摩擦式机械无级变速器结构设计【带CAD图纸设计说明书】.zip

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带CAD图纸设计说明书 摩擦 机械 无级 变速器 结构设计 CAD 图纸 设计 说明书
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毕业设计论文 摩擦式机械无级变速器结构设计 摩擦式机械无级变速器结构设计 摘要 无级变速器传动是指在某种控制的作用下,使机器的输出轴转速可在两个 极值范围内连续变化的传动方式。而无级变速器是这样的一种装置,它具有主 动和从动两根轴,并能通过传递转矩的中间介质(固体、流体、电磁流)把两 根轴直接或间接地联系起来,以传递动力。当对主、从动轴的联系关系进行控 制时,即可使两轴间的传动比发生变化(在两极值范围内连续而任意地变化) 。 用固体作为中间介质的变速器称为机械无级变速器。它和定传动比传动及有级 变速传动(它只有有限的几种传动比)相比,能够根据工作需要在一定范围内 连续变换速度,以适应输出转速和外界负载变化的要求;因而在现代机械传动 领域内占有重要地位。摩擦式无级变速器的创制已有近百年的历史,由于受到 钢材材质、加工工艺水平和润滑油料品质三个因素的限制而未能得到广泛应用。 近 20 年来,由于真空冶炼技术的应用、超精密工艺的日臻完善以及润滑油料摩 擦特性方面的改进,使得机械无级变速器已经系列化生产,并以通过部件的形 式供应于市场。近十年来,由于能源危机的出现,人们对机械无级变速器在交 通运输工具上应用又进行了大量的研究,并取得了一定的成效。目前对摩擦无 级变速器的传动机理研究得并不充分,因此有待深入研究机理,选择和发展新 的润滑剂,以进一步提高摩擦拖动率;其次是研究具体结构设计的合理性与优 化问题,以及关于无级变速器应用的研究。 关键词:无级变速器;传动比;摩擦;润滑; the structure of the friction machine CTV design Summary Have no the class gearbox spread to mean under the function that is a certain to control, make the exportation stalk of machine turn soon can at two pole is worth the continuous variety in the scope of spread a way.But have no class gearbox is such a kind of device, it has active with from move two stalks, and can pass to deliver the middle of turning the Ju to lie quality(the solid, fluid and electromagnetism flows) to contact two stalks directly or indirectly to deliver power.When to lord, from move an axial contact relation to carry on a control, can immediately make spreading of 2 compare occurrence variety.(be worth to change in a row but at will inside the scope in two poles)Use solid as the gearbox that in the center lies quality to is called a machine to have no class gearbox.It and certainly spread compare spread and have class to become to soon spread(it only limited few kinds spread a ratio) to compare, can according to work demand in the continuous transformation speed inside the certain scope, turn by orientation exportation soon and the external world load the request of variety;As a result spread to occupy an important position inside the realm in the modern machine.Friction type's hasing no creating of class gearbox to make has already had the history of hundred years, because of be subjected to a steel material material and process craft level and lubricant and anticipate quality three restrictions of factor but can not get an extensive application.About 20 in the last yearses, attain because of the day of vacuum Ye chain technical application, super precise craft perfect and the lubricant anticipates the improvement of rubbing the characteristic and makes the machine have no class gearbox the series have already turned production, and the form that passes a parts is supplied to a market.In the last 10 years, because of the emergence of the energy crisis, people to machine have no class gearbox the application carried on a great deal of research again on the transportation tool, and obtained certain result.Must combine insufficiency towards rubbing non- class gearbox the research spreading a motive reason currently, therefore need thorough lubricant that study mechanism, choice and development's are new to raise rub and drag along a rate further;Secondly study the rationality that the concrete structure designs with excellent turn a problem, and concerning the research that has no class gearbox application. Keyword:Have no class gearbox;Spread a ratio;Rub;Lubricate; 目 录 摘要 ………………………………………………………………….2 第一章 绪论 4 §1.1 机械无级变速器的发展概况 4 §1.3 无级变速研究现状 5 §1.5 毕业设计内容和要求 8 第二章 摩擦无级变速器的机械特性加压装置和调速机构 .9 §2.1 机械特性 9 §2.2 调速操纵机构 11 §2.3 加压装置 11 第三章 摩擦式无级变速器设计说明和计算过程 .13 §3.1 摩擦机械无级变速器的工作原理 13 §3.2 摩擦无级变速器的特点 14 §3.3 锥轮的设计与计算 14 §3.4 钢环的设计与计算 18 §3.5 轴系的设计 22 §3.6 轴的结构设计 23 第四章 主要零件的校核 25 §4.1 . 输出,输入轴的校核 25 §4.2 . 轴承的校核 26 第六章 毕业设计总结 27 第七章 致谢词 28 参考文献资料 29 附录: 文献翻译 30 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 机械无级变速器传动具有结构简单、操纵方便、传动效率高、恒功率特性 好、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。目前已经较多地应 用于车辆、拖拉机和工程机械、船舶、机床、轻纺化工业机械、起重机械和试 验设备中。 摩擦式无级变速器的创新已有近百年的历史,由于受到钢材材质、加工工 艺水平和润滑油料品质三个因素的限制而未能得到广泛应用。近二十年来,由 于真空冶炼技术的应用、超精度工艺的日臻完善以及润滑油料摩擦特性方面的 改进,使得机械无级变速器的研究与应用有了较大的发展;一些传动性能较好 的机械无极变速其已经系列化生产,并通过部件的形式供应于市场。近十年来, 由于能源危机的出现,人们对机械无级变速器在交通运输工具上的应用又进行 了大量的研究,并取得一定成效。我国纺织工业系统自 1960 年开始对 PIV 型 脸是无级变速器进行了仿制,现已系列生产。其他如 Kopp-B、Kopp-K、FU 型无 级变速器和 U 型卷绕无级变速器也进行了研制,并在纺织机械的半自动化和试 验设备上取得了很好的使用效果,但尚未形成系列生产,供应还得不到保障, 这说明我国机械制造业对其发展重视还不够。 目前对摩擦无级变速器的传动机理研究得并不充分,因此有待深入研究机 理,选择和发展新的润滑剂,进一步提高摩擦拖动率;其次是研究具体结构设 计的合理性和优化问题,以及关于无级变速器应用的研究。 §1.4 机械无级变速器的选用和润滑密封 一、机械无级变速器的选用 机械无级变速器的种类繁多,在设计和选用时,必须综合考虑实际使用条 件与变速器的结构和性能特点。使用条件中包括:(1)工作机械的变速范围; (2)最高速时所需的转矩和功率;(3)最常使用的转速和转矩;(4)负载变 动情况;(5)使用时间(时/日) ;(6)升速与降速情况;(7)启、制动频繁 程度;(8)有无正反向使用要求及其频繁程度;(9)换算到变速器输出轴上 的工作机械的转动惯量等。对于变速器本身来说,主要是考虑其功率和运动特 性。在仔细考虑了上述诸因素后,才有可能正确地选用无级变速器的类型、尺 寸和容量。 (一)类型选择 1.机械特性 选择变速器的类型时,应首先明确机械本身在整个变速器范围内对功率或 转矩的要求。然后结合各种无级变速器的功率(或转矩)特性曲线进行选用。 例如:机床的主传动系统在全变速范围内,传动功率基本恒定,这时只能选用 Kopp-K、Kopp-B、FU 型和宽三角带式无级变速器。对于机床的进给系统,则要 求在相当宽的变速范围内传递恒定转矩,而不要求恒功率特性;这时可考虑采 用 OM、NS 和 RC 型等变速器。当然,满足恒功率使用要求的无级变速器亦可用 于恒转矩的使用场合。因为恒功率型无级变速器的变速范围都比较小,远不及 恒转矩型者,所以不适用机床进给系统。 2.转速特性 (1)转速范围 机械的工作转速范围也是选择无级变速器类型的重要依 据。因此,必须了解各种无级变速器的输出转速范围,以免在机械传动链中出 现转速猛降或者相反的不合理现象。 (2)运动平稳性 脉动式和齿链式无级变速器的输出角速度有一定的不均 匀性,因而不适用于运动平稳性要求的场合,如磨床主传动系统。 3.安装场地要求 (1)由于各种机械无级变速器的结构和工作原理不同,因此,在相同的传 动功率情况下,其体积将有很大差异。分离传动的机械对变速器没有严格要求; 而集中传动时将十分重视体积问题,这就有必要了解各种无级变速器的功率容 积比率。 (2)各种无级变速器的输出轴与输入轴线的相对位置有所不同。有的是同 轴线的;有的两轴平行并有一定距离要求;还有一些无级变速器的输出轴于输 入轴是相交或交错的;选用时应注意这些问题。 (3)某些机器要求变速器卧式安装,而另一些机器则要求立式装配,这时 必须考虑无级变速器立式安装的可能性。如齿链式、宽三角带式无级变速器就 不适合在轴线与地面呈垂直状态下使用。 (4)某些使用场合,对清洁、尘埃问题要求十分严格。如果某种无级变速 器从功率特性和转速范围考虑是适用的,但不能满足清洁要求,则仍不可用, 如开式带式无级变速器由于带的磨损将会污染环境。 4.操作要求 (1)调速 少数无级变速器既可在停车时变速,也可在运转过程中调速, 而大多数无级变速器则只能在运转过程中才能调速,在使用时,必须按操作要 求进行工作。 (2)调速时间、手轮上使用的最大力矩。 (3)手轮转动圈数与转速变化之间的关系等。 5.其它问题:如振动、噪声、温升、滑动率、空载功率以及远距离自动控 制的可能性等。 对于上述这些问题予以综合考虑,根据我的功率、转速、调速比等数据, 选定钢环式无级变速器。 (二)机械无级变速器的润滑与密封 (一)润滑方式与润滑油 1 润滑方式 一般的金属摩擦式无级变速器靠浸油飞溅润滑。这种润滑方式的优点是无 需另加润滑装置,结构简单、工作可靠。但在启动前必须检查油位,停车时必 须保证油位在标准线上。如果油量过多,则在运转过程中会引起空载功率增大、 油温升高以至传动力矩不足等现象。 2.润滑油 (1)无级变速器专用油的作用 机械无级变速器是按摩擦传动的 实现调速并传递动力的,因此它所采用的 润滑油与普通的齿轮箱用油不同,必须按照原设计要求或说明书上的规定,采 用专用无级变速器油。若用普通机油代替,则将不能使无级变速器充分发挥作 用,甚至会降低使用寿命,因此,必须十分重视机械无级变速器使用的油液。 1)传递动力 在变速器结构参数已定的前提下,油的品质将成为机械能 否正常运转和满足工作要求的关键。 2)减轻摩擦部件的磨损 3)吸收、散发集积在摩擦部位的热量 4)清洗摩擦件表面 机械无级变速器传动件的表面是经过精密加工的, 工作过程如有灰尘或磨屑停留在工作表面上,将会很快损伤摩擦表面,必须依 靠润滑油将这些不清洁物及时排除。 (2)对无级变速器专用油的要求 1)摩擦特性好 2)适当的粘度和粘度指数 3)剪切、氧化安定性好 4)抗泡性好 5)油膜强度高 (二)机械无级变速器的密封 要使机械无级变速器在长时期工作后,仍能保持原有的工作精度,必须有 良好的密封装置。对于开式传动或只传递运动而受力极小的无级变速装置来说, 密封装置的主要作用是保护轴承。闭式金属摩擦型无级变速器的密封装置,除 用来防止外界尘埃等浸入轴承外,更重要的是,防止油液外漏。对于闭式无级 变速器,如果密封不好,油液不断外漏将使油池中的油量不断减少,必然使各 部件的正常润滑受到影响,温升大大增高,以至不能正常共组。此外,油液的 外漏也影响工作场所的清洁卫生。 对于工作环境恶劣和输出轴转速很高的变速器,除采用毛毡或皮碗密封之 外,还可考虑采用甩油挡板或迷宫密封结构。 此外,由于闭式变速器大多数具有较大的端盖,油面高度超过止口位置, 因此除了注意轴承部件密封之外,对端盖处的密封问题也必须给予重视,应合 理设计端盖与变速箱体的结合面,同时在接合缝隙处应涂抹密封封胶。 §1.5 毕业设计内容和要求 毕业设计类容:摩擦式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=5.5kw,输入转速 n=1500rpm,调速范围 R=6;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 摩擦无级变速器的机械特性加压装置和调速机构 §2.1 机械特性 (一)机械特性及其类型 无极变速器在输入转速一定的情况下,其输出轴上的转矩 M2 或功率 N2 与 转速 n2 的关系称为机械特性。它常以 n2 为横坐标,M2 或 N2 为纵坐标的平面曲 线 M2=M(n2)或 N2=N( n2)来表示。 M2=M(n2)曲线上任一点(如图 1-1 中的 A 点)切线斜率的负值,称为 传动的机械特性在该工况时的刚度系数 k(或传动刚度) K= - =tan 2dn 由上式可见,传动刚度 k 也就是输出转矩对输出转速的变化率,所以若 特性曲线上各点的 k 值愈大,变化率对应也愈大,随着 n2 的下降,M2 值上升得 就愈快。反之 n2 上升时,M2 值下降也愈快。 外界负载转矩的变化对输出转速的影响较小。这种机械特性相对来说就较 “硬” 。相反地,如果特性曲线上各点的刚度系数很小。则外界负载转矩很小变 动,就足以引起转速巨大的变动,这种机械特性就很“软” 。 机械无级变速器的机械特性,大致上可以归纳为下列三种: 1.恒功率特性 如图 1-2 中的实线所示,其特性是传动中输出功率保持不 变,即 N2=cM2 n2=常量 式中 c ——有关常数。 n2M2aA2=M(n)图 -1 机 械 特 性 及刚 性 系 数n 2 maxM22 min2N=(n2 )(2 )M2=(2)图 -恒 功 率 与 恒 转 矩机 械 特 性表 示 恒 转 矩 机 械 特 性 表 示 恒 功 率 机 械 特 性 这时,输出转矩与输出转速呈双曲线关系,有“硬”的机械特性。特别是 在低转速运转时,载荷的变化对转速的影响很小。工作中有很高的稳定性,能 充分利用原动机的全部功率。 2. 恒转矩特性 如图 1-2 中虚线所示,由于输出转矩 M2 为常量,因此, 其输出功率与输出转速成正比变化,刚度系数 k=0.只要负载转矩大于其输出转 矩时,输出转速立即下降,甚至引起打滑和运转中断,不能充分利用原动机的 输入功率。 3. 变功率、变转矩特性 变速其的输出转速随其负载转矩和功率的变化 而变化,其变化规律复杂多样,通常以试验方法来确定。 (二)容许输出特性 无级变速器的传动能力受结构强度条件等因素的限制。我们把变速器在调 速过程中有强度条件所限定的、变速器所能提供的转矩(或功率)与输出转 速的关系称为容许输出特性。通常是对变速器的薄弱传动元件,取其工作应 力等于许用应力,按不同位置逐点计算出其所能传递的最大转矩和功率,便 可画出容许输出特性曲线[M 2]=[M](n2)或[N2](n2) 。至于实际上输出了多大的功 率和转矩,则需视具体工作情况而定。 §2.2 调速操纵机构 (一)常用操纵机构的型式 调速操纵机构的作用是:根据工作要求以手动或自动控制方式,改变滚动体 间的尺寸比例关系,来实现无级调速。同时通过速度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) 。 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母线均为直 线的情况,且两轮的回转轴线平行或相交,移动的方向是两轮的接触线 方向。 2. 通过使滚动体的轴线偏转来改变工作半径。主要用于两滚动体之一的 母线为圆弧的情况。 §2.3 加压装置 加压装置是影响无级变速器传动性能与承载能力的关键部件,应予正确地 设计。 (一)压紧力的确定 加压装置的任务是使滚动体彼此相互压紧,并在接触区产生恰当的摩擦力 F=fQ=kfP,以传递运动和动力。 (二)加压装置的特性,分类及位置配置 1.加压装置的特性和分类 加压装置所提供的压紧力与变速器输出转速的关系,称为加压特性。 变速传动所需的加压特性取决于摩擦传动的形式及其机械特性。通常, 它与输出轴的转矩,功率,转速和工作半径等有关。 (三)恒压式加压装置 恒压式加压装置的特点是结构简单,便于布置,能防止过载,但由于其 压紧力是恒定的,为使传动可靠,压紧力的大小必须按最大负载来调整,所 以滚动体,轴及轴承等始终处于很大的压紧力作用。对效率和寿命等均不利。 (四)自动加压装置 大多数无级变速器均采用自动加压装置,其压紧力与负载转矩成反比变 化,可减少滑动,提高传动效率和寿命,便于实现恒功率传动以充分利用动 力,但不能防止过载,因而应设置限制过载的安全联轴器等过载保护装置。 即使在自动加压装置中,仍应有一刚性适当的弹簧以保持一个经常的预紧力, 使其能迅速安全的起动。 第三章 摩擦式无级变速器设计说明和计算过程 §3.1 摩擦机械无级变速器的工作原理 这种变速器的典型结构如图 3-22.在平行的主,从动轴 1 和 4 上分别装着 两对可分离锥轮 8.10 和 2,3;一个没有支承的钢环 9 紧套在两对锥轮之间(当 两轴线在同一水平面上时,环在重力作用下贴附于两对锥轮上,而当两轴线在 同一铅垂平面内时,则应使环与两对锥轮间有一定的过盈,以保证一定的预紧 力) ,锥轮 2,8 与轴 4,1 用花键相联,并可在轴上作轴向移动;锥轮 3,10 则 用平键固联于轴 4,1 上;依靠钢环与锥轮之间的摩擦力将轴 1 的动力传给轴 4 而输出。 图 3-1 钢环分离锥轮式无级变速器 a) 结构图 b)拉杆局部示意图 1—主动轴 2、3—从动锥轮 4—从动轴 5—拉杆 6—调节套 7—小齿轮 8、10—主动锥轮 9—钢环 11、12—销 13—棘轮 14—止动销 1.调速时,转动手轮由小齿轮 7 带动调节套 6 上的齿条,使 6 向右(左)移 动,通过拉杆 5(参见图 3—22b)使锥轮 2 的支承套带着 2 也向右(左) 同步移动,这样使主动侧锥轮的工作直径 D1 增大(缩小) ,而从动侧锥 轮的工作直径 D2 减小(增大) ,从而达到变速的目的。 2.钢环与主,从动锥轮之间的初始间隙(或过盈) ,可以通过拉杆 5 来调节, 调节时,松开止动销 14,转动拉杆,其左端的螺纹使锥轮 2 和 8 的轴向 相对位置发生变化,当获得所需的间隙后,将止动销插入拉杆右端棘轮 13 的齿间而定位,这种调节工作在开始调整时进行。 §3.2 摩擦无级变速器的特点 钢环分离锥轮式无级变速器的特点: (1) 钢环具有自动加压作用,传动元件与加压元件合为一体,不需另设 加压装置,因而结构简单,紧凑,制造也容易; (2) 对称调速,可作升速及降速变速传动,其变速范围为 10(最大可达 16),其极限传动比为 0.3~3.2; (3) 由于锥轮的锥顶与钢环内锥顶点不重合,且锥顶距较大,因而几何 滑动较大,传动效率低(η=0.7~0.85) ,为了减少几何滑动与提高传 动效率,常采取点接触的结构形式; (4) 其机械特性近似于恒功率特性;其传动功率可达 10kw;为了提高 承载能力,锥轮以增大当量曲率半径; (5) 使用时常将其配置在传动系统的高速级,并让传动元件在油中运行; (6) 锥轮及钢环均用 GCr15 制成,工作表面硬度不低于 HRC58~64,并 经磨制,表面光洁度在 8 以下。 §3.3 锥轮的设计与计算 (7) 材料的选取:由于钢环和锥轮都需要一定的强度和硬度,且两者相 对滑动较大,查机械设计手册得钢环和锥轮均用 GCr15,表面硬度 HRC58~64,摩擦系数 f=0.04;查材料力学得,许用接触应力:点接 触[ σj]=22000kgf/cm 2 线接触[σ]=18000kgf/cm 2 。主,从动轴采用 45 钢,经调质处理。 表 3-1 闭式传动中许用接触应力[σj] 值 (8) 查《机械无级变速器》书,预选有关参数如下: Cr=1.90,c=0.9, Ψ=3.0,锥顶角=120 度。 (9) 接下来按点接触情况计算锥轮最小工作直径 Dmin。 cosθ= 2(1)coscCrRb = =0.6175*0.9()6021cos1 按 cosθ=0.617591 查《机械无级变速器》书表中(1-2)得 (αβ)-1≈0.90 表 3-2 cos 的数值/1、、、 代入式 Dmin cm22(1)cos1840)[]fbbkPRjnCr 得 Dmin 2*.9.5*0.9(1)cos60)2041*. =3.71 cm ——传动可靠系数,取 =1.25fkfk ( 4 )按线接触情况计算 D min 32 sin1min4150()[]fkPjCrRb 32.*5si0(1)0418.9.78c 比较(3)和(4)计算结果,圆整取 Dmin=3.75cm,则对于点接触情况强 度有所富裕,对于线接触情况则强度稍有不足,但是这不导致对传动带来 损坏。 (5) 锥轮最大工作直径 Dmax 的确定 Dmax= = cm minRbD9*3.751.2 (6)锥轮锥顶角 2α=的确定 取 2α=120 度 (7)主,从动锥轮之间中心距 a 的确定 a=(1.15~1.25)Dmax=1.2*11.25=13.5 (8)锥轮与钢环之间工作长度 b 的确定 b= = =0.7217cm 圆整为 0.75cmmin2sD3.75*si60 (9)锥轮小端直径 Di 的确定 Di=Dmin-bsin =3.75-0.75*sin60=2.97cm 圆整为 3.0cm (10)锥轮大端直径 De 的确定 De=Dmax+bsin =11.25+0.75*sin60=11.5cm (11)锥轮的零件图 图 3-2 固定锥轮零件图 §3.4 钢环的设计与计算 1、钢环尺寸和参数的确定 1)钢环工作直径的确定 圆整为 21.3 cm0max1.852.75Dc 2)钢环工作宽度的确定 圆整为 4.2 0axin()ot(1.3)*cot604.15B cm cm 3)钢环宽度的确定 cm 取 B=4.6 cm0cs4.2075cs.b 4)钢环厚度的确定 取 h=4.2cm.9.*6.1hBm 5)点接触时钢环接触区的圆弧半径的确定 圆整为 18.2cm0.85.*21.758.6rDcm 6)钢环内经的确定 取内径0sin.0.sin20.5ib20.6oiDcm 7)钢环外径的确定 2.75*4.9.oeiDhcm 8)钢环剖面积的确定 圆整为 19cm4.618.AB 9)钢环剖面重心的回转半径的确定 3920.1.44oeicDRcm 10)中性层所在半径的确定 .21.9lnl06oeihcD 11)重心至中性层的距离的确定 012.4.3cyRcm 12)内周至中性层的距离的确定 11.1-10.37=1.03cm1oih 13)外周至中性层的距离的确定 14.5-11.1=3.4cm2oeR 14)锥轮及刚环的工作图 图 3-3 可移动锥轮零件图 15)刚环零件图 图 3-4 钢环零件图 1.GC15 渗碳淬火 HRC63 2.与锥轮接触的上、下两面 的接触圈的不平行度允差为 0.02,不同心度允差为 0.01 3、不准有微观裂痕 2、强度验算 这种变速器的输出功率输出随输出转速的增高而增大,但输出转 速则有所下降,是变功率,变转矩的变速传动,应按(Q ) 的位置进dkmin 行计算。 1) 钢环内周的正压力 10.82()ci oiRhrAy N 05 5mins1.2*cos69.*9.014843.75fkPQrD 于是得 221480.()/.637i m 2)钢环外周的正应力 202.18()*4.*.43).6738/ceoeRhQrAyNcm 3)钢环接触外剖面内的最大应力 22max 1480*2.340.63.631/.5coeQrRhNcmAy 4)钢环许用应力 [σ]= ]sS 式中 σs——材料屈服限,钢环材料同样选用 GCr15 刚 s=380~420N/mm2 [S]——许用安全系数,取[S]=2 于是得[σ]=200N/mm 2 可见钢环剖面内各处的工作应力均小于许用应力,故强度足够。 §3.5 轴系的设计 1、输入轴的转矩 T= 665.9.5*109.*10301.pNMn 2、初步确定输出轴的最小直径 根据式 dmin=A0 233 5.1*17.0Pmn 选取轴的材料为 45 钢,调质处理,查《机械设计》表 15-3,取 Ao=112。 得 dmin = =18mmnpA20 所以 取轴的最小直径为 18mm。 输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径。为了使所选轴直径 与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩 Tca=KA T,查表 14-1,考虑到转矩变化很小, 故取 KA =1.3 则: Tca=K A =1.3 按照计算转矩 Tca 应小于连轴器公称转矩的条件,查标准 GB/T5014-2003 或手册,选用 HL4 型弹性柱销联轴器。 §3.6 轴的结构设计 1、为了满足本联轴器的轴向定位要求,从左至右一次编段为 I-Ⅰ—Ⅱ轴段 右端需制出一轴肩,故取Ⅱ—Ⅲ段的直径 dⅡ-Ⅲ =23mm;左端用轴端挡圈 定位,接轴端直径取挡圈直径 D=25mm Ⅰ—Ⅱ段长度去 lⅠ Ⅱ =150mm。 2、初步选择滚动轴承。因轴承受有径向力的作用,所以选定深沟球轴 承,根据 dⅡⅢ =23mm,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组,标 准精度级的深沟球轴承 6005,其尺寸为 25X47 mm 故 d Ⅲ-Ⅳ =25mm,而 lⅢ-Ⅳ =11mm。 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册查得 6005 型轴承的定 位 轴肩高度 h=3mm, dⅣ-Ⅴ =28mm。 3、轴的剩余各段长度和直径确定 然后根据各个锥轮的尺寸确定剩余尺寸 lⅡⅢ =115mm,l ⅢⅣ =20mm, lⅣⅤ =21mm, lⅤⅥ =60mm。 =30mm IV- 图 3-5 轴的零件图 第四章 主要零件的校核 §4.1 .输出,输入轴的校核 1. 弯矩扭合成应力校核轴端强度第一许用公式 =17.8MPa 222133(7098(.650)1caMTW) 前已经选定轴的材料为 45 钢,调制处理,由表查得 。1[]60MPa 所以 ,故安全。ca1[] 2. 精确校核轴的疲劳强度 截面 A,B 只受扭矩作用,虽然键槽,肩轴及过度配合所引起的应力 集中均将削弱轴的疲劳强度,但是由于轴的最小直径是按扭矩强度较 为宽裕确定的。 抗弯界面系数 W=0.1Xd =0.1X18 =583.2mm333 抗扭界面系数 W=0.2Xd =0.2X18 =1166.4mm 查表得: 2.0,1. 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 。0.70.82 按磨削加工,表面质量系数为: .9 1q 得综合系数为 12.80.6kK 又由表得碳钢的特性系数 取 =0.10.1~2, 取 =0.055 于是,计算安全系数 按公式得caS值 , -12=20.K.69.401.5amcaSS
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