【正文】 線 )。直到 20世紀(jì) 50年代以后，一方面隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，材質(zhì)、工藝和潤(rùn)滑方面的河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 限制因素相繼得到解決，另一方面隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需求的迅速增加，相應(yīng)地促進(jìn)了機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的研制和生產(chǎn)，使各種類(lèi)型的系列產(chǎn)品快速增長(zhǎng)并獲得了廣泛的應(yīng)用。在這種形式下，專(zhuān)業(yè)廠開(kāi)始建立并進(jìn)行規(guī)模化的生產(chǎn)，一些高等院校也相繼開(kāi)展了這方面的研究工作，短短十幾年間，系列產(chǎn)品已包括機(jī)械無(wú)級(jí)變速器現(xiàn)有的摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式和脈動(dòng)式四大類(lèi)及其各種主要的結(jié)構(gòu)型式，初步滿(mǎn)足了生產(chǎn)發(fā)展的需要。全球科技的迅猛發(fā)展，使得新的電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)不斷被采用到了無(wú)級(jí)變速技術(shù)中。近年來(lái)，特別是在汽車(chē)工業(yè)、家用電器和辦公機(jī)械以及各種新型機(jī)械裝河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 備中使用己相當(dāng)普遍。s Tansmissie (VDT)公司 開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在己經(jīng)廣泛使用于多種汽車(chē)變速器中，并結(jié)合電、液自動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制機(jī)械無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，使得汽車(chē)的行駛和操作特性大大改善，顯示出了廣闊的應(yīng)用前 景 。 V帶無(wú)級(jí)變速器的帶輪由圓錐盤(pán)組成，利用圓錐盤(pán)的軸向相對(duì)移動(dòng)來(lái)改變 V帶槽的寬度，從而可使 V帶工作于不同的工作直徑處，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。它是通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)速帶輪的 V帶槽寬度，并利用傳動(dòng)帶的張緊力和彈簧的壓緊力使變速帶輪的帶槽寬度作相應(yīng)的改變。此變速帶輪具有兩個(gè) V形槽，帶輪外端的兩錐盤(pán)固定不動(dòng)，中間是一個(gè)可軸向移動(dòng)的雙錐河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 盤(pán)。調(diào)節(jié)帶輪軸向位置一般采用彈簧或螺桿與調(diào)速手輪，也可采用各種形式的杠桿機(jī)構(gòu)，還可以采用液壓裝置等其他方式。為了改正目前帶式傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器存在的一些不足。 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 1) 新型帶傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定小功率 帶傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)，結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，完成小功率微型 轎車(chē) 帶傳動(dòng) 式 無(wú)級(jí)變速器主要零件 (錐體 和帶輪分體等 )的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) ； 2) 針對(duì)本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，推算出分體式帶輪無(wú)級(jí)變速器的有效拉力計(jì)算模型； 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 2 小功率微型電動(dòng)轎車(chē)無(wú)級(jí)變速器工作原理 方案分析 在帶式無(wú)級(jí)變速 器中，若要實(shí)現(xiàn)變速即輸出轉(zhuǎn)速變化，必須改變其傳動(dòng)比，而傳動(dòng)比的改變需要通過(guò)改變帶輪工作直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。 正是出于這種考慮而進(jìn)行新型帶傳動(dòng) 小功率 無(wú)級(jí)變速器的研究 ，使其能夠在微型 轎車(chē)上得到使用 。 2) 錐體 錐體上開(kāi)有 五個(gè)燕尾槽，帶輪分體的下端能正好安裝在燕尾槽中，并且能沿錐體的燕尾槽自由滑動(dòng)改變帶輪的直徑大小。 2. 操縱機(jī)構(gòu)： 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 在操縱機(jī)構(gòu)的作用 下，調(diào)節(jié)分體帶輪中錐 體軸的走向，從而改變帶輪分體在錐體上的位置，達(dá)到無(wú)級(jí)變速器的目的。此時(shí)由于傳動(dòng)帶的長(zhǎng)度是固定不變的，傳動(dòng)帶具有一定的彈性，因此減小了從動(dòng)輪的工作 直徑，從而改變主、從動(dòng)帶輪的工作直徑的比值，如此實(shí)現(xiàn) 無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。當(dāng)帶輪分體運(yùn)動(dòng)到錐體 的最左端時(shí)，變速比為 。為了保證帶式無(wú)級(jí)變速器正常工作并延長(zhǎng)壽命，應(yīng)盡 量減少滑動(dòng)和避免打滑。 3) 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 為提高 v帶的壽命，在結(jié)構(gòu)允許的情況 下選取較大的基準(zhǔn)直徑。在錐體小端各個(gè)分體的距離比較近，為防止錐 體損壞， 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 圖 錐體 應(yīng)該保證各槽之間的距離 L選取一個(gè)合適的值。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 圖 錐體結(jié)構(gòu)尺寸 帶傳動(dòng)計(jì)算 1) 初定軸間距 軸間距 0a 應(yīng)滿(mǎn)足 : ? ? ? ?1 2 0 1 20 .7 2d d a d d? ? ? ? ? ? () 將傳動(dòng)比為 計(jì)算。 但是，此時(shí)大帶輪處于分開(kāi)狀態(tài)，由于各分體之間存在距離，所以大帶輪的實(shí)際包角要小于理論包角，此處計(jì)算大帶輪的實(shí)際包角是否大于 120度。 6) V帶根數(shù) ? ?00ca aLPz P P K K? ?? （ ） 式中 aK —— 小帶輪包角修正系數(shù)，根據(jù)小帶輪包角 1a ，查表 158[2]?。? LK —— 帶長(zhǎng)修正系數(shù)，根據(jù)基準(zhǔn)帶長(zhǎng) dL =1400，查表 1510[2]取； 據(jù)式（ ）計(jì)算得 ? ?12 1 . 6 1 87 . 6 9 0 . 8 9 0 . 9 5 0 . 9 1Z ??? ? ?,所以取 2根。錐體上槽的尺寸在前面己定 ，錐體具體結(jié)構(gòu) 見(jiàn)花鍵錐體零件圖 。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 4 軸及軸承的設(shè)計(jì) 軸是組成機(jī)械的重要零 件，它的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，以傳遞運(yùn)動(dòng)和力，本設(shè)計(jì)中采用 花鍵軸，通過(guò)其花鍵與錐體傳遞扭矩 。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 主要 軸承 選用與 校核 由于變速器在工作過(guò)程中必須由錐體的軸向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，軸向的推力通過(guò)推力軸承作用在軸上。 本變速器預(yù)計(jì)壽命為 2— 3萬(wàn)小時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足如下條件 : 39。66010 ht nLPC f ?? （ ） 式中 P 一為當(dāng)量動(dòng)載荷， N； tf — 為溫度系 數(shù)，查表 134[5]取 1； n — 軸承轉(zhuǎn)速 ,r/min； 39。 圖 帶輪機(jī)構(gòu)受力分析 聯(lián)立上面兩式 (),()得： cos sinQFN f??? ? （ ） ?? s inc os ffFF Q?? （ ） 列水平方向平衡方程 : co s sinP F N???? （ ） 將式 ()和 ()代入，得 c o s s i nc o s s i n c o s s i nfF FP ff??? ? ? ????? ? tan1 tanQ fF f ???? （ ） 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 由于兩個(gè)錐體錐 角分別 和 ,結(jié)果應(yīng)取偏大的，選用 進(jìn)行計(jì)算， P ? tan1 tanQ fF f ????? 000 .1 5 tan 1 7 .3 5 41 0 .1 5 tan 1 7 .3 5 4???= 帶入式 ()得 : 39。 軸的校核 本設(shè)計(jì)中兩根軸的尺寸和結(jié)構(gòu)是相同的，而且傳遞的功率和受 力情況都相同，只須校核其中一根就可以了。 n — 軸轉(zhuǎn)速，按 2500r/min計(jì)算。 按疲勞強(qiáng)度計(jì)算危險(xiǎn)截面的安全系數(shù) 軸徑的初步計(jì)算是一種粗略的估算方法，按彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸徑，也不能反映出應(yīng)力集中的真實(shí)情況，因它沒(méi)有考慮尺寸因素、軸表面狀態(tài)等對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響 .因此，對(duì)重要的軸除用上述方法進(jìn)行計(jì)算外，還必 須對(duì)軸的危險(xiǎn)截面進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算 . 計(jì)算彎矩與受力較大處。危險(xiǎn)截面安全系數(shù)校核公式 : ? ?22m a x m a x m a x3SSSTM F TW A W????????? ?????? ?? （ ） ? ?SS — 靜強(qiáng)度的許用安全系數(shù)，查表 1014[2]取 — ； S? — 材料屈服極限， S? =355 aMP ； maxM — 軸危險(xiǎn)截面上的最大彎矩， Nmm? ； maxT — 軸危險(xiǎn)截面上的最大扭矩， Nmm? ； maxF — 作用在軸上的最大軸向載荷，由推力軸承設(shè)計(jì)處可得， N； A — 細(xì)危險(xiǎn)截面面積， 2 24dA mm?? ； W — 材料抗彎截面模數(shù)， W = 3mm ； TW — 材料抗扭截面模數(shù)， TW =2W = 3mm 。 4115 .7 3 1 0 z iii piTlL G I???? ? （ ） 式中 T— 軸所傳遞的扭矩， Nmm? ； G — 軸的材料的剪切彈性模量， aMP ，對(duì)于鋼材， G = 410? aMP ； pI — 軸截面的極慣性矩， 4mm ，對(duì)于圓軸， 432p dI ?? ； L — 階梯軸手扭矩作用的長(zhǎng)度， mm； iT 、 il 、 piI — 分別代表階梯軸第 i 段上所受的扭矩、長(zhǎng)度、極慣性矩，單位同前； z — 階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。 圖 ，變形大，所以應(yīng)計(jì)算該軸段的扭轉(zhuǎn)角。本設(shè)計(jì)要求 y ? ?maxy ,圓錐滾子軸承處 ? ??? .其中 ? ?maxy =（ — ） l ,??? = ,而且在計(jì)算過(guò)程中，把軸等效為當(dāng)量直徑 d的光軸近似計(jì)算 ： 441v zii iLdld?? ? （ ） 式中 il —— 階梯軸第 i 段的長(zhǎng)度， mm； 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 36 id —— 階梯軸第 i 段的直徑， mm； L —— 階梯軸的計(jì)算長(zhǎng)度， mm； z —— 階梯軸計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)的軸段數(shù)。 鍵強(qiáng)度校核 花鍵強(qiáng)度校核 由于本設(shè)計(jì)通過(guò)利用花鍵連接，使錐體能夠在液壓系統(tǒng)的作用下軸向兩向移動(dòng)，花鍵主要 失效形式 是工作面 被壓潰（靜連接）或工作面 過(guò)度磨損 （動(dòng)連接），此 處的主要工作形式為動(dòng)連接，需要對(duì)花鍵進(jìn)行動(dòng)連接的強(qiáng)度 校核。 輸入輸出 平 鍵 強(qiáng)度校核 由于輸出軸的扭矩最大，所以此處注意校核輸出軸的平鍵強(qiáng)度校核。 分體式 V 帶傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器的有效拉 力計(jì)算 由于在進(jìn)行帶輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)算帶的有效拉力的公式是在帶輪為整圓的條件下使用， 而本設(shè)計(jì)為分體式帶輪，所以有必要建立有效拉力的計(jì)算模型，一方面可以驗(yàn)證有效拉力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；另方面可以正確的進(jìn)行分體式帶輪無(wú)級(jí)變速器的有效傳動(dòng)功率大小的計(jì)算。 取 一段微元 dl 長(zhǎng)的帶進(jìn)行分析， 該微段的包角為 d? ， 微段在該位置的水平方向和豎直方向的平衡方程為： ? ?s in s in22xN ddF d F F F d F??? ? ? ?? （ ） ? ?c o s c o s22yN ddF fd F F F d F??? ? ? ?? （ ） 因?yàn)?d? 的值 很小，取 cos 12d?? ， sin 22dd??? ，略去二階微分sin2ddF ? ，將（ ）代人式（ ）， 則 dF fdF ?? （ ） 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 40 圖 分體式 V 帶的拉力分析圖 按圖 中所示， F的取值區(qū)間依次為 ? ?11,TF、 39。22 0TFdF fdF ? ???? () 化簡(jiǎn)整理后得： 11fF eT ?? 39。2TT? () 并且 1 2 02F F F?? （ ） 12eF F F?? （ ） 聯(lián)立（ ）～（ ）式 303112 11fefeFFe????? （ ） 其中 3? 為分體有效支撐的角度，顯然它小于 理論 包角 0? ， 但 與之前的假設(shè) 實(shí)際包角大小一致， 可見(jiàn)分體帶輪計(jì)算出的 數(shù)值小于不分體時(shí) 理論值的。 其中 功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： 9550tqTnP? （ ） 式中 tqT 為發(fā) 動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。 汽車(chē)行駛過(guò)程中受的空氣阻力為 w C AuF ? () 式中 DC 為汽車(chē)空氣阻力系數(shù)，查表 13[1]取 ； 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 43 A 為汽車(chē)行駛過(guò)程中的迎