【正文】 輸入軸與輸出軸設(shè)計(jì) 輸入軸的計(jì)算 輸入功率 KWP 4? 。 菱錐的轉(zhuǎn)速 gn m in/9 3 6 1 4 5 0115m i n11m a x rd nDn g ???? m in/2 2 6 1 4 5 0115m a x11m i n rd nDn g ???? 接觸強(qiáng)度校核 軸承鋼的力學(xué)性能是 ： 供貨態(tài)硬度 : ； 抗拉強(qiáng)度MPab :? ； 屈服強(qiáng)度 MPas :? ； 斷后伸長(zhǎng)率 (%): % ； 抗彎強(qiáng)度 :m a x? ；在額 定功率時(shí)，接觸應(yīng)力 j? 一般不超過(guò)2/16000 cmkgf 。 鋼球滾子個(gè)數(shù) 62?z ； 摩擦輪組的摩擦系數(shù) f 一般在 ~ 這個(gè)范圍內(nèi)，這里可取?f ； 槽升角 ： ?? )7s i n2 6 2 3 r c t a n (s i na r c t a n221 ??? ??? ）（ ??pf dkfD 實(shí)際取 ?152?? 。 輸出側(cè)加壓裝置的計(jì)算 鋼球的中心圓直徑為 8 7 . 5 m m2~2 5 3)~( 22 ?? Dd p ，則 取整數(shù)可得 mmdp 2602 ? ； 鋼球直徑 mmDdq ~~151 22 ??。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 菱錐間隙的計(jì)算 利用幾何關(guān)系可以求得菱錐間隙 ? 的通用計(jì)算公式，菱錐間隙 ? 的通用計(jì)算公式為： zzhD ???? s ins inc s cs e c 223 ）（ ???? (36) 利用此公式可以求得 ： ax ?? ， mm4min ?? 。因此，當(dāng) 菱錐與主動(dòng)輪的接觸點(diǎn)從 a 到菱錐的最大直徑 Md 時(shí)，菱錐的中心圓直徑 3D 不斷變化 ，假設(shè) 從 a 到 Md 的軸向距離為 xc ，則可得到菱錐中心圓直徑 3D 的一般表達(dá)式 ： ??? c o s22s i nc o s222D 113 Mx dcDbcbaD ??????? (32) 當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速 2n 最小時(shí) 有 : hRRiRiDbbb]c o sc o s2s i n)1( s i n)2c o s1(2c o s2[m a xm a xm i n3 ??? ??? ?????? (33) 則可得 m in3 ? 。?? 菱錐孔的直徑按照心軸直徑或者按照滾針軸承標(biāo)準(zhǔn)選擇。 菱錐的相關(guān)計(jì)算 查表 可得，當(dāng)無(wú)級(jí)變速器的型號(hào)為 K6 時(shí) 菱錐的個(gè)數(shù) z 6?z ； 菱錐的工作高度 h mmh 58? ； 主動(dòng)輪工作直徑 1D mmD 1151 ? ； 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 外環(huán)工作直徑 2D mmD 2302 ? ； 接觸線長(zhǎng)度 b mmb 2? ； 調(diào)速首輪操作力矩 M cmkgfM /? ； 菱錐芯軸的傾斜角 ? 一般取定值 ， 即 ?45?? ； 菱錐的母線與水平軸線的交角 ? 一般為 ?7 ，所以先假定 ? 為 ?7 ； 菱錐錐頂半角 ? ?38 ?? ??? 菱錐長(zhǎng)度 L in582hs in2L ????? ?? 菱錐最大直徑 maxd mmhd e c58s e cm a x ???? 。 確定無(wú)級(jí)變速器的型號(hào) 通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 可得，當(dāng)要求輸入功率 KWP 41 ? 時(shí)，為了減小無(wú)級(jí)變速器的體積，降低加工成本可以選擇 K6 型菱錐式無(wú)級(jí)變速器。已知?i 、 ?i 。查表可得： 可以選用 4112 ?MY 鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī) 。 由 查表 可得 ?i 、 min ?i、在動(dòng)力傳動(dòng)中 ~?fk 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 第 3章 菱錐式無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)要求 ：輸入功率 KWP 41 ? ； 同步轉(zhuǎn)速 n=1000 min/r ； 調(diào)速范圍 12Rb? 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 圖 25 功率扭矩特性圖 即使對(duì)于同一臺(tái)菱錐式無(wú)級(jí)變速器而言，如果選取的輸出轉(zhuǎn)速范圍不同，則與其對(duì)應(yīng)的扭矩和傳動(dòng)功率也會(huì)不同。 機(jī) 械特性 因?yàn)榱忮F式無(wú)級(jí)變速器的輸出側(cè)加壓裝置的有效工作直徑 2pd 較大，并且加壓裝置與菱錐和外環(huán)均為內(nèi)接觸，所以，菱錐式無(wú)級(jí)變速器既能應(yīng)用于恒功率傳動(dòng)的場(chǎng)合，又能滿足 大扭矩低轉(zhuǎn)速傳動(dòng)要求的場(chǎng)合。通常，傳動(dòng)元件的精度為 1~2 級(jí)，在同一臺(tái)變速器內(nèi)的一組菱錐（通常是3~8 個(gè)）的相互直徑誤差和運(yùn)動(dòng)精度保持在 3mm 以內(nèi)既滿足要求。通常為了保證各個(gè)工作面之間能有一定的硬度差，我們會(huì)把菱錐的應(yīng)做的比主動(dòng)輪和外環(huán)稍微高一點(diǎn)。需要這些零件的表面硬度為 HRC61~64 之間。 這是 為了防止零部件因?yàn)闀r(shí) 間或者是溫度變化的原因引起精度下降。 主要零件的材料精度 菱錐式無(wú)級(jí)變速器的從動(dòng)輪和支架可以使用球墨鑄鐵制成，但是，端蓋和殼體則需要用高級(jí)鑄鐵制成。在油泵的排油端一般會(huì)安裝靈敏度較高的流量開(kāi)關(guān)，如果發(fā)現(xiàn)油泵的排油量降低時(shí)，它會(huì)控制電機(jī)立即停止工作。采用飛濺的方式進(jìn)行油潤(rùn)滑。 ，因此，菱錐式無(wú)級(jí)變速器可以做正反轉(zhuǎn)使用。而加壓裝置的槽升角卻比較大（一般情況下輸哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 入側(cè)的槽升角為 ?251?? ， 輸出測(cè)得槽升角為 ?152?? ），這樣可以提供足夠大的壓緊力并且會(huì)有較大的過(guò)盈量。這是因?yàn)槟Σ粮彪m然需要壓 緊力。 ，可以避免傳動(dòng)件受到過(guò)大和不必要的預(yù)壓緊力，從而可以提高變速機(jī)構(gòu)的壽命與傳動(dòng)效率。軸向力與法相總壓緊力的關(guān)系 1/8( in 11a ?? ?)。一般情況可以取 ?7?? 。 如圖 24 所示 為菱錐與支架的實(shí)際安裝情況。 因此 ， 菱錐和穿過(guò)菱錐的芯軸不會(huì)受到彎曲力矩的影響 。兩接觸點(diǎn)的連線 ab 始終是與母線 A 和 B 相垂直的 。錐體的兩側(cè)，接觸母線 A與接觸母線 B 是平行的，而菱錐相對(duì)與輸入軸和輸出軸則是傾斜安裝的。所以，菱錐式無(wú)級(jí)變速器具有 以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 單位體積承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小。 圖 22 菱錐位置關(guān)系圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 22 菱錐位置關(guān)系圖 一般情況下，為了避免加劇磨損，調(diào)速是在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中進(jìn)行的，停車時(shí)盡量避免調(diào)速。這會(huì)使得錐體的瞬時(shí)工作半徑發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速功能。其中，預(yù)壓彈簧會(huì)在菱錐式無(wú)級(jí)變速器剛一開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)為其提供 所需的初壓緊力。 因?yàn)榱忮F式無(wú)級(jí)變速器是一種升、降速變速型的無(wú)級(jí)變速器，因此，此變速器總共采用了兩套自動(dòng)加壓裝置，每一個(gè)傳動(dòng)副之間的壓緊力會(huì)隨著負(fù)載的增大而增大，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，每個(gè)傳動(dòng)副之間的壓緊力也會(huì)隨之減小。因此 ，當(dāng)動(dòng)力從 1輸入軸輸入時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò) 2鋼球V 型槽加壓裝置傳遞給 3主動(dòng)輪。 4菱錐與8從動(dòng)外環(huán)會(huì)始終保持接觸。而 3主動(dòng)輪則是滑套在 1輸入軸上。菱錐需要沿圓周方向，均勻的分布在11 支撐架上。 菱錐式無(wú)級(jí)變速器的主要傳動(dòng)元件是 3主動(dòng)輪、 4菱錐和 8外環(huán)。 本章小結(jié) 在本章，我詳細(xì)了解了摩擦式無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展、類型、傳動(dòng)特性和國(guó)內(nèi)外發(fā)展進(jìn)程及現(xiàn)狀。 盡管無(wú)級(jí)變速器的種類多種多樣，但是，在經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)、性能和其他一哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 些因素的一系列對(duì)比可以得出：大多數(shù)型號(hào)的摩擦式無(wú)級(jí)變速器在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的很少。各種類型的變速器的基本型幾乎都可以在箱體內(nèi)或者箱體外與行星齒輪傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)等裝置組合。而每一種類的變速器由于它的性能和結(jié)構(gòu)不同又可以形成不同系列的產(chǎn)品。 摩擦式無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)類型 一般情況下，每一種類型的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都可以組成一種變速器。 變速比 bR 又稱為調(diào)速比，即為 從動(dòng)軸上的最高輸出轉(zhuǎn)速 2maxn 和最低輸出轉(zhuǎn)速 min2n 之比 。 由此 ， 可以進(jìn)一步推導(dǎo)出從動(dòng)軸上的最高輸出轉(zhuǎn)速 2maxn 和最低輸出轉(zhuǎn)速min2n 。由 式 )1( 2112 ??? RnRn 可以看出 ， 如果 1R 大于 2R 即為增速運(yùn)動(dòng) ， 如果 1R 小 于 2R 即為減速運(yùn)動(dòng) 。在整個(gè)傳遞效率中 g? 最小 ， 其次是 b? 而 0? 最大 。 綜上所述，無(wú)級(jí)變速器的總效率為 0bg ????? 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 （ a） （ b） （ c） 圖 13 菱錐位置示意圖 現(xiàn)按照 圖 13 中的三種情況進(jìn)行分析，對(duì)于圖中的幾何關(guān)系，不難得出主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩 1T 及角速度 1? 為 ： 1111111s in)(s in)(????mlmllPT N??? (17) 因?yàn)榧儩L動(dòng)點(diǎn)處的的 21 ??? ， 因此可將摩擦傳動(dòng)效率寫(xiě)成 ： ))(( ))(( 21 1211 22g mlmll mlmllTT NN ??? ??? (18) 當(dāng)出現(xiàn)圖 b 所示的情況，則同樣可以得到摩擦差傳動(dòng)效率： ))(( ))(( 21 12g mllml mllml NN ?? ???? (19) 當(dāng)出現(xiàn)圖 c 所示的情況，則同樣可以得到摩擦差傳動(dòng)效 率： ))(l( ))(( 21 12g mlml mlml N N? ???? (110) 在上述三個(gè)式子中 m 的計(jì)算公式為 ： fkma? (111) 而 Nl 的計(jì)算公式為 ： a 2 22Nffk lkl ?? (112) 此外，可按通用的一般的公式計(jì)算軸承效率 b? 和攪油效率 0? 。由于摩擦功率損失是由滾動(dòng)體之間的彈性滑動(dòng)、滾動(dòng)和幾何滑動(dòng)所引起的。 傳動(dòng)效率 ? 是輸出功率與輸入功率的比值，傳動(dòng)效率 ? 的值一般情況下小于 1?；瑒?dòng)率 ? 的值不僅可以通過(guò)計(jì)算得出也可以通過(guò)實(shí)際測(cè)量得到 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 22圓錐幾何滑動(dòng)簡(jiǎn)圖 如 圖 22 所示的 為兩圓錐的幾何滑動(dòng)簡(jiǎn)圖當(dāng) 21 ll? 時(shí)，此時(shí) 1o 與 2o 在接觸區(qū)的同側(cè) ，因此上式是正確的。 滑動(dòng)率 ? 是指在名義上空載的情況下 ， 輸出轉(zhuǎn)速 02n 與在實(shí)際負(fù)載情況下輸出的轉(zhuǎn)速 2n 只差，然后再比上 名義上空載的情況下 ， 輸出轉(zhuǎn)速 02n ，即 ： %100)( )(%100)( 21 2122 ?????? mll llmnnl? (14) 在接觸區(qū)域內(nèi)的個(gè)點(diǎn)上滑動(dòng)速度是不同的 )( 21 ??? ?H ，其中 H? 存在最大值與最小值。 2)幾何滑動(dòng)。 1)彈性滑動(dòng)。在計(jì)算滑動(dòng)時(shí)的實(shí)際傳動(dòng)比 21i 為 )1()1(2112211221??RnRnRRnni???? （ 13） 、 滑動(dòng)率 ? 和傳動(dòng)效率 g? 滑動(dòng)在摩擦傳動(dòng)中是不可避免的，其表現(xiàn)形式主要有幾何滑動(dòng) 和彈性滑動(dòng)兩種。并且，由于變速器的輸出轉(zhuǎn)速是在一定范圍內(nèi)變化的。 11 n、? 分別為主動(dòng)軸的角速度和轉(zhuǎn)速 0202 n、? 分別為在忽略滑動(dòng)的情況下 ， 從動(dòng)輪的角速度和轉(zhuǎn)速 ， 也可稱為是名義角速度和名義轉(zhuǎn)速 。則兩者在接觸處的相對(duì)速度為 0m/s，即兩者的速度相同。鋼球會(huì)將軸向力傳遞到主動(dòng)摩擦件上，從而產(chǎn)生壓緊力。此時(shí)產(chǎn)生較小的壓緊力。鋼球 V 型槽加壓與端面凸輪加壓的原理類似，兩個(gè) V 型槽之間夾著鋼球或者是鋼柱。在凸輪的壓迫下，與凹槽相連的軸會(huì)向遠(yuǎn)離凸輪的方向運(yùn)動(dòng)，從而使主動(dòng)摩擦件和從動(dòng)摩擦件表面之間產(chǎn)生壓緊力。當(dāng)變速器空 載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪和凹槽完全嵌合在一起，形成一種剛性的聯(lián)軸器。端面凸輪加壓方式是采用凹凸相對(duì)應(yīng)的凸輪槽和端面凸輪。因此，一般情況下，彈簧加壓裝置都與其他的加壓裝置配合使用。但是，由于彈簧壓緊的壓緊力必須按載荷最大時(shí)的情況下確定。因此也被稱為恒壓式。通過(guò)彈哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 簧的彈力使主動(dòng)摩擦件和從動(dòng)摩擦件表面彼此壓緊，產(chǎn)生所需的壓緊力。 加壓裝置的種類有很多，但是常見(jiàn)的加壓裝置或者方式可以概括為三種： 1） 彈簧加壓。因此，壓緊力的大小和變化會(huì)直接影響到傳動(dòng)的能力和無(wú)級(jí)變速器的性能?，F(xiàn)有的摩擦變速傳動(dòng)裝置一般可以分為三類：一是行星傳動(dòng)式，即為在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，中間元件是做行星運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)；二是直接傳動(dòng)式，即為主動(dòng)摩擦元件與從動(dòng)摩擦元件是通過(guò)直接接觸來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)；三是中間元件式，即為主動(dòng)元件與從動(dòng)元件通過(guò)中間件連接進(jìn)行傳動(dòng)。但是也允許在停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)候進(jìn)行調(diào)速。采用組合體的方式進(jìn)行調(diào)速。此外，還有一些常用的調(diào)速機(jī)構(gòu)，例如，連桿機(jī)構(gòu)、凸