自行車無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【鋼球外錐式無級(jí)變速器】

自行車無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【鋼球外錐式無級(jí)變速器】,鋼球外錐式無級(jí)變速器,自行車無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【鋼球外錐式無級(jí)變速器】,自行車,無級(jí),變速器,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),鋼球外錐式 附表1： 設(shè)計(jì)任務(wù)書 信息與機(jī)電工程系 填寫時(shí)間：2014年 11 月 18 日 課題名稱 自行車無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)、學(xué)號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 基本要求、重點(diǎn)需要 研究的問題 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)基本要求：完成自行車無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，繪制零件圖和裝配圖。 2、重點(diǎn)需要研究的問題：總體方案的確立，選定方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 計(jì)劃 進(jìn)度 安排 第一階段（2014年11月-2014年12月）：根據(jù)所學(xué)知識(shí)與指導(dǎo)老師交流，確定選題范圍，查閱與收集相關(guān)資料。 第二階段（2014年12月30日）：在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，擬定開題報(bào)告。開題報(bào)告階段（同時(shí)完成文獻(xiàn)綜述的初稿）。 第三階段（2015年1月-2015年3月）：撰寫畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。 第四階段（2015年3月-4月）：答辯準(zhǔn)備工作。 第五階段（2015年5月）：答辯。 應(yīng)收集 的資料 及主要 參考文獻(xiàn) 1、應(yīng)收集的資料：自行車無級(jí)變速器的類型，無級(jí)變速自行車的研究現(xiàn)狀，零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算的方法等。 2、主要參考文獻(xiàn)：[1]周有強(qiáng).崔學(xué)良.董志峰.機(jī)械無級(jí)變速器發(fā)展概述[J].機(jī)械傳動(dòng).2005.(第1期). [2]阮忠唐.機(jī)械無級(jí)變速器設(shè)計(jì)與選用指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.等等。 指導(dǎo)教師（簽名）： 職稱：講師 系（教研室）主任（簽名）： 分管院長(zhǎng)（簽章）： 附表2: 開題報(bào)告 設(shè)計(jì)題目： 自行車無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)年級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓　 名： 指導(dǎo)教師、職稱： 2015年 1 月 10 日 一、本設(shè)計(jì)課題的目的意義，主要及擬解決的關(guān)鍵性問題（附參考文獻(xiàn)） 1）、本設(shè)計(jì)課題的目的意義：機(jī)械無級(jí)變速器是一種傳動(dòng)裝置，其功能特征主要是：在輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，能實(shí)現(xiàn)輸出軸的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，以滿足機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各種不同工況的要求；其結(jié)構(gòu)特征主要是：需由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)及加壓裝置或輸出機(jī)構(gòu)三部分組成。 機(jī)械無級(jí)變速器的適用范圍廣，有在驅(qū)動(dòng)功率不變的情況下，因工作阻力變化而需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力矩者（如化工行業(yè)中的攪拌機(jī)械，即需要隨著攪拌物料的粘度、阻力增大而能相應(yīng)減慢攪拌速度）；有根據(jù)工況要求需要調(diào)節(jié)速度者（如起重運(yùn)輸機(jī)械要求隨物料及運(yùn)行區(qū)段的變化而能相應(yīng)改變提升或運(yùn)行速度，食品機(jī)械中的烤干機(jī)或制藥機(jī)械要求隨著溫度變化而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移速度）；有為獲得恒定的工作速度或張力而需要調(diào)節(jié)速度者（如斷面切削機(jī)床加工時(shí)需保持恒定的切削線速度，電工機(jī)械中的繞線機(jī)需保持恒定的卷繞速度，紡織機(jī)械中的漿紗機(jī)及輕工機(jī)械中的薄膜機(jī)皆需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保證恒定的張力等）；有為適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)中各種工況、工位、工序或單元的不同要求而需協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及需要配合自動(dòng)控制者（如各種各樣半自動(dòng)或自動(dòng)的生產(chǎn)、操作或裝配流水線）；有為探求最佳效果而需變換速度者（如試驗(yàn)機(jī)械或李心機(jī)需調(diào)速以獲得最佳分離效果）；有為節(jié)約能源而需進(jìn)行調(diào)速者（如風(fēng)機(jī)、水泵等）；此外，還有按各種規(guī)律的或不規(guī)律的變化而進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或程序控制等。 綜上所述?？梢钥闯霾捎脽o級(jí)變速器，尤其是配合減速傳動(dòng)時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大其變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩，能更好的適應(yīng)各種工況要求，使之效能最佳，在提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，適應(yīng)產(chǎn)品變換需要，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等各方面皆具有顯著的效果。故無級(jí)變速器目前已成為一種基本的通用傳動(dòng)形式，應(yīng)用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機(jī)床、電工、起重運(yùn)輸?shù)V山冶金、工程、農(nóng)業(yè)、國(guó)防及試驗(yàn)等各類機(jī)械。 這個(gè)時(shí)代的主題，是企業(yè)生存發(fā)展的主題，換句話說，自行車企業(yè)要在競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)是如此之大，必須順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，以人為本，讓更多的人通過設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的青睞。毫無疑問，自行車企業(yè)要加快在變速系統(tǒng)的自行車的發(fā)展，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 2）、主要及擬解決的關(guān)鍵性問題：鋼球外錐式無級(jí)變速器總體方案的確定。參考文獻(xiàn)：[1]范崇洛主編.機(jī)械加工工藝學(xué).東南大學(xué)出版社,2009. [2]邱宣懷主編.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第四版.北京高等教育出版社,2007. [3]周有強(qiáng)主編.機(jī)械無級(jí)變速器[M].成都:機(jī)械工業(yè)出版社,2001. [4]孫恒、陳作模主編.機(jī)械原理[M].第六版.西安高等教育出版社,2000. [5]吳宗澤、羅圣國(guó)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第三版.北京高等教育出版社,2006. [6]葛志淇主編.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).天津冶金工業(yè)出版社,1980. [7]徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第三卷.北京機(jī)械工業(yè)出版社,1991. [8]阮忠唐主編.機(jī)械無級(jí)變速器.北京機(jī)械工業(yè)出版社,1983. [9]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)主編.減速器和變速器[M].第四版.北京機(jī)械設(shè)計(jì)出版社,2007. [10]周良德、朱泗芳主編.現(xiàn)代工程圖學(xué).湘潭湖南科學(xué)技術(shù)出版社,2000. [11]傅水根主編.機(jī)械制造工藝學(xué)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社,2011. [12]馬俊、王玫主編.機(jī)械制圖[M].第四版.北京郵電大學(xué)出版社,2007. [13]麥智生主編.自行車無級(jí)變速器[J].中國(guó)自行車,2002（第2期）. [14]秦世倫主編.材料力學(xué),成都四川大學(xué)出版社. [15]周有強(qiáng)、崔學(xué)良、董志峰主編.機(jī)械無級(jí)變速器發(fā)展概述[J].機(jī)械傳動(dòng),2005(第1期). [16]李新、洪泉、王艷梅主編.國(guó)內(nèi)外通用標(biāo)準(zhǔn)件手冊(cè).南京江蘇科技出版,2006. [17]周有強(qiáng).崔學(xué)良.董志峰.機(jī)械無級(jí)變速器發(fā)展概述[J].機(jī)械傳動(dòng).2005.(第1期). [18]阮忠唐.機(jī)械無級(jí)變速器設(shè)計(jì)與選用指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999. 二、本設(shè)計(jì)課題的主要設(shè)計(jì)、預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果 1）、本設(shè)計(jì)課題的主要設(shè)計(jì)：調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、鋼球與主﹑從動(dòng)錐輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算、輸入﹑輸出軸上軸承的選擇與計(jì)算、調(diào)速齒輪上變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算、輸入﹑輸出軸上端蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算、輸入軸、輸出軸的設(shè)計(jì)與校核、加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 2）、預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果：與傳統(tǒng)變速自行車相比，（1）、換擋的問題 滿足更多種類的速度比，一般的變速自行車設(shè)計(jì)為前后雙齒輪組。無級(jí)變速自行車可以實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化，對(duì)前、后齒輪的記憶復(fù)雜的搭配，增加易用性。（2）、鏈條問題 傳統(tǒng)變速自行車變速時(shí)由于在齒輪組空隙中容易掉鏈，無級(jí)變速自行車采取金屬帶式無級(jí)變速方式，錐形金屬帶夾兩錐輪之間，不易脫鏈。和金屬帶和錐輪比普通齒輪鏈更優(yōu)異的性能。降低維護(hù)難度。（3）、重心問題 傳統(tǒng)變速自行車的變速齒輪齒盤基本上都是安裝到自行車的一側(cè)，導(dǎo)致重心偏移，容易傾倒。無極變速后輪并排，中間傳輸，重力中心，便于轉(zhuǎn)彎控制。（4)、操作難度降低，適用于中國(guó)最早一代使用自行車卻正在慢慢老去的群體。只需轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕即可實(shí)現(xiàn)變速。（5)、上坡問題 普通變速自行車由于前后輪同時(shí)放置變速器，重心較無級(jí)變速自行車靠前。上坡難度比后置無級(jí)變速自行車大。（6)、維修問題 普通變速自行車因構(gòu)建過多，增加了維修難度，而無級(jí)變速自行車零件簡(jiǎn)單，維修難度低。（7)、轉(zhuǎn)彎問題 采取前輪小后輪大的設(shè)計(jì)方式，增加了轉(zhuǎn)彎的靈活性。由于主要構(gòu)件集中于后輪，重心靠后，可以減小前輪小容易前翻的問題。 三、設(shè)計(jì)方法和步驟 （1）、查閱文獻(xiàn)、收集資料； （2）、將當(dāng)下比較實(shí)用的無極變速器進(jìn)行比較，擬定實(shí)驗(yàn)研究或設(shè)計(jì)方案； （3）、深入研究所選定的方案，進(jìn)行理論分析和技術(shù)可行性論證； （4）、通過查閱相關(guān)資料及結(jié)合課程設(shè)計(jì)方法對(duì)每一部分零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)； （5）、撰寫開題報(bào)告； （6）、擬定寫作提綱，撰寫畢業(yè)論文或編寫設(shè)計(jì)說明書初稿； （7）、修改定稿。 四、設(shè)計(jì)工作的總體安排及進(jìn)度 第一階段：2014年11月-2014年12月 根據(jù)所學(xué)知識(shí)與指導(dǎo)老師交流，確定選題范圍，查閱與收集相關(guān)資料。調(diào)查取證資料階段 第二階段：2014年12月30日 在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，擬定開題報(bào)告。開題報(bào)告階段（同時(shí)完成文獻(xiàn)綜述的初稿） 第三階段：2015年1月-2015年3月 撰寫畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第四階段：2015年3月-4月 答辯準(zhǔn)備工作 第五階段：2015年5月 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯 五、指導(dǎo)教師審查意見： 簽字：　　　　　　 年　月　日 六、系(教研室)審查意見： 簽字：　　 年　月　日 七、學(xué)院審查意見： 分管院長(zhǎng)簽章： 年　月　日 說明書 　　 設(shè)計(jì)題目：自行車無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè)年級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓　　名： 指導(dǎo)教師、職稱： 2015 年5 月 12 日 目錄 中文摘要 I Abstract II 1引言 - 3 - 1.1 機(jī)械式無級(jí)變速器的定義及其應(yīng)用 - 3 - 1.2 機(jī)械式無級(jí)變速器的發(fā)展概況 - 4 - 1.3 機(jī)械式無級(jí)變速自行車研究現(xiàn)狀 - 5 - 1.4機(jī)械式無級(jí)變速器研究的目的和意義 - 7 - 2 自行車無級(jí)變速器總體方案的確立 - 8 - 2.1 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器的分析 - 8 - 2.2 鋼球外錐式無級(jí)變速器的分析 - 9 - 2.3 兩方案的比較與選擇 - 10 - 3 鋼球外錐式無級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 10 - 3.1 調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 11 - 3.2 鋼球與主﹑從動(dòng)錐輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 12 - 3.3 輸入﹑輸出軸上軸承的選擇與計(jì)算 - 13 - 3.4 調(diào)速齒輪上變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 15 - 3.5 輸入﹑輸出軸上端蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 16 - 3.6 輸入軸、輸出軸的設(shè)計(jì)與校核 - 17 - 3.7 加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 24 - 3.9 自行車無級(jí)變速器的安裝 - 25 - 4 自行車變速器的調(diào)整與使用方法 - 26 - 4.1 自行車變速器的調(diào)整 - 26 - 4.2.自行車變速器的使用方法 - 26 - 5 結(jié)論 - 28 - 參考文獻(xiàn) - 29 - 致謝 - 30 - 中文摘要 無級(jí)變速器的傳動(dòng)是指的是在某些調(diào)速裝置或調(diào)速機(jī)構(gòu)的控制作用下,在輸入軸輸入一定時(shí)，輸出軸的轉(zhuǎn)速能在一定傳動(dòng)比的范圍內(nèi)快速且連續(xù)變化的一種傳動(dòng)方式。本人在分析了鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器、帶式無級(jí)變速器、鋼球外錐式無級(jí)變速器、鋼球分離式無級(jí)變速器等各種機(jī)械式無級(jí)變速器的變速方式和無級(jí)變速自行車的基礎(chǔ)上，將每種變速器的原理與變速方式進(jìn)行了對(duì)比，最終選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)符合的鋼球外錐式無級(jí)變速器安裝使用在自行車上，該無級(jí)變速器主要由主、從動(dòng)錐輪、輸入軸、輸出軸、加壓盤、調(diào)速機(jī)構(gòu)、鋼球、端蓋等零部件組成，此種無級(jí)變速器的工作原理為輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且通過加壓盤裝置帶動(dòng)8個(gè)鋼球運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鋼球利用運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦力帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，期間通過調(diào)速機(jī)構(gòu)可以使得鋼球在一定的角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，這樣就改變了鋼球與主、從動(dòng)錐輪的半徑比，從而改變了傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)了能夠在一定傳動(dòng)比的范圍內(nèi)任意的變換。最終經(jīng)過設(shè)計(jì)與計(jì)算，該無級(jí)變速器能夠在傳動(dòng)比0.75--1.22的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速。研究表明:無級(jí)變速器用于自行車有利的解決了傳統(tǒng)變速自行車的不足之處，大大的提高了自行車的性能,方便了消費(fèi)者使用。 關(guān)鍵詞: 自動(dòng)變速器；無級(jí)變速自行車；無級(jí)變速器；調(diào)速 Abstract The CVT transmission is refers to in certain speed regulating device and the regulating mechanism of control, when entering a certain input shaft, output shaft speed can in certain transmission ratio range of rapid and continuous change of a transmission mode. I based on the analysis of the chain CVT, belt CVT, ball cone CVT, ball separation of CVT and other mechanical CVT transmission and CVT bikes, the transmission principle and party each kind of transmission type were compared, the final selection with the simple structure, parameters of ball outer cone CVT mounted on a bicycle, the CVT is mainly composed of a main driven bevel wheel, input shaft, output shaft, and the regulating mechanism, pressure plate, steel ball, cover and other parts, the working principle of CVT for input shaft rotation and by with the pressure plate device drives the 8 ball movement, at the same time, the use of friction ball movement in the process of driving the output shaft to rotate through the speed regulating mechanism can make the ball during the swing within a certain angle, thus changing the steel ball and the main driven bevel wheel radius ratio, thus changing the transmission ratio, the transmission can be compared to the range of arbitrary transform. After the final design and calculation, the CVT can speed ratio range of 0.75--1.22 in drive. Research shows that: stepless speed variator for bicycle favorable solves the shortcomings of traditional variable speed bicycle, greatly improved the performance of the bicycle, convenience to the consumers to use. Key words: automatic transmission; CVT bike; CVT; speed control III 1引言 1.1 機(jī)械式無級(jí)變速器的定義及其應(yīng)用 無級(jí)變速器分為液壓傳動(dòng)無級(jí)變速器、機(jī)械式無級(jí)變速器、電力傳動(dòng)無級(jí)變速器三種，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的課題是自行車的無級(jí)變速器，而自行車的動(dòng)力源來自人體動(dòng)力輸入，所以用在自行車上的變速器只能考慮機(jī)械式無級(jí)變速器，以下主要介紹的是機(jī)械式的無級(jí)變速器。 機(jī)械無級(jí)變速器是輸入輸出機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)、調(diào)速裝置、加壓盤裝置等零部件組成的一種傳動(dòng)裝置。該機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：在輸入機(jī)構(gòu)中輸入轉(zhuǎn)速保持不變的條件下，輸出機(jī)構(gòu)中的輸出轉(zhuǎn)速能夠在一定傳動(dòng)比的范圍內(nèi)隨意且不斷的變化，即使得速度在傳動(dòng)比范圍內(nèi)任意的變化，從而有利于大至企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備在不同生產(chǎn)要求及工藝條件下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，小到生活中一些工具利用該變速裝置完成不同的事情，或是在安裝在自行車上的使用，大大的改善了傳統(tǒng)變速器的不足之處。并且該無級(jí)變速器由于依靠摩擦力實(shí)現(xiàn)變速具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，鋼球式的轉(zhuǎn)動(dòng)使其滑動(dòng)率較小，傳動(dòng)的效率很高。該裝置機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，安裝及維修方便，制造成本相對(duì)較便宜。 機(jī)械式無級(jí)變速器的應(yīng)用范圍很廣，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1）、因?yàn)榇藷o級(jí)變速器所能承受的扭矩較小，因此在汽車領(lǐng)域中，不能被應(yīng)用于扭矩較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，在此領(lǐng)域中比較常見的例子有通過鏈條傳動(dòng)的小型轎車，鏈條傳動(dòng)所產(chǎn)生的扭矩一般比較??；生活常見的依靠鏈條、皮帶等傳動(dòng)的電動(dòng)車、踏板車、摩托車、卡丁車等等。據(jù)新聞消息了解，東風(fēng)日產(chǎn)現(xiàn)已研究出了能夠承受扭矩在300-400N.m的機(jī)械式無級(jí)變速器，這是機(jī)械式無級(jí)變速器領(lǐng)域的一個(gè)突破。 2）、在輸入功率不變的情況下，因?yàn)楫a(chǎn)品工藝要求或是生產(chǎn)需求不同的條件下，亦或是在受到一些阻力限制的條件下，需要調(diào)整不同的速度以達(dá)到不同生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)不同的目的，例如：在福耀玻璃公司的預(yù)處理生產(chǎn)線上有的噴粉液、玻璃膠等需要根據(jù)其不同的粘稠度使用不同的速度進(jìn)行攪拌，攪拌機(jī)械設(shè)備根據(jù)不同的物料粘稠度，通過攪拌機(jī)阻力大小的變化利用無級(jí)變速原理能夠時(shí)時(shí)的改變攪拌機(jī)的攪拌速度。與之類似的設(shè)備還有車床、銑床、卷繞機(jī)等； 3）、在工業(yè)生產(chǎn)以及建筑工地中需要根不同的工況要求來調(diào)節(jié)所需要不同的速度，例如：在福耀玻璃公司生產(chǎn)線中的連續(xù)烘彎爐，提升機(jī)在提升玻璃小車快接近小車軌道的時(shí)候會(huì)自動(dòng)將速度降低，此方法就是利用無級(jí)變速器原理來實(shí)現(xiàn)的，與其類似的還有起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備，此機(jī)械設(shè)備在運(yùn)輸不同的物料隨不同區(qū)域地點(diǎn)的變化相應(yīng)的需要改變控制提升機(jī)的運(yùn)行速度；再例如食品機(jī)械中的烤干機(jī)以及制藥機(jī)械需要隨著溫度的變化而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移速度； 4）、一些生產(chǎn)設(shè)備需要通過調(diào)節(jié)速度以得到保持恒定的工作速度或者張力，例如:福耀玻璃公司生產(chǎn)線中對(duì)PVB膜片進(jìn)行鎢絲的繞線機(jī)設(shè)備需保持恒定的卷繞速度； 5）、為了節(jié)約資源對(duì)一些設(shè)備需要在不同的時(shí)間階段進(jìn)行調(diào)速，例如：福耀玻璃公司生產(chǎn)線中大量的水泵在不同的情況下調(diào)節(jié)其不同的速度達(dá)到節(jié)約資源的目的，類似還有散熱風(fēng)機(jī)等。 6）、還有許多按照規(guī)律性和不規(guī)律性的變化而對(duì)速度進(jìn)行不同程度的控制與調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)，工業(yè)PLC的程序控制。 總之，機(jī)械式無級(jí)變速器具有價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修及其維護(hù)方便，傳動(dòng)效率和傳動(dòng)平穩(wěn)性好，實(shí)用性較強(qiáng)的一種裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)適應(yīng)不同的變工況工作，簡(jiǎn)化傳動(dòng)方案，節(jié)約能源和減少污染等要求。 1.2 機(jī)械式無級(jí)變速器的發(fā)展概況 機(jī)械式無級(jí)變速器適用于生產(chǎn)過程自動(dòng)化發(fā)展，萬向傳動(dòng)裝置的機(jī)械性能的一種裝置。在國(guó)外的發(fā)展已經(jīng)有超過數(shù)百年的歷史，在受條件限制的初始階段，進(jìn)展一直很緩慢。直到1950年之后，一個(gè)原因是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料的限制因以及工藝潤(rùn)滑問題的解決，另外一個(gè)因素是市場(chǎng)需求的增加，從而促進(jìn)機(jī)械式無級(jí)變速器裝置的開發(fā)和生產(chǎn)，使各類產(chǎn)品的快速增長(zhǎng)得到了廣泛的應(yīng)用。 1791年，最原始的自行車誕生于法國(guó)，是由西弗拉克發(fā)明的。此自行車只有兩個(gè)輪子，依靠人騎在自行車上用兩腳蹬著地面使自行車前進(jìn)。 1801年，世界上第一輛車的腳踏自行車由俄國(guó)人阿爾塔馬設(shè)計(jì)出。 1817年，運(yùn)動(dòng)方向可以改變的自行車誕生，它是由德國(guó)人德雷斯在自行車上安裝了一個(gè)方向舵。 1839年，第一輛被世界公認(rèn)的自行車誕生了，該自行車?yán)酶軛U原理在自行車的后輪上安裝了曲柄，使用連桿將曲柄與踏板聯(lián)接起來，騎車手只要反復(fù)的蹬腳踏板，就可以驅(qū)使自行車向前進(jìn)。 1865年法國(guó)拉里門將后輪驅(qū)動(dòng)改為前輪驅(qū)動(dòng),即將曲柄為前輪，前輪驅(qū)動(dòng), 提高了行車速度。同時(shí)保持前輪旋轉(zhuǎn)支架，杠桿制動(dòng)后輪。使得這種自行車行駛速度是前輪的直徑成正比。為了提高速度，就需要增加前輪直徑。為了減輕自行車的重量，減小后輪的直徑。最終由于使用不方便，同時(shí)也存在安全隱患被淘汰。 1867年，英國(guó)的麥迪遜將鋼絲輻條配備在自行車使用。 1869年,在德國(guó)出現(xiàn)在了后輪定位的自行車，并且在自行車上采用安裝了腳剎車, 彈簧,飛輪，滾動(dòng)軸承等零部件. 1879年，英格蘭勞森為了避免大直徑車輪帶來的不便,采用了鏈傳動(dòng)，提高了傳輸率，使其成為現(xiàn)代自行車的雛形的標(biāo)志。 1886年,英國(guó)杰姆斯改變自行車前后對(duì)同一尺寸鏈中的增加，使其模型和現(xiàn)代自行車基本上是相同的。 1888英國(guó)鄧祿普使用橡膠制造了車輪的內(nèi)胎和外胎,并以充氣的方式提高了輪胎的效率,使得騎行省力、方便，時(shí)代發(fā)展至今，自行車已經(jīng)成為世界上人們使用最普遍、最簡(jiǎn)單、最實(shí)用的交通方式。 國(guó)內(nèi)機(jī)械無級(jí)變速器的發(fā)展，在第二十世紀(jì)60年代末才開始興起，基本上主要應(yīng)用于一些專業(yè)的機(jī)械設(shè)備。例如：機(jī)床、紡織、化工機(jī)械和其他輔助部件，由專業(yè)機(jī)械廠生產(chǎn)的通用，品種不多，產(chǎn)量少。直到八十年代，大量的引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)裝配線的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于機(jī)械無級(jí)變速器的需要求日益增大，在這種情況下，制造商開始建立和大規(guī)模生產(chǎn)，一些高校也開始開展研究工作， 短短的幾十年里的發(fā)展，品種包括了機(jī)械式無級(jí)變速器存在的摩擦式，鏈條，皮帶輸送機(jī)系列和脈沖等其他機(jī)構(gòu)型式，滿足了市場(chǎng)與生產(chǎn)發(fā)展的需要。同時(shí)，無級(jí)變速器專業(yè)協(xié)會(huì)、行業(yè)協(xié)會(huì)和組織機(jī)構(gòu)一一簡(jiǎn)歷。定期出版和學(xué)術(shù)信息交流的WebEx會(huì)議。90年代以來，我國(guó)制定了機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)14個(gè)。 隨著不斷的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的機(jī)械式無級(jí)變速器產(chǎn)業(yè)發(fā)展為機(jī)械領(lǐng)域中的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。目前，該產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)研發(fā)主要是基于國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，主要產(chǎn)品類型有：1）、皮帶式無級(jí)變速器：寬V帶，普通V帶；2）、摩擦式無級(jí)變速器：多盤（貝爾型）、環(huán)錐式（RX）、行星錐盤式（迪斯科）、錐盤（干、濕）等；3）、脈動(dòng)無級(jí)變速器：三相平行連桿式（基因型）和四階段和連桿式（零-最大）。4）、齒鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器：刮板鏈，鏈條，鏈卷。 隨著國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域技術(shù)的逐漸成熟，近年來，國(guó)內(nèi)主要的機(jī)械式無級(jí)變速器的新發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)和生產(chǎn)的：1）、汽車無級(jí)變速器的研究與開發(fā)：國(guó)內(nèi)已發(fā)表的金屬帶式無級(jí)變速器，通過實(shí)驗(yàn)，已工業(yè)化生產(chǎn)；進(jìn)口關(guān)鍵部件金屬鋼帶也將生產(chǎn)。?2）、原有的產(chǎn)品創(chuàng)新提高：在原行星錐盤無級(jí)變速器的基礎(chǔ)上，研發(fā)出了“恒功率行星摩擦無級(jí)變速器”和“沒有物理主軸行星齒輪無級(jí)變速器的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，后者的速度比增加了4倍以上，輸出扭矩也增加了一倍多。 1.3 機(jī)械式無級(jí)變速自行車研究現(xiàn)狀 無極變速自行車的發(fā)展已逐漸的代替了一些比較傳統(tǒng)的變速自行車，現(xiàn)代的形式是 多樣的，各種各樣，以下是今天的社會(huì)上存在的無級(jí)變速自行車的部分類型。 1）、便攜式高安全無級(jí)變速自行車新型自行車 行走的特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)，車椅式垂直領(lǐng)導(dǎo)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，杠桿式無級(jí)變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。適用于重交通，樓層高，住房，停車不便都市區(qū)。該裝置由杠桿式無級(jí)變速器，該框架可橫向折疊，前面和后面的小輪子的旅行指南機(jī)制并帶回一個(gè)汽車座椅在垂直轉(zhuǎn)向齒輪自行車龍頭驅(qū)動(dòng)輪。該裝置主體風(fēng)格，更奇特但乘坐舒適，更安全，可折疊攜帶。 2）、往復(fù)式無級(jí)變速自行車 對(duì)車的懸架系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，乘客座椅，前兩吊柄和圓弧曲線可往復(fù)運(yùn)動(dòng)，隨著手的引導(dǎo)角度或長(zhǎng)度的唯一直接將搖臂實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，高效能驅(qū)動(dòng)的靈活的后輪；還包括裝卸方便不掉休閑椅和保衛(wèi)秋季防盜可以坐；簡(jiǎn)化懸架舒適性和貨架和攜帶物品減少紊流 3）、低座無級(jí)變速自行車 是由低架驅(qū)動(dòng)前輪和自行車上的連接后導(dǎo)向，中央與安裝在機(jī)架上的桶形座椅，騎手可以躺坐在椅子上，前輪兩側(cè)放置兩條腿。曲柄連桿式無級(jí)變速裝置是固定在上面的前輪前，由曲柄滑塊桿繞鉸鏈驅(qū)動(dòng)輪交替方式。在上部前面的手柄操縱，由鋼絲繩牽引的后輪轉(zhuǎn)向。為了不影響自行車的方向。由于較低的座椅高度，減少空氣阻力。采用曲柄連桿式無級(jí)變速裝置，符合人體功能的要求。 4）、 無鏈無級(jí)變速自行車 可任意變換速度的自行車。自行車如車輪，手柄，一個(gè)三腳架，打開后，在左欄有齒輪，齒輪和倒檔齒輪，和梁的右端設(shè)有中心軸齒輪，齒輪和軸齒輪嚙合，在定位槽板槽的偏心連桿和杠桿對(duì)同軸結(jié)束前，杠桿的左端連接齒條，齒條與陽性和陰性，梁上面有拉簧，活動(dòng)支持和電線電纜。自行車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便靈活的調(diào)速，耐用，適用于各種車型。 5）、人力腳踏驅(qū)動(dòng)式無級(jí)變速自行車 在中軸線兩側(cè)的車架，安裝包括錐相對(duì)速度驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪兩側(cè)安裝有腳踏兩輪盤隨著三角皮帶傳動(dòng)，兩盤壓縮彈簧；在對(duì)斜梁框架前，配備了由挺桿操縱變速桿可以前后移動(dòng)，靠近挺桿安裝變速輪可以使這兩個(gè)變速輪附近或分離的插件；在兩側(cè)支撐輪的后輪輻條的自行車后軸，輪對(duì)槽V帶輪的外表面，隨著車輪的內(nèi)側(cè)設(shè)有單向旋轉(zhuǎn)棘輪驅(qū)動(dòng)后輪；后斜梁上的V帶上安裝有推三角皮帶張緊張力輪架。走路和變速自行車沒有組鏈輪和鏈條傳動(dòng)，成本低，重量輕，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，快速轉(zhuǎn)換，速度比。 6）、帶傳動(dòng)無級(jí)變速自行車 無級(jí)變速自行車，改進(jìn)了現(xiàn)有的電力自行車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。自行車的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分：小滑輪，滑輪小圓形，小叉，小車輪，滑輪，大輪，輪叉，大帶輪和V帶，V帶的張緊裝置，速度，剎車線，飛輪，飛輪的飛輪軸套，飛輪底座，滾子，滾珠軸承。填充在后軸上，靠緊小的驅(qū)動(dòng)輪，小車輪輪軸套固定連接，飛輪底座連接到后軸是固定的，領(lǐng)子里的飛輪也有流線型的槽，滾輪置于槽。無級(jí)變速自行車通過皮帶傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)自行車，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低無級(jí)變速，操作方便， 調(diào)速，調(diào)速范圍大；無級(jí)變速自行車的同時(shí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。 1.4機(jī)械式無級(jí)變速器研究的目的和意義 關(guān)于無級(jí)變速自行車的研究意義、實(shí)用價(jià)值如下：?? 1）、換擋的問題 滿足更多種類的速度比，一般的變速自行車設(shè)計(jì)為前后雙齒輪組。無級(jí)變速自行車可以實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化，對(duì)前、后齒輪的記憶復(fù)雜的搭配，增加易用性。 2）、鏈條問題 傳統(tǒng)變速自行車變速時(shí)由于在齒輪組空隙中容易掉鏈，無級(jí)變速自行車采取金屬帶式無級(jí)變速方式，錐形金屬帶夾兩錐輪之間，不易脫鏈。和金屬帶和錐輪比普通齒輪鏈更優(yōu)異的性能。降低維護(hù)難度。 3）、重心問題 傳統(tǒng)變速自行車的變速齒輪齒盤基本上都是安裝到自行車的一側(cè)，導(dǎo)致重心偏移，容易傾倒。無極變速后輪并排，中間傳輸，重力中心，便于轉(zhuǎn)彎控制。 4)、操作難度降低，適用于中國(guó)最早一代使用自行車卻正在慢慢老去的群體。只需轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕即可實(shí)現(xiàn)變速。? 5)、上坡問題 普通變速自行車由于前后輪同時(shí)放置變速器，重心較無級(jí)變速自行車靠前。上坡難度比后置無級(jí)變速自行車大。 6)、維修問題 普通變速自行車因構(gòu)建過多，增加了維修難度，而無級(jí)變速自行車零件簡(jiǎn)單，維修難度低。 7)、轉(zhuǎn)彎問題 采取前輪小后輪大的設(shè)計(jì)方式，增加了轉(zhuǎn)彎的靈活性。由于主要構(gòu)件集中于后輪，重心靠后，可以減小前輪小容易前翻的問題。? 這個(gè)時(shí)代的主題，是企業(yè)生存發(fā)展的主題，換句話說，自行車企業(yè)要在競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)是如此之大，必須順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，以人為本，讓更多的人通過設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的青睞。毫無疑問，自行車企業(yè)要加快在變速系統(tǒng)的自行車的發(fā)展，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 2 自行車無級(jí)變速器總體方案的確立 自行車無級(jí)變速方式有鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器、鋼環(huán)分離錐式(RC型)無級(jí)變速器、剛性定軸無級(jí)變速器等許多形式。在此，我選擇了兩種方案作參考和比較，最終選擇一種理想的方案。這兩種方案分別是鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器和鋼球外錐式無級(jí)變速器，分別描述如下。 2.1 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器的分析 圖2-1 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器是一個(gè)鋼制柔性變速驅(qū)動(dòng)。此變速器的磨損率的1／30，功率是帶傳動(dòng)的11倍，與剛性摩擦傳動(dòng)相比，其具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，鏈條對(duì)于鏈輪表面的損壞程度較低，。鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器的缺點(diǎn)是：制造成本高，運(yùn)行速度過高會(huì)導(dǎo)致離心力太大，重量大；要使它能夠高速度運(yùn)行必須要盡量減少鏈的重量。 鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器主要由兩對(duì)可以軸向移動(dòng)的錐輪、輸入軸、輸出軸、導(dǎo)向鍵、花鍵、變速傳動(dòng)鏈等零部件構(gòu)成。其工作原理是：依靠?jī)蓪?duì)可以軸向移動(dòng)的錐輪通過導(dǎo)向鍵聯(lián)接到相互平行的輸入軸與輸出軸上，兩錐輪間形成一個(gè)夾槽，夾槽里有變速傳動(dòng)鏈，依靠壓緊力使鏈輪和鏈條形成一個(gè)封閉的空間，在封閉空間中運(yùn)動(dòng)副依靠摩擦力來傳遞動(dòng)力。 在軸關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)兩對(duì)鏈輪有三種方式：1）、錐輪1-1中的一個(gè)鏈輪與錐輪2-2中的一個(gè)鏈輪進(jìn)行對(duì)角配置，從而使其作軸向移動(dòng)。同理，另外一對(duì)鏈輪進(jìn)行對(duì)角配置，使其作同向移動(dòng)，使得軸上的鏈輪副關(guān)閉時(shí)，另一個(gè)軸鏈輪副開放；2）、如圖2-1所示，錐輪1-1`合攏時(shí)錐輪2-2`張開，錐輪1-1`張開時(shí)錐輪2-2`合攏，兩對(duì)錐輪都可以作軸向 移動(dòng)；3）、類似方式一，兩對(duì)錐輪其中各取一個(gè)行程一對(duì)進(jìn)行軸向固定，另外的兩輪作反方向的移動(dòng)，這樣便形成了兩對(duì)鏈輪的張開或者是合攏，為了形成兩對(duì)鏈輪的關(guān)閉或開啟，但固定輪扁，兩輪之間形成單楔槽。在開鏈和鏈輪，代理各種半徑的對(duì)應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。除了以上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外，還有使鏈輪驅(qū)動(dòng)調(diào)速機(jī)構(gòu)、夾緊力使鏈、連鎖機(jī)構(gòu)等。 鏈?zhǔn)綗o極變速器由于其傳遞的轉(zhuǎn)矩在變速過程中是不斷變化的，鏈條具有一定得壽命以及一定極限的工作拉力，所以鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器具有變功率、變轉(zhuǎn)矩特性。在較低的輸出轉(zhuǎn)速，輸出扭矩大，功率恒定的條件下，為了避免鏈過度的張力、承載力和速度過快，應(yīng)將鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器的速度比調(diào)整為比實(shí)際工作的速度比更小，從而在更好的條件下使傳動(dòng)工作，并能減小變速器的尺寸和成本，通過對(duì)體積和成本的傳輸速度比始終高于小功率傳動(dòng)變速比。 2.2 鋼球外錐式無級(jí)變速器的分析 圖2-2 鋼球外錐式無級(jí)變速器 如圖2-2所示，鋼球外錐式無級(jí)變速器主要由輸入軸、輸出軸、加壓裝置、主動(dòng)錐輪、從動(dòng)錐輪、傳動(dòng)鋼球、調(diào)速斜齒輪、傳動(dòng)鋼球、外環(huán)、端蓋等零部件組成。其中兩端蓋里有徑向弧行倒槽，鋼球的支撐軸的兩端嵌裝在殼體兩端蓋的徑向弧行倒槽內(nèi)，并且穿過斜齒輪的曲線槽。其工作原理是由輸入軸輸入動(dòng)力，主動(dòng)錐輪通過加壓裝置與輸入軸進(jìn)行同速轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼球與主動(dòng)輪表面有接觸，通過摩擦力作用，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋼球旋轉(zhuǎn)，而鋼球旋轉(zhuǎn)通過摩擦力又帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，從動(dòng)輪通過加壓裝置帶動(dòng)輸出 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力輸出。進(jìn)行調(diào)速時(shí)通過兩對(duì)斜齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榍€槽的作用使鋼球軸線的傾斜角發(fā)生變化，從而使得鋼球與兩錐輪的工作半徑發(fā)生改變，最終改變了傳動(dòng)比，使輸出軸轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。這種變速器應(yīng)用廣泛。 圖2-3 鋼球外錐式無級(jí)變速器變速示意圖 在從動(dòng)輪的端面有一組圓弧或者是阿基米德螺旋線的曲線槽,數(shù)量與轉(zhuǎn)動(dòng)鋼球的數(shù)量一樣多.當(dāng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),曲線槽會(huì)迫使鋼球繞鋼球的軸心上下擺動(dòng),從而導(dǎo)致主動(dòng)輪、從動(dòng)輪與鋼球的半徑發(fā)生變化，即傳動(dòng)比發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。具體工作原理為：如圖2-3所示，主動(dòng)錐輪1和從動(dòng)錐輪2分別安裝在軸Ⅰ和軸Ⅱ上，鋼球3可繞軸4自由的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且被加壓盤壓緊在兩錐輪的工作錐面上。 2.3 兩方案的比較與選擇 由于鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器的制造成本高，運(yùn)行速度過高會(huì)導(dǎo)致離心力太大，重量大，運(yùn)行速度不能太高，所以不適合使用在自行車上。鋼球外錐式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理清晰，所有參數(shù)也符合設(shè)計(jì)要求，所以選擇此變速器。 3 鋼球外錐式無級(jí)變速器部分零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 鋼球外錐式無級(jí)變速器零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算主要包括調(diào)速機(jī)構(gòu)，鋼球與主﹑從動(dòng)錐齒輪，輸入﹑輸出軸上軸承，調(diào)速齒輪上的變速曲線槽，輸入﹑輸出軸上端蓋，輸入軸與輸出軸，加壓盤等部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算，以下各章節(jié)分別介紹以上各零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 3.1 調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 調(diào)速機(jī)構(gòu)采用一對(duì)傳動(dòng)比較平穩(wěn)的斜齒輪來分度調(diào)速，在設(shè)計(jì)過程中，為了確保主動(dòng)斜齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)1200，從動(dòng)斜齒輪跟著轉(zhuǎn)動(dòng)900 ，那么只要將主動(dòng)斜齒輪的直徑設(shè)計(jì)成從動(dòng)斜齒輪的3/4，就可實(shí)現(xiàn)這一目的。根據(jù)斜齒輪的設(shè)計(jì)方法，主要對(duì)斜齒輪的模數(shù)、螺旋角、法面壓力、端面壓力、齒距、直徑等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 （1）、從動(dòng)斜齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 模數(shù) mm 螺旋角 法面壓力角 端面壓力角 所以 基圓柱螺旋角 所以 法面齒距 mm 端面齒距 mm 法面基圓齒距 mm 法面齒頂高系數(shù) 法面頂隙系數(shù) 分度圓直徑 mm 基圓直徑 mm 齒頂高 mm 齒根高 mm 齒頂圓直徑 mm 齒根圓直徑 mm 法面齒厚 mm 端面齒厚 mm 當(dāng)量齒數(shù) (2)、主動(dòng)斜齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 模數(shù) mm 分度圓直徑 mm 基圓直徑 mm 齒頂圓直徑 mm 齒根圓直徑 mm 當(dāng)量齒數(shù) 其余參數(shù)均與從動(dòng)斜齒輪相同，兩齒輪的寬度均為5 mm，但主動(dòng)斜齒輪只需轉(zhuǎn)過1200，所以該斜齒輪只需設(shè)計(jì)成不完全齒輪。 3.2 鋼球與主﹑從動(dòng)錐輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 主要是通過計(jì)算主、從動(dòng)錐輪的工作直徑、兩錐輪間的軸向直徑、輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速?gòu)亩_定傳動(dòng)比，即變速范圍。以此來確定鋼球的工作直徑、轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍等參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 輸入功率 =0.4039 kw 其中： ，kg，kg，,， 輪胎直徑： mm（普遍自行車的直徑尺寸） 由力學(xué)知識(shí)可得：輪胎所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與鋼球摩擦所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)平衡 其中：mm ，，，Q為鋼球所受正壓力 代入數(shù)據(jù)可得： 根據(jù)材料力學(xué)元器件許用應(yīng)力參考可知傳動(dòng)件的[σj]=170～500 Mpa 帶入上式得： ，取 dq=25 mm，鋼球數(shù) 輸出轉(zhuǎn)速 n2==142.3 r/min 輸入轉(zhuǎn)速 n1=142.3/(0.75～1.22)=189.7～116.6 r/min 傳動(dòng)比 變速范圍 鋼球支軸的極限轉(zhuǎn)角θ 增速方向 減速方向 圓錐工作直徑 mm 鋼球中心圓直徑 mm 鋼球側(cè)隙 外環(huán)內(nèi)經(jīng) mm 外環(huán)軸向截面圓弧半徑 mm ,取 R=18 mm 錐輪工作圓之間的軸向距離 mm 3.3 輸入﹑輸出軸上軸承的選擇與計(jì)算 通過對(duì)輸入軸、輸出軸軸承的校核與壽命計(jì)算，選擇最佳的軸承。 （1）、輸入軸軸承的壽命計(jì)算 圖3-3.1 輸入軸軸承受力計(jì)算示意圖 N 軸承2被拉松 N N 軸承1被壓緊 N N 所以 軸承2的當(dāng)量載荷為 N 軸承1的當(dāng)量載荷為 N 所以 Lh1= ==1088 h Lh2== h （2）、輸出軸上軸承的壽命計(jì)算 圖3-3.2 輸出軸軸承受力計(jì)算示意圖 N 軸承2被拉松 N N 軸承1被壓緊 N N 所以軸承1的當(dāng)量載荷為 N 軸承2的當(dāng)量載荷為 N 所以 Lh1===1127.3 h Lh2== h 3.4 調(diào)速齒輪上變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算 槽的張角ψ=800～120 ,取ψ=900。 (1)、變速曲線槽的槽形曲線為圓弧，中心線上三個(gè)特殊點(diǎn) A，B，C的坐標(biāo)系（以 O為極點(diǎn)）分別為： 時(shí), mm 其中：（0.5～1.0）=（0.5～1.0）=15.5 mm I=1時(shí) ，ψB= ==49.460 mm 時(shí) ，, mm 圖3-4 變速曲線槽 (2)、用通過三點(diǎn)作圓弧的方法確定槽圓弧確定曲線半徑R和中心O” (3)、要求傳動(dòng)比Ix與齒輪轉(zhuǎn)角ψ呈線性變化時(shí)，槽形曲線方程為： R（ψ）=0.5D3+lsinθ =0.5D3+lsin｛arctan[]｝ =0.5×71.7+15.5sin｛arctan[]｝ =35.85+15.5sin(arctan) 3.5 輸入﹑輸出軸上端蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算 主要是對(duì)端蓋各尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算，端蓋密封圈的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 密封圈的設(shè)計(jì)如圖3-5.1所示 軸徑 mm ， mm ， mm ， mm 端蓋的設(shè)計(jì)及計(jì)算如圖3-5.2所示 圖3-5.1 密封圈 圖3-5.2 端蓋 mm mm mm mm mm ,取 4 mm mm D4=D–﹝10～15﹞ mm mm D6=﹝2～4﹞==32 mm mm , mm , mm 3.6 輸入軸、輸出軸的設(shè)計(jì)與校核 通過對(duì)軸上傳遞功率以及作用于錐輪上的正壓力的計(jì)算來確定軸的直徑尺寸大小，最后對(duì)軸進(jìn)行載荷計(jì)算、彎矩校核、鍵校核。 1）、輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （1）、輸入軸上傳遞的功率為 kw 轉(zhuǎn)速 n1=189.7～116.6 r/min ,取 n1=135 r/min 轉(zhuǎn)矩 T1=9550000=9550000×=28572 N·mm （2）、如圖所示，作用于錐輪的正壓力 Q 圖3-6.1正壓力計(jì)算示意圖 由前計(jì)算可知： ， 其中mm 所以 N 單個(gè)錐輪的軸向力 Fa=徑向力 N （3）、軸的最小直徑 選取軸的材料是40Cr，調(diào)質(zhì)處理，取A0=100，于是得： dmin = =100×=14.4 mm ，取 dmin=14.5 mm （4）、軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3-6,2 輸入軸 如圖3-6.2所示，Ⅰ-Ⅱ段裝飛輪，Ⅱ-Ⅲ段裝端蓋，Ⅲ-Ⅳ段裝軸承，規(guī)格是d1=17 mm，Ⅳ-Ⅴ段為軸肩，d=19.4 mm，Ⅴ-Ⅵ段裝軸承，規(guī)格d2=12 mm，Ⅵ-Ⅶ ,Ⅶ-Ⅷ段裝壓緊裝置以及裝錐輪。 (5)、軸上的載荷計(jì)算 Ⅱ-Ⅲ段不承受徑向載荷 兩軸承的距離為 mm 飛輪壓軸力方向線與軸承的距離為 mm 圖3-6.3壓軸力受力模型 壓軸力Fp 的計(jì)算 Fe=1000 v= 選定鏈條型號(hào)和節(jié)距 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》【1】表9-7，9-13，單排鏈 kw r/min由PCA和n’的值查《機(jī)械設(shè)計(jì)》【1】圖9-11，得可選10A-1，鏈條節(jié)距 mm 故 v==0.904857 m/s 所以 Fe==446.4 N 所以 n（鏈條水平布置時(shí)的壓軸力系數(shù)KFP=1.15） 所以 N 所以 n 計(jì)算最大彎矩 N.mm （6）、彎矩的校核 T=9550000=9550×=28572 N·mm σCA== =34.7 Mpa﹤[σ-1]=60 Mpa 鍵槽處軸的校核 W(c)===224.7 σ（AC）== 57.22 Mpa ＜[σCA]=60 Mpa （7）、鍵強(qiáng)度的校核 平鍵的尺寸為 ，鍵槽軸深 σp===147.8 Mpa≤ [σp]=120～150 Mpa 滿足條件 花鍵校核 σp=2T×103/(ψzhldm) 其中： ψ為載荷分配不均系數(shù)，取0.8 花鍵齒數(shù) 齒的工作長(zhǎng)度 mm 花鍵齒側(cè)的工作高度 mm 花鍵的平均直徑 mm σp===41.34 Mpa ≤ [σp]=40～70 Mpa 花鍵的連接情況是：使用或制造情況不良，齒面未經(jīng)熱處理，故滿足要求 2）、輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （1）、輸出軸上的傳遞功率為 kw 轉(zhuǎn)速 r/min 于是轉(zhuǎn)矩 T2= =9550000×=23311.9 N·mm （2）、作用于錐輪的正壓力 Q 由前計(jì)算可知： , 其中mm 所以Q= N 單個(gè)錐輪的軸向力 Fa=徑向力 （3）、初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料是40Cr，調(diào)質(zhì)處理，取A0=100，于是得： dmin = =100×=13.5 mm 取d=14.5 mm （4）、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3-6.4輸出軸 只有Ⅰ-Ⅱ段不一樣，輸出軸Ⅰ-Ⅱ段裝的是后輪軸。這樣設(shè)計(jì)便于統(tǒng)一加工。 （5）、求軸上的載荷 兩軸承的距離為 mm 壓軸力F合壓與軸承的距離為mm 圖3-6.5壓軸力受力模型 如圖3-6.5所示 F合壓===558.1 N N 所以 N N （6）、計(jì)算最大彎矩 N （7）、校核扭矩 所受扭矩： N·mm A處校核 σCA==52.3 Mpa ＜ [σCA] Mpa C出校核 W(c)===224.7 σ（AC）==41.5 Mpa ＜[σCA]=60 Mpa 故校核安全 （8）、鍵強(qiáng)度的校核 平鍵的尺寸為，鍵槽軸深 σp===26.8 Mpa ≤ [σp]=120～150 Mpa 滿足條件 花鍵校核σp=2T×103/(ψzhldm) 其中： ψ為載荷分配不均系數(shù)，取0.8 花鍵齒數(shù) mm 齒的工作長(zhǎng)度 花鍵齒側(cè)的工作高度 mm 花鍵的平均直徑 mm σp===29.99 Mpa ≤ [σp]=40～70 Mpa 花鍵的連接情況是：使用或制造情況不良，齒面未經(jīng)熱處理，故滿足要求 3.7 加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 加壓盤的作用直徑 = (0.5～0.6) × D1 = (0.5～0.6) × 54 = 27～32.4 mm 取 mm 滑動(dòng)摩擦角 加壓盤V形槽傾角 λ=arctan =14.850 傳動(dòng)鋼球的確接觸應(yīng)力為 σ=1353×=1353×=2251.35 Mpa ≦[σj] 每個(gè)鋼球作用在V形槽側(cè)面的正壓力 Qy= =651.6 N 用鋼球加壓裝置時(shí) σjmax=1370×=1370× =4865.6 Mpa ≤[σj] 其中：[σj]為4000～5000 Mpa 鋼球半徑 mm mm 碟形彈簧預(yù)緊力為200 N ,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示： 圖3-7.1加壓裝置 3.9 自行車無級(jí)變速器的安裝 無級(jí)變速器的輸出軸上安裝著自行車的后輪，輸入軸上安裝自行車的后飛輪，整個(gè)變速器位于后輪右側(cè)。變速器的主動(dòng)調(diào)速齒輪上安裝搖桿，該搖桿可以伸縮，這樣在不調(diào)速時(shí)保證搖桿空間尺寸較小。搖桿可轉(zhuǎn)動(dòng)1200，這樣可帶動(dòng)從動(dòng)調(diào)速論轉(zhuǎn)動(dòng)900,從而使自行車速度在最大速度和最小速度之間變動(dòng)。 1、4、7-端蓋 2-軸承 3-套筒 5-軸套 6-軸管 圖3-12 變速器安裝示意圖 自行車后輪與輸出軸的安裝方式如上圖所示，1、4、7端蓋是用來密封，保護(hù)軸承5的，普通自行車的后軸管和花盤是分開的，我這里把它們作成一個(gè)整體，即軸管6，與后軸用鍵連，軸套5的作用是軸向定位軸管，軸承2與軸采用過盈配合。 4 自行車變速器的調(diào)整與使用方法 4.1 自行車變速器的調(diào)整 以品牌SHIMANO DEORE LX雙控指撥為例，對(duì)自行車后輪上的兩枚螺絲（如下圖所示）進(jìn)行調(diào)試： H螺絲——用于定位在最大盤片時(shí)鏈條的位置。逆時(shí)針即旋出：前撥臂遠(yuǎn)離坐管；順時(shí)針即旋進(jìn)：前撥臂靠近坐管。 注意：逆時(shí)針（旋出）要掌握好尺度，太過，會(huì)導(dǎo)致鏈條脫盤，卡在曲柄與大盤之間。 L螺絲——用于定位在最小盤片時(shí)鏈條的位置。逆時(shí)針即旋出：前撥臂靠近坐管；順時(shí)針即旋進(jìn)：前撥臂遠(yuǎn)離坐管。注意：逆時(shí)針（旋出）要掌握好尺度，太過，會(huì)導(dǎo)致鏈條脫盤，卡在五通與小盤之間。 4.2.自行車變速器的使用方法 無極變速自行車是一種根據(jù)道路和阻力狀況，自行調(diào)整自行車傳動(dòng)速比和扭矩大小的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，不必用手或腳控制掛擋，自動(dòng)進(jìn)行無級(jí)變速，比傳統(tǒng)自行車的騎行效率有明顯的提高。 在普通的路上騎行時(shí)，前齒盤(由左邊的變速桿操作)固定在中間(或者最大齒盤)。只用后齒盤(由右邊的變速桿操作)比較容易理解。最小的前齒盤則上坡時(shí)使用。 后齒盤的齒輪比如何選擇好呢？這要由踩蹬的旋轉(zhuǎn)數(shù)來決定〔前齒盤(中軸)1分鐘的旋轉(zhuǎn)數(shù)〕。那么旋轉(zhuǎn)數(shù)多少較適合呢？要根據(jù)腳力、技巧、心肺機(jī)能不同而各異。一般70～80rpm 較合適。要加快速度時(shí)，開始時(shí)以較低的齒盤(后邊的較大的齒盤)起跑，隨著速度的加快換為高的擋次(后面的小齒盤)；上坡時(shí)速度會(huì)降低，降低齒輪比來保持一定的 踩蹬力度；順風(fēng)時(shí)會(huì)加快速度，提升齒輪比來保持一定的踩蹬力度。 山路上的變速：山路有上坡、下坡。后齒盤無法應(yīng)付路段的變化情況。需要改變前齒盤。只改變前齒盤時(shí)，齒輪比相差太大，因此后齒盤也隨著一起改變，以便減少差距(踩蹬的力度)。降低前齒盤時(shí)，提升后齒盤。提升前齒盤時(shí)，降低后齒盤。左右變速桿要同時(shí)起動(dòng)。 5 結(jié)論 本次自行車無級(jí)變速器的設(shè)計(jì)讓我深刻體會(huì)到了機(jī)械這個(gè)專業(yè)知識(shí)的高深與奧妙之處，并且通過近兩個(gè)月的實(shí)習(xí)更加讓我對(duì)機(jī)械行業(yè)充滿了興趣。在本次設(shè)計(jì)過程中不僅讓我學(xué)到了機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，通過實(shí)踐與知識(shí)結(jié)合，不僅提高了自己機(jī)械設(shè)計(jì)的整體綜合素質(zhì)，同時(shí)也使得自己對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更深的了解。總之，機(jī)械設(shè)計(jì)，是一門綜合性相當(dāng)強(qiáng)的技術(shù)課程，它融合了大學(xué)期間所學(xué)的課程。 在設(shè)計(jì)過程中存在的問題：（1）、對(duì)于一些零件的尺寸設(shè)計(jì)公式的理解與應(yīng)用不夠熟練；（2）、對(duì)于繪圖工具CAD的使用還不夠熟練。 進(jìn)一步研究的建議：對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得變速器的功能更加的優(yōu)化。 參考文獻(xiàn) [1]范崇洛主編.機(jī)械加工工藝學(xué).東南大學(xué)出版社,2009. 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[18]阮忠唐.機(jī)械無級(jí)變速器設(shè)計(jì)與選用指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999. 致謝 本文的完成得到來自各方面的指導(dǎo)與幫助，特別要感謝指導(dǎo)老師陳金蘭老師，在陳老師的悉心指導(dǎo)下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以按時(shí)的完成，也是老師的教導(dǎo)讓我通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)更加深入的了解了自己所學(xué)的這個(gè)專業(yè)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間雖然不長(zhǎng)，通過這次設(shè)計(jì)卻讓我更加鞏固了以往三年所學(xué)的知識(shí)，并且通過查閱各種資料，讓自己掌握了許多在課堂上沒有學(xué)到的一些新的專業(yè)知識(shí)，這些必將有利于我以后的工作。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這幾個(gè)月里，我深深的體會(huì)到，機(jī)械這個(gè)行業(yè)是非常考驗(yàn)一個(gè)人的耐心和細(xì)心的，有時(shí)候你需要查閱許多資料才能將一個(gè)知識(shí)點(diǎn)弄明白，才能繼續(xù)做設(shè)計(jì)，每一個(gè)公式每一次計(jì)算都要檢查好幾遍，一個(gè)點(diǎn)的錯(cuò)誤可能會(huì)影響到整個(gè)設(shè)計(jì)的計(jì)算，所以你畢業(yè)認(rèn)真仔細(xì)的做好每一個(gè)步驟。同時(shí)我也了解到，我們專業(yè)擁有一個(gè)龐大的知識(shí)體系，在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該要不斷擴(kuò)展閱讀，并且閱讀的同時(shí)還應(yīng)該加強(qiáng)思考，永遠(yuǎn)不要只滿足于課堂上的那點(diǎn)知識(shí)。再則，畫圖方面，我們用CAD制圖，這讓我熟悉了CAD的制圖方法，為我兩個(gè)月后走上工作崗位打下了一個(gè)好的基礎(chǔ)。 最后，再次感謝這個(gè)過程中給予我很大幫助的指導(dǎo)老師，感謝您耐心的為我修改設(shè)計(jì)和熱心的指導(dǎo)。 - 36 -