帶式無極變速器的設(shè)計(jì)

1、金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文目錄 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 帶式無級變速器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 潘冬 指導(dǎo)教師： 王珺 二級學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級： 11機(jī)械（2）班 學(xué) 號： 1104101046 提交日期：2015年5月11日 答辯日期：2015年5月15日 目 錄摘 要.Abstract.1緒 論.11.1引言.11.2機(jī)械無級變速器的介紹.11.3機(jī)械無級變速器的發(fā)展與應(yīng)用.21.4計(jì)息無級變速器的分類.21.5設(shè)計(jì)任務(wù).32帶式無級變速器的介紹.42.1基本組成和工作原理.42.2基本類型和調(diào)速方式.42.3機(jī)械特性.53帶傳動(dòng)無級變

2、速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).63.1調(diào)速方式的選擇.63.2結(jié)構(gòu)組成.63.3工作原理.74帶輪與錐體的設(shè)計(jì).84.1帶傳動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì).84.2錐體以及分體的設(shè)計(jì).94.3帶傳動(dòng)的相關(guān)計(jì)算.94.4帶輪結(jié)構(gòu).125軸和軸承的設(shè)計(jì).135.1軸的設(shè)計(jì).135.2軸承的設(shè)計(jì)與校核.135.3軸向尺寸的確定.155.4軸的校核.15結(jié)論.19參考文獻(xiàn).20致謝.21金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文摘要帶式無級變速器的設(shè)計(jì) 摘 要從上個(gè)世紀(jì)90年代開始，有關(guān)無級變速技術(shù)的鉆研和開發(fā)在汽車行業(yè)領(lǐng)域愈發(fā)的受到重視，特別是在小型汽車中，其關(guān)鍵技術(shù)就是無級變速。它是利用主、從動(dòng)帶輪直徑的變化相互配合從而改變傳動(dòng)帶在其帶輪的工作直

3、徑，來實(shí)現(xiàn)傳功比的連續(xù)變化，進(jìn)而得到發(fā)動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)系統(tǒng)的連續(xù)變速。即使無級變速技術(shù)在汽車行業(yè)上的發(fā)展與應(yīng)用的時(shí)間并不是很長，但是其相比較于其他傳統(tǒng)的手動(dòng)或自動(dòng)變速器更具優(yōu)勢。機(jī)械行業(yè)中常用的機(jī)械摩擦無級變速器，一般都是通過應(yīng)用帶傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)無級變速的，也就是我們所說的帶式無級變速器。如今，隨著機(jī)械電氣技術(shù)一體化的使用和發(fā)展，帶式無級變速器其簡單優(yōu)化的結(jié)構(gòu)能夠滿足機(jī)械性獲得很大提高的要求。關(guān)鍵詞：帶式傳動(dòng)；無級變速器III金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文AbstractThe design of the belt type stepless transmissionAbstractInto the 90

4、s, the automotive industry for CVT technology research and development more and more attention, especially in small cars, its key technology is stepless variable speed. It is the use of the main, driven belt wheel diameter change to cooperate with each other and transform the work of the belt on the

5、 pulley diameter, to implement the work than continuous change, the continuous variable speed engine through the transmission system is obtained. Even if the infinitely variable speed technology in the automotive industry development and the application of time is not long, but compared with other t

6、raditional manual or automatic transmission. Mechanical friction stepless transmission is commonly used in machinery industry, are generally through the application of belt transmission to realize the stepless speed change, also is what we call belt type stepless.Key words: Belt drive; Stepless tran

7、smissiIV金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第1章 緒論1緒 論1.1引言源于無級變速器(Continuously Variable Transmission)可以滿足機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中即工作情況經(jīng)常改變或運(yùn)轉(zhuǎn)速度連續(xù)變化的要求,所以它可以廣泛的應(yīng)用于各類行業(yè)當(dāng)中，例如服裝、食品、造紙、橡膠等輕工行業(yè),而且還應(yīng)用于工作機(jī)床、船舶運(yùn)輸、石油化工等一些重工業(yè)的各種機(jī)械設(shè)備中,尤其是這些年來人們成功的將無級變速器應(yīng)用于汽車上的變速，更讓人覺得很有前景。帶式無級變速器在汽車上的應(yīng)用大大的提高了其經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化汽車的動(dòng)力性能意味著無級變速器具有可觀的發(fā)展方向，其主要部件是金屬帶。由于我國無級變速器起步與發(fā)展較晚

8、，所以在機(jī)械無級變速器傳動(dòng)行業(yè)上，我們與國外在生產(chǎn)和技術(shù)等方面存在著比較大的差距，使得我國目前生產(chǎn)的主要是膠帶式無級變速器，為此了解金屬帶式無級變速器的構(gòu)造原理以及對其現(xiàn)狀的研究，讓我們對帶式無級變速器的設(shè)計(jì)具有很大的實(shí)踐意義。當(dāng)工作系統(tǒng)在某種操作裝置的作用下，讓其輸出的轉(zhuǎn)速能夠在兩個(gè)極限的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)滿足速度發(fā)生連續(xù)改變的傳動(dòng)方式，即為無級變速傳動(dòng)。無級變速器是可以連續(xù)改變工作機(jī)器的輸出轉(zhuǎn)速，來使工作機(jī)器在獲得最佳工作情況下所需要的調(diào)速裝置，也就是所謂的無級變速傳動(dòng)。它與普通用的固定傳動(dòng)比傳動(dòng)以及有級傳動(dòng)相比較，能夠按照工作情況的需要使速度在一定范圍內(nèi)發(fā)生連續(xù)的變化，以滿足輸出的轉(zhuǎn)速與外界負(fù)載

9、變化的需求等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以滿足工作情況變化的工作，而且傳動(dòng)方案較簡單優(yōu)越，還能夠減少能源的消耗和降低環(huán)境污染等。1.2機(jī)械無級變速器的介紹機(jī)械無級變速器是有變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)以及輸出機(jī)構(gòu)組成的一種傳動(dòng)裝置。它主要作用是:在不改變輸入轉(zhuǎn)速的情況下,能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸出軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生連續(xù)變化,來解決在各種不同工作情況下機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)能夠完成運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。由于它是通過小量改變主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的工作半徑，讓輸出軸的轉(zhuǎn)速可以再一定范圍內(nèi)獲得無級的變化，所以一般的機(jī)械無級變速器的變速范圍不大。機(jī)械無級變速器的承載能力與輸入轉(zhuǎn)速有著很大的關(guān)系。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速低于變速器的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變速器的承載能力就會下降；

10、而當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變速器的承載能力就會增加。但是由于受到許用速度、軸承、振動(dòng)等一些因素的限制，不允許輸入的轉(zhuǎn)速過高。當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)要求恒定功率傳動(dòng)時(shí)，為了充分發(fā)揮變速器的承載能力，應(yīng)該把它安排在傳動(dòng)鏈的高速段部分；但當(dāng)要求恒扭矩傳動(dòng)1金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第3章 帶式無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，變速器的位置不受限制。它可以與減速器傳動(dòng)配合提高變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩,對提升產(chǎn)品的產(chǎn)量以及順應(yīng)產(chǎn)品變換需要,降低能源消耗,實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等方面具備明顯的優(yōu)勢。因此無級變速器如今已成為一種常用的傳動(dòng)元件,在一些工業(yè)行業(yè)已經(jīng)得到普遍的使用。早在1870年左右就有了機(jī)械無級變速器,但因局限于那

11、時(shí)的材料與工藝條件,所以從上個(gè)世紀(jì)七十年代后才開始有了較快的發(fā)展。一方面是因?yàn)榘l(fā)達(dá)的工業(yè)冶煉和熱處理技術(shù),并涌現(xiàn)出精加工技術(shù)和數(shù)控機(jī)床以及牽引傳動(dòng)理論,解決了開發(fā)和生產(chǎn)無級變速器的局限因素;另外方面是因?yàn)?生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化的流程以及對機(jī)械工作性能改進(jìn)的要求,是的無級變速器得到了大量的應(yīng)用。所以在這些趨勢下,機(jī)械無級變速器得到了迅猛和有效的發(fā)展。1.3機(jī)械無級變速器的發(fā)展與應(yīng)用 機(jī)械無級變速器是對于如今的生產(chǎn)工藝機(jī)械化、自動(dòng)化流程的發(fā)展以及改進(jìn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)性能的一種常用的傳動(dòng)裝置。它的研制在國外已經(jīng)有一百多年的歷史了，剛開始階段由于一些條件的限制，發(fā)展較緩慢。但是從上世紀(jì)50年代之后開始

12、有著較快的發(fā)展，一方面是由于科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，局限于材質(zhì)、工藝和潤滑方面的因素獲得了較好的處理，另外方面是由于飛快增長的經(jīng)濟(jì)，使用的大量增加，從而有效的增加了機(jī)械無級變速器的開發(fā)和生產(chǎn)，進(jìn)而讓各種類型的產(chǎn)品得到了很好的發(fā)展和應(yīng)用。 機(jī)械無級變速器相比較來說有著廣闊的使用空間，有的在牽引功率不發(fā)生改變的情況下，因其變化的工作阻力而需要調(diào)整轉(zhuǎn)速來產(chǎn)生所需的驅(qū)動(dòng)力矩的（例如，化學(xué)工業(yè)中的攪拌機(jī)械，即要求根據(jù)攪拌物料的粘度、阻力變大而需要減緩攪拌速度）：有的由于工作情況的要求需要調(diào)整速度的（例如，食品以及制藥機(jī)械中的烤干機(jī)要能夠滿足隨溫度變化來進(jìn)行運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)）；有的是為了滿足所有體系中各種工況、

13、工位、加工程序或單元的各種要求而必須改變運(yùn)轉(zhuǎn)速度和配合自動(dòng)控制的（例如，所有半自動(dòng)或自動(dòng)類型的生產(chǎn)、操作和裝配流水線）；還有的就是為了節(jié)約能源而需要進(jìn)行調(diào)速的（例如，風(fēng)機(jī)、水泵等）；除此之外，就是按照各種有規(guī)律或無規(guī)律的變化要求，從而進(jìn)行速度調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或程序控制的。1.4機(jī)械無級變速器的分類機(jī)械無級變速器主要有帶式、鏈?zhǔn)?、脈動(dòng)式以及摩擦式四種類型。1）摩擦式無級變速器變速傳動(dòng)的機(jī)制主要是由主、從動(dòng)件在接觸的位置產(chǎn)生的摩擦力來進(jìn)行傳動(dòng)的，并通過改變接觸位置的工作直徑來完成無級變速的。2）脈動(dòng)式無級變速器變速傳動(dòng)裝置主要是有35個(gè)連桿機(jī)構(gòu)組成，或者是連桿與凸輪、齒輪等機(jī)構(gòu)組成的，其工作機(jī)制和連

14、桿機(jī)構(gòu)一樣，這里需要配置輸出機(jī)構(gòu)是為了讓輸出軸可以獲得連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3）鏈?zhǔn)綗o級變速器 變速傳功裝置主要是由主、從動(dòng)鏈輪以及套在上面的剛質(zhì)撓性鏈所組成，讓鏈左右兩側(cè)面與作為鏈輪的兩錐盤接觸部分所產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，并通過改變兩錐盤在軸向的間距來調(diào)整它們與鏈的接觸位置和工作半徑，從而完成無級變速。4）帶式無級變速器和鏈?zhǔn)綗o級變速器差不多，它的變速傳動(dòng)部分主要有主動(dòng)帶輪上的兩對錐盤以及緊張?jiān)谄渖厦娴膫鲃?dòng)帶組成。其變速機(jī)制也是經(jīng)過傳動(dòng)左右兩側(cè)與錐盤所接觸產(chǎn)生的摩擦力來進(jìn)行傳動(dòng)，并經(jīng)過調(diào)整兩個(gè)錐盤間在軸向的間距來改變它們和傳動(dòng)帶的接觸部位和工作直徑，從而完成無級變速的。1.5設(shè)計(jì)任務(wù)傳遞功率：0.

15、6KW輸入轉(zhuǎn)速：1400r/min輸出軸轉(zhuǎn)速：7503000r/min變速比：4每日工作20小時(shí)，輕載無沖擊2帶式無級變速器的介紹2.1基本組成和工作原理 帶式無級變速器的主要組成元件以及傳動(dòng)原理和帶傳動(dòng)差不多相同，如圖2.1所示。帶式無級變速器主要是由主動(dòng)錐輪1、從動(dòng)錐輪3和張緊在兩個(gè)錐輪上的傳動(dòng)帶2和用來調(diào)改速度的操縱機(jī)構(gòu)（沒有在圖里給出）等組成的。當(dāng)主動(dòng)輪工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過張緊的傳動(dòng)帶與帶輪之間的摩擦力，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力從主動(dòng)輪傳遞到從動(dòng)輪上，并且通過操縱部件改變傳動(dòng)帶在錐形帶輪上的工作部位，從而讓主、從動(dòng)帶輪的工作直徑能發(fā)生連續(xù)的變化，來完成無級變速的。圖2.1帶式無級變速器原理圖2.2基本

16、類型和調(diào)速方式按照不同形狀的傳動(dòng)帶我們將帶式傳動(dòng)無級變速器分為平帶無級變速器和V帶無級變速器兩類。平帶的無級變速器中，一般是圓錐形狀的帶輪，是經(jīng)過改變平帶在帶輪的軸向位置來完成變速的，但是該變速形式變速范圍相對較小，傳遞功率小而且變速器外形尺寸較大。V帶式無級變速器中，通常是由圓錐盤組成的帶輪，在軸向方向上改變圓錐盤的相對位置來改變V帶槽的寬度，因此使得V帶在不同的工作直徑處運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)無級變速的。有如下四種變速方式:1)調(diào)節(jié)中心距變速方式該變速方式的一個(gè)帶輪是由兩個(gè)可以作軸向的移動(dòng)圓錐盤組成，并安裝有彈簧壓緊裝置，所以此帶輪又可以叫做變速帶輪，另一個(gè)則是常用的工作直徑固定的普通帶輪。利用傳動(dòng)帶

17、的張緊力與彈簧的壓緊力相互作用，將兩個(gè)帶輪的中心距改變，可以讓變速帶輪的兩個(gè)圓錐盤在軸向作相對移動(dòng)，因此傳動(dòng)帶在圓錐盤上的接觸位置發(fā)生改變使得其工作直徑也放生相應(yīng)的變化，從而完成變速的要求。2)雙帶輪變速方式該變速方式選擇了兩個(gè)帶輪的槽寬度都可以調(diào)節(jié)的帶輪，它們分別是安裝有壓緊裝置的變速帶輪，以及安裝有調(diào)節(jié)裝置的調(diào)速帶輪，可以改變帶輪兩錐盤在軸向的相對的間距。它是先使調(diào)速帶輪的V帶槽寬度發(fā)生改變，然后變速帶輪的帶槽寬度通過傳動(dòng)帶的張緊力和彈簧的壓緊力也隨之發(fā)生相應(yīng)的改變。因?yàn)槠渲行木啻笮∈遣蛔儯允沟弥?、從?dòng)帶輪的工作直徑成反比例關(guān)系變化，從而滿足能夠獲得相應(yīng)的變速范圍。這種變速方式機(jī)構(gòu)復(fù)雜

18、，成本較高，但是其變速范圍大，所以應(yīng)用較為廣泛。3)中間帶輪變速方式在輸入和輸出軸上分別安裝的主、從動(dòng)帶輪均為普通帶傳動(dòng)中的固定帶輪，在主從動(dòng)帶輪之間安裝變速帶輪裝置。變速帶輪擁有兩個(gè)V形槽，帶輪外端的兩錐盤是固定的，中間的兩個(gè)錐盤可以在軸向來回移動(dòng)的。變速帶輪一個(gè)V形槽的傳動(dòng)帶與輸入軸上的主動(dòng)帶輪鏈接，另一個(gè)V形槽中的傳動(dòng)帶鏈接輸出軸上的從動(dòng)帶輪。調(diào)校中間變速帶輪與主、從動(dòng)帶輪之間的間距，并由帶的張力來改變變速帶輪上的兩個(gè)V形槽的寬度，從而實(shí)現(xiàn)無級變速的，而且可以獲得較大的變速范圍。4)調(diào)節(jié)帶輪軸向位置實(shí)現(xiàn)變速的方式通過調(diào)整主、從動(dòng)帶輪的圓錐盤在軸向上的相對位置使得槽寬發(fā)生，即使帶在圓錐盤上

19、的接觸位置發(fā)生改變，那么其工作直徑也就發(fā)生了變化，從而完成變速。 2.3機(jī)械特性帶式無級變速器的機(jī)械特性是指輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)速之間的變化關(guān)系，一般有以下三種類型：1）恒功率特性輸出轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系變化，輸出功率保持不變。這種特性能夠讓其充分體現(xiàn)原動(dòng)機(jī)的功能，提升工作的效率。2）恒轉(zhuǎn)矩特性輸出轉(zhuǎn)速變化時(shí)輸出功率隨之變化，輸出轉(zhuǎn)矩不變。3）復(fù)合特性輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩都隨著輸出轉(zhuǎn)速以某種規(guī)律而變化。 圖2.1帶式無級變速器機(jī)械特3帶傳動(dòng)無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1調(diào)速方式的選擇在帶式無級變速器中，要想獲得輸出轉(zhuǎn)速的改變，則就要求使其傳動(dòng)比發(fā)生變化，所以我們可以通過改變帶輪的工作直徑來

20、使其傳動(dòng)比發(fā)生相應(yīng)的變化。一般的帶式無級變速器中，通常是把帶輪在軸向上分成兩半，這樣要想實(shí)現(xiàn)變速就可以改變兩個(gè)半帶輪在軸向上的間距來使帶輪的工作直徑發(fā)生改變。然而這樣的帶式無級變速器，帶與帶輪之間的摩擦非常嚴(yán)重會使帶的壽命降低。但是除了通過改變兩個(gè)半帶輪之間在軸向的相對位置來改變V帶的工作直徑外，還可以由分體式帶輪在錐體上的徑向運(yùn)動(dòng)來改變帶輪的工作直徑。3.2結(jié)構(gòu)組成1、分體帶輪分體帶輪，即將帶輪分解，是由五個(gè)分開的單獨(dú)帶輪分體和錐體組成的帶輪。1）帶輪分體帶輪分體下面設(shè)計(jì)成燕尾形狀，保證其可以沿著錐體上的燕尾槽進(jìn)行自由的滑動(dòng)，而且同時(shí)還可以被錐體帶著一起轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3.1分體帶輪結(jié)構(gòu)示意圖2）錐

21、體在錐體上均等分的開五個(gè)燕尾槽，每個(gè)帶輪分體的底端正好可以配合在燕尾槽中，并且要求其可以沿著燕尾槽自由的滑動(dòng)使帶輪的工作直徑發(fā)生改變。在錐體的兩個(gè)端面處有延伸部分，在其上安裝推力軸承，便于與操縱機(jī)構(gòu)相互配合，以便于錐體在軸向上的移動(dòng)。6圖3.2錐體3）花鍵軸保證錐體在軸向的方向上能夠左右移動(dòng)，使得分體帶輪在錐體徑向上移動(dòng)從而改變帶輪的工作半徑。同時(shí)錐體對輸入或輸出扭矩傳遞動(dòng)力的作用是通過花鍵來完成的。2、操縱機(jī)構(gòu)通過操縱機(jī)構(gòu)，進(jìn)行分體帶輪中錐體在軸向走向的調(diào)節(jié)，以此改變帶輪分體在錐體上的位置來改變帶的工作直徑，最后獲得無級變速的。3、V帶嵌在帶輪的V槽內(nèi)，主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過張緊的傳動(dòng)帶與帶輪

22、之間產(chǎn)生的摩擦力來帶動(dòng)從動(dòng)帶輪的工作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞的功能。4、箱體起到帶輪分體的固定作用，來保證運(yùn)動(dòng)的完整性。3.3工作原理通過花鍵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)著主動(dòng)錐體的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于錐體和分體帶輪是由燕尾槽相配合的，當(dāng)支架將錐體在軸向上向右推動(dòng)時(shí)，因?yàn)榉煮w帶輪在軸向位置是固定的，則帶輪的工作半徑逐漸增大，那么分體帶輪就會沿著錐體上的徑向軌道向外擴(kuò)張，從而帶輪的工作直徑變大，在同一時(shí)間，從動(dòng)錐體在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候也作軸向移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)軸向位置固定不變的從動(dòng)分體帶輪沿錐體的徑向燕尾槽軌道向內(nèi)收縮。由于傳動(dòng)帶是保持固定的長度，并且擁有一定的彈性，因此使從動(dòng)帶輪的旋轉(zhuǎn)半徑減小了，所以才使得主、從動(dòng)帶輪的工作直徑產(chǎn)生變化，最

23、后達(dá)到無級變速的目的。7金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第4章 帶輪與錐體的設(shè)計(jì)4帶輪與錐體的設(shè)計(jì)4.1帶傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算對于帶輪的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該按普通帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟來設(shè)計(jì)計(jì)算，在此我們不妨將把帶式無級變速看成是傳動(dòng)比連續(xù)變化的帶傳動(dòng)，所以在某個(gè)固定的傳動(dòng)比處還是符合普通帶傳動(dòng)的計(jì)算。1）確定計(jì)算功率PcPc = KA P （3.1） 式中，KA工作情況系數(shù)，根據(jù)表查得選擇值1.2則Pc =1.2x0.6= 0.72 KW 2） 選擇V帶的型號 已知輸出軸的轉(zhuǎn)速范圍為7503000r/min，Pc =0.72KW，所以選取帶型為普通V帶Z型。 3） 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑為了增長V帶的使用時(shí)間，在容許的情況下

24、可以選擇較大的基準(zhǔn)直徑。對于普通V帶,應(yīng)使vmax=2530m/s (3.2)所以為了充分發(fā)揮V帶的傳動(dòng)性能，應(yīng)使v取30m/s,則可以得帶輪的最大極限尺寸。 V=×dd×n60x1000 (3.3)傳動(dòng)比：i =n入n出=d出d入 （3.4）已知輸出軸轉(zhuǎn)速范圍是7503000r/min,輸入轉(zhuǎn)速1400r/min，所以，i的取值范圍是7152815則，傳動(dòng)比為715處的輸出轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí) d出max=60×1000×vn=60x1000x303000=191.1mm傳動(dòng)比為715處的輸入軸恒定轉(zhuǎn)速為1400r/min時(shí) d入max=60&#

25、215;1000×vn=60×1000×301400=409.5mm傳動(dòng)比為2815處的輸出轉(zhuǎn)速為750r/min時(shí) d出max'=60×1000×vn=60×1000×30750=764.3mm傳動(dòng)比為2815處輸入軸恒定轉(zhuǎn)速為1400r/min時(shí) d入max'=60×1000×vn=60×1000×301400=409.5mm根據(jù)V帶的型號可知帶輪的最小基準(zhǔn)直徑dmin=50mm，此處的計(jì)算主要是提供后面的帶輪計(jì)算時(shí)選擇的直徑范圍，具體的帶輪尺寸將在后計(jì)算中給出。4

26、.2錐體以及分體的設(shè)計(jì)因?yàn)閹л喌闹睆酱笮∈怯慑F體和分體共同決定的，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該選擇適宜的錐體大小和分體高度。由于每個(gè)帶輪分體在錐體小端處時(shí)離得相對較近，所以為了避免錐體受到損傷，要求每個(gè)槽之間保持一個(gè)合適距離值。為滿足分體帶輪能夠在錐輪上徑向滑動(dòng)需要開槽，槽的形狀選擇燕尾槽用于滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。(如圖3.2所示)圖中的槽的形狀選擇燕尾槽，燕尾槽口尺寸為8mm，燕尾槽底尺寸為15mm，為了便于計(jì)算選擇角度60°（標(biāo)準(zhǔn)角度值是55°），燕尾槽的高取為7mm，分體的數(shù)量設(shè)為5，那么槽數(shù)量也為5，則可以取錐體小端的最小直徑為50mm。4.3帶傳動(dòng)的相關(guān)計(jì)算1）初定中心距初定中心距a0滿足

27、： 0.7×（d1+d2）a02×(d1+d2) (3.5)按傳動(dòng)比為715和2815的兩個(gè)極限狀態(tài)時(shí)的帶輪直徑分別進(jìn)行計(jì)算。則，當(dāng)i=715時(shí)，取d1=300mm,d2=d1×i=140mm所以，a0的取值范圍為308,880mm當(dāng)i=2815時(shí)，取d1'=150mm，d2'=d1'×i=280mm所以，a0的取值范圍為301,860綜上所述，選取中心距的值為600mm。2）計(jì)算帶的基準(zhǔn)長度由于在傳動(dòng)過程中傳動(dòng)比是變化的，則在不同的傳動(dòng)比處帶的工作長度有所不同，所以可以計(jì)算一些特殊位置時(shí)的帶場。Ld0=2a0+2d1+d2+(d

28、1-d2)24a0 (3.6)傳動(dòng)比為715時(shí)的帶輪直徑分別是300mm和140mm則，Ld0=2a0+2d1+d2+(d1-d2)24a0=1901.5mm傳動(dòng)比為2815時(shí)的帶輪直徑分別為150mm和280mm則，Ld0=2a0+2d1+d2+(d1-d2)24a0=1882.1mm傳動(dòng)比為1時(shí)的帶輪直徑：圖4.1傳動(dòng)比為1時(shí)的帶輪直徑計(jì)算設(shè)變量X, Y, Z, L，如圖4.1所示，根據(jù)相似三角形可得方程：L-ZL=X75 （3.7）ZL=Y70 （3.8）又因?yàn)閭鲃?dòng)比為1處時(shí)的兩帶輪直徑相等所以，2X+150=2Y+140 （3.9）則根據(jù)式（3.7），（3.8）和（3.9）得X=417

29、5145，Y=4900145則傳動(dòng)比為1處時(shí)的帶輪直徑為：d1=d2=207.59mm所以，Ld0=2a0+2(d1+d2+d1-d224a0）=1851.8mm根據(jù)計(jì)算取得的帶長度來選取標(biāo)準(zhǔn)帶長度，則取Ld=1800mm，所以選取的帶的型號是：Z1800（GB/T 13575.11992）實(shí)際的軸間距：aa0+Ld+Ld02=600+1800-1901.52=549 mm所以中心距a的變動(dòng)范圍為：amin=a-0.015Ld=(549 - 0.015×4000) mm =499 mmamax=a+0.03Ls=549+0.03*4000mm=669 mm校驗(yàn)小帶輪包角：1180&#

30、176;-d2-d1a×57.3°=180°-300-140549×57.3°=163.3°>120°由于帶輪直徑相差較大的帶傳動(dòng)中小帶輪包角小，所以應(yīng)選擇直徑相差較大的兩個(gè)帶輪來計(jì)算。單根V帶的基本額定功率傳動(dòng)比為1528的小帶輪進(jìn)行計(jì)算：d1=150mm，v=3000r/min,查表知，P0=0.16KWP0=Kbn1(1-1Ki)式中，Kb 彎曲影響系數(shù)，i1時(shí)不同帶型彎曲應(yīng)力差異的影響； Ki 傳動(dòng)比系數(shù)，考慮的影響i1時(shí)帶繞經(jīng)兩輪的彎曲應(yīng)力差異對P0的影響。根據(jù)表查得，Kb=0.1734×10-3,

31、Ki=1.1202所以P0=0.03KWV帶根數(shù)Z=Pc(P0+P0)KKL式中，K 包角系數(shù)，考慮180°是對傳遞功率的影響； KL 帶長修正因數(shù)，考慮帶為非特定長度時(shí)帶長對傳遞功率的影響。由表查得，K=0.96, KL=1.18由計(jì)算得z=0.720.16+0.03×0.96×1.18=3.345,所以取4根帶。單根V帶的預(yù)緊力F0(N)(在傳動(dòng)比為1528處計(jì)算，因?yàn)榇颂帋ё罹o)F0=1000Pc2zv(2.5K-1)+qv2 式中，qV帶每米的質(zhì)量（kg/m），根據(jù)表選擇q=0.06kg/m vd1=300mm時(shí)的帶速度，v=dd1n160×10

32、00=21.98m/s所以計(jì)算得 F0=1000×0.722×4×21.982.50.96-1+0.06×(21.98)2 = 35.56N作用在軸上的壓力（因?yàn)樵趥鲃?dòng)比為1528處帶最緊，所以此處產(chǎn)生軸的壓力最大）FQ=2F0sin12FQmax=1.5FQ通過計(jì)算求得：FQ=2×35.56×2×sin163.3°2=140.73NFQmax=1.5FQ=211.1N4.4帶輪結(jié)構(gòu)經(jīng)過由前面的尺寸計(jì)算確定，分體輪輻采用矩形截面如下圖所示：圖4.2分體輪輻結(jié)構(gòu)根據(jù)劉輪輻帶輪輪輻的尺寸公式得：h=2903Pcnza=

33、29030.723000×510.5mm,取整為10mma=0.4h=0.4×10=4mm錐體結(jié)構(gòu)的確定:輸入軸上的錐體相關(guān)數(shù)據(jù)：大端半徑100mm，小端半徑25mm，長度取160mm，錐角的大小為25.115°；輸出軸上的錐體相關(guān)數(shù)據(jù)：大端半徑95mm。小端半徑25mm，長度與輸入軸錐體相等，錐角大小為23.629°。分體帶輪結(jié)構(gòu)的確定：輸出轉(zhuǎn)速為750r/min處輸出軸小端帶輪為整圓，D=140mm，輸出轉(zhuǎn)速為3000r/min處輸入軸小端帶輪為整圓，D=150mm。13金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第5章 軸和軸承的設(shè)計(jì)5軸和軸承的設(shè)計(jì)5.1軸的設(shè)計(jì)由于

34、設(shè)計(jì)中軸的傳遞功率較小，選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，則其有關(guān)力學(xué)性能數(shù)據(jù)如下：抗拉強(qiáng)度極限B=637MPa，屈服強(qiáng)度極限S=353MPa，彎曲疲勞極限-1=268MPa，剪切疲勞極限-1=155MPa，許用彎曲應(yīng)力-1=60MPa。徑向尺寸的確定：估算最小軸徑 dC3Pn (5.1)式中，C 與軸的材料以及受載情況有關(guān)，由表查得C=118107，輸出軸轉(zhuǎn)速按750r/min來計(jì)算：d（107118）30.6750=（9.910.9）mm考慮到變速器輸入與輸出通過鍵槽連接其他機(jī)構(gòu)，故需要將估算的軸徑加大3%5%，為了方便計(jì)算，取輸入與輸出軸直徑相同，則計(jì)算最大的一個(gè)的d=10.9×1.05=1

35、1.445mm,所以取15mm作為軸的最小直徑,軸長L取400mm。5.2軸承的選擇與校核1）滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承相同，都是軸組件中不可缺少的部件，其工作性能主要有兩個(gè)方面：一方面是支承軸和軸上的零部件，使軸的旋轉(zhuǎn)精度得以保證；另一方面是可以減小軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與其固定的支承之間的摩擦和磨損。其主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）面接觸，所以承載能力較大；（2）軸承面上的油膜能夠起到減振、緩沖和降噪聲的效果；（3）處于液體摩擦狀態(tài)時(shí)摩擦系數(shù)較小、磨損輕微、壽命長；（4）影響精度的零件數(shù)較少，所以可以達(dá)到很高的回轉(zhuǎn)精度；（5）重型軸承能夠單獨(dú)生產(chǎn)，成本低；（6）可以做成剖分式，便與裝配；（7）能在特殊工作條件下工作。因?yàn)?/p>

36、變速器在工作過程中是由錐體的軸向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變速，經(jīng)過推力軸承使軸向的推力作用在軸上。推力軸承作用位置在錐體兩側(cè)的軸肩處。其具有較小的摩擦阻力，勞耗小易啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。2）求當(dāng)量動(dòng)載荷P：因?yàn)橥屏S承只承受軸向載荷，所以當(dāng)量載荷即為軸承受的軸向力，以最大壓軸力進(jìn)行計(jì)算。圖5.1帶輪機(jī)構(gòu)受力分析圖豎直方向受力平衡：FQmax+Fsin=Ncos （5.2）摩擦力：F=fN （5.3） f為摩擦因數(shù)，錐體、分體材料均為鋼，所以查表得f=0.15由式（5.2）（5.3）得：N=FQmaxcos-fsin (5.4)F=fFQmaxcos-fsin (5.5)水平方向平衡方程：P=Fcos+Nsin (5.

37、6)將式（5.4）（5.5）代入得P = fFQmaxcoscos-fsin + FQmaxsincos-fsin = FQmaxf+tan1-ftan (5.7)根據(jù)前面計(jì)算所得的兩個(gè)錐體錐角分別是25.115°和23.629°，取25.115°進(jìn)行計(jì)算，P =FQmaxf+tan1-ftan = 211.1×0.15+tan25.115°1-0.15×tan25.115° = 140.5N計(jì)算所需要的徑向額定動(dòng)載荷C：C = PfT(60nLh106)1 (5.8)式中，P當(dāng)量載荷，有前面計(jì)算得140.5N； fT溫度系

38、數(shù)，由表查得取值為1； n軸承轉(zhuǎn)速； Lh軸承的預(yù)期壽命，由表查得Lh=40000h； 壽命指數(shù)，對于球軸承=3。所以通過計(jì)算得：C = PfT(60nLh106)1 =2713N初選定推力軸承段軸徑為25mm，所以查表選51205推力球軸承，Ca=27.8KN，滿足要求。5.3軸向尺寸的確定軸上零件的固定是通過軸肩和套筒實(shí)現(xiàn)的，套筒可以同時(shí)固定兩個(gè)相隔距離不大的零件，也可以實(shí)現(xiàn)軸向定位。為節(jié)省材料，將花鍵軸中鍵的長度設(shè)計(jì)成錐體花鍵孔長度的80%，取花鍵孔長為160mm。5.4軸的校核因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中兩個(gè)軸的尺寸和結(jié)構(gòu)是相同的，并且傳遞的功率和受力情況也是相同的，所以校核其中一根就行了。由于每根軸

39、上的錐體都是軸向移動(dòng)的，所以軸所受的力是變化的，那么就要求對軸進(jìn)行兩種狀態(tài)的校核（由于其是對稱的則只需校核一種狀態(tài)，用輸入軸進(jìn)行校核）。1、按彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度：1）軸的受力分析：圖5.2軸的力學(xué)分析由受力分析圖得：軸的扭矩：T=9.55×106Pn式中，P傳遞功率，0.6KW； n軸的轉(zhuǎn)速，以1400r/min計(jì)算。 T=9.55×106×0.61400 = 4092.85Nmm支反力： FQmax=F1+F2 F1=F2有前面計(jì)算得出FQmax=211.1N則得，F(xiàn)1=F2=105.55N3）畫出彎矩、圖轉(zhuǎn)矩圖：圖5.3軸的剪力、彎矩、扭矩圖M=F2

40、×200=21110Nmm4）校核軸的強(qiáng)度 計(jì)算彎矩： Mca=M2+(T)2式中，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩的變化規(guī)律是未知的，所以根據(jù)脈動(dòng)循環(huán)變化解決取=0.6 所以，Mca=211102+（0.6×4092.85）2=21252.35Nmm ca=McaW式中，W為材料抗彎截面模數(shù)，W=0.1d3 ca=McaW=21252.350.1×203=26.56MPa ca<b-1，b-1=0.6b0查表得59 MPa.滿足要求。2、按疲勞強(qiáng)度計(jì)算危險(xiǎn)截面的安全系數(shù) 由于軸徑是通過粗略的估算方法得到的，按彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸徑不會正確的體現(xiàn)出應(yīng)力集中的狀況，所以還需要對軸危

41、險(xiǎn)截面進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算。該設(shè)計(jì)的軸是單向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，則其安全系數(shù)公式由表查得：S= -1(KMW)2+34K+TWT2S式中，-1材料彎曲疲勞極限，取-1=268MPa; K軸彎曲有效應(yīng)力集中系數(shù)，根據(jù)表查得，取1.5；W材料的抗彎截面模數(shù)； WT材料的抗扭截面系數(shù)，WT=d316=800016=1570mm3 K軸剪切有效應(yīng)力集中系數(shù)，根據(jù)表選擇值為1.4； 軸扭轉(zhuǎn)時(shí)將平均應(yīng)力估算為應(yīng)力幅的估算系數(shù)，根據(jù)表選擇值為0.1； S按疲勞強(qiáng)度計(jì)算的許用安全因數(shù)，根據(jù)表選擇范圍1.31.5則計(jì)算得： S=-1(KMW)2+34K+TW2 =268(1.5×21110800)2+341

42、.4+0.14092.8515702=20.08則SS,滿足要求。3、靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核 校核軸的靜強(qiáng)度是為了判定軸對塑性變形的抵抗能力，根據(jù)軸在短期過載的所承受的最大瞬時(shí)載荷來計(jì)算的。 危險(xiǎn)截面安全系的數(shù)校核公式： Ss=s(MmaxW+FmaxA)2+3TmaxWT2Ss式中，s材料的屈服極限，是由軸的材料決定的s=353 MPa； Mmax軸危險(xiǎn)截面上的最大彎矩； W材料的抗彎截面模數(shù)； Fmax作用在軸上的最大軸向載荷； A軸危險(xiǎn)截面的面積，A=d24=324mm2; Tmax軸危險(xiǎn)截面上的最大扭矩； WT軸危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)； Ss靜強(qiáng)度的許用安因系數(shù)，根據(jù)表選擇范圍1.41.8。由前面計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，其中：Mmax=21110N， A=314mm2，W=800mm2，Tmax=4092.85Nmm，WT=1750mm3，F(xiàn)max=140.5N，代入上式計(jì)算。 Ss = 353(21110800+140.5314)2+34