人相比得出来的，因为从评价结果，他们认为，变化的一个起点并没有显着改变切削长度。
然而，SunandTsai也实现重大影响缩短长度减少不同的起点。
LakkarajuandRaman声称，虽然分析模型是一种简单的方法来确定最佳路径的一个端面铣削操作，它忽视了几个物理参数和在许多情况下，这使得建模不切实际。
为了考虑更现实的因素，如铣刀直径及刀具轨迹重叠，被认为是除了刀具路径方向。
只有光栅铣削策略被用来和径向切深为刀具直径80%。
实验进行了3-，4-和5-边凸形状。
套刀具路径每个几何生成采用旋转5°后各仿真，从而改变物体的方向相对于刀具路径。
在每一个方向，行驶距离由刀具测量。
图的距离对刀具路径的方向游方面的部分被开发。
这表明一个最大值和最小值发生在定期的循环关系。
有人还发现，发生在不同方向的角度，不同形状的最低值。
换句话说，存在一个最优路径为每一个特定方向的形状。
他们在以后的工作，他们开发了一个分析模型与三角函数完全基于对象的几何形状和刀具直径的算术级数总长度
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