自行車無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)【含17張CAD圖紙和說(shuō)明書】,含17張CAD圖紙和說(shuō)明書,自行車,無(wú)級(jí),變速器,設(shè)計(jì),17,cad,圖紙,以及,說(shuō)明書,仿單 自行車無(wú)級(jí)變速器 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題目： 自行車無(wú)級(jí)變速器 學(xué) 院 姓 名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 班 級(jí) 指導(dǎo)教 摘 要 無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)方式是指在某種控制的作用下，使機(jī)器的輸出軸轉(zhuǎn)速可在兩個(gè)極值范圍內(nèi)連續(xù)性變化。然而，無(wú)級(jí)變速器是這樣的一種裝置，它具有主動(dòng)軸和從動(dòng)軸，并能通過(guò)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(lái)，以傳遞動(dòng)力。當(dāng)對(duì)主、從動(dòng)軸的聯(lián)系關(guān)系進(jìn)行控制時(shí)，即可使兩軸間的傳動(dòng)比發(fā)生變化（即在兩極值范圍內(nèi)連續(xù)而任意地變化）。 本設(shè)計(jì)在分析各種無(wú)級(jí)變速器和無(wú)級(jí)變速自行車的基礎(chǔ)上，把鋼球式無(wú)級(jí)變速器（XB型）進(jìn)行部分改裝，從而形成了自行車的無(wú)級(jí)變速裝置。該裝置通過(guò)八個(gè)鋼球利用摩擦力將動(dòng)力進(jìn)行輸入和輸出，用兩根鋼繩拉伸調(diào)速，從而使自行車在0.8～1.25之間進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)級(jí)變速器被用于自行車方面可以大大改善自行車的使用性能，方便廣大消費(fèi)者使用。 關(guān)鍵字: 無(wú)級(jí)變速自行車；無(wú)級(jí)變速器；調(diào)速 Abstract Have no the class gearbox spread to mean under the function that is a certain to control, make the exportation stalk of machine turn soon can at two pole is worth the continuous variety in the scope of spread a way.But have no class gearbox is such a kind of device, it has active with from move two stalks, and can pass to deliver the middle of turning the Ju to lie quality(the solid, fluid and electromagnetism flows) to contact two stalks directly or indirectly to deliver power.When to lord, from move an axial contact relation to carry on a control, can immediately make spreading of 2 compare occurrence variety.(be worth to change in a row but at will inside the scope in two poles). Based on the analysis of various CVT and CVT bikes,in this dissertation ,we change some parts of the Kopp-XB CVT forming a new kind of CVT used to the bicycle .They are used to input or output the power through the friction and a pair of wire cable is also used to adjust the speed, so the speed can change between 0.8 and 1.25.This research shows that when the CVT are used in the bicycle ,they can significant improve the performance of bike so that all customers can use it convenient. Keyword: CVT bike ；CVT（Constant Variable Transmission）；Speed control. II 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒 論 1 1.1 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的特征和應(yīng)用 1 1.2 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的分類 2 1.3 研究的目的和意義 3 1.4 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì) 3 2 自行車無(wú)級(jí)變速器總體方案的選擇 5 2.1 鋼環(huán)分離錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器 5 2.2 鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器 6 2.3 兩方案的比較和選擇 7 3 鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器部分零件的 8 3.1 鋼球與主、從動(dòng)錐輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 3.2 加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 12 3.3 調(diào)速輪上變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算 13 3.4 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15 3.5 輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 22 3.6 自行車無(wú)級(jí)變速器的安裝 25 4 結(jié) 論 27 參 考 文 獻(xiàn) 28 5 致謝 29 1 1 緒 論 1.1 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的特征和應(yīng)用 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器是這樣的一種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力裝置即：當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速為某一定值時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整傳遞轉(zhuǎn)矩的中間機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速在一定范圍里面連續(xù)性變化。調(diào)速機(jī)構(gòu)、變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和加壓裝置以及輸出機(jī)構(gòu)是機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的四大主要機(jī)構(gòu)。 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、傳動(dòng)效率較高，恒功率機(jī)械特性、滑動(dòng)率小等是機(jī)械無(wú)級(jí)變速器具有的主要優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗哂械倪@些優(yōu)點(diǎn)，從而它可以更好的滿足各種各樣的機(jī)械工作條件要求和關(guān)于對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要，可以更好的適應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化和自動(dòng)化的要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)便宜、維修方便等也是它所具備的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械無(wú)級(jí)變速器它適用于很多領(lǐng)域，它可應(yīng)用到生活中的非常多行業(yè)，有在P輸入不發(fā)生變化的條件下，當(dāng)f工作阻力發(fā)生大小變化時(shí)從而需要通過(guò)調(diào)整n（轉(zhuǎn)速）的大小來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的T(驅(qū)動(dòng)力矩)者（比如食品行業(yè)中的攪拌機(jī)械，即需要隨著攪拌物料的f（阻力）、μ（粘度）增大而能相應(yīng)的降低攪拌V（速度））；有為得到恒定的工作V(速度)或F(張力)時(shí)而需要調(diào)整n(轉(zhuǎn)速)大小者（比如紡織機(jī)械中的漿紗機(jī)需要調(diào)節(jié)n以確保恒定的F）；有為尋求最優(yōu)結(jié)果而需要通過(guò)對(duì)V(速度)調(diào)整者（比如對(duì)機(jī)械離心機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)而需要通過(guò)對(duì)V速度進(jìn)行調(diào)整從而獲得最佳的分離效果）；有為節(jié)約能源從而需要對(duì)V(速度)進(jìn)行調(diào)整者（如風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)等）；此外，還有為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或者程序控制的效果而需要通過(guò)按各種規(guī)律或不規(guī)律變化調(diào)節(jié)V（速度）等。 綜上所述，我們可以從中知道假如在減速傳動(dòng)中采用無(wú)級(jí)變速器與之配合將可以使它的變速范圍和輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步擴(kuò)大，這樣的話將實(shí)現(xiàn)能量最大利用率和使之更好的達(dá)到各種工作條件的要求，使效果達(dá)到最好。機(jī)械無(wú)級(jí)變速器它可以使產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量得到很大的提高，對(duì)能源損耗具有非常好的減少作用，可以達(dá)到產(chǎn)品變換所要的要求，并且對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等各方面都具有很明顯的促進(jìn)作用。無(wú)級(jí)變速器在紡織、包裝、輕工、機(jī)床、化工、起重運(yùn)輸?shù)V山冶金、機(jī)床、食品、電工、工程、農(nóng)業(yè)、國(guó)防及試驗(yàn)等各類機(jī)械產(chǎn)業(yè)都具有廣泛的應(yīng)用，它也逐漸成為一種基本的傳動(dòng)形式。 1.2 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的分類 機(jī)械無(wú)級(jí)變速器可分為鏈?zhǔn)?、摩擦式、脈動(dòng)式和帶式四大類。 a．鏈?zhǔn)綗o(wú)級(jí)變速器：變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪以及套在它們上面的鋼制撓性鏈，主要通過(guò)摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，摩擦力鋼制撓性鏈條的工作平面（左右兩側(cè)面）與作為鏈輪的兩錐盤接觸來(lái)產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，則等價(jià)于使得傳動(dòng)比r發(fā)生連續(xù)性變化，則只需要通過(guò)改變兩錐盤的d（軸向間距）來(lái)調(diào)整它們與鏈的接觸位置從而使R(工作半徑)發(fā)生變化。 由此可見，一般的利用鏈與鏈輪嚙合的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和該變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是不一樣的。制造有淺齒槽在錐盤接觸面上的滑片鏈變速器是現(xiàn)在應(yīng)用最廣、最旗本的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，淺齒槽可以使它具有使張緊力與滑動(dòng)率減少的作用，這主要還是因?yàn)樗c鏈條接觸時(shí)可以形成準(zhǔn)嚙合式。 b．摩擦式無(wú)級(jí)變速器：該變速器主要是可以通過(guò)對(duì)主動(dòng)元件和從動(dòng)元件在接觸處的摩擦力的利用進(jìn)行傳動(dòng)，并且通過(guò)使它們?cè)诮佑|處的工作半徑的改變，因?yàn)榻佑|處的速度是相等的，而它們的工作半徑不同，從而使的它們的角速度不同，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 但這種類型的變速傳動(dòng)它又被叫為牽引傳動(dòng)，因?yàn)樗瞬粏螁慰梢酝ㄟ^(guò)對(duì)摩擦力f的利用，還可以通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油膜牽引力加壓設(shè)計(jì)利用進(jìn)行傳動(dòng)。但是事實(shí)上，牽引傳動(dòng)現(xiàn)實(shí)情況下只有當(dāng)它處于液體潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，但一般變速器大多數(shù)都只是處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不了液體潤(rùn)滑狀態(tài)的條件要求，所以摩擦力f還是它的最主要的用于傳動(dòng)的力。。 c．脈動(dòng)式無(wú)級(jí)變速器：變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由3~5根連接桿機(jī)構(gòu)組成，或者是由凸輪與連桿和齒輪等機(jī)構(gòu)的組合而成，它的工作原理和連桿機(jī)構(gòu)的工作原理是相同的，當(dāng)然為了使輸出軸了獲得可以連續(xù)的旋轉(zhuǎn)引得，從而使無(wú)級(jí)變速得到實(shí)現(xiàn)，輸出機(jī)構(gòu)（比如超越離合器）的配置也是必不可少的。 d．帶式無(wú)級(jí)變速器：該變速器和鏈?zhǔn)阶兯倨骶哂泻芏嗟南嗨频牡胤剑?，它的變速傳?dòng)機(jī)構(gòu)是主要包括由作為主動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪的面對(duì)錐盤和張緊在它上的傳動(dòng)帶。它的工作原理：為了實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，則等價(jià)于使得傳動(dòng)比r發(fā)生連續(xù)性變化，則只需要通過(guò)改變兩錐盤的d（軸向間距）來(lái)調(diào)整它們與鏈的接觸位置從而使R(工作半徑)發(fā)生變化。 1.3 研究的目的和意義 如今，社會(huì)發(fā)展已經(jīng)開始由工業(yè)社會(huì)向后工業(yè)社會(huì)、信息社會(huì)進(jìn)行過(guò)渡， 人們對(duì)“以人為本”、為人服務(wù)的宗旨越來(lái)越引起重視，因此，現(xiàn)在更加應(yīng)該強(qiáng)調(diào)在以人為主體的前提條件下再結(jié)合當(dāng)代現(xiàn)實(shí)情況下人們的衣食住行等一切生產(chǎn)活動(dòng)和在生活中的各種綜合習(xí)慣，再在人機(jī)工程學(xué)的合理基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)各種機(jī)械零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究開發(fā)。自行車無(wú)級(jí)變速器是應(yīng)該在符合人機(jī)工程學(xué)，以人為本的前提下研究設(shè)計(jì)出來(lái)的。所有的設(shè)計(jì)都離不開生活這個(gè)話題，生活的需求是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的來(lái)源也是動(dòng)力，所以應(yīng)該在滿足人類需要和順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展這個(gè)方向?qū)ψ孕熊嚐o(wú)級(jí)變速器系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。 要想贏得市場(chǎng)，贏得消費(fèi)者的內(nèi)心，那么就必須得設(shè)計(jì)出這個(gè)時(shí)代所需要的產(chǎn)品，所以現(xiàn)在的企業(yè)要想在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)力如此之大的社會(huì)占有一席之地，那么它就必須得順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，滿足人們的需要，堅(jiān)持以人為本，研究設(shè)計(jì)出更為人們所喜愛的變速傳動(dòng)系統(tǒng)。毫無(wú)疑問(wèn)，自行車企業(yè)行業(yè)應(yīng)加大對(duì)自行車內(nèi)變速系統(tǒng)的發(fā)展力度，從而提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 1.4 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容：為了設(shè)計(jì)出最佳的方案，以男式自行車的各種參數(shù)和特點(diǎn)為設(shè)計(jì)前提，再之從中選出最恰當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比r，并通過(guò)對(duì)幾種方案的對(duì)比和選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案；還有就是對(duì)自行車無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算；并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度和壽命校核。 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)要求：傳動(dòng)比范圍0.8～1.25；因?yàn)樽孕熊嚤旧淼奶攸c(diǎn)與現(xiàn)實(shí)情況，則必須得設(shè)計(jì)的變速器尺寸要盡量小，輕便；出于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的情況在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使制造成本盡可能低；安裝拆卸要方便可行；要有勻稱，美觀的外形；要有靈活的調(diào)速，絕對(duì)不能再調(diào)整速度過(guò)程中一定不能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)級(jí)調(diào)速；還必須對(duì)關(guān)鍵部件滿足強(qiáng)度和壽命要求；畫零件圖和裝配圖。 1-1 總裝配圖 2 自行車無(wú)級(jí)變速器總體方案的選擇 自行車無(wú)級(jí)變速方式形式多樣，在此，我只挑選其中的兩種方案以作參考，對(duì)此進(jìn)行比較，從而選出最優(yōu)方案。鋼環(huán)分離錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器和鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器是我根據(jù)該設(shè)計(jì)的需要所想的比較合理的兩種方案，分別描述如下。 2.1 鋼環(huán)分離錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器 圖2-1 鋼環(huán)分離錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器 如上圖所示，環(huán)錐式無(wú)級(jí)變速器這是一種在早期生產(chǎn)應(yīng)用的變速器，它主要依靠鋼環(huán)的彈性楔緊作用自動(dòng)加壓而無(wú)需加壓裝置。由于采用兩軸線平行的長(zhǎng)錐替代了兩對(duì)分離輪，并且通過(guò)移動(dòng)鋼環(huán)來(lái)進(jìn)行變速，所以結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單?？梢?yàn)樗哂蟹蛛x錐的錐度較小，故它的變速范圍比較小。 RC型變速器它是屬于升、降速型變速器，它的機(jī)械特性如下圖所示。技術(shù)參數(shù)為：傳動(dòng)比變速比輸入功率 kw ，輸入轉(zhuǎn)速 ,傳動(dòng)效率η＜85% 。主要用于用于機(jī)床和紡織機(jī)械等. 下圖是RC型變速器的機(jī)械特性： 圖2-2 RC型變速器的機(jī)械特性 2.2 鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器 1、9 輸入，輸出軸 2、3、4 加壓裝置 5、7 主從動(dòng)錐輪 6 傳動(dòng)鋼球 8 調(diào)速輪 圖2-3 鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器 如圖所示，輸入軸1使機(jī)械動(dòng)力傳入，通過(guò)自動(dòng)加壓裝置2，3，可以帶動(dòng)主動(dòng)錐輪輪5進(jìn)行同速轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過(guò)一組（6個(gè)）鋼球6利用摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)錐輪7，再通過(guò)自動(dòng)加壓裝置驅(qū)動(dòng)輸出軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)輸出。傳動(dòng)鋼球的支承軸心軸的兩端，嵌裝在支持盤和調(diào)速輪8的徑向弧行槽內(nèi)，并穿過(guò)調(diào)速輪8的曲線槽；通過(guò)調(diào)速輪上的兩根鋼繩的拉伸從而帶動(dòng)調(diào)速輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)。使支持鋼球的心軸的軸線的傾斜角發(fā)生變化是由于曲線槽的作用，造成鋼球與兩錐輪的r改變，從而造成輸入輸出的轉(zhuǎn)速比發(fā)生連續(xù)性變化。其動(dòng)力范圍為： 此種變速器應(yīng)用廣泛。 8組曲線槽均勻分布在從動(dòng)調(diào)速輪8的端面上，故鋼球也有8個(gè)，因?yàn)榍€槽上安裝心軸，心軸上再放一個(gè)鋼球，故曲線槽數(shù)與鋼球數(shù)相等。阿基米德螺旋線又稱為等速曲線，故該曲線槽形即為阿基米德螺旋線，因?yàn)榘⒒椎侣菪€很難加工出來(lái)和畫出來(lái)，它也可以近似的用圓弧代替。當(dāng)拉動(dòng)調(diào)速輪上的兩根鋼繩的時(shí)候從而可以帶動(dòng)調(diào)速輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而迫使傳動(dòng)鋼球軸心軸繞鋼球6的軸心線擺動(dòng)，傳動(dòng)輪5以及從動(dòng)輪7與鋼球6的接觸半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。如下圖所示： 圖2-4 鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器變速示意圖 2.3 兩方案的比較和選擇 結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，使用參數(shù)較滿足我們這次設(shè)計(jì)的要求是鋼環(huán)分離錐式(RC型)無(wú)級(jí)變速器所具有的特點(diǎn)，但是可能在調(diào)整速度的過(guò)程中，想到將如何使鋼環(huán)移動(dòng)具有很大的難度，必須利用精密的裝置，假設(shè)這種裝置在自行車應(yīng)用，這將使得成本會(huì)大大的提高，故明顯不合理。 結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，清晰明了的原理，比較符合設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)參數(shù)，且鋼球轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不需要增加精密的裝置，緊湊、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，加工方便則是鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器的優(yōu)點(diǎn)，所以可選擇此變速器。只是選用在這種變速器裝置上還需要對(duì)該裝置進(jìn)行部分更改。 8個(gè)鋼球是我們選用的，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四冊(cè)可以查到關(guān)于曲線槽參數(shù)的設(shè)計(jì)，一個(gè)曲線槽跨度是900，也就是說(shuō)自行車從最大傳動(dòng)比調(diào)到最小傳動(dòng)比，需要將其轉(zhuǎn)過(guò)900，我們想到了將它們改為鋼繩拉伸使得調(diào)速輪傳動(dòng)，以用來(lái)調(diào)速。但拉鋼繩時(shí)將使得調(diào)速輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)鋼繩拉長(zhǎng)80mm（0.25*π*d）時(shí)，調(diào)速輪將轉(zhuǎn)動(dòng)90度，符合設(shè)計(jì)要求。 3 鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器部分零件的 鋼球內(nèi)錐式無(wú)級(jí)變速器的零件設(shè)計(jì)和計(jì)算主要涉及主﹑從動(dòng)錐輪，加壓盤，調(diào)速齒輪上變速曲線槽，輸入軸，輸出軸等部分的設(shè)計(jì)和計(jì)算，以下分別介紹以上內(nèi)容。 3.1 鋼球與主、從動(dòng)錐輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1.1 確定校核功率與轉(zhuǎn)速 設(shè)計(jì)的無(wú)級(jí)變速器的變速范圍是：0.8～1.25； 采用：額定輸入轉(zhuǎn)速 n1=100 r/min； 額定輸出轉(zhuǎn)速n2 =n1*（0.8～1.25）=80～125 r/min； 輪胎直徑：d1=560 mm； 騎車人的質(zhì)量：m人=65 kg； 自行車的質(zhì)量：m車=20 kg； 用來(lái)校核。 則輸出速度 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知；自行車輪胎是橡膠輪胎，它與混凝土地面的摩擦因素 則最大輸出功率： = = 305.7 無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)效率查表可?。? 則最大輸入功率： 則選用 校核 3.1.2 求傳動(dòng)參數(shù) 圖3-1 無(wú)級(jí)變速器的幾何尺寸 由傳動(dòng)比I=0.8～1.25 可求鋼球支軸的極限轉(zhuǎn)角 θ （取錐輪錐角α=45ο） 增速方向 θ1=|α-arctan Imax|=|45ο-arctan 1.25|=6.34ο 減速方向 θ2=|α-arctan Imin|=|45ο-arctan 0.8|=6.34ο 傳動(dòng)比 變速比 鋼球轉(zhuǎn)速 3.1.3 鋼球直徑dq的確定 鋼球直徑dq（mm）按點(diǎn)接觸強(qiáng)度計(jì)算： ① 因?yàn)樽孕熊囎兯倨鲬?yīng)該盡量體積小，則應(yīng)使鋼球的體積盡量小，則鋼球選用個(gè)數(shù)在正常工作的情況下應(yīng)盡量多選，現(xiàn)取鋼球數(shù)z=8； 由《機(jī)械無(wú)級(jí)變速器》書中表1.10-5可取 =2.05 選鋼球材料為GCr15，由表1.10-4可取 μ=0.1 ； 則由： 查表1.10-1可知： 則根據(jù)線性法則可得： 取 而由上可知P1=0.4KW，η變=0.86，n1=100 r/min，Imin =0.8 由上數(shù)據(jù)帶入①式可得： 選取dq=30mm，鋼球數(shù)z=8; 3.1.4 主要幾何尺寸 鋼球間距必須大于0，即： 則 可得 可取D1=110 mm；此時(shí)： 則主從動(dòng)錐輪的工作直徑 ； 鋼球的中心圓直徑 內(nèi)環(huán)工作直徑 錐輪距 圖3-2 主從動(dòng)錐輪 3.2 加壓盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 加壓盤的直徑 取 加壓鋼球直徑 mm 取鋼球=10mm ，，取鋼球個(gè)數(shù)m=8個(gè) 加壓盤V形槽升角： 則 : 每個(gè)鋼球受到的軸向壓緊力 ： 鋼球壓緊的強(qiáng)度（MPa）： （其中） 蝶形彈簧預(yù)緊力為200N （一般為100N～500N）,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示： 圖3-3 加壓裝置 圖3-4 加壓裝配圖 3.3 調(diào)速輪上變速曲線槽的設(shè)計(jì)與計(jì)算 槽的張角為 ，取 。 變速曲線槽的槽形曲線應(yīng)為阿基米德螺旋線，但也可用圓弧代替，當(dāng)選用圓弧計(jì)算時(shí)，中心線上三個(gè)特殊點(diǎn)A、B、C的極坐標(biāo)（以O(shè)為極點(diǎn)）分別為： 當(dāng)，； （其（取=10），則?。? 當(dāng)時(shí)， 當(dāng) 時(shí) 用通過(guò)三點(diǎn)作圓弧的方法確定槽圓弧曲線的半徑R和中心 要求傳動(dòng)比與調(diào)速輪轉(zhuǎn)角呈線性變化，則槽形曲線方程為： = （其中：= =（）） 由時(shí)， 則可取調(diào)速輪 圖3-5 調(diào)速論 3.4 輸入軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.4.1 由上可知：輸入軸上傳遞的功率為 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩 3.4.2 求作用于錐輪的正壓力Q 如圖所示， 圖3-6 正壓力計(jì)算示意圖 由力學(xué)平衡知識(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)相等，則可得平衡方程： 由上數(shù)據(jù)帶入可得：=18962Nmm 單個(gè)錐輪上受到的軸向力=徑向力=632sin 3.4.3 初步確定軸的最小直徑 先按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表38.3-1初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，又知軸為空心軸，則根據(jù)表38.3-2，取=110，由，最小顯然是在Ⅰ-Ⅱ和Ⅷ-Ⅸ 取=0.87，此時(shí)=1.3，于是得： 則可取=24mm 則根據(jù)，可知=20.88mm 又因?yàn)樵冖?Ⅱ和Ⅷ-Ⅸ裝有軸承，根據(jù)自行車現(xiàn)在所用軸承大多數(shù)是深溝球軸承，則在此處選用深溝球軸承61800，其尺寸為,固合理 則主軸在此處的直徑為10mm。 3.4.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.4.4.1 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3-7 輸入軸 3.4.4.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1） 由上可知取=24mm，在Ⅰ-Ⅱ，Ⅱ-Ⅲ分別裝有軸承61800和飛輪，飛輪與軸配合的轂孔長(zhǎng)度=10mm,而B=5mm，則可取=18mm 2） 為了滿足飛輪的軸向定位要求，Ⅱ-Ⅲ軸段右端需制出一軸肩，故取 Ⅲ-Ⅳ段的直徑=28mm（軸肩高h(yuǎn)=（0.007~0.1）d=（1.68~2.4），取h=2mm），左端用圓螺母定位。 3） 初步選擇滾動(dòng)軸承，因軸承主要承受徑向力而只承受少量軸向力，故選用單列深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)=28mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承61806型，其尺寸為，故=30mm，=7mm。右端采用軸環(huán)定位，軸肩高度h=（0.007~0.1）d=（2.1~3）mm，現(xiàn)取h=2.5mm。則軸環(huán)處直徑=35mm，而軸環(huán)寬度b 1.4h=3.5mm?，F(xiàn)取=4mm。 4） 軸承端蓋的總寬度為8mm（由無(wú)級(jí)變速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與飛輪右端面間距離L=12mm。故取=20mm。 5） 由上可知加壓盤處的直徑=66mm，安裝厚取為14mm。故可取安裝加壓盤處軸段=28mm，=14mm。 6） Ⅶ-Ⅸ段需安裝碟形彈簧和錐輪（摩擦輪）還有軸承，應(yīng)略小于，且在上安裝的蝶形彈簧應(yīng)選用序列C，其尺寸為。故取=25.4mm。錐輪（摩擦輪）的厚度）選用10mm，調(diào)整墊圈厚取為4mm，而錐輪與加壓盤之間還有加壓鋼球，且=10mm，則Ⅶ-Ⅸ段應(yīng)略大于10+2+10=22mm，可取=25mm。 3.4.4.3 軸上零件的周向定位 飛輪與軸的周向定位采用平鍵連接。加壓盤與軸的周向定位采用花鍵連接，錐輪（摩擦輪）空套在軸上。按=24mm，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為8mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇飛輪輪轂與軸的配合為；而加壓盤與軸的連接采用矩形花鍵連接，根據(jù)=28mm，=14mm，選用花鍵尺寸為，長(zhǎng)取L=10mm 滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 3.4.4.4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中表15-2，取軸端倒角為1.0mm，各各軸肩的圓角半徑通過(guò)參考表15-2，和便于加工原則，都選取R=1.0mm。 3.4.5 求軸上載荷 軸向主要承受徑向載荷作用，故可用徑向載荷來(lái)校核 左右兩端軸承的距離為18+20+7+4+14+25-5=83mm 飛輪壓軸力方向與左端軸承的距離為18- - =10.5mm 圖3-8 壓軸力受力模型 3.4.5.1 計(jì)算壓軸力 選定鏈條型號(hào)和節(jié)距 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-11,9-13，單排鏈 =100r/min 由和的值查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-11，的可選10A-1，鏈條節(jié)距p=15.875 mm 故 所以 所以 (鏈條水平布置時(shí)的壓軸力系數(shù)) 3.4.5.2 求軸上最大彎矩 由平衡方程可得 則 則 計(jì)算最大彎矩 3.4.6 校核扭矩 3.4.7 鍵強(qiáng)度的校核 平鍵的尺寸為 ，鍵槽軸深t=3.0mm， k=h-t=3mm 滿足條件。 花鍵校核 其中： 為載荷分配不均系數(shù)，取0.8 花鍵齒數(shù) z=6 齒的工作長(zhǎng)度 L=10mm 花鍵齒側(cè)的工作高度 h=2mm 花鍵的平均直徑 =（28+32）/2mm=30mm 花鍵的連接情況是：使用或制造情況不良，齒面經(jīng)熱處理，故滿足要求。 圖3-9 輸入軸圖形 3.5 輸出軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.5.1 輸出軸上的傳遞功率為 轉(zhuǎn)速 于是轉(zhuǎn)矩 3.5.2 求作用于錐輪（摩擦輪）的正壓力Q 由前計(jì)算可知： 單個(gè)錐輪上受到的 3.5.3 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，又知軸為空心軸，則根據(jù)表38.3-2，取=110，由，最小顯然是在Ⅰ-Ⅱ段處，取=0.87，此時(shí)=1.3，于是得： 3.5.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3-10 輸出軸 輸出軸Ⅰ-Ⅴ段應(yīng)該與輸入軸的Ⅸ-Ⅴ段完全相同。只有Ⅴ-Ⅶ段不一樣，輸出軸Ⅴ-Ⅶ裝的是后輪和和軸承。這樣設(shè)計(jì)便于統(tǒng)一加工，由此可知輸出軸=35mm，則可取=30mm，其后輪厚度取=12mm，Ⅴ-Ⅶ段應(yīng)略小于，故可取=11mm.其后輪與軸的周向定位采用平鍵連接，由查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1查得平鍵截面,長(zhǎng)度取8mm。 3.5.5 求軸上的載荷 兩左右兩端軸承距離為： 25+14+4+11-5=49mm 后輪作用力與右端軸承的距離為：11-6-2.5=2.5mm 圖3-11 壓軸力受力模型 根據(jù)平衡方程可得： 則 3.5.6 計(jì)算最大彎矩 3.5.7 校核扭矩 所受扭矩： 故校核安全。 3.5.8 鍵強(qiáng)度的校核 平鍵的尺寸為 ，鍵槽軸深t=3mm，k=h-t=3mm 滿足條件。 花鍵校核 其中： 為載荷分配不均系數(shù)，取0.8 花鍵齒數(shù) z=6 齒的工作長(zhǎng)度 =10mm 花鍵齒側(cè)的工作高度 h=2mm 花鍵的平均直徑 =（28+32）/2mm=30mm 花鍵的連接情況是：使用或制造情況不良，齒面經(jīng)熱處理，故滿足要求 圖3-12 輸處軸圖形 3.6 自行車無(wú)級(jí)變速器的安裝 為了滿足自行車的穩(wěn)定性，無(wú)級(jí)變速器應(yīng)安裝在自行的后輪中間，則無(wú)級(jí)變速器的主軸兩端安裝在自行車的后輪的兩端，輪胎鋼繩安裝在變速器上。變速器的調(diào)速鋼繩連接在自行車的把手上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)把手來(lái)拉動(dòng)傳動(dòng)鋼繩，從而轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速輪，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 圖3-13 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，無(wú)級(jí)變速器安裝在1、2上，通過(guò)螺母來(lái)壓緊。 4 結(jié) 論 這次關(guān)于自行車無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)使我真正通過(guò)理論聯(lián)系了實(shí)際、深入了解設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)過(guò)程，這對(duì)于我的機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合素質(zhì)的提高具有很大幫助。通過(guò)這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)實(shí)踐，也使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更多的了解和認(rèn)識(shí)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題：1）對(duì)部分零件的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸的掌握不夠準(zhǔn)確；2）設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)突然出現(xiàn)的問(wèn)題的解決不及時(shí)徹底。3） 設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)想過(guò)于理想化。4） 對(duì)于零件安裝配合公差沒有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。 進(jìn)一步研究的展望：1）對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使各部分的功能達(dá)到最優(yōu)。2）對(duì)各零件的尺寸的選用更加合理。3) 對(duì)零件的設(shè)計(jì)盡量考慮到簡(jiǎn)化制造生產(chǎn)難度。4）使產(chǎn)品更加簡(jiǎn)單化，尺寸更加和實(shí)際相符合。 參 考 文 獻(xiàn) [1]濮良貴．機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第八版．北京：高等教育出版社，2006. [2]孫恒.陳作模.機(jī)械原理[M].第六版.西安:高等教育出版社,2000. [3]徐灝.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. [4]吳宗澤，羅圣國(guó).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. [5]劉鴻文.材料力學(xué)[M].第五版.北京:湖高等教育出版社, 2011. [6]周有強(qiáng).機(jī)械無(wú)級(jí)變速器[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2001. [7]何銘新，錢可強(qiáng)，徐祖茂.機(jī)械制圖[M]第六版.北京:高等教育出版社,2010. [8]葛志淇.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].天津:冶金工業(yè)出版社,1980. [9]王伯平. 互換性與測(cè)量技術(shù)[M]第三版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008. [10]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).減速器和變速器[M].第四版.北京.機(jī)械設(shè)計(jì)出版社.2007. [11]麥智生.自行車無(wú)級(jí)變速器[J].中國(guó)自行車. （第2期）.2002. [12]周有強(qiáng).崔學(xué)良.董志峰.機(jī)械無(wú)級(jí)變速器發(fā)展概述[J].機(jī)械傳動(dòng). (第1期). 2005. 5 致謝 大學(xué)四年生活一晃而過(guò)，驀然回首，心中倍感充實(shí)，每當(dāng)我向完成這篇論文邁進(jìn)了一步的時(shí)候，心中頓時(shí)欣喜許多。本研究是在導(dǎo)師康麗春老師的悉心指導(dǎo)下完成，在論文選題和論文撰寫方面，康老師都傾注了大量的心血。真心的感謝導(dǎo)師在生活和研究等方面給予我的關(guān)心和支持。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、忘我的科研精神和淵博的學(xué)識(shí)深深的影響著我，激勵(lì)著我，使我在個(gè)人的精氣神上有很大的提高。 特別感謝我的論文指導(dǎo)老師康麗春老師，每當(dāng)回想起當(dāng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中因自己知識(shí)面的狹窄，而多次跑去向老師請(qǐng)教，老師為我解惑的時(shí)候，真的非常感謝康老師?？道蠋熓莻€(gè)非常認(rèn)真負(fù)責(zé)的好老師，在她的指導(dǎo)下，我學(xué)到了很多專業(yè)知識(shí)和更多的思維方式。 感謝我的同窗隊(duì)友們，和你們一起給我留下了許多美好的記憶,我相信這些記憶將永存心中! 感謝所有給予我關(guān)心、支持和幫助的老師、親人、同學(xué)、朋友們，祝大家永遠(yuǎn)幸?？鞓?同時(shí)也感謝，在座的各位老師，在百忙之中給予我時(shí)間答辯，謝謝！ 29