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I目录第一章绪论………………………………………………………………………………11.1机械无级变速器的发展概况…………………………………………………11.2机械无级变速器的特征和应用………………………………………………21.3无级变速器的研究现状………………………………………………………31.4毕业设计内容和要求…………………………………………………………3第二章无级变速总体方案…………………………………………………………52.1钢球长锥式（RC型）无级变速器……………………………………………52.2钢球外锥式无级变速器………………………………………………………62.3两方案的比较与选择…………………………………………………………7第三章钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算……………………83.1钢球与主、从动锥轮的计算与设计…………………………………………83.2调速蜗轮上的变速曲线槽的设计与计算……………………………………93.3轴的设计与计算………………………………………………………………113.4调速机构的设计与计算………………………………………………………133.5加压盘的设计与计算…………………………………………………………14第四章主要零件的校核……………………………………………………………164.1输入、输出轴的校核…………………………………………………………164.2轴承的校核……………………………………………………………………184.3键的校核………………………………………………………………………20第五章无级变速器的装配……………………………………………………………22毕业设计总结……………………………………………………………………………23致谢………………………………………………………………………………………24参考文献……………………………………………………………………………………25附录翻译译文及原文………………………………………………………………261第一章绪论1.1机械无级变速器的发展概况无级变速器分为机械无级变速器、液压无级变速器和电力无级变速器三种，但本设计重点介绍机械无级变速器。机械无级变速器最初是在19世纪90年代出现的，至20世纪30年代以后才开始发展，但当时由于受材质与工艺方面的条件限制，进展缓慢。直到20世纪50年代，尤其是70年代以后，一方面随着先进的冶炼和热处理技术，精密加工和数控机床以及牵引传动理论与油品的出现和发展，解决了研制和生产无级变速器的限制因素；另一方面，随着生产工艺流程实现机械化、自动化以及机械要改进工作性能，都需要大量采用无级变速器。因此在这种形式下，机械无级变速器获得迅速和广泛的发展。主要研制和生产的国家有美国、日本、德国、意大利和俄国等。产品有摩擦式、链式、带式和脉动式四大类约三十多种结构形式。国内无级变速器是在20世纪60年代前后起步的，当时主要是作为专业机械配套零部件，由于专业机械厂进行仿制和生产，例如用于纺织机械的齿链式，化工机械的多盘式以及切削机床的Kopp型无级变速器等，但品种规格不多，产量不大，年产量仅数千台。直到80年代中期以后，随着国外先进设备的大量引进，工业生产现代化及自动流水线的迅速发展，对各种类型机械无级变速器的需求大幅度增加，专业厂才开始建立并进行规模化生产，一些高等院校也开展了该领域的研究工作。经过十几年的发展，国外现有的几种主要类型结构的无级变速器，在国内皆有相应的专业生产厂及系列产品，年产量约10万台左右，初步满足了生产发展的需要。与此同时，无级变速器专业协会、行业协会及情报网等组织相继建立。定期出版网讯及召开学术信息会议进行交流。自90年代以来，我国先后制定的机械行业标准共14个：JB/T5984-92《宽V带无级变速装置基本参数》JB/T6950-93《行星锥盘无级变速器》JB/T6951-93《三相并联连杆脉动无级变速器》JB/T6952-93《齿链式无级变速器》JB/T7010-93《环锥行星无级变速器》JB/T7254-94《无级变速摆线针轮减速机》JB/T7346-94《机械无级变速器试验方法》JB/T7515-94《四相并列连杆脉动无级变速器》JB/T7668-95《多盘式无级变速器》JB/T7683-95《机械无级变速器分类及型号编制方法》21.2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。机械无级变速器的适用范围广，有在驱动功率不变的情况下，因工作阻力变化而需要调节转速以产生相应的驱动力矩者（如化工行业中的搅拌机械，即需要随着搅拌物料的粘度、阻力增大而能相应减慢搅拌速度）；有根据工况要求需要调节速度者（如起重运输机械要求随物料及运行区段的变化而能相应改变提升或运行速度，食品机械中的烤干机或制药机械要求随着温度变化而调节转移速度）；有为获得恒定的工作速度或张力而需要调节速度者（如断面切削机床加工时需保持恒定的切削线速度，电工机械中的绕线机需保持恒定的卷绕速度，纺织机械中的浆纱机及轻工机械中的薄膜机皆需调节转速以保证恒定的张力等）；有为适应整个系统中各种工况、工位、工序或单元的不同要求而需协调运转速度以及需要配合自动控制者（如各种各样半自动或自动的生产、操作或装配流水线）；有为探求最佳效果而需变换速度者（如试验机械或李心机需调速以获得最佳分离效果）；有为节约能源而需进行调速者（如风机、水泵等）；此外，还有按各种规律的或不规律的变化而进行速度调节以及实现自动或程序控制等。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。故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、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无级变速器的研究现状随着我国在基础设施和重点建设项目上的投入加大，重型载货车在市场上的需求量急剧上升，重型变速箱的需求也随之增加,近年来，重型汽车变速器在向多极化、大型化的方向发展.现在，我国已经对变速箱的设计，从整机匹配到构件的干涉判别和整个方案的模糊综合判别，直到齿轮、离合器等校核都开发了许多计算机设计软件，但是，大都没形成工业化设计和制造，因此，还需要进一步加强.我过的汽车技术还需要进一步发展.随着科技的不断进步，CVT技术的不断成熟，汽车变速箱最终会由CVT替代手动变速箱（MT）和有级自动变速箱（AT），无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势,但是,中国还没有掌握全套的汽车自动变速箱技术，也就还没有形成市场所需成熟的汽车自动变速箱产品。有人主张直接从国外引进先进的汽车自动变速箱技术，不料国外所有相关公3司都想直接从国外把汽车自动变速箱产品销售到中国市场或者在中国建立独资企业就地生产销售产品，不愿与中国的企业合作开发生产获取高额垄断利润。重型汽车变速器是指与重型商用车和大型客车匹配的变速器,尽管在行业中对变速器的容量划分没有明确的界限,但我们通常将额定输入扭矩在100kgm以上的变速器称为重型变速器。国内重型车变速器产品的技术多源于美国、德国、日本等几个国家,引进技术多为国外80～90年代的产品。作为汽车高级技术领域的重型汽车变速器在国内通过漫长的引进消化过程,如今已有长足的进步,能够在原有引进技术的基础上,通过改型或在引进技术的基础上自行开发出符合配套要求的新产品,每年重型车变速器行业都能有十几个新产品推向市场。但从当今重型车变速器的发展情况来看,在新产品开发上国内重型车变速器仍然走的是一般性的开发过程,没有真正的核心技术产品;从国内重型变速器市场容量来看,有三分之一的产品来自进口,而另外三分之二的产品中有80%以上的产品均源自国外的技术,国内自主开发的重型变速器产品销量很小。这说明国内重型变速器厂家的自主开发能力仍然很薄弱,应对整车新车型配套产品的能力远远不够。2004年年初我国出台城市车辆重点发展13.8m客车上使用的变速器,目前只有ZF一家能向国内企业供应。这足以说明国内的重型车变速器企业仍然很渺小,在技术方面仍然有很长的路要走。国内重型汽车变速器几乎由陕西法士特齿轮有限责任公司、綦江齿轮传动有限公司、山西大同齿轮集团有限责任公司及一汽哈尔滨变速箱厂等几大家包揽。这些企业大多数变速器产品针对的市场各有侧重,像陕西法士特在8t以上重型车市场占有率达到40%以上,并且在15t以上重卡市场占有绝对的优势,拥有85%以上的市场份额;綦江齿轮传动有限公司主要为安凯、西沃、亚星奔驰、桂林大宇及厦门金龙等企业的7～12m高档大、中型客车以及总质量在14～50t重型载货车、鞍式牵引车、自卸车及各式专用车、特种车配套;山西大同齿轮集团配套市场主要在8～10t级的低吨位重型载货车方面.随着国内汽车市场的发育成长,变速器产品型谱逐步细化,产品的针对性越来越强。因此,在保证现有变速器生产和改进的同时,要充分认识到加入WTO后良好的合作开发机遇,取长补短,同时更应认识到供方、买方、替代者、潜在入侵者、产品竞争者的巨大压力。要紧跟重型商用车行业向高档、高技术含量和智能化方向发展的趋势,紧跟客车低地板化、绿色环保化、城市公交大型化的发展方向,开发和生产具有自主知识产权、适合我国国情的重型汽车变速器。1.4毕业设计内容和要求毕业设计内容：设计实现小功率机械无级变速器的结构，要求以钢球作为中间元件；比较和选择合适的方案；无级变速器变速器的结构设计与计算；对关键部件进行强度和寿命校核设计要求：输入功率P=1.1kw，输入转速n=1500rpm，调速范围R=9；4结构设计时应使制造成本尽可能低；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；画零件图和装配图。5第二章无级变速器总体方案2.1钢球长锥式(RC型)无级变速器图2-1RC型变速器结构简图图2-2RC型变速器的机械特性钢球长锥式(RC型)无级变速器如上图2-1所示，为一种早期生产的钢球长推锥式无级变速器结构简图，是利用钢环的弹性楔紧作用自动加压而无需加压装置。由于采用两轴线平行的长锥替代了两对分离轮，并且通过移动钢环来进行变速，所以结构特别简单。但由于长锥的锥度较小，故变速范围受限制。RC型变速器属升、降速型，其机械特性如下图所示。技术参数为：传动比i21=n2/n1=2～0.5,变速比nR=4,输入功率P1=（0.1～2.2）kw，输入转速n1=1500r/min,传动效率η＜85%。一般用于机床和纺织机械等.图2-2为RC型变速器的机械特性.62.2钢球外锥式无级变速器图2-3钢球外推式无级变速器1,11-输入，输出轴2，10-加压装置3，9-主，从动锥轮4-传动钢球5-调速蜗轮6-调速蜗杆7-外环8-传动钢球轴12，13-端盖图2-1钢球外锥式无级变速器如图2-3所示，动力由轴1输入，通过自动加压装置2，带动主动轮3同速转动，经过一组（3～8）钢球4利用摩擦力驱动输出轴11，最后将运动输出。传动钢球的支承轴8的两端，嵌装在壳体两端盖12和13的径向弧行倒槽内，并穿过调速涡轮5的曲线槽；调速时，通过蜗杆6和蜗轮5转动，由于曲线槽的作用使钢球轴线的倾斜角发生变化，导致钢球与两锥轮的工作半径改变，输出轴转速得到调节。其动力范围为：Rn=9，Imax=1/Imin，P≤11kw，ε≤4%，η＝0.80～0.92。此种变速器应用广泛。从动调速齿轮5的端面分布一组曲线槽，曲线槽数目与钢球数相同。曲线槽可用阿基米德螺旋线，也可用圆弧。当转动主动齿轮6使从动齿轮5转动时，从动齿轮的曲线槽迫使传动钢球轴8绕钢球4的轴心线摆动，传动轮3以及从动