【正文】 畢 業(yè) 設 計（論 文） 題 目： 齒輪型無級變速傳動裝置設計與運動仿真 系 別： 機械工程 系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 （ CAD） 班 級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關學位論文管理部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權省級優(yōu)秀學士學位論文評選機構將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 本學位論文屬于 保密 □ ，在 __3__年解密后適用本授權書。 不保密√。 （請在以上相應方框內(nèi)打“√”） 作者簽名： 年 月 日 導師簽名： 年 月 日 摘要 本文在學習相關知識，理解非圓齒輪基本概念和基本方法的基礎上，系統(tǒng)地闡述了非圓齒輪實現(xiàn)無級變速的工作原理、設計方法及計算校 核 過程，繪制了 齒輪型無級變速裝置 裝配總圖和部分零件圖 ，并進行了運動仿真 。采用無級變速傳動裝置取代傳統(tǒng)的汽車多擋有級變速器，不僅有利于節(jié)能（降低油耗）和環(huán)保（減少廢氣排放），而且變速操作簡便。 齒輪型無級變速裝置由可控相位的多組（本設計中為 6組）并列非圓齒輪無級變速定軸輪系 — 超越離合器 — 圓齒輪變速機構組成。 關鍵詞： 非圓齒輪 無級變速 傳動速比 Abstract This paper is studying related knowledge, prehending a non circle gear which the foundation of the basic concept and basic method, systematically elaborated a non circle gear how to work, the principle of the design method and match process. Have drawn the assemble diagram and parts of spare parts diagrams. The adoption has transmission equipment of continuously variable transmission to replace a traditional automobile to block the class gearbox more soon, not only being advantageous to the economy energy(lower oil to consume) and environmental protection(reduce waste gas to exhaust), but also being to operate soon simple. The gear CVT type has some(this design in for 6 sets of) parallel noncircle gearsoverrunning clutchmon gears, whose phaseangle be controlled by the certain equipment . Key words: noncircle gear continuously variable transmission transmission ratio 目 錄 第一章 概論 ?????????????????????????? 1 課題的來源、意義及國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展 ?????????? 1 課題任務 ???????????????????????? 2 第二章 非圓齒輪實現(xiàn)無級變速的原理 ??????????????? 3 非圓齒輪的基本理論知識????????????????? 3 非圓齒輪的傳動特性??????????????????? 3 第三章 傳動方案的選定 ??????????????????? ?? 6 星型 布局方式 ?? ???????????? ???????? 6 并列 布局方式 ?????????????????????? 8 方案對比選擇 ????? ????????????????? ? 10 第四章 非圓齒輪設計 ????????? ?? ????? ????? ? 11 非圓齒輪的中心距與節(jié)曲線方程 ??????????????? 11 中心距的確定 ??????????????????????? 12 非圓齒輪的齒廓 ?????? ? ?? ??? ??????????? 14 裝置結構圖 ???????????????????? ????? 14 第五章 非圓齒輪定軸輪系強度計算 ???????????????? 16 變速器的中心距 A?????? ??????????????? 16 齒寬 B 的計算 ??????????????????????? 17 齒形、壓力角 ? 及螺旋角 ? ?????????????????? 17 第六章 變速裝置齒輪和軸的材料選用及強度校核 ?????????? 19 材料選用 ??????????? ?? ??? ?? ?????? ??? 19 強度計算及校核 ???????????????????? ???? 19 變速器軸的設計 計算 ?????????? ?? ??? ?? ????? 21 蝸輪 蝸桿設計 ???????????? ?? ??? ?? ????? 25 第七章 其他零件的設計選用 ????? ?? ?????????? ??? 30 ???????????? ?? ??? ?? ?????? ? 30 ??????? ?? ??? ?? ??? ??? ?? ? 30 ????????? ?? ??? ?? ?? ?????? 31 第八章 箱體設計 ??????????? ?? ??? ?? ?????? ? 33 第九章 非圓齒輪傳動的 運動仿真 ??????? ?? ??? ?? ??? 34 ???????????? ?? ??? ?? ??? 34 ? ?? ??? ??? ?? ???? 34 兩級非圓齒輪傳動的運動分析 ????????? ?? ??? ?? ? 36 ????????? ?? ??? ?? ? 38 第十章 技術經(jīng)濟意義分析及改進意見 ????????? ? ? ?? ??? ? ? 44 第十一章 結論 ??????? ?? ??? ?? ?????? ?? ?????? 45 致謝 ??????? ????????????????????? ??? 46 參考文獻 ???????????????????????????? ?? 47 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 概論 課題的來源、意義及國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展 [1] 本課題來源于湖北汽車工業(yè)學院機械工程系機械設計教研室的研究課題。本課題要求設計一種由可控相位的多組并列非圓齒輪無級變速定軸輪系 超越離合器 圓齒輪變速機構組成的齒輪型無級變速器，并進行運動仿真。 隨著全球汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車新技術的不斷使用，在汽車傳動系統(tǒng)中又一項新技術得到重新使用，那就是汽車 無級變速器技術 CVT（ Continuously Variable Transmission）。 目前，在汽車廣泛使用的自動變速器技術，是將變矩器和行星齒輪機構組合的自動變速器技術，但這種組合還存在著明顯的缺陷：傳動比不連續(xù)，只能實現(xiàn)分段范圍內(nèi)的無級變速，同時，靠液力傳遞的動力效率影響了整車的動力性能和經(jīng)濟性能，只有增加前進檔檔位數(shù)來擴大速比范圍，這樣就必須增加使用換檔執(zhí)行元件和行星排數(shù)量來實現(xiàn)多檔速比，因此無形中又增加了產(chǎn)品結構復雜性和成本費用，而且由于結構復雜給維修帶來諸多不便，現(xiàn)在真正意義的無級變 速器恰恰解決了這一技術難題。 無級變速器現(xiàn)在可以說是當今汽車變速器的理想目標。因為從原始的橡膠帶無級變速器開始，到有級的齒輪變速器過渡，再到現(xiàn)代的金屬鏈以及金屬帶無級變速器，百年大回轉說明只有無級變速器才是汽車最理想的變速器。 目前，汽車上應用的無級變速器以摩擦式為主，但是，摩擦式 CVT 承載能力有限，最大輸入的轉矩為 ，傳動效率僅 %（記入油泵的功率損耗），目前國外汽車公司只裝在小排量的轎車上。 一對 非圓齒輪傳動具有非勻速比傳動的特性，其傳動比是一個函數(shù)，屬于共軛嚙合傳動，利用 兩級 非圓齒輪的 傳動特性可以 連續(xù)實現(xiàn)可變定傳動比 ，對提高傳動裝置的最大輸入轉矩具有很大的潛力。 在課題的調查階段，本人在學校圖書館閱覽室，利用目前查閱科技文獻常用的萬方數(shù)據(jù)庫和維普數(shù)據(jù)庫輸入“非圓齒輪無級變速器”等關鍵詞，檢索有關“非圓齒輪無級變速器”的期刊和學術論文資料，鮮有實質性資料。 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 2 非圓齒輪應用于無級變速傳動早在 1975 年就得到了實現(xiàn)， Keer 首先采用非圓齒輪（ noncircle gear）和含錐齒輪傳動和超越離合器的加法差速器機構實現(xiàn)無級變速技術 ,并申請了差速器 CVT 專利。此后 ,又有幾種以不同形式的非圓齒輪和加 法機構組成的無級變速器被開發(fā)出來，并制成樣機進行實驗，證實了非圓齒輪應用于無級變速技術的可行性。最近，由 Dooner 和 Seireg 推出一種能夠產(chǎn)生鋸齒型速比的非圓齒輪傳動的無級變速器，非圓齒輪裝置間采用可控相位和行星加法差速器，其可以在規(guī)定的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速傳動。但是由于此裝置采用非圓齒輪和行星加法差速器來實現(xiàn)無級變速技術，而造成傳動裝置中有大于六倍輸入功率的封閉功率損失，從而使傳動效率降低。 國內(nèi)對非圓齒輪的研究起步較晚，在二十世紀八十年代到九十年代末，我國不少學者從非圓齒輪的齒廓形狀、節(jié)曲線設計、重合 度計算以及實際應用等方面對非圓齒輪傳動技術進行了深入的研究，并取得了一定的研究成果；之后隨著計算機技術的迅速發(fā)展，許多學者利用計算機技術，對非圓齒輪傳動設計、模擬仿真作了研究探討。 1995年，周祖煥設計出了心形非圓齒輪無級變速裝置，其變速比為 ；之后在 2021 年又設計出魚形非圓齒輪無級變速裝置，其變速比為 。這兩種非圓齒輪無級變速裝置均是采用定軸非圓齒輪輪系實現(xiàn)的無級變速傳動，與國外非圓齒輪無級變速傳動裝置相比，消除了內(nèi)部的封閉功率，提高了傳動效率。但是，這兩種非圓齒輪無級變速裝置中，非圓齒輪 的節(jié)曲線不平滑，故只能應用于低速傳動裝置當中。 課題任務 課題名稱：齒輪型無級變速傳動裝置設計與運動仿真 本課題要求設計一種由可控相位的多組并列非圓齒輪無級變速定軸輪系 超越離合器 圓齒輪變速機構組成的齒輪型無級變速器，并進行運動仿真。 主要技術要求： 能夠用于商用車，可傳遞最大扭矩大于 400N m 運轉平穩(wěn)可靠，無明顯沖擊 傳動速比范圍較大，能實現(xiàn)連續(xù)無級變速傳動 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 3 第二章 非圓齒輪實現(xiàn)無級變速的原理 [2] 非圓齒輪的基本理論知識 非圓齒輪可以認為是圓齒輪的 一種變形，即其滾動節(jié)圓巳變?yōu)榉菆A形，稱之為節(jié)曲線。反之，也可以認為非圓齒輪是圓齒輪的一種普遍情況，而圓齒輪則是非圓齒輪中的一個特例，即其節(jié)曲線的曲率半徑為常量。由于非圓齒輪的節(jié)曲線曲率半徑是變量，故由回轉中心到嚙合節(jié)點的向量也是變量，因而在一對非圓齒輪的嚙合過程中，其傳動比是變化的。傳動比的變化規(guī)律是由兩輪節(jié)曲線向徑的變化規(guī)律決定．或者，兩節(jié)曲線的形狀由傳動比的變化規(guī)律決定 。非圓齒輪機構在運動學方面的特征，就是能實現(xiàn)主動件和從動件轉角間的非線性關系。通常用于實現(xiàn)這種非線性關系的機構有連桿機構、凸輪機構，非 圓齒輪機構與這兩種常用機構相比具有結構緊湊，傳動精確、可靠、平穩(wěn)，易于動平衡的特點。非圓齒輪與其它機構組合，還可實現(xiàn)擺動、振蕩及問歇等各種復雜特殊的運動，而且還可獲得較好的傳動性能。 非圓齒輪傳動具有變傳動比的特性，可以實現(xiàn)函數(shù)運算。 當一對非圓齒輪傳動時。其傳動比是以齒輪轉角為自變量的函數(shù)。如圖 A和輪 B為兩個非圓齒輪，嚙合時其傳動比函數(shù) iAB可為極角 ? 數(shù)的函數(shù)，即 1???? kBAABi ?? (? 1， k為常數(shù) ) （ ） 對圖 所示的二級非圓