1、 1 小功率机械无级变速器结构设计 摘要 机械无级变速器是一种 调速 传动装置 ,该装置能适应自动化和机械化发展需求，并且能改善机械运转过程的性能指标。本文主要详细阐述摩擦式机械无级变速器的机械结构、工作原理、设计方案选取、计算方法、润滑密封及选材等多方面的知识，并由此给出 本 文中设计的无级变速器的理论 的依据 。 该装置的 传动 钢球轴的偏转设计是用一种加压装置来实现推动的，通过改变钢球的半 径大小来实现钢球外推式式无级变速器输出轴的转速变化。本文通过研究传动过程中变速装置的钢球，主从动轮和外环的设计原理以及它的受力情况 ;详细的计算并推导了该种减速传动装置设计的理论公式；并通过设计参数进
2、行了具体的计算设计 。 完成了所计算的该种传动 变速 速装置的整体装配图和主要传动零部件的的工程图，通过这些图纸更加直观的将该传动机构的原理和结构等方面的要求表达得更为清晰准确。 这种无级变速器具有非常实用的使用价值同时还有良好的机械结构和性能优势。该种无级变速装置可以进行大规模的批量生产。其主要特点是： 1.调速范围空间大； 2.功率稳定性强； 3.可以完成正反转和升降转速等多种模式进行工作 ;4.传动平稳，抵抗冲击能力强； 5.可以输出较大的功率； 6.使 用寿命长； 7.工作可靠，维修方便。 关键词 ： 钢球外 锥 轮式，摩擦式 ， 机械无级变速器 2 SMALL POWER MACHI
3、NERY VARIATOR STRUCTURE DESIGN Abstract The mechanical stepless transmission is a kind of speed regulating transmission device which can meet the needs of automatic and mechanized development, and can improve the performance index of mechanical operation process.This article mainly elaborated the fr
4、iction type mechanical stepless transmission of mechanical structure, working principle, design scheme selection, calculation method, lubrication, sealing and material aspects of knowledge, and thus given in this article, the design of stepless transmission theory basis. The device of the steel shaf
5、t deflection design is to use a pressure device to realize the drive, by changing the radius of the size of the steel ball steel ball extrapolation try stepless transmission output shaft speed changes. In this paper, the design principle of the driving wheel and outer ring and its stress are studied
6、 by studying the steel ball in the transmission process. The theoretical formula of the design of the deceleration drive device is derived in detail. And the design parameters are calculated.Completed the whole calculation of this kind of variable speed transmission device and the main transmission
7、parts of engineering drawings, assembly drawings with these drawings more intuitive to the transmission mechanism to meet the requirements of the principle and structure of the expression is more clear and accurate. This kind of stepless transmission has very practical use value and has good mechani
8、cal structure and performance advantages. This kind of stepless variable speed device can be used for mass production.Its main features are:1. The scope of speed regulation is large; 2. Strong power stability; 3. Can complete the work of multiple modes such as positive and negative rotation and lift
9、ing speed. 4. Stable transmission and strong resistance to impact; 5. Can output large power; 6. Long service life; 7. Reliable work and convenient maintenance. 3 Key words: Steel ball outside cone， mechanical stepless transmission， friction 4 第一章 绪论 1.1 毕业设计要求 毕业设计内容：通过对比多种设计方案，并从中选择出合适的设计方案，并 对 机械
10、无级变速器传动装置的机械结构 进行 分析计算。主要的过程和内容：完成机械无级变速器 变 速传动装置的总体设计方案，选取合适的电动机，计算该类型传动装置的运动和动力参数，对关键的核心零部件进行强度校核和寿命计算。同时在结构设计时也要考虑制造成本 的问题 ， 应使制造成本尽量的小 。 安装拆卸方便 ,外观要匀称 、 美观 ， 调速 灵活多变 ，并且不能出现卡死和堵转等现象发生，能实现无级动态的调速过程；关键部件满足强度和寿命要求。 工作量要求：完成 1 张整体的装配图， 2 张传动的重要零部件工作图，编写 1份毕业设计说明书 。 设计条件： 1）输入功率： P=1.5kW 2）输入转速： n=15
11、00 r/min 3）调速范围 :800-2500r/min 4）工作时间：两班 /8h， 寿命： 5 年 设计内容： 1）机械无极变速器调研； 2）变速装置整体的方案确定及结构设计； 3）机械无 极变速器的参数确定； 4）主要零件的结构设计与计算； 5）主要零件的校核。 6）整体的机械结构设计，绘制成套的二维设计图纸及撰写设计说明书。 1.2 机械无级变速器的发展史 早在 19 世纪 70 年代，机械无级变速器就 已经 开始被提出 ,但因为当时加工所需材5 料与制造工艺等 因素 的条件限制 , 机械无级变速器发展极其的缓慢。直到 1970 年以后 ,一方面随着金属冶炼技术的日渐成熟和热处理技
12、术的不断改进 ,高档数控机床和精密与超精密加工等装备的出现和发展 ,解决了机械无级变速器的研制和生产过程中的限制因素 ;另一方面 ,随着生产制造工艺 实现自动机械化 ， 以及在一些十分重要的地方要求提升机械的工作性能 ,需要大量的广泛使用无级变速装置。所以在这种背景下 ,机械无级变速装置得到了十分快速和广泛的发展。开始 时 主要研制和生产的国家主要掌握在少数的发达国家手里，例如：德国、日本、美国、意大利和俄国等。产品大约有 30 多种结构型式，但大体上可分为链式、摩擦式、脉动式及带式四种类型。 日本人在 1987 年把使用 CVT 作为 变速传动装置的汽车投放入市场得到了广泛的 关注 并且获得
13、成功。之后欧洲也将 VDT-CVT 型号变速传动装置用于排量为 1.1-1.6L 的小轿车上。随着科 学技术的不断进步与发展，节约能源和环境保护意识被全球性的能源危机引发而逐渐的被提高，在积累了第一代的 CVT 型号变速传动装置的经验后，逐步研究开发了转矩更大 、 性能更佳的变速传动装置 （ CVT） 。当前，全世界各大知名的汽车公司为了提高公司汽车产品的核心竞争力，都在极力的进行 CVT 变速传动装置的研究开发工作。目前在 TOYOTA、 NISSAN、 GM 和 FORD 等世界最为著名的汽车品牌中，销售的轿车都使用了 CVT 变速传动装置，全世界使用 CVT 作为 变速传动装置轿车的年产
14、量已达到将近 50 多万辆。值得我们格外注意的一件事是，使 用 CVT 作为 变速传动装置的汽车市场中，由最初的日本、以德国为代表的欧洲等市场，已经逐步的渗透到以美国为代表的北美市场以及中国国内市场，因此说无级变速汽车是当今汽车行业发展的重要趋势之一。 1.3 机械无级变速器的研究现状 当前无极变速器已经在各类机械行业中得到了十分广泛的应用 与发展 ， 无极变速器的 变速 传动 原理 研究也越来越广泛 。为了 实现无极变速，以前的机械无极变速器只依靠摩擦的方式进行传动，由于摩擦传动方式具有不可消除的缺陷，因此 很 难实现大功率的传动 变速 过程；所以具有摩擦力小且传动效率高的无极变速装置的传动
15、研究 已经逐步成为当前国内外的主要研究方向。 随着科技近几年来的不断向前快速发展、新材料的不断 发展 和改进 ， 以及加工制造技术的日益提高， 以 CVT 作为 变速传动装置 机器 正朝着以下几个方面提高： 6 在结构上，目前 CVT 的 变速传动装置 在 结构基础上通过应用新型材料使变速器变得更加轻巧紧凑，同时还使结构可靠性在优化 后得到保障 。 在性能上，通过对传 动装置 与钢带的改进使 CVT 的 变速传动装置 可以广泛的应用于大排量的轿车，因为结构及啮合部位摩擦损失的能量减少，所以 CVT 的 变速传动装置 在传动效率 方面 也会有大幅度的提高。同时 CVT 的 变速传动 装置 与其相
16、对应的发动机结合也可以得到更多更好的操控性 、 节油性和舒适性， CVT 和 CVVT 两种 型号变速传动装置配合使用是 当前使用的较好的组合形式。近年来通过相关技术的引进 -消化 -吸收 -再创 新 ,机械无级变速器的研制和生产制造在国内出现了新的发展方向。 在控制系统上，通过对现有控制系统控制精度的改进，使之完成对传动速比、离合器与夹紧力等方面的控制。同时对轿车在不同路况下的动力需求也更加贴切，而动力的需求控制是一台优质 CVT 型号变速传动装置 的前提条件。 汽车产业是我国重要的民族工业之一，并且我国汽车销售市场有巨大的发 展空间。使用自行研究开发生产 以 CVT 作为 变速传动装置 ，
17、 它的成本基本没有太大的 变化 ，这一点 充分的 说明 了以 CVT 作为 变速传动装置 的 汽车 市场前景十分乐观。在世界范围内，发展潜力最大的汽车市场在中国， CVT 的 变速传动装置 技术在各种中小型汽车发展史上具有十分重要的变革意义。在所有的无级变速传动装置中，应用广泛的无级 变速传动装置是 金属带式无级变速器，所以攻克 CVT 的 变速传动装置 传动 原理 和控制 方式 等关键核心的技术 ， 对我国国产轿车的 性能改善，并对我国挑战 国外发达国家 在 CVT 方面的技术 具有十分重要的意义。它不仅能能带来巨大的 社会和经济效益，还对我国汽车工业的繁荣发展和相关工业的发展起到促进作用。
18、 1.4 机械无级变速器的特点和应用 CVT 作为 变速传动装置 技术即无级变速技术，它的主 、 从动轮工作半径可以改变，采用主 、 从动轮和 控制装置的配 合使用来传递动力 。 是一种在一定的输人转速情况下来保证输出转速可以 在 一定范围内进行连续不间断变化的运动和动力传递机构 。 该装置包含：调速、变速传动及加压 和 输出机构。无极 变速传动装置 近年来已在汽车行业开始广泛的使用无级调速 装置 ，目前在汽车 上以 CVT 作为调 速 的 传动装置 大部分 都是 采用摩擦传动，其磨损严重，功率小效率低 ， 主要通过摩擦力来实现动力传递。无级 变速传动装7 置 在汽车上的实际应用，大大的提高了
19、汽车的使用性能，同时也带动无极变速器在汽车上的广泛 发展， CVT 的 变速传动装置 技术是推动汽车行业发展最有前景的一种有 力 式。由于 CVT 的 变速传 动装置 可以实现速比的无极连续变化，能够实现发动机的工作点和变速传动装置的最佳匹配，大大的降低了汽车的排放量，提高了整 体 的 性能 。目前 在 汽车上用 无极 变速传动装置 作为 传动系统，有非常大的发展空间 ， 促使 CVT 的 整个系统 往 机械 化、 自动化 方面发展。 而 其 结构简单紧凑，便于拆卸、价格合理，已经 使 CVT 广泛应用在纺织、冶金、石油化工、制药、和电子等领域 的机器中 。 1.5 本文研究的内容 本文主要是
20、对机械无极变速器的发展背景、特点进行概述。通过传动比的计算，确定本次设计无极变速器的调速范围，以及给定的功率参数在机械设计手册第 五版表10.3-1中选择，从 28种原理方案中选择出符合参数条件的六种原理方案；并对符合条件的原理方案的优缺点进行分析对比，从中选择出钢球外推轮式作为本次设计的原理方案。 并 对轴和轴承的设计计算、校核进行详细的说明，此外还对调速机构的设计计算、受力情况分析及 加压 装置 等方面的设计计算进行说明， 并且 绘制出整体的 装配图、 重要的 非标零 部 件图。 通个以上的说明，设计出本文选择的以钢球外推轮式为原理方案的无极变速器。 8 第二章 机械无级变速器总体方案 2
21、.1 电动机的选择与传动比的计算 2.1.1 电动机的选择 所需设计的钢球外锥式无级变速器的主要技术参数为：输入转速 min/1500 rn ,输入功率 kwp 5.1 ，调速区间 在 min/2 5 0 08 0 0R n r 的范围内 。 在 机械设计课程设计表19-1 中 查得 ： 4Y100L1 型电动机（ m in/1430,2.2 rnkwp ） 符合。 2.1.2 传动比的计算 变速比： 2.38002 5 0 0m inm a x iiR b传动比： 8.114302500m ax i6.01430800min i根据变速比、传动比 以及给定的 功率 参数 选择合适的原理方案，
22、在机械设计手册第五版表 1-310 中 查得 ， 其中 有六种 原理方案符合本次的设计参数 。 2.2 机械无极变速器原理方案 2.1.1 钢球长锥式无级变速器 图 1 RC 型变速器结构简图 9 图 2 RC 型变速器的机械特性 图 1 是一种钢球长推锥式无级 变速传动装置 的 工作 原理简图 。 不需要加压装置 ， 而是 通过钢环的弹性楔紧作用就可以实现自动加压。由于两对分离轮被两轴线平行的长锥替代，并且通过移动的钢环来实现连续变速的， 其调速 范围由于长锥的锥度较小而受到一定 的限制 ， 且结构简单。 机械特性如图 2 所示。特性参数为：变速比 4bsR ,传动比 25.012 nni
23、,机械效率 0.85 ，输入功率 kwP 7.31 。 RC型变速器可实现升速和降速功能 ， 一般用于机床和纺织机械等，有自紧作用不需加压装置。 2.1.2 滚轮平盘式无极变速器 原理简图 10 如上图所示，通过小齿轮左右 滑动，改变工作半径来改变传动比。特性参数 ：85.08.0;415)(4;25.0i 1 kwPR bss （双滚）；、单滚。 滚轮平盘式无级变速器属于相交轴，升、降速型，可逆转； 用于机床、计算机构、测速机构。 2.1.3 钢环分离锥型无级变速器 图 1 原理简图 图 2 机械特性 特性参数： 95.08.0;102.0);16(10;2.32.3 1i1 kwPR bss。钢环分离锥式是平行轴分布同时可实现对称调速功能的一种变速装置，钢环自紧加压；用于机床，纺织机械等。
