摩擦式机械无级变速器结构设计说明书1

1、摩擦式机械无级变速器结构设计目 录第一章 绪论4§1.1机械无级变速器的发展背景及现状4§1.2机械无级变速器的特征和应用5§1.3机械无级变速器的选用和润滑密封6§1.4本文的主要内容及要求9第二章摩擦无级变速器的机械特性加压装置和调速机构10§2.1机械特性10§2.2调速操纵机构11§2.3加压装置12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183.4.

2、1、钢环尺寸和参数的确定183.4.2、强度验算20§3.5轴系的设计21§3.6轴的结构设计21第四章 主要零件的校核23§4.1输出、输入轴的校核23§4.2轴承的校核24参考文献资料26摘要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无级变速器传动随着机械、材质及加工工艺的高速发展和其需求量日益增多而得到广泛应用和发展。无级变速器的主动和从动两根轴通过传递转矩的中间介质（机械构件、流体、电磁流等）把两根轴直接或间接地联系起来并传递动力。当对主、从动轴的联系关系进行控制时，则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

3、）。用机械构件作为中间介质的为机械无级变速器，其包括摩擦式和脉动式。无级变速器与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，其优点是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，摩擦式机械无级变速器依靠传动元件之间的摩擦进行传动，钢材材质、加工工艺水平和润滑油料品质等因素是摩擦式机械式无级变速器不断发展的重要保证。本文通过查阅相关的诸多文献和书籍手册等进行钢环式无级变速器原理及其结构、变速原理的传动结构的实现的研究，并对摩擦式机械无级变速器进行结构设计，可直接作为设计文件或指导文件进行生产加工。关键词：无级变速器；摩擦式；传动；润滑； The st

4、ructure design of machine of friction type Abstract:Under the action of some kind of control which can make the output of the machine spindle speed in two extreme within the framework of the continuous variation of the transmission with the high-speed development of machinery, materials and processi

5、ng technology and its demand is growing and is widely used and CVT transmission of the driving and driven by passing two shaft torque in the middle of the medium (mechanical components, fluid, electromagnetic flow, etc.), the two shaft linked directly or indirectly, and transfer power.When were rela

6、ted to the Lord, driven shaft to control, is the ratio between the two axis change (within the scope of the two extreme consecutive and arbitrarily change).With mechanical components as a medium for mechanical CVT, among which include friction and pulsation.CVT and constant transmission ratio transm

7、ission and continuously variable transmission (it's only a limited number of transmission ratio), compared to its advantage is the ability to work according to the need to continuous transformation rate within a certain scope, to adapt the demand of output speed and external load, the friction t

8、ype CVT depend on mechanical transmission device for transmission, the friction between the steel material, processing technology level and the quality of lubricating oil is factors such as friction type mechanical stepless transmission the important guarantee of continuous development.This article

9、through the consult literature and books, manuals, etc for the steel ring type stepless transmission principle and structure, the realization of the principle of variable speed drive structure research, and the friction type mechanical CVT structure design, can be directly as a guide for design docu

10、ments or files for production and processing. Keyword:CVT;Friction type;Transmission;Lubrication;10第一章 绪论§1.1机械无级变速器的发展背景及现状 无级变速器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；其结构特征主要是由变速传动机构、调速机构以及加压装置或输出机构三部分组成，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。本设计任务要求把无级变速器安装在自行车上，采用机械无级变速器，本文

11、主要介绍机械无级变速器的发展概况。 摩擦式无级变速器是机械无级传动系统中的常用部件之一，它依靠摩擦力传递转矩和运动，所以它基本上由传递运动和动力的摩擦变速传动机构、保证产生摩擦力所需的加压装置和实现变速的调速机构三部分组成。近年来摩擦式无级变速器在国外获得了较快的发展，其传动功率从几十到几千瓦，并可在接近于010000转/分的输出速度下工作，效率约为75%到95%，与传统的齿轮传动、链传动及皮带传动相比，不仅可实现无级变速而且传动零件的形状比较简单无需很高的精度因此加工费用较低，现已获得人们普遍地重视。目前国内使用的摩擦式无级变速装置大多属于直接传动式、中间元件式、行星传动式三种类型：主、从动

12、摩擦元件直接接触传动的直接传动式，主、从动元件通过中间元件进行传动的中间元件式，以及中间元件作行星运动的行星传动式。调速结构则分为一元件相对于另一元件沿接触面移动和转动（或偏转）两种形式。因此，合理地设计传动机构的结构和形式是提高传动构件受力的均匀性和传动平稳性及效率的关键，其速比的变换则通过改变主动轮从动轮和中间构件三者的相对位置来获得，这些摩擦式无级变速器的缺点主要是传动效率低、运行中难以保持稳定的速比、变速操作困难在高速运行时变速易使传动零件过早的磨损以及对于低速大扭矩传动传动装置的体积与重量较大。目前对摩擦无级变速器的传动机理研究得并不充分，有待深入研究。选择和发展新的润滑剂，以进一步

13、提高摩擦拖动率；研究具体结构设计的合理性及其优化问题，突破瓶颈，实现无级变速器新的突破，真正做到广泛应用和产业化。§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

14、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，它靠旋转体间的接触摩擦力来传递动力,通过改变输入、输出的作用半径，连续地改变了传动比。摩擦式机械无级变速器主要由压紧的主动装置、摩擦传动机构、调速控制机构组成。带锥度的主动轮和压盘被一组碟形弹簧压紧，输入轴与主动轮用键联接，而组成压紧的主动装置。一组带锥度的行星摩擦轮内侧夹在压紧的主动轮和压盘之间，外侧夹在带锥度的固定环和调速凸轮之间，而组成摩擦副；当压紧的主动装置运转时，摩擦轮就做纯滚动，由于固定环和调速凸轮不动，因此，摩擦轮在自转的同时作公转运转，通过行星摩擦轮的中心轴及滑块轴承而带动行星架转动。

15、转动手轮带动调速凸轮改变角向位置的同时，调速凸轮的端面曲线经平面弹子夹和固定凸轮的端面曲线作用，使调速凸轮产生轴向移动，从而均匀改变调速凸轮和固定环之间的间隔，使锥度行星摩擦轮产生径向移动。最后均匀地改变了行星摩擦轮与主动轮、压盘及固定环、调速凸轮摩擦处的工作半径，实现稳定的无级变速。摩擦式无级变速器传动的工作能力主要取决于传动元件和压紧装置的工作能力，其失效形式主要是传动元件和加压元件的疲劳点蚀、胶合、磨损及压溃。摩擦式无级变速器的传动元件及加压元件均采用高硬度合金钢制成，在润滑充分的条件下工作。传动元件之间为点接触或线接触，接触点的位置在不断地变化，因此，在这些接触，通常发生与齿轮传动相似

16、的点上应力是属于交变的接触应力（通常高达10002500MPa）疲劳点蚀破坏和磨损，带来的后果是传动出现振动、冲击和噪声，最终导致不能工作。加压元件上的接触应力属于静应力或脉动应力，但由于结构尺寸的限制，其接触应力值更高于传动元件，因而其失效形式是表面压溃（或塑性流动）和疲劳点蚀。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。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、

17、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。使用条件包括：工作机械的变速范围；最高速时所需的转矩和功率；最常使用的转速和转矩；负载变动情况；使用时间（时/日）；升速与降速情况；启、制动频繁程度；有无正反向使用要求及其频繁程度；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，在仔细考虑了上述因素后，正确地选用无级变速器的尺寸、容量及类型。.对于机械特性选择变速器的类型时，应首先

18、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。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。.对于转速特性（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

19、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。.对于安装场地要求（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

20、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。.对于操作要求 （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。.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、

21、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.润滑方式与润滑油a.润滑方式b.润滑油§1.4本文的主要内容及要求1、比较和选择合适的方案并进行摩擦式机械无级变速器的计算与结构设计；设计参数：输入功率P=5kw，输入转速n=1400rpm，调速范围R=6。设计要求：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。2、对关键部件进行强度和寿命校核；3、用CAD绘图软件绘制装配图及零件图。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

22、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2-1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 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

23、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2-2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。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2-2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