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譯文
滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第一部分:多階段動作產(chǎn)生
摘要
設(shè)計(jì)滑動塊曲柄機(jī)構(gòu)到完成多階段運(yùn)動產(chǎn)生應(yīng)用代表性地完成可通過可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動加速器,這一方法是被提出來了的。這個方法的好處有兩點(diǎn)：第一,多階段的規(guī)定剛體位置是可完成的利用一個機(jī)構(gòu)同較少數(shù)活動部分,它用的活動部分比那平面的四桿機(jī)構(gòu)要少。第二，在這階段滑動塊曲柄運(yùn)動加速器可以完成階段的規(guī)定剛體位置不需任何人工的或自動調(diào)整的它的運(yùn)動副。一滑塊路徑啟動曲柄運(yùn)動加速器到完成剛體位置的二階段是設(shè)計(jì)者利用第7項(xiàng)命令多項(xiàng)式去聯(lián)接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運(yùn)動產(chǎn)生器推桿連接的運(yùn)動副。這個多項(xiàng)式產(chǎn)生平滑平穩(wěn)徑向位移、速度、加速度和帶有轉(zhuǎn)角輪廓的邊界條件,這些是可以被呈現(xiàn)的。在本研究中例子問題是考慮一個二階段的運(yùn)動副轉(zhuǎn)動平面四桿的機(jī)構(gòu)裝置的調(diào)整。 2004 Elsevier 公司版權(quán)所有。
1.介紹
平面的四連桿機(jī)構(gòu)廣泛的被被用于機(jī)械系統(tǒng)和裝置。由于平面四桿機(jī)構(gòu)的平面運(yùn)動學(xué),平面的類型和連接軸方向,它可以是實(shí)際的設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)這些機(jī)構(gòu)（與大部分四桿空間機(jī)構(gòu)相比較）。 除此之外, 平面的四連桿機(jī)構(gòu)有一廣范系列的圖解式和解析設(shè)計(jì)和分析方法。
機(jī)構(gòu)分析中產(chǎn)生的問題要求一個剛體是通過一系列規(guī)定位置而被控制的.圖.1顯示了四連桿機(jī)構(gòu)可用于生產(chǎn)這個運(yùn)動通過制造那剛體作為它的耦合器連接的一部分。圖.2顯示了一部裝配機(jī)器的三個位置的運(yùn)動產(chǎn)生.理想耦合器的運(yùn)動只能由個別的離散的精確位置近似表示。由于一連接點(diǎn)只有一有限數(shù)的有效的尺寸,設(shè)計(jì)師可以只規(guī)定一有限數(shù)的精確點(diǎn)。一個四連桿機(jī)構(gòu)可以滿足直到五個規(guī)定位置由那運(yùn)動產(chǎn)生問題。然而,一個可調(diào)節(jié)的四連桿機(jī)構(gòu)可以滿足超過五個給定的位置用這一樣的硬件。一四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副可以用二種不同的方法來調(diào)整:可調(diào)曲柄／推桿長度（圖.3）和安裝曲柄／推桿聯(lián)桿調(diào)整（圖.4）。那可調(diào)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)可以供應(yīng)解決一般平面運(yùn)動（圖.5）兩個階段的方法。 如果在調(diào)整之后,一四連桿機(jī)構(gòu)在第一階段是被設(shè)計(jì)能達(dá)到達(dá)位置1，2和3,同相地、這同樣的接合在第二階段可以到達(dá)三個新的位置4,5和6。兩個階段的運(yùn)動可以利用一樣部件通過校準(zhǔn)一個或多個接合叁數(shù)來完成,接合可以在這些位置精確地產(chǎn)生運(yùn)動并且近似表示在其他的位置的運(yùn)動。連接器的真實(shí)運(yùn)動是精密位置被用愈較多,對理想的運(yùn)動也愈靠近。
圖.1 平面四桿機(jī)構(gòu) 圖.2 平面四桿卸栽機(jī)構(gòu)
圖.3 可調(diào)節(jié)長度的曲柄機(jī)構(gòu) 圖.4 固定長度的曲柄機(jī)構(gòu)
關(guān)于運(yùn)動的產(chǎn)生在可調(diào)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)的區(qū)域內(nèi),在已出版的作品里[1-19] 略微被限制。上述的工作包括包括 Ahmad和 Waldron的工作[1],他們發(fā)展一方法關(guān)于綜合處理一四連桿機(jī)構(gòu)同可調(diào)傳動裝置安裝。他們解決二個階段的問題用一最大量總數(shù)的五個位置。Tao和Krishnamoorthy[2]發(fā)明了繪圖的合成程序用尖頭產(chǎn)生可變耦合器彎曲。
圖.5 規(guī)定剛體位置的兩階段
Mcgovern和Sandor[ 3,4]提出了綜合處理可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)的功能和路徑生成利用合成物耦合器的方法。Funabashietal.[５]介紹一般方法到設(shè)計(jì)平面,球體和空間機(jī)構(gòu)哪個可以校準(zhǔn)的調(diào)整輸入/輸出關(guān)系。Shoup６設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)的存在于空間的滑動塊曲柄機(jī)構(gòu)被當(dāng)作可變的換置使用泵。 Cheun-chom 和 Kota[7]介紹了一般的方法關(guān)于合成可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)利用可調(diào)節(jié)的二數(shù)。Wilhelm８呈現(xiàn)了為可調(diào)節(jié)的四桿機(jī)構(gòu)的二相運(yùn)動產(chǎn)生問題的合成方法。Wangand Sodhi[9] 呈現(xiàn)了解決為那在每二時(shí)期中的二個階段的恰當(dāng)?shù)囊苿鱼q鏈的三個位置的問題。Russell和Sodhi[10,11] 最近有耐心的介紹這些方法為綜合處理可調(diào)節(jié)的空間的機(jī)構(gòu)對于多階段運(yùn)動產(chǎn)生,空間的RRSS機(jī)構(gòu)可以是綜合處理到完成階段的規(guī)定精確的剛體位置。最近Chang[12] 呈現(xiàn)了可調(diào)整四桿機(jī)構(gòu)用指定的切線速度產(chǎn)生圓形的弧。
如果存在過任何性能有關(guān)限制到那可調(diào)節(jié)的平面的四桿機(jī)構(gòu), 人工控制或自動控制是被要求完成所有的規(guī)定階段在多階段的申請。人工控制可能是耗費(fèi)時(shí)間的—尤其是如果那調(diào)整過程處于被涉及到的收上位置及機(jī)件控制被經(jīng)常地運(yùn)用。實(shí)現(xiàn)自動化調(diào)整能力可能使機(jī)制不實(shí)用從財(cái)務(wù)的立場來說-尤其當(dāng)操作和維護(hù)開支被考慮的時(shí)候。
對于一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動加速器它包含移動副和連接長度一起控制推桿連接而曲柄連接只能用移動副控制,一等效的滑動塊曲柄運(yùn)動加速器可以被設(shè)計(jì)成能完成多階段的規(guī)定剛體的位置。這種方法的好處是規(guī)定剛體位置的多個階段是可利用一機(jī)構(gòu)與較少數(shù)活動件就能實(shí)現(xiàn)的,它與那平面的四連桿機(jī)構(gòu)和那滑動塊曲柄運(yùn)動加速器相比較只用少數(shù)活動件就可以完成階段的規(guī)定剛體位置而不需要任何實(shí)際的或自動操作控制的它的移動副在這些階段中。
在這個一工作中,一種方法設(shè)計(jì)偏置曲柄運(yùn)動加速器實(shí)現(xiàn)一般地多階段運(yùn)動產(chǎn)生點(diǎn)樣可利用可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動加速器來完成是已經(jīng)被提出來了的。一滑塊路徑啟動曲柄運(yùn)動加速器到完成剛體位置的二階段是設(shè)計(jì)者利用第7項(xiàng)命令多項(xiàng)式去連接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運(yùn)動產(chǎn)生器推桿連接的移動副。推桿連接的移動副的徑向位移、速度、加速度和參數(shù)也被規(guī)定利用這個多項(xiàng)式的界限條件的情況
2.剛體規(guī)則和多階段運(yùn)動鏈鎖反應(yīng)
存在于這個工作中的滑塊曲柄運(yùn)動加速器設(shè)計(jì)法可適應(yīng)事實(shí)上任何多階段運(yùn)動鏈鎖反應(yīng)可利用的方法,那方法含有移動副的控制與安裝和可分別地調(diào)整曲柄和推桿長度。作者[10,11]發(fā)展了他們整個運(yùn)動階段鏈鎖反應(yīng)在這一個研究中被利用的方法。
那平面的四桿運(yùn)動加速器在圖圖.6是圖解說明了的。在本研究中、連線a0-a1的是表示曲柄而連線b0-b1表示搖桿。平面的四連桿機(jī)構(gòu)的桿a0-a1和桿b0-b1必須滿足那固定長條件因?yàn)樗陌惭b和移動副的連接軸要保持平行。給一固定支點(diǎn)b0和一移動的鉸鏈b1它們的長度條件等價(jià)于公式(1)當(dāng)用合成法合成平面的四連桿機(jī)構(gòu)的曲柄和從動件時(shí)[20,21]必須被滿足。
等式（1）可以被重新寫成等式（3）。在等式（3）里，變量R表示曲柄或從動件連桿的長度。這一個工作的一個目的是設(shè)計(jì)一個等效的滑動塊-曲柄運(yùn)動加速器作為一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動機(jī)構(gòu)。雖然平面的四連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄和從動件連桿兩者的運(yùn)動鉸鏈?zhǔn)强烧{(diào)整的,但只有動件連桿的長度可被調(diào)整（非那曲柄連桿)。 通過做這些,這個等效滑動塊曲柄運(yùn)動機(jī)構(gòu)是被設(shè)計(jì)成將會有一個固定曲柄連桿長度和一滑動塊路徑這就相當(dāng)于從動件連桿的調(diào)解。
圖.6 平面四桿運(yùn)動加速器及它剛體上的p、q、r點(diǎn)
（3）
方程（2）是一剛體位移矩陣,它是存在于空間的剛體位移矩陣[20,21]的矩陣與逆矩陣之乘積。為一剛體在適當(dāng)?shù)奈恢谩癷”和那之后的位置“j”制定坐標(biāo),矩陣 [ Dij]是一個變換矩陣要求變換坐標(biāo)從位置“i”到位置“j”變量 p,q和r在等式方程（2）中表示那剛體在二維空間的位置。雖然這一位置的二維空間位置是通常被描述為單個點(diǎn)和一位移角（例如: p和 ),作家選擇描述剛體使用三個點(diǎn)作為計(jì)算的目的。如果用戶喜歡描述那剛體利用傳統(tǒng)的的標(biāo)記,這個位移矩陣在方程等式（2）將被替換為簡單的平面剛體位移矩陣[20,21]。因?yàn)橛兴膫€變量（b0x、b0y、b1x,and b1y）,一個五個剛體位置的最大值可以被確定,不需要任意的選擇一參數(shù)作為其中的一階段（看表1）。
點(diǎn)p、q和r 將不會全部的落在各剛體位置的同一直性上.拿這個預(yù)防措施防止那些在剛體位移矩陣（方程等式（2））中的排變成成比例項(xiàng)的。有比例項(xiàng)的排,這些矩陣不能被倒置的。在表1里、給出了為可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動機(jī)構(gòu)規(guī)定的剛體位置的最大極限數(shù)目轉(zhuǎn)動曲柄和從動件連桿的固定和移動的鉸鏈的數(shù)目確定了剛體位置的最大極限數(shù)目。 這個例子問題在這個工作中，一個等效滑動塊曲柄是被設(shè)計(jì)成能完成一二相移動鉸鏈控制請求為一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動加速器。
在這二相中,可調(diào)整的移動鉸鏈例子的問題在這一個工作中,需要的未知數(shù)是 a0,a1,a1n,b0,b1和b1n，未知數(shù)a0 和 b0表示平面的四桿機(jī)構(gòu)繁榮固定支點(diǎn)。未知數(shù)a1,a1n,b1和b1n表示那移動鉸鏈在平面四桿機(jī)構(gòu)中的1階段和２階段。由于這些未知數(shù)的中間每一個有二組成物,則總共由12個變量來確定。
表1 可調(diào)的平面四桿機(jī)構(gòu)的規(guī)定剛體位置和各階段的變化
方程等式 (4)-(8), 是用來計(jì)算六個未知者中的五個在a0, a1和a1n 。這個變量a0x 和連桿長度R是確定了的。
方程等式 (9)-(13), 是用來計(jì)算六個未知者中的五個在b0, b1和b1n 。這個變量b0x 和連桿長度R1和R2是確定了的。
3.軌道鏈鎖反應(yīng)級
在前一單元描述了那多階段運(yùn)動鏈鎖反應(yīng)級方法之后,用戶可以用合成法合成一個平面的四桿運(yùn)動加速器和確定移動副的路徑。這個從動件連桿的運(yùn)動副的軌道必須以一種方式被連接的,這種方式以允許平滑的變位速度，加速度和 變換在確定運(yùn)動副的軌道之間。突然的或不連續(xù)的變化將最終導(dǎo)致滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機(jī)構(gòu)的過度磨損。這等效滑動塊曲柄運(yùn)動加速器的滑動塊路徑將由該從動件連桿的運(yùn)動副的路徑和連接他們的軌道組成。
在一可調(diào)節(jié)的四連桿機(jī)構(gòu)的操作期間由于在一個特別的階段,這轉(zhuǎn)動曲柄和從動件連桿的運(yùn)動副的半徑位置是固定的及這個運(yùn)動副半徑的速度,加速度和轉(zhuǎn)角是零。這同樣的適用在可調(diào)節(jié)的平面的四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副,固定連桿長度調(diào)整的期間 ,當(dāng)運(yùn)動副和連桿長度調(diào)整被考慮的時(shí)候,這運(yùn)動副的徑向位置，速度,加速度和轉(zhuǎn)角進(jìn)行從這連桿參數(shù)在前階段到這后階段連桿參數(shù)的變化。如果轉(zhuǎn)變曲線的產(chǎn)生是因?yàn)檫@從動件連桿,及這個曲線圖是分段的連接到這個從動件的移動副的曲線圖上的,這就相當(dāng)于這個階段前后的變化, 一個單一的滑動塊軌道的形成說明在這些階段之間的變化（或從動件連桿移動副的調(diào)整）。
一7次順序多項(xiàng)式[22,23]是要求確定這可調(diào)整的平面的四桿運(yùn)動加速器中從動件的運(yùn)動副的徑向位置，速度，加速度和轉(zhuǎn)角在這些階段的變化。
這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角邊界條件關(guān)于這個多項(xiàng)式是
在這一個工作中, R0是從動件連桿在階段一的長度（連桿b0 - b1)而Rf是從動件連桿在階段二的長度（連桿b0 -b1n）。這些約束確定了一線性集的八個方程等式與八個數(shù),它們的解答式是
4. 例問題
帶有固定轉(zhuǎn)動曲柄的可調(diào)整的平面四桿運(yùn)動加速器的兩個階段的運(yùn)動副的調(diào)節(jié)和從動件從動件長度在這一個斷面是被例證了的。在表2里是列出關(guān)于七個規(guī)定剛體位置的點(diǎn)p, q和r在X Y 座標(biāo)系中的座標(biāo)。
表2可調(diào)整的平面四桿運(yùn)動加速器規(guī)定剛體的位置
等式方程（4）-（8）用來計(jì)算六個未知者中的五個在a0、a1和a1n中。這可變的a0x和連桿長度R1是確定了的（a0x = 0而R1 = 1）利用下列初始值:
這平面的四連桿機(jī)構(gòu)解答表示為
圖.7 可調(diào)整的平面四桿運(yùn)動加速器和相應(yīng)規(guī)定剛體位置
圖.8 用合成法合成可調(diào)整的平面的四桿運(yùn)動加速器的運(yùn)動副的軌跡
等式方程.（9）-（13）是用來計(jì)算在 b 0 ， b 1 和 b 1n 中六個未知數(shù)中的五個。這可變的b0x和連接長度R1而R2是確定了的（b0x = 1.5、R1 = 1.5、R2 = 1.3）。利用下列初始估計(jì)：
這平面的四連桿機(jī)構(gòu)解答表示為:
利用這已計(jì)算了的值和運(yùn)動副的參數(shù),可調(diào)整的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動加速器的結(jié)果在圖.7里被說明.在本研究中一等效滑動塊曲柄加速器是被設(shè)計(jì)成平面的四桿運(yùn)動加速器的。
用合成法合成可調(diào)整的平面的四桿運(yùn)動加速器在階段一和階段二的開始和結(jié)束位置是被說明的在圖.8。 由于這曲柄連桿由一固定的長度的連桿的運(yùn)動副來控制, 這個
圖.9 等效滑動塊曲柄加速器和剛體的初始位置
滑塊徑向位移
曲柄的角位移
圖.10 合成法合成滑動塊曲柄運(yùn)動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向位移
連桿的運(yùn)動副的全部位置（a1經(jīng)過a4而a1n經(jīng)過[ D57] a1n）是位于同一條圓弧上的。而從動件連桿的運(yùn)動副的位置（b1穿過b4和b1n穿過[ D57] b1n）落在兩條不同的弧上（一個為一個階段）。為了完成等效滑動塊曲柄運(yùn)動加速器的滑動塊軌道,等式方程（14）是用來計(jì)算一連接從動件運(yùn)動副如在圖.8.的路徑。使用方程（14）和這規(guī)定邊界條件,滑動塊軌道在圖.9是可以被設(shè)計(jì)的?；瑒訅K軌道產(chǎn)生這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角輪廓這在圖.10–13中被說明了。
在表 3 列出是等效平面滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機(jī)構(gòu)的七個規(guī)定剛體位置點(diǎn)p ,q 和r在X Y 座標(biāo)系中的值。為了達(dá)到位置2,3 和4在表3中,連桿a0–a1需繞X軸分別旋轉(zhuǎn)到130,125和120。為了要在表 3 中達(dá)成位置 5,6 和 7,連桿a0-a1需繞X軸分別旋轉(zhuǎn)到100,95和90。在這兩個階段,曲柄轉(zhuǎn)角最初 135 是相對 X軸和剛體點(diǎn)坐標(biāo)在這個轉(zhuǎn)動曲柄的位置是表格3中位置 1 中是坐標(biāo)。
滑塊的徑向速度
曲柄的角位移
圖.11 合成法合成滑動塊曲柄運(yùn)動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向速度
滑塊的徑向速度
曲柄的角位移
圖.12 合成法合成滑動塊曲柄運(yùn)動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向加速度
曲柄的角位移
圖.12 合成法合成滑動塊曲柄運(yùn)動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向加速度
表3
圖.10–13說明了等效滑動塊曲柄運(yùn)動機(jī)構(gòu)徑向這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角(相對于轉(zhuǎn)動曲柄位移角）在階段1到階段2這其中的變化。這徑向速度，加速度和轉(zhuǎn)角的邊界條件（等式方程( 16– ( 18)和等式方程( 20) ( 22))是指定到零的,這是為了產(chǎn)生的速度，加速度和轉(zhuǎn)角輪廓與那外在變化的輪廓是相連的。這徑向位移輪廓邊界條件(等式方程。( 15)和( 19))是表示階段1和階段2從動件連桿的長度( R0 = 1.5和Rf = 1.3)，這也是為了形成的位移與那在外面變化的輪廓是連續(xù)的。
5.討論
由于被綜合的機(jī)械裝置所需要，在這一個工作中被呈現(xiàn)的滑件路徑設(shè)計(jì)方法因只有固定的和運(yùn)動副對可調(diào)整平面的四桿機(jī)械裝置對大部份的現(xiàn)有動作是可適用方法。雖然一個二個階段的移動副問題在這一個工作被例證,規(guī)定的剛體位置的另外時(shí)期能被插入。 通過計(jì)算那平面四桿機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)和移動副分別為附加的階段,和每個另外的階段另外的轉(zhuǎn)變路徑 (等式方程 (14)-(30)) 等效滑動塊曲柄運(yùn)動加速器可以被設(shè)計(jì)成能達(dá)到這個附加的階段。 雖然二維的空間的剛體的位置普遍被描述被一點(diǎn)和一個變位角 (p 和 h 舉例來說),作家選擇描述剛體使用三個點(diǎn)作為計(jì)算的目的。如果使用者偏愛描述使用的剛體傳統(tǒng)的標(biāo)記,位移矩陣在方程(2) 將會替換為這傳統(tǒng)的平面剛體被放置成矩陣[20,21]。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件將規(guī)定在這一個工作和數(shù)學(xué)軟件的機(jī)械裝置叁數(shù)用來計(jì)算機(jī)械裝置。這一個軟件使那能夠作成表規(guī)定和有計(jì)劃的叁數(shù)被四位有效數(shù)來表示。
6.結(jié)論
為滑件曲柄機(jī)構(gòu)的一個設(shè)計(jì)方法達(dá)成多階段動作鏈鎖反應(yīng)級請求的完成通過平面的四連桿機(jī)構(gòu)帶有可調(diào)整的運(yùn)動副是被呈現(xiàn)在這項(xiàng)研究中的。這種方法的好處是那使用它,規(guī)定剛體使用一機(jī)構(gòu)與較少數(shù)活動部分可完成的多階段位置,它用到的活動部分部分與平面的四連桿機(jī)構(gòu)相比較是少的。這一個方法的另一種利益是使用它,滑塊曲柄機(jī)構(gòu)能被設(shè)計(jì)達(dá)成規(guī)定剛體的各階段不需任何的人工的或自動操作控制它的運(yùn)動副在這些階段中。一滑塊路徑啟動曲柄運(yùn)動加速器到完成剛體位置的二階段是設(shè)計(jì)者利用第7項(xiàng)命令多項(xiàng)式去連接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運(yùn)動產(chǎn)生器推桿連接的移動副。例子問題在本研究中認(rèn)為一二階段的移動副調(diào)整可調(diào)整平面的四桿機(jī)械裝置。
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目錄
第一章緒論 1
§1.1??機(jī)械無級變速器的發(fā)展 1
§1.2 無極變速的傳動意義 1
§1.3 無級變速研究現(xiàn)狀 2
§1.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 3
第二章 無級變速器總體方案 5
§2.1菱錐錐輪式（Kopp-K）無級變速器的基本結(jié)構(gòu) 5
§2.2菱錐錐輪式機(jī)械特性、傳動效率 6
§2.3 方案的與比較 8
第三章 鋼錐錐輪式無級變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9
§3.1主要零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9
§3.2 加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
§3.3 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 13
§3.4 端蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
§3.5 Kopp-k變速器的調(diào)速操縱機(jī)構(gòu) 15
第四章 主要零件的校核 16
§4.1求軸上載荷 16
§4.2 軸承的校核 18
參 考 文 獻(xiàn) 19
機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 20
致謝 21
鋼錐錐輪式的無級變速器的傳動與設(shè)計(jì)
摘要:鋼錐輪式無級變速器的設(shè)計(jì)是在鋼球錐輪式（Kopp-K）無級變速器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是由瑞士人J.E.Kopp 發(fā)明的。剛錐錐輪式的變速器是一種結(jié)構(gòu)簡單的定軸摩擦輪系，而且菱錐的形狀是對稱的，變速過程中菱錐與主動輪、外環(huán)接觸點(diǎn)的連線總是與菱錐母線正交的，因而事傳動計(jì)算大為簡化。它具有變速范圍寬、傳動效率高、噪聲低、輸出轉(zhuǎn)速低、容量大和功率恒定的等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，目前已較多地應(yīng)用于車輛、拖拉機(jī)和工程機(jī)械、船舶、機(jī)床、輕紡化工業(yè)機(jī)器、起重機(jī)械和實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。世界上各先進(jìn)工業(yè)國均已對其系列化生產(chǎn)，并獲得了廣泛的應(yīng)用。本文首先介紹了無級變速器的發(fā)展概括，然后就剛錐錐輪式無級變速器的結(jié)構(gòu)、傳動原理以及變速原理進(jìn)行了分析與計(jì)算。
關(guān)鍵詞：剛錐無級變速器 傳動原理 計(jì)算 校核
Cone cone wheel of the CVT transmission and Design
Abstract：Cone wheel design is CVT ball cone wheel (Kopp-K) on the basis of continuously variable transmission developed, it was invented by the Swiss JEKopp. Cone Cone wheel of the transmission just a simple friction wheel fixed axis system, and the shape of diamond is symmetrical cone, the cone and speed the process of diamond wheel, outer contact point of the connection always Ling cone distance orthogonal and, therefore, greatly simplified the calculation do drive. It has a speed range, high transmission efficiency, low noise, low output speed, large capacity, and power advantages, such as a constant. So, now used in more vehicles, tractors and construction machinery, ships, machine tools, textile chemical industry, machinery, lifting machinery and laboratory equipment. The advanced industrial countries in the world have its series production, and received a wide range of applications. This paper describes the development of CVT general, and then just tapered cone CVT wheel structure, principle and variable speed drive principle is analyzed and calculated.
Key words: rigid cone CVT principles calculation check
第一章緒論
§1.1??機(jī)械無級變速器的發(fā)展
機(jī)械無級變速傳動是使機(jī)器的速度連續(xù)可調(diào)節(jié)并使其盡可能以最佳方式工作，滿足最佳工作需要的機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)。如今機(jī)械無極變速傳動不僅常常在紡織、食品造紙、印刷、橡膠、塑料等輕工業(yè)部門中應(yīng)用，而且也用于運(yùn)輸機(jī)械、工作母機(jī)（車床、磨床等）、化工機(jī)械（反應(yīng)罐、攪拌機(jī)、分離機(jī)等）、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械、工程機(jī)械上，就連儀器裝置、實(shí)驗(yàn)及航空、航天設(shè)備上都有所應(yīng)用。為了節(jié)能和簡化操縱，國外已將機(jī)械無級變速傳動應(yīng)用在汽車變速上。
國內(nèi)無級變速器是在20世紀(jì)60年代前后起步的，當(dāng)時(shí)主要是作為專業(yè)機(jī)械配套零部件，由于專業(yè)機(jī)械廠進(jìn)行仿制和生產(chǎn)，例如用于紡織機(jī)械的齒鏈?zhǔn)剑C(jī)械的多盤式以及切削機(jī)床的Kopp型無級變速器等，但品種規(guī)格不多，產(chǎn)量不大，年產(chǎn)量僅數(shù)千臺。直到80年代中期以后，隨著國外先進(jìn)設(shè)備的大量引進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動流水線的迅速發(fā)展，對各種類型機(jī)械無級變速器的需求大幅度增加，專業(yè)廠才開始建立并進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，國外現(xiàn)有的幾種主要類型結(jié)構(gòu)的無級變速器，在國內(nèi)皆有相應(yīng)的專業(yè)生產(chǎn)廠及系列產(chǎn)品，年產(chǎn)量約10萬臺左右，初步滿足了生產(chǎn)發(fā)展的需要。與此同時(shí)，無級變速器專業(yè)協(xié)會、行業(yè)協(xié)會及情報(bào)網(wǎng)等組織相繼建立。定期出版網(wǎng)訊及召開學(xué)術(shù)信息會議進(jìn)行交流。自90年代以來，我國先后制定的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共14個：
我國紡織工業(yè)系統(tǒng)自1960年開始對PIV型鏈?zhǔn)綗o級變速器進(jìn)行了仿制，已系列生產(chǎn)多年。1975年開始，國內(nèi)有關(guān)機(jī)床研究所及高等院校，研制成功了Kopp-B、Kopp-K、FU等型號無級變速器，曾經(jīng)在萬能銑床和車床上安裝使用過。1985年國內(nèi)生產(chǎn)擺線減速器的有關(guān)工廠，自日本一進(jìn)了多盤式（Beier）無級變速器。1986以來，國內(nèi)高等院校、研究機(jī)關(guān)床廠、齒輪廠研制成功了行星無級變速器（XYZW型、RX型、SC型等），并已投入小批量生產(chǎn)。至今，國內(nèi)各類機(jī)械無級變速器年產(chǎn)量已達(dá)兩萬臺以上，生產(chǎn)和研究此類產(chǎn)品的工廠、研究所和高等院校已有百余家，逐漸形成了與電動機(jī)組成為一個整體不見的新型機(jī)械行業(yè)。
§1.2 無極變速的傳動意義
無極變速傳動是指在某種控制作用下，是機(jī)器的輸出軸轉(zhuǎn)速可在兩個極值范圍內(nèi)的連續(xù)變化的傳動方式。而無級變速器是這樣的一種裝置，它具有主動和從動兩根軸，并通過能傳遞轉(zhuǎn)矩的中間介質(zhì)（固體、流體、電磁流）把兩根軸直接或間接地聯(lián)系起來，以傳遞動力。當(dāng)對主、從動軸的聯(lián)系關(guān)系進(jìn)行控制時(shí)，即可使兩軸間的傳動比發(fā)生變化(在兩極值范圍內(nèi)連續(xù)而任意地變化)。用固體作為中間介質(zhì)的變速器稱為機(jī)械無級變速器。它和定傳動比傳動及有級變速傳動（他只有有限的幾種傳動比）相比，能夠根據(jù)工作需要在一定范圍內(nèi)連續(xù)變換速度，以適應(yīng)輸出和外界負(fù)荷變化的要求；因而在現(xiàn)代機(jī)械傳動領(lǐng)域內(nèi)占有重要地位。
無極變速傳動主要用于下列場合:
1.工藝參數(shù)的多變的機(jī)器，例如，通用機(jī)床因工件和刀具的材料、尺寸及切削性能的不同，具有變速范圍（輸出軸的最高與最低速比值）Rb=50~100d的傳動，以便按不同的工藝參數(shù)合理的工作速度。
2.要求轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的機(jī)器，例如，端面車床、漿紗機(jī)、薄膜制造機(jī)、連續(xù)水洗機(jī)和干燥機(jī)等，要求以恒定的線速度車削端面或卷退繞線材，以保證良好的表面光潔度或恒張力的機(jī)械。
3.探求最佳的工作速。
4.協(xié)調(diào)幾臺機(jī)器或一臺機(jī)器的傳動系統(tǒng)中幾個運(yùn)動單元之間的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。
5.緩速起動和便于越過共振區(qū)等，對于具有大慣性或帶負(fù)載起動的機(jī)器采用無級變速傳動后，可以在很低的轉(zhuǎn)速下啟動。
6.實(shí)現(xiàn)機(jī)械的模擬計(jì)算，主要用于各種運(yùn)算機(jī)構(gòu)，如摩擦球式向量分解機(jī)構(gòu)、微分機(jī)構(gòu)及積分機(jī)構(gòu)等。
7.有振動和沖擊、帶負(fù)載起動以及負(fù)載條件惡劣的場合。
由上可見：采用無級變速傳動有利于簡化變速傳動方案、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、合理利用動力和節(jié)約能源（根據(jù)導(dǎo)在汽車與拖拉機(jī)上采用了主、從動軸上分別裝有速度反應(yīng)器和轉(zhuǎn)矩反應(yīng)器的帶式自動調(diào)速變速器后，可節(jié)約燃料約8.99%）和實(shí)現(xiàn)遙控及自動控制。同時(shí)也減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度。
§1.3 無級變速研究現(xiàn)狀
隨著我國在基礎(chǔ)設(shè)施和重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目上的投入加大，重型載貨車在市場上的需求量急劇上升，重型變速箱的需求也隨之增加,近年來，重型汽車變速器在向多極化、大型化的方向發(fā)展. 現(xiàn)在，我國已經(jīng)對變速箱的設(shè)計(jì)，從整機(jī)匹配到構(gòu)件的干涉判別和整個方案的模糊綜合判別，直到齒輪、離合器等校核都開發(fā)了許多計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件，但是，大都沒形成工業(yè)化設(shè)計(jì)和制造，因此，還需要進(jìn)一步加強(qiáng).我過的汽車技術(shù)還需要進(jìn)一步發(fā)展.
?隨著科技的不斷進(jìn)步，CVT技術(shù)的不斷成熟，汽車變速箱最終會由CVT替代手動變速箱（MT）和有級自動變速箱（AT），無級變速汽車是當(dāng)今汽車發(fā)展的主要趨勢,但是, 中國還沒有掌握全套的汽車自動變速箱技術(shù)，也就還沒有形成市場所需成熟的汽車自動變速箱產(chǎn)品。有人主張直接從國外引進(jìn)先進(jìn)的汽車自動變速箱技術(shù)，不料國外所有相關(guān)公司都想直接從國外把汽車自動變速箱產(chǎn)品銷售到中國市場或者在中國建立獨(dú)資企業(yè)就地生產(chǎn)銷售產(chǎn)品，不愿與中國的企業(yè)合作開發(fā)生產(chǎn)獲取高額壟斷利潤。
重型汽車變速器是指與重型商用車和大型客車匹配的變速器, 盡管在行業(yè)中對變速器的容量劃分沒有明確的界限, 但我們通常將額定輸入扭矩在100kgm以上的變速器稱為重型變速器。國內(nèi)重型車變速器產(chǎn)品的技術(shù)多源于美國、德國、日本等幾個國家,引進(jìn)技術(shù)多為國外80～90 年代的產(chǎn)品。作為汽車高級技術(shù)領(lǐng)域的重型汽車變速器在國內(nèi)通過漫長的引進(jìn)消化過程,如今已有長足的進(jìn)步,能夠在原有引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過改型或在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上自行開發(fā)出符合配套要求的新產(chǎn)品,每年重型車變速器行業(yè)都能有十幾個新產(chǎn)品推向市場。但從當(dāng)今重型車變速器的發(fā)展情況來看,在新產(chǎn)品開發(fā)上國內(nèi)重型車變速器仍然走的是一般性的開發(fā)過程,沒有真正的核心技術(shù)產(chǎn)品; 從國內(nèi)重型變速器市場容量來看, 有三分之一的產(chǎn)品來自進(jìn)口, 而另外三分之二的產(chǎn)品中有80 %以上的產(chǎn)品均源自國外的技術(shù),國內(nèi)自主開發(fā)的重型變速器產(chǎn)品銷量很小。這說明國內(nèi)重型變速器廠家的自主開發(fā)能力仍然很薄弱,應(yīng)對整車新車型配套產(chǎn)品的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。2004 年年初我國出臺城市車輛重點(diǎn)發(fā)展13. 8m客車上使用的變速器, 目前只有ZF 一家能向國內(nèi)企業(yè)供應(yīng)。這足以說明國內(nèi)的重型車變速器企業(yè)仍然很渺小,在技術(shù)方面仍然有很長的路要走。國內(nèi)重型汽車變速器幾乎由陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司、綦江齒輪傳動有限公司、山西大同齒輪集團(tuán)有限責(zé)任公司及一汽哈爾濱變速箱廠等幾大家包攬。這些企業(yè)大多數(shù)變速器產(chǎn)品針對的市場各有側(cè)重, 像陜西法士特在8t 以上重型車市場占有率達(dá)到40 %以上, 并且在15t 以上重卡市場占有絕對的優(yōu)勢, 擁有85 %以上的市場份額; 綦江齒輪傳動有限公司主要為安凱、西沃、亞星奔馳、桂林大宇及廈門金龍等企業(yè)的7～12m高檔大、中型客車以及總質(zhì)量在14～50t 重型載貨車、鞍式牽引車、自卸車及各式專用車、特種車配套;山西大同齒輪集團(tuán)配套市場主要在8～10t 級的低噸位重型載貨車方面.隨著國內(nèi)汽車市場的發(fā)育成長, 變速器產(chǎn)品型譜逐步細(xì)化,產(chǎn)品的針對性越來越強(qiáng)。因此,在保證現(xiàn)有變速器生產(chǎn)和改進(jìn)的同時(shí), 要充分認(rèn)識到加入WTO 后良好的合作開發(fā)機(jī)遇,取長補(bǔ)短,同時(shí)更應(yīng)認(rèn)識到供方、買方、替代者、潛在入侵者、產(chǎn)品競爭者的巨大壓力。要緊跟重型商用車行業(yè)向高檔、高技術(shù)含量和智能化方向發(fā)展的趨勢, 緊跟客車低地板化、綠色環(huán)保化、城市公交大型化的發(fā)展方向,開發(fā)和生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適合我國國情的重型汽車變速器。
§1.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求
由于機(jī)械無級變速器自身的特點(diǎn)已不能完全適應(yīng)各種機(jī)械的工況要求，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，又出現(xiàn)了電力調(diào)速技術(shù)和液壓調(diào)速技術(shù)。在電力調(diào)速技術(shù)中，由于直流調(diào)速技術(shù)的設(shè)備復(fù)雜，成本高，維護(hù)困難等不足，促使人們尋求一種更為先進(jìn)的調(diào)速方式，即交流調(diào)速技術(shù)的研發(fā)已逐步取代了直流調(diào)速技術(shù)的使用。交流電動機(jī)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但其最大的缺點(diǎn)是調(diào)速困難。
隨著社會化大生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)制造技術(shù)的日益復(fù)雜，對生產(chǎn)工藝的要求進(jìn)一步提高，這就要求生產(chǎn)機(jī)械能夠在工作速度、定位精度、快速啟動和制動、控制靈活性和自動化水平等方面達(dá)到更高水平，力求既能夠具有良好的驅(qū)動性能，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作最優(yōu)化，同時(shí)也能夠把人們從繁重的體力勞動中解放出來。因此，人們努力尋找解決交流電動機(jī)調(diào)速難的問題，從而出現(xiàn)了更先進(jìn)的變頻調(diào)速、伺服控制調(diào)速等新技術(shù)。交流變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)是壓頻比一定的變頻調(diào)速方法。目前變頻調(diào)速控制器主要采用以下控制結(jié)構(gòu):交一交變頻和交一直一交變頻，變頻控制可分為兩類:脈沖幅值調(diào)節(jié)方式(PAM)和脈寬調(diào)制方式(PWN)，后一種是目前變頻控制中應(yīng)用最多的一種方式。這兩種控制方式基本上是基于異步電動機(jī)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，其運(yùn)行動態(tài)性能指標(biāo)不高，只能適用于一般工況，對于動態(tài)性能要求提高的應(yīng)用場合又出現(xiàn)了交流矢量控制技術(shù)。近十年來，除交流變頻調(diào)速外，交流伺服控制異軍突起，其應(yīng)用已日益廣泛。由于伺服系統(tǒng)在矢量控制的基礎(chǔ)上，通過電動機(jī)上的轉(zhuǎn)子位置檢測元件，對轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，使得整個系統(tǒng)具有非常高的動態(tài)響應(yīng)特性，其調(diào)速范圍、輸出力矩等均大大優(yōu)于普通變頻系統(tǒng)。交流伺服調(diào)速方式是當(dāng)今最為先進(jìn)的無級變速技術(shù)，其公認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)使其必將成為日后調(diào)速控制的主要手段。隨著其控制性能的日益完善，特別是信息技術(shù)等諸多功能的開發(fā)順應(yīng)了傳動系統(tǒng)控制自動化的歷史潮流，因此它必將成為未來調(diào)速技術(shù)的主流。在不斷追求更先進(jìn)、更高效的新型調(diào)速技術(shù)的同時(shí)，需要注意其性能價(jià)格比問題。因此，機(jī)械調(diào)速技術(shù)在一些簡單的、要求不高的單機(jī)、手動調(diào)速工況中仍占有一席之地。所以未來的機(jī)械式無級變速器要求能夠高效地傳遞功率，有較大的變速范圍，調(diào)速性能穩(wěn)定且運(yùn)行平穩(wěn)。采用齒輪嚙合或桿件組合實(shí)現(xiàn)無級變速是機(jī)械式無級變速器今后發(fā)展的一個方向，因?yàn)檫@種類型的無級變速器可以實(shí)現(xiàn)無摩擦，高效地傳遞大功率，變速平穩(wěn)，壽命長，變速范圍大且結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。
設(shè)計(jì)要求：輸入功率P=2kw，輸入轉(zhuǎn)速n=1500rpm，調(diào)速范圍R=10；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使制造成本盡可能低；安裝拆卸要方便；外觀要勻稱，美觀；調(diào)速要靈活，調(diào)速過程中不能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)動態(tài)無級調(diào)速；關(guān)鍵部件滿足強(qiáng)度和壽命要求；畫零件圖和裝配圖。
第二章 無級變速器總體方案
§2.1菱錐錐輪式（Kopp-K）無級變速器的基本結(jié)構(gòu)
1.傳動原理 如上圖所示，主要傳動元件為3～8個沿周向均布的菱錐4，各菱錐兩端有心軸9插入支架11的相應(yīng)孔中并可繞支架轉(zhuǎn)動，菱錐內(nèi)、外兩側(cè)分別與主從動輪3和從動環(huán)8壓緊進(jìn)行傳動。主動輪3和從動環(huán)8分別通過鋼球v形槽自動加壓裝置2和7與輸入軸1、輸出軸5聯(lián)接。
工作時(shí)，輸入軸1經(jīng)自動加壓裝置2帶動套在軸1上的主動輪3，通過壓緊產(chǎn)生的摩擦力傳動菱錐4和從動環(huán)8，再經(jīng)自動加壓裝置7傳到輸出軸5.
在主、從動兩側(cè)采用兩套自動加壓裝置是為了適應(yīng)輸入、輸出進(jìn)行反向傳動，保證傳動件免受過大的壓緊力，提高傳動效率和壽命，而且加壓動作靈敏。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
（1）Kopp-k變速器的輸入軸與輸出軸位于同一軸線上，采用了中間體并列分流的傳動結(jié)構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、單位體積的承載能力大。
調(diào)速機(jī)構(gòu)是螺桿10及固接于支架11的螺母。調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)動螺桿，通過螺母支架11帶著菱錐4作水平移動，從而改變了菱錐內(nèi)、外側(cè)與主動輪3和從動環(huán)8的接觸位置及工作半徑，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。
2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
Kopp-k變速器的輸入軸與輸出軸位于同一軸線上，采用了中間體并列分流的傳動結(jié)構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、單位體積的承載能力大。
菱錐的形狀是對稱的，兩側(cè)錐體的接觸母線A和B平行，而且相對與輸入和輸出的傾斜安裝。因?yàn)榱忮F與主動輪和外環(huán)接觸點(diǎn)連線ab在變速過程及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終與母線A、B垂直，所以主動輪上和外環(huán)作用在菱錐上的壓緊力Q1.Q2互相抵消，菱錐及其心軸不受彎曲力矩的作用。這樣菱錐的心軸和菱錐之間的滾針軸承幾乎沒有摩擦力消失。
菱錐母線與水平軸線的交角很小，通常取因輸入和輸出軸的軸承上受到的力軸向力很小，僅為法向總壓緊力的1/8（）因此，傳遞大功率時(shí)軸承負(fù)載不嚴(yán)重。
采用了兩套鋼球v形槽自動加壓裝置，保證了傳動件不會受到不必要的、過大的預(yù)壓緊力，對提高傳動效率與壽命有利.由于槽升角較大，而摩擦副處所需要的軸向壓緊力又較小，因此加壓裝置的動作特別靈敏，抗沖擊能力也較強(qiáng)。
由于結(jié)構(gòu)對稱，變速器可以正反使用。目前，國外生產(chǎn)的中小型Kopp-k無級變速器是與電動機(jī)直接連接的，傳動部靠飛濺潤滑；而較大功率者則有風(fēng)扇冷卻，并用油泵進(jìn)行強(qiáng)迫潤滑。油泵的排油端裝有高靈敏度的流量開關(guān)，當(dāng)排油量下降時(shí)，他立即使主電機(jī)停止。為了適應(yīng)廣大起動轉(zhuǎn)矩和沖擊負(fù)載的條件。在電機(jī)與變速器之間裝有磁粉離合器。
主要零件的材料和精度。
殼體和端蓋用高級鑄鐵完成，支架和從動輪則用球鑄墨鐵完成，它們均需在粗加工后進(jìn)行退火處理，以防因溫度變化和年久而引起的精度下降。
§2.2菱錐錐輪式機(jī)械特性、傳動效率
3. 機(jī)械特性 由于Kopp-k變速器輸出側(cè)加壓裝置的有效工作直徑dp2很大，而且外環(huán)與菱錐內(nèi)接觸，因此可滿足低速大轉(zhuǎn)矩的工作要求，能用于恒功率的傳動場合。其典型的輸出特性曲線如上圖所示。對于同一臺Kopp-k變速器而言，選取不同的輸出轉(zhuǎn)速范圍時(shí)，其所對應(yīng)的傳動功率和轉(zhuǎn)矩也不相同。
4.傳動效率 由于輸入和輸出軸的軸承所受的軸向力很小個傳動的部分能夠進(jìn)行充分潤滑。固其傳動效率可高達(dá)80～93%。其典型的效率曲線如上圖所示由圖可見：在中間輸出轉(zhuǎn)速比輸入轉(zhuǎn)速（0.3~1.25）具有較高的傳動效率。
使用性能 由于變速器采用了兩套自動加壓裝置，避免了傳動間過大的預(yù)緊力。在額定功率時(shí)，傳動間的接觸應(yīng)力一般不超過16000kg/cm2，小于材料的許用接觸應(yīng)力，而且傳動件均采用高硬度的軸承制成，疲勞的破壞可能性很小。因而使用壽命很高。
這種變速器靠支架水平移動來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，調(diào)速機(jī)構(gòu)簡單、操作方便、手輪操作力矩很小，一般為1.5～4.4kgf-cm。輸出轉(zhuǎn)速可用刻度盤直接讀出。4采用了分冷裝置和油封等保護(hù)的環(huán)節(jié)，因此無需特別留心防塵，出補(bǔ)充指定的潤滑油和定期換油外，機(jī)械部分無需調(diào)整。
§2.3 方案的與比較
剛錐錐輪式式無級變速器結(jié)構(gòu)很簡單，且使用參數(shù)更符合我們此次設(shè)計(jì)的要求，但由于在調(diào)速過程中，怎樣使鋼環(huán)移動有很大的難度，需要精密的裝置，顯得不合理。而鋼球外錐式無級變速器的結(jié)構(gòu)也比較簡單，原理清晰，各項(xiàng)參數(shù)也比較符合設(shè)計(jì)要求，故選擇此變速器。只是字選用此變速器的同時(shí)須對該裝置進(jìn)行部分更改。須更改的部分是蝸輪蝸桿調(diào)速裝置部分。因?yàn)槲沂沁x用了8個鋼球，曲線槽設(shè)計(jì)見第三章，一個曲線槽跨度是900，也就是說從最大傳動比調(diào)到最小傳動比，需要使其轉(zhuǎn)過900，而普通蝸輪蝸桿傳動比是1/8，那么其結(jié)構(gòu)和尺寸將完全不符合我們設(shè)計(jì)的要求。為此，我想到了將它們改為兩斜齒輪傳動，以用來調(diào)速。選用斜齒輪是因?yàn)樾饼X輪傳動比較平穩(wěn)。在設(shè)計(jì)過程中，將主動斜齒輪的直徑設(shè)計(jì)成從動斜齒輪的3/4，這樣只要主動輪轉(zhuǎn)動1200，那么從動輪就會轉(zhuǎn)動900，符合設(shè)計(jì)要求。
第三章 鋼錐錐輪式無級變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
§3.1主要零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
(1) 已知輸入功率P=2kw,Rb=10 輸入轉(zhuǎn)速n=1500r/min
所以
輸出轉(zhuǎn)速：
（2） 所以應(yīng)選用K4型：
菱錐的工作高度h=55mm
菱錐個數(shù) z=6
主動輪的工作直徑D2=115mm
外環(huán)的工作直徑D2=224.2
接觸線長度b=2mm
調(diào)速手輪操作力矩M=1.9
傳動件有關(guān)尺寸的計(jì)算
菱錐心軸傾斜角
錐定半角
菱錐母線與水平軸線的交角
菱錐長度
菱錐最大直徑
菱錐最小直徑
菱錐最小與最大工作直徑、由于表3-13所推薦之及，
故、應(yīng)按下式計(jì)算
菱錐的母線有效工作長度
菱錐沿心軸方向的移動量
支架水平移動量
支架凸緣間距
菱錐的孔徑
按所算的尺寸校核運(yùn)動參數(shù)；
菱錐的轉(zhuǎn)速
計(jì)算加壓裝置的有關(guān)尺寸
輸入側(cè)加壓裝置：
鼓形滾子中心圓直徑
鼓形滾子的直徑
鼓形滾子的個數(shù)
槽傾角
輸出側(cè)加壓裝置
鋼球中心圓直徑
鋼球直徑與個數(shù)
槽傾角
接觸強(qiáng)度計(jì)算
菱錐與主動盤的接觸點(diǎn)
菱錐與外環(huán)的接觸點(diǎn)
當(dāng)量曲率半徑
正壓力
接觸應(yīng)力
菱錐與主動盤的接觸處 =13000.1N
菱錐與外環(huán)接觸處
§3.2 加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算
鋼球式自動加壓裝置它由加壓盤4，加壓鋼球3，保持架2，調(diào)整墊圈7，蝶形彈簧6和摩擦輪與加壓盤相對端面上各有的幾條均布的V行槽。每個槽內(nèi)有一個鋼球，中間以保持架2保持鋼球的相對位置。摩擦輪與加壓盤之間還有預(yù)壓碟行彈簧并襯以調(diào)整墊圈。改變調(diào)整墊圈的厚度，即可調(diào)整彈簧的變形量及預(yù)壓力。如下圖下圖3-1所示
圖2-1 鋼球V行槽式加壓裝置
2.加壓裝置的主要參數(shù)確定
加壓盤作用直徑
式中D1——錐輪直徑。
加壓盤V行槽的槽傾角
式中 ——錐輪錐頂半角；
f—— 錐輪與鋼球的摩擦系數(shù)。
應(yīng)此
加壓盤V行槽傾角
取=
加壓鋼球按經(jīng)驗(yàn)公式取得
=
驗(yàn)算接觸強(qiáng)度均不足，故改用腰型滾子8個，取滾子軸向截面內(nèi)圓弧半徑=8cm，橫向中間截面半徑r=0.8cm?，F(xiàn)驗(yàn)其強(qiáng)度：
每個加壓滾子上法向壓緊力
=288.85kgf
曲率系數(shù)
由表得=0.8182，查得，帶入公式得加壓盤處的最大接觸應(yīng)力為
=24583
工作應(yīng)力在許用接觸應(yīng)力范圍之內(nèi)并有富裕，可以考慮用6個加壓滾子，應(yīng)此，我用6個加壓滾子。
§3.3 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
軸上零件的定位
為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向東相對運(yùn)動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置所以我采用定位軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和螺母等來保證。
由設(shè)計(jì)要求知道，輸入功率p=2kw，
初步確定軸的最小軸徑
先按公式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號鋼，調(diào)制處理。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，取，于是得：
輸入軸
聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩.考慮到轉(zhuǎn)矩變化較小
輸出軸
應(yīng)此，我取輸入，輸出軸端最小軸徑相同，同為25mm，根據(jù)最小軸徑根據(jù)公式，計(jì)算出應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014——2003，選取了彈性柱銷聯(lián)軸器
初步選擇滾動軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，選取了深溝球軸承，
深溝球軸承GB/T276-1944
大軸承的尺寸：d=32mm ， D=55mm ， B=13mm ，=38.4mm，
球數(shù)=11 ，球徑=7.144， =47.7mm 。
小軸承的尺寸：d=30mm ， D=42mm ，B=7mm ，=33.2mm
球徑=3.5mm ， 球數(shù)=18 =47.7mm
§3.4 端蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算
端蓋的寬度由變速器及軸承的結(jié)構(gòu)來決定，使其適合拆裝及便于對軸承添加潤滑脂的要求，及兩端的端蓋相同。
§3.5 Kopp-k變速器的調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)
Kopp-k變速器是通過將菱錐支架作為水平移動來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的，因此，其調(diào)速結(jié)構(gòu)十分簡單。通常采用齒輪-齒條或螺旋機(jī)構(gòu)，并可用手動、或自電動、液動和氣動或自動控制等方式來進(jìn)行調(diào)速。輸出轉(zhuǎn)速可以有刻度盤或操縱手柄上的計(jì)數(shù)器直接讀出。
第四章 主要零件的校核
§4.1求軸上載荷
中間軸的載荷分析圖如下圖14所示
圖 14 中間軸的載荷分析
從軸的結(jié)構(gòu)以及彎矩和扭矩圖可以看出D是軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)計(jì)算出各受力截面的MH、MV及M的值列于下表。
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
FNH1=2839.6N , FNH2=721.6N
FNV1=1033N , FNV2=258N
彎矩M
MH1=71604.2N.mm MH2=321725N.mm
MV1=25707.3N.mm MV2=108235.95N.mm
總彎矩
M1 = = 74567.4N.mm
M2= = 328326.4N.mm
扭矩T
T2=227950N.mm
從軸的結(jié)構(gòu)以及彎矩和扭矩圖可以看出D是軸的危險(xiǎn)截面。
5、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面D）的強(qiáng)度。軸的計(jì)算應(yīng)力按公式計(jì)算。
取 =0.6，
==57.6MPa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得=60MPa，因此，故安全。
1.如圖上的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出截面處的及M的值如下表
彎矩扭合成應(yīng)力校核軸端強(qiáng)度
=18.6MPa
前已經(jīng)選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，由表查得。
所以 ，故安全。
疲勞強(qiáng)度的校核
查表得：
材料靈敏性系數(shù)為
有效應(yīng)力集中系數(shù)為：
尺寸系數(shù)，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為：
得綜合系數(shù)為
又由表得碳鋼的特性系數(shù)
取=0.1
取=0.05
于是，計(jì)算安全系數(shù)按公式得
故可知安全。
§4.2 軸承的校核
按手冊選擇C=61800N的軸承
應(yīng)此軸承的基本額定靜載荷=38000N。驗(yàn)算如下：
求相對軸向載荷對應(yīng)的e值與Y值。相對軸向載荷為，在表中介于0.07～0.13之間，相對應(yīng)的e值為0.27～0.31，Y為1.6～1.4。
用線性插值法求Y值。
X=0.56，Y=1.597
3） 求當(dāng)量動載荷
4） 驗(yàn)算軸承的壽命：
所以安全。
參 考 文 獻(xiàn)
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4、成大先主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.第四版.第2卷 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002(1)
5、唐保寧，高學(xué)滿主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造簡明手冊 . 同濟(jì)大學(xué)出版社
6、花家壽主編 . 新型聯(lián)軸器與離合器 . 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1989
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機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)
機(jī)械制造技術(shù)是研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工制造、銷售使用、維修服務(wù)乃至回收再生的整個過程的工程學(xué)科,是以提高質(zhì)量、效益、競爭力為目標(biāo),包含物質(zhì)流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。隨著社會的發(fā)展,人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質(zhì)量要高檔、使用要方便、價(jià)格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務(wù)要好、要滿足人們越來越高的要求,就必須采用先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)。
在設(shè)計(jì)過程中，解決各種技術(shù)問題的時(shí)候，設(shè)計(jì)可以是持續(xù)不斷的，也可以是一次終結(jié)的。在設(shè)計(jì)時(shí)間有限的情況下，所設(shè)計(jì)的計(jì)器或課題的復(fù)雜程度及勞動用量近年來顯著增大了。因此廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代應(yīng)當(dāng)以良好的方法為支柱。它在某種條件下可以分為下列主要階段：（1）提出課題；（2）選擇并優(yōu)化解決的問題的方案；（3）草圖設(shè)計(jì)；（4）技術(shù)設(shè)計(jì)，編制工作文件；（5）對試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：（6）修改技術(shù)文件并送交最終設(shè)計(jì)。
隨著畢業(yè)的時(shí)間一天一天的臨近，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。在我不斷的努力下，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢是業(yè)設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識的大概總結(jié)，但是真的面對畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的想法基本錯誤的。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識太理論化了，面對單獨(dú)的課題的是感覺很茫然。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，使我感觸良多：需要學(xué)習(xí)的地方還有很多，不僅僅在學(xué)習(xí)上，在生活中做事也如此，更要注重理論與實(shí)踐的結(jié)合。在此要感謝我的導(dǎo)師和專業(yè)老師，是你們的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。
?
致謝
終于在我的不懈的努力下，畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了。從開始直到設(shè)計(jì)基本完成，我有許多感想。這是我們比較獨(dú)立的在自己的努力下做一個與課程相關(guān)的設(shè)計(jì)。首先要多謝老師給我們的這個機(jī)會，還要感謝諸多同學(xué)的幫助。我深切的感覺到，在這次設(shè)計(jì)中也暴露出我們的許多薄弱環(huán)節(jié)，很多學(xué)過的知識不能靈活應(yīng)用，在這次作業(yè)后才漸漸掌握，以前學(xué)過的東西自己并不是都掌握了，很多知識都已很模糊，經(jīng)過這次設(shè)計(jì)又回憶起來了。
盡管這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間是漫長的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握了離心泵的工作原理以及的設(shè)計(jì)步驟和機(jī)械密封;也不僅僅對制圖有了更進(jìn)一步的掌握;Auto CAD ,Word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn),沒有感性的認(rèn)識,空有理論知識,有些東西很可能與實(shí)際脫節(jié).總體來說,我覺得做這種類型的設(shè)計(jì)對我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進(jìn).有時(shí)候,一個人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會更完美。
最后，向在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程提供指導(dǎo)和幫助的老師其他相關(guān)人員表示崇高的敬意，謝謝你們！
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