金屬帶式無級變速器設(shè)計

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- I -目 錄摘要 .IAbstractII第 1 章 緒論 11.1 立題的目的和意義 .11.2 機械無級變速傳動概述 .11.2.1 無級變速簡介 11.2.2 各類無級變速器比較 11.2.3 金屬帶式無級變速傳動的優(yōu)勢 21.3 國內(nèi)外金屬帶式無級變速器的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀 .21.3.1 發(fā)展歷史 21.3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀 31.4 相關(guān)軟件簡介 .錯誤！未定義書簽。1.5 小結(jié) .4第 2 章 金屬帶式 CVT 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 52.1 金屬帶式 CVT 的基本結(jié)構(gòu) .52.2 金屬帶式 CVT 的工作原理 .52.3 小結(jié) .6第 3 章 傳動裝置方案 73.1 確定傳動方案 .73.2 傳遞裝置計算 .73.3 小結(jié) .8第 4 章 行星齒輪機構(gòu)部分 94.1 傳動路線設(shè)計 .94.1.1 空擋實現(xiàn)原理 94.1.2 前進檔的傳動路線 94.1.3 倒檔的傳動路線 94.2 主要設(shè)計及計算校核 .94.2.1 太陽輪設(shè)計計算 94.2.2 行星輪設(shè)計計算 114.2.3 行星架計算設(shè)計 124.2.4 行星架前半部分設(shè)計 154.2.5 軸承選擇及計算校核 154.2.6 前進檔離合器鋼片和摩擦片的設(shè)計 174.2.7 倒檔制動器鋼片和摩擦片 174.2.8 齒圈設(shè)計計算 184.3 行星系總體裝配圖 .19- II -4.4 小結(jié) .19第 5 章 無級變速機構(gòu)部分 205.1 金屬帶設(shè)計選擇 .205.1.1 金屬塊設(shè)計 205.2 金屬帶主要計算 .215.2.1 主動帶輪設(shè)計計算 225.2.2 初算軸徑 225.2.3 可動錐盤設(shè)計計算 225.2.4 定錐盤設(shè)計計算 235.3 從動帶輪設(shè)計計算 .265.4 無級減速部分總裝圖 .275.5 小結(jié) .27第 6 章 減速器部分 286.1 減速器齒輪的設(shè)計計算 .286.1.1 選擇齒輪材料，熱處理方法和精度等級 286.1.2 圓柱斜齒輪設(shè)計及校核 286.1.3 減速器從動輪設(shè)計 296.2 減速器齒輪的設(shè)計 .306.2.1 減速器主動齒輪的設(shè)計 306.2.2 減速器從動齒輪設(shè)計 306.2.3 軸的計算 306.3 小結(jié) .30第 7 章 差速器的設(shè)計 317.1 圓錐齒輪的設(shè)計計算 .317.1.1 選擇齒輪材料，熱處理方法和精度等級 317.1.2 圓錐齒輪設(shè)計及校核 317.2 行星機構(gòu)的設(shè)計 .327.2.1 行星架下半部分 327.2.2 行星架上半部分 337.2.3 差速器行星輪的設(shè)計計算 337.3 輸出軸的設(shè)計 .347.3.1 左輸出軸的設(shè)計 347.3.2 右輸出軸的設(shè)計 357.4 軸承選擇及計算校核 .357.5 差速器整體裝配圖 .367.6 小結(jié) .36第 8 章 箱體設(shè)計 378.1 下箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .37- III -8.2 上箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .378.3 箱體裝配圖 .388.4 CVT 裝配圖 .38結(jié)論 39致謝 40參考文獻 41附錄 42- 1 -第 1 章 緒論1.1 立題的目的和意義采用無級變速器的汽車最大優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩沿著最經(jīng)濟油耗線變化，并且在變速過程中無沖擊，不必產(chǎn)生動力中斷，因而大幅度改善了汽車的動力性能及乘坐的舒適性。目前對摩擦式無級變速傳動機理研究的還并不充分，因此有待于進一步研究其機理和選擇其機理和新的潤滑劑，以進一步提高摩擦拖動率，尤其是研究具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化問題，改善其傳動性能，對于促進無級變速器在機械行業(yè)特別是在汽車行業(yè)中的廣泛應(yīng)用具有重要的推廣意義。1.2 機械無級變速傳動概述1.2.1 無級變速簡介無級變速傳動是指在某種控制的作用下,使系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)速可在兩個極限轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)變化的傳動方式。而無級變速器是使機器的輸出轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào),能實現(xiàn)無級變速傳動,以滿足最佳工作需要的調(diào)速裝置。它和定傳動比傳動以及有級傳動相比,具有能夠根據(jù)工作的需要在一定范圍內(nèi)連續(xù)變換速度,以適應(yīng)輸出轉(zhuǎn)速和外界負(fù)荷變化的需要等優(yōu)點,能適應(yīng)變工況工作,簡化傳動方案,節(jié)約能源和減少環(huán)境污染等要求。無級變速器主要適應(yīng)的場合：(1) 適應(yīng)工藝參數(shù)多變或輸出轉(zhuǎn)速連續(xù)變化的要求,運轉(zhuǎn)中需經(jīng)常連續(xù)地改變速度,但是不應(yīng)在某一固定速度下長期運轉(zhuǎn)。(2) 探求最佳工作速度。(3) 幾臺機器或一臺機器的幾個部分協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。(4) 緩速啟動以合理利用動力,通過調(diào)速以快速越過共振區(qū)。(5) 車輛變速箱 ,可節(jié)省燃料,縮短加速時間,簡化操作。1.2.2 各類無級變速器比較目前,無級變速器主要分為三大類：一是以電控調(diào)速裝置調(diào)速的電磁式無級變速器；二是以液壓調(diào)速裝置調(diào)速的液壓式無級變速器；三是以機械調(diào)速裝置調(diào)速的機械式無級變速器。其中,液壓調(diào)速裝置雖然調(diào)速范圍大,傳動效率較高,但其制造精度要求高,價格較貴,滑動率較大,運轉(zhuǎn)時容- 2 -易發(fā)生泄漏電控調(diào)速的雖然具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低,操作維護方便的特點,但其效率低,發(fā)熱嚴(yán)重,不適合長期負(fù)荷運轉(zhuǎn)。與上述兩種相比,機械無級變速器具有以下幾大優(yōu)點調(diào)速范圍大,調(diào)速方式多,能實現(xiàn)恒扭矩工作,傳動效率高,適應(yīng)性強,且結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉,傳動比穩(wěn)定,工作可靠且維修方便。金屬帶式無級變速器就是一種新穎的有撓性中間體的機械摩擦式變速器,它具有結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強、變速范圍大、體積小、效率高、噪聲低、節(jié)能環(huán)保等特點,尤其是它克服了以往各類無級變速器傳遞功率較小的缺點,可用于需要中大功率范圍內(nèi)的機械傳動中,特別是近幾年來它在轎車變速器中的成功使用所顯示出的各種優(yōu)越性能普遍為人們看好,因而受到了國內(nèi)外業(yè)界的極大重視.1.2.3 金屬帶式無級變速傳動的優(yōu)勢金屬帶式無級變速器不僅能夠滿足傳遞較大功率、適應(yīng)高轉(zhuǎn)速等條件,還具有如下幾方面的特性(1) 經(jīng)濟性 該變速器通過傳動比的連續(xù)變化,使車輛外界行駛條件與發(fā)動機負(fù)載實現(xiàn)最佳匹配,使發(fā)動機在最佳工作區(qū)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)從而充分發(fā)揮了發(fā)動機的潛力,燃燒完全,提高了整車的燃料經(jīng)濟性,減少了廢氣排放,有利于環(huán)境保護(2) 動力性 在汽車起步、停止和變速過程中不至于產(chǎn)生沖擊和抖動,減少了噪音,滿足了汽車行駛多變的條件,使汽車在良好的性能狀態(tài)下行駛(3) 舒適性 駕駛平穩(wěn) !舒適,簡化了操作,減輕了駕駛員的勞動強度,提高了行車安全,符合人們?nèi)找嬖鲩L的舒適性要求(4) 可靠性 據(jù) 1993 年的統(tǒng)計,在裝車的 60 萬套金屬帶式 CVT 中,由于金屬帶傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障返還的只有 120 套,占總數(shù)的 0.02%,而在這 120 套中因為金屬帶本身有問題的只有 40 例,可見其故障率極低 實踐表明金屬帶CVT 能達到與汽車相同的壽命。金屬帶式無級變速器本身就是一種自動變速器,而且它比目前在汽車上占主導(dǎo)地位的液力機械式自動變速器結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊,更加節(jié)能,動力性能更加優(yōu)良。它與目前流行的 4 檔自動變速器(AT)相比,燃油消耗節(jié)約12%~17%,加速性能提高 7.5%~11.5%,發(fā)動機排放減少 10%,價格不比 AT 貴。1.3 國內(nèi)外金屬帶式無級變速器的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀1.3.1 發(fā)展歷史金屬帶式 CVT 的裝車使用只有十幾年的時間，但是 CVT 技術(shù)的發(fā)展- 3 -己有 100 多年的歷史，1886 年，Daimler Benz 在首輛采用汽油機的汽車上裝上了橡膠帶 CVT。1906 年，美國卡特車裝用了簡單的金屬盤摩擦傳動無級變速器，1930 年在 Austin Sixteen 車上，裝用了牽引式 CVT，電子控制技術(shù)特別是計算機控制技術(shù)的發(fā)展，使得無級變速傳動得到應(yīng)用與發(fā)展。20 世紀(jì) 60 年代后期，荷蘭工程師 Van Doorne 研究出金屬帶 CVT，這是CVT 技術(shù)具有劃時代意義的事件。1972 年，H.Van Doorne 成立了獨立公司，1978 年，意大利 Fiat 公司的汽車開始裝用 Van Doorne CVT。1987 年，美國 Fort 汽車公司的汽車裝有這種 CVT。日前，市場上的 CVT 有二種產(chǎn)品：P821 型，采用電磁離合器作為起動裝置，機-液或電- 液控制系統(tǒng)，以外齒輪泵作為液壓源，實用于發(fā)動機排量在 1.3 以下的小型轎車；P811 型，實用于發(fā)動機排量在 1.8 以下的中型轎車；P844 型，采用新型金屬傳動帶，將液力矩器與 CVT 綜合，全電子控制系統(tǒng)，實用于發(fā)動機排量在 3.3 以下的豪華轎車。日本在研制 CVT的初期，即將電子控制技術(shù)與 CVT 技術(shù)結(jié)合，成功地開發(fā)出電子控制技術(shù)的 CVT，即 ECVT，陸續(xù)裝在 Rex，Samba 和 Justy 上。1990 年美國生產(chǎn)出計算機控制的無級調(diào)速液壓自動變速器(CVT)，此后日本、美國、德國等轎車生產(chǎn)商大多采用此項技術(shù)。1.3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀金屬帶無級變速器的優(yōu)點很多，如：變速沒有沖擊，不用變換嚙合齒輪，外形尺寸小?，F(xiàn)在已經(jīng)在一定范圍內(nèi)克服了傳送帶打滑的問題，改用金屬鏈代替金屬帶，可以在一定條件下實現(xiàn)在大排量轎車上的使用?，F(xiàn)代無級變速器開發(fā)技術(shù)水平最高的是采用金屬鏈帶機械式無級變速器，例如奧迪 A6multitronic 無級變速器就采用了金屬鏈條這一形式。目前除了奧迪以外，福特和通用也投入上億美元巨資研制了從 1.3 升~2.0 升汽車發(fā)動機所配用的無級變速器。以荷蘭生產(chǎn)的無級變速器著名廠家 VDT公司為例，目前按照發(fā)動機排量主要有以下類型：采用電磁離合器作為起動裝置，機械－液壓傳動或電控－液壓傳動系統(tǒng)，以外嚙合齒輪泵作為液壓源，適用于發(fā)動機排量 1.3 升以下的小型轎車。采用濕式多片離合器作為起動裝置，機械－液壓傳動，動力傳送采用金屬鏈條，適用于發(fā)動機排量 1.8 升以下的中型轎車。還有采用新型金屬鏈條，液力變矩器與無級變速器結(jié)合，全電子控制，適用于 3.0 升以下較大排量的豪華轎車。世界最大的變速器制造企業(yè)德國 ZF 公司也采用 VDT 技術(shù)，生產(chǎn)用于 1.5 升~2.5升中排量轎車的無級變速器系列，計有 CFT 系列，適用于前輪驅(qū)動發(fā)動機橫置的轎車；CTT 系列，適用于前輪驅(qū)動發(fā)動機縱置的轎車；CRT 系列，適用于各輪驅(qū)動發(fā)動機縱置的轎車。據(jù)荷蘭 VDT 公司介紹，現(xiàn)在新的設(shè)計和技術(shù)已經(jīng)解決了無級變速器過去存在的主要問題，因 V 型帶損壞而出現(xiàn)的故障發(fā)生率只有千分之 2.5，比例很低。如果不考慮所用傳送帶的差- 4 -異，各種型號無級變速器的主要差別集中在發(fā)動機動力傳遞到主動帶輪的過程以及帶輪半徑和夾緊力的控制方法上。2007 中國汽車 CVT 國際學(xué)術(shù)研討會暨中國齒協(xié) CVT 工作組成立大會上宣布，由重慶工學(xué)院重慶汽車學(xué)院自主研發(fā)的汽車金屬帶式無級變速器示范生產(chǎn)線已建成。這項技術(shù)獲得 EM-CVT 國家專利。目前國際上應(yīng)用的金屬帶式無級變速器只有荷蘭研發(fā)生產(chǎn)，全世界有 60 多種汽車品牌采用CVT 技術(shù)，國內(nèi)全部靠進口，自主研發(fā)的 CVT 只實驗于吉利和眾泰兩款汽車。 重慶工學(xué)院重慶汽車學(xué)院自 1996 年起開始研發(fā)金屬帶式無級速器。據(jù)了解，該項技術(shù)比手動檔節(jié)油 10%~15%，自動變速最佳工作狀態(tài)超過國外技術(shù) 20 公里。1.4 小結(jié)本章主要介紹了本課程設(shè)計的選題目的和意義，并總體介紹了相關(guān)的一些歷史現(xiàn)狀等。- 5 -第 2 章 金屬帶式 CVT 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 金屬帶式 CVT 的基本結(jié)構(gòu)金屬帶式 CVT，一般由行星齒輪機構(gòu)、無級變速機構(gòu)、差速器機構(gòu)和控制系統(tǒng)組成。 1. 行星齒輪機構(gòu)：CVT 的行星齒輪機構(gòu)用以實現(xiàn)前進檔和倒檔之間的切換操作，采用雙行星齒輪機構(gòu)，行星架上固定有內(nèi)、外行星齒輪，其中，外行星齒輪和齒圈嚙合，內(nèi)行星齒輪和太陽輪嚙合。前進檔時，行星架和太陽輪鎖死，太陽輪主動旋轉(zhuǎn)，行星架隨太陽輪同速旋轉(zhuǎn)，即整體同步旋轉(zhuǎn)；倒檔時，齒圈固定在機箱上不動，太陽輪主動旋轉(zhuǎn)，通過雙行星齒輪后，此時行星架與太陽輪反向旋轉(zhuǎn)。 2. 無級變速機構(gòu)：無級變速機構(gòu)由金屬傳動帶、主動輪組、從動輪組組成。其中，主動輪組和從動輪組都由可動錐盤和固定錐盤組成。3. 差速器機構(gòu)：普通差速器由行星齒輪、行星輪架、半軸齒輪等零件組成。發(fā)動機的動力經(jīng)傳動軸進入差速器，直接驅(qū)動行星輪架，再由行星輪帶動左、右兩條半軸，分別驅(qū)動左、右車輪。4. 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是用來實現(xiàn) CVT 傳動比無級自動變化的，多采用機—液控制系統(tǒng)或電—液控制系統(tǒng)。因為題目要求只需設(shè)計金屬帶式 CVT 的機械部分，故在本文中只對前三部分進行設(shè)計。2.2 金屬帶式 CVT 的工作原理金屬帶式 CVT 主要是通過改變主、從動輪和金屬帶的接觸半徑來實現(xiàn)傳動比的連續(xù)變化的。主、從動輪組都由可動錐盤和固定錐盤組成，可動錐盤可以在主、從動軸上沿軸向移動?？蓜渝F盤與固定錐盤之間形成的V 型槽與 V 型金屬帶相嚙合。主動輪組的油缸控制主動輪組的可動錐盤沿軸向移動時，主動輪組一側(cè)的金屬帶隨之沿 V 型槽移動，由于金屬帶的長度固定，因此從動輪組一側(cè)的金屬帶則沿 V 型槽向相反的方向移動，從動輪組的油缸此時則控制從動輪組的可動錐盤沿軸向移動，以保持金屬帶的張緊力，保證來自發(fā)動機的動力得到高效可靠的傳遞。金屬帶沿 V 型槽方向移動時，其在主動輪組和從動輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，從而實現(xiàn)傳動比的連續(xù)變化。汽車開始起步時，主動輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳- 6 -動比，從而保證有足夠的扭矩來保證汽車有較高的加速度。隨著車速的增加，主動輪的工作半徑逐漸增大，從動輪的工作半徑相應(yīng)減小，CVT 的傳動比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。圖 2-1 減速傳動情形圖 2-2 增速傳動情形2.3 小結(jié)本章主要介紹了金屬帶式 CVT 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并模擬實現(xiàn)了變速時的帶輪控制變化等環(huán)節(jié)。- 7 -第 3 章 傳動裝置方案3.1 確定傳動方案金屬帶無級變速器的傳動方案設(shè)計：發(fā)動機將動力傳遞到輸入軸后，通過雙行星輪系機構(gòu)的可換向裝置，將動力輸出到主動帶輪軸上，再通過金屬帶將動力傳遞到從動輪軸，從動輪軸與減速器連接，減速器將動力傳遞到差速器上，最后輸出到車輪軸上。3.2 傳遞裝置計算已知要求轎車發(fā)動機排量為 1.6L，最大轉(zhuǎn)矩為 ,最140Nm(28r/in)?大功率為 。76Kw(0r/min)為了后面的設(shè)計計算方便，從發(fā)動機的輸入軸到車輪的輸出軸之間的四根軸分別定義為軸 1，軸 2，軸 3，軸 4，則轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩的計算如下：1. 各軸轉(zhuǎn)速（3-1）12324360r/in1.50r/min//2748/ini??12n、 、 、——分別為軸 1、軸 2、軸 3、軸 4 的轉(zhuǎn)速， ；r/min34ii、 、 、——分別為兩相鄰軸之間的傳動比。2. 各軸功率（3-2）1max0123478.964.Kw13P????式中 123P、 、 、——分別為軸 1、軸 2、軸 3、軸 4 輸入功率；4?、 、 、——分別為兩相鄰軸之間的傳動效率。3. 軸轉(zhuǎn)矩- 8 -1max012324/.961Nm0.7Ti??????(3-3)3123437288.6i ?式中 12T、 、 、——分別為軸 1、軸 2、軸 3、軸 4 輸入轉(zhuǎn)矩。3.3 小結(jié)本章主要介紹了傳動方案的設(shè)計、以及傳動裝置的有關(guān)計算。- 9 -第 4 章 行星齒輪機構(gòu)部分4.1 傳動路線設(shè)計CVT 中采用雙行星齒輪裝置，其作用功能是倒檔時改變變速器輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向。4.1.1 空擋實現(xiàn)原理離合器分離，鋼片和摩擦片未被壓緊因此不傳動動力，太陽輪主動旋轉(zhuǎn)時帶動行星輪在行星架上繞各自軸旋轉(zhuǎn)，行星架固定不動，即沒有輸出。4.1.2 前進檔的傳動路線前進檔離合器鋼片與太陽輪相連接，離合器摩擦片與行星架相連接。前進檔時，離合器鋼片和離合器摩擦片相壓緊，于是將行星架和太陽輪鎖死，太陽輪主動旋轉(zhuǎn)時，帶動行星架旋轉(zhuǎn)并與太陽輪運轉(zhuǎn)方向相同，速比為 1：1。4.1.3 倒檔的傳動路線倒檔制動器摩擦片與齒圈相連接，倒檔制動器鋼片與變速器殼體相連接。倒檔運行時，齒圈被固定鎖死在變速器殼體上，太陽輪主動旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過雙行星輪的傳遞，由于齒圈被鎖死，所以行星架以相反方向旋轉(zhuǎn)，速比為 1：1。4.2 主要設(shè)計及計算校核 4.2.1 太陽輪設(shè)計計算選擇直齒輪，雖然直齒輪在強度和性能上不及斜齒輪，但考慮到太陽輪要和離合器鋼片相嚙合傳動動力，如果選擇斜齒輪則還要另外設(shè)計伸出項以便于和離合器鋼片嚙合，為了減少材料浪費以及縮小空間，權(quán)衡考慮還是選擇直齒輪。如圖 4-1 所示。- 10 -圖 4-1 太陽輪參數(shù)： 34z?2.5m 60b?1. 按齒面彎曲強度校核由公式 ubdKFZtHE1????式中 EZ——材料彈性系數(shù)，查取選擇 89.MPaH——節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查取選擇 52(標(biāo)準(zhǔn)直齒輪)?——重合度系數(shù)，其值與 ??和 ?有關(guān)由查取選擇 75.0K——載荷系數(shù) KVA? 計算得 421其中 A——使用系數(shù) 查表選取 0.1V—— 動載系數(shù) 查表選擇 27?____齒向載荷分布系數(shù) 查表選擇 .tF-----圓周力 dTt/2?計算得 395Nu——齒數(shù)比 計算得 u代入數(shù)值得 （4-1）1.4189.50.7178MPa652H?????又 ??minHZS?minH——試驗齒輪的齒面接觸疲勞極限，選擇 (調(diào)質(zhì)碳鋼)70aZ——接觸強度計算的強度系數(shù)，選擇 15.S——接觸強度計算的安全系數(shù)，一般取 .?H帶入數(shù)據(jù)得 （4-2） 5701./65.MPaH???- 11 -比較有 H?[S],故 a-a 剖面安全。4.2.4 行星架前半部分設(shè)計圖 4-6 為行星架前半部分，作用是和前進離合器摩擦片相連接來傳遞動力。行星架前半部分伸出項中有內(nèi)齒，用于安裝離合器摩擦片，太陽輪穿過行星架前半部分，離合器鋼片和太陽輪連接嚙合，離合器摩擦片和行- 15 -星架此伸出項相連接嚙合，實現(xiàn)前進檔的功能。行星架前半部分和后半部分通過行星輪軸焊接在一起組合成為一個整體，從而將主動太陽輪的動力傳遞到行星架的輸出軸，實現(xiàn)動力的傳遞。圖 4-6 行星架前半部分4.2.5 軸承選擇及計算校核軸承的選擇：因為行星架軸上安裝的是斜齒輪，在動力傳動中不僅有徑向力同時還有軸向力，而角接觸球軸承能同時承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷，而且內(nèi)外圈可分離，裝拆方便。查機械設(shè)計手冊，選取角接觸球軸承（GB/T 297--1994）如圖 4-7 所示。軸承代號： 7208AC軸承內(nèi)徑： L=40mm軸承外徑： 80Dm?軸承寬度： 1B圖 4-7 7208 角接觸球軸承1. 軸承的校核（1）計算軸承的軸向力。內(nèi)部軸向力的計算公式： /2rSFY? (4-19)又 r-——軸承總支承反力，在行星架軸的校核中已經(jīng)求出Y——查機械設(shè)計手冊 30206，得 1.6Y?(4-20)221390539NrHwR??- 16 -則 (4-21)222240817NrHwFR?????/rSY1S和 2的方向如圖 4-8 所示。 1和 A 同向， 604aF(斜齒輪校核中已得)圖 4-8 軸承示意圖則有 (4-22)1236047NSA??顯然 12S??,因此軸有右移趨勢，但是由于軸承部件的結(jié)構(gòu)圖分析可知軸承 II 將使軸保持平衡，故兩軸承的軸向力分別為1aF2aF?由于 2a，故只需對軸承 II 校核即可，同時第一個支承只是簡化成軸承方便計算。（2） 計算當(dāng)量動載荷查機械設(shè)計手冊得圓錐滾子軸承 1.5tan.ta150.4e?????2/7/rFe?查機械設(shè)計手冊得 ,0XY則當(dāng)量動載荷(4-23)21NraP?(3) 校核軸承 II 的壽命軸承在 100°以下工作，查得 Tf?。載荷平穩(wěn)，查得 1.5pf?，查機械設(shè)計手冊得 30206 圓錐滾子軸承中動載荷 C=43200N軸承 II 的壽命為 663 31010420()()428.517ThPfCL hn? ??假設(shè)轎車使用年限為 10 年，每天使用時間為 5 個小時，則預(yù)期壽命為： '5300Lh?顯然 'L?，故軸承壽命很充足。- 17 -4.2.6 前進檔離合器鋼片和摩擦片的設(shè)計離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足以下要求：1. 摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定；2. 具有足夠的機械強度和耐磨性；3. 熱穩(wěn)定性好；長期停放后，摩擦面間部發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。因此選擇金屬陶瓷摩擦材料，其具有傳熱性好、熱穩(wěn)定性和耐磨性好、摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定、能承受的單位壓力較高以及壽命較長等優(yōu)點，但價格較貴。如圖 4-9 所示。離合器鋼片 圖 4-9 離合器摩擦片內(nèi)徑：85mm 內(nèi)徑： 90mm外徑：180mm 外徑： 190mm厚度：2.5mm 厚度： 2.5mm個數(shù)：4 個數(shù)：44.2.7 倒檔制動器鋼片和摩擦片倒檔離合器鋼片和摩擦片的要求和作用和前進檔離合器鋼片和摩擦片相似，具體如圖 4-10 所示。圖 4-10倒檔制動器鋼片 倒檔制動器摩擦片內(nèi)徑：240mm 內(nèi)徑：240 mm外徑：270mm 外徑：270mm- 18 -4.2.8 齒圈設(shè)計計算齒圈和行星系中外面一組行星齒輪嚙合，同時齒圈外圈也有凹槽，用于安裝倒檔離合器鋼片，在啟用倒檔時候，通過壓緊倒檔離合器鋼片和倒檔制動器摩擦片將齒圈所止在離合器殼體上。齒圈伸出一個凸臺便于安裝在齒圈外圈的摩擦片壓緊。如圖 4-11 所示。圖 4-11 齒圈齒圈內(nèi)徑： 82z? .5m 30b? 齒圈外徑： 240m 齒圈厚度： 30 凸臺外徑： 27 凸臺厚度： 11. 按齒面接觸疲勞強度校核齒圈由公式 ??1tHEHKFuZbd???????其符號含義參看太陽輪，查表計算有：198.MPaE2.5H?136Nt205dm30m .4 .8u?代入數(shù)據(jù)得(4-24).49778MPa652H????比較有 ??H? 符合條件，滿足要求。2. 按齒根彎曲疲勞強度校核齒圈由公式 ??tFFSFKYbm?????(4-25)其符號含義參看太陽輪，查表計算有： 1.4230 2.5m?.5FY.65S .7? 136t代入數(shù)據(jù)得.39/().MPa????- 19 -比較有 ??F?? 符合條件，滿足要求。4.3 行星系總體裝配圖圖 4-12 行星齒輪機構(gòu)總裝圖4.4 小結(jié)本章主要介紹了行星齒輪機構(gòu)部分的組件構(gòu)成、各部分的作用原理以及各個零部件的設(shè)計和計算校核。- 20 -第 5 章 無級變速機構(gòu)部分金屬帶無級變速傳動裝置由主動帶輪、從動帶輪和 V 形鋼帶組成。主、從動帶輪都是由固定錐盤和移動錐盤兩部分組成，V 形鋼帶主要由楔形金屬塊和鋼質(zhì)環(huán)帶組成，V 形鋼帶在主、從動帶輪之間傳遞動力。 V 形鋼帶無級變速傳動裝置在進行變速時，主、從動帶輪軸之間的距離保持不變，主、從動帶輪的移動錐盤相對于其固定錐盤進行移動，錐盤的移動通常靠液壓裝置完成，當(dāng)主動帶輪移動錐盤靠近其固定錐盤時，從動帶輪的移動錐盤則相應(yīng)的向離開固定錐盤的方向移動。這種移動會使 V 形鋼帶做整體平移，改變主、從動帶輪與 V 形鋼帶的接觸摩擦節(jié)圓直徑，主動帶輪的傳動半徑增大，從動帶輪的傳動半徑減小，因而傳動比變小。由于主、從動帶輪的傳動半徑尺寸可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，因此，該裝置可實現(xiàn)傳動比連續(xù)變化的無級變速傳動。5.1 金屬帶設(shè)計選擇根據(jù)設(shè)計要求查資料選擇采用 VDT-CVT 公司的 P821 型金屬帶，主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和技術(shù)參數(shù)如下表：表 5-1 金屬帶參數(shù)主要參數(shù) 金屬塊 金屬環(huán)寬/高/厚 mm 24/1.509.0材料 滾動軸承鋼 高強度馬氏體時效鋼帶長 mm 6軸距 mm傳遞最大轉(zhuǎn)矩 N.m 250最大輸入轉(zhuǎn)速 r/min 7傳動比 .4.?金屬塊個數(shù) 8金屬環(huán)層數(shù) 105.1.1 金屬塊設(shè)計金屬塊按標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計選取，其截面如圖 5-1 所示。- 21 -圖 5-1 金屬塊截面5.2 金屬帶主要計算1. 傳動比 si maxin/130/52.siD??2. 變速比 bR ????2ib3. 楔形角 0? 0?4. 帶的截面積 A ????212tan/249tan20/14.597h m????????5. 中心距 maxin.1.3D???6. 帶的節(jié)線長度 PL????2axinmaxin20.5/413050698P Dam????7. 帶在帶輪上的最小包角 in? ????minmaxin18/7.183/257.31.D????????8. 計算圓周力 F（恒功率）55i9090.9049KP N????9. 帶輪可移動最大位移量 maxmax intn(/2))/2(13)/2tan17.3m??????- 22 -圖 5-2 金屬帶5.2.1 主動帶輪設(shè)計計算5.2.2 初算軸徑d ?C 3/NP 軸的材料取 45 號鋼，查表得 C=106~118 取 C=110則 d 110 60/78?=25.9mm考慮鍵槽的影響 dmin ?25.9 ×1.05=27.2mm故取初徑 ?35mm 比較安全5.2.3 可動錐盤設(shè)計計算由于金屬帶自身有高度，所以金屬帶的工作半徑和節(jié)圓半徑不相等，因為軸的最小尺寸選擇為 ?35mm，因為帶輪的最小工作直徑減小會使 V帶的彎曲疲勞強度降低，所以盡量使帶輪的最小工作直徑大些，此處選擇金屬帶的最小工作直徑為 min5D?。變速比 Rb 和主、從錐輪與金屬帶總成傳動的節(jié)圓半徑有關(guān)，如下式： bR= ( ax2/ in1 )/( min2R/ ax1)式中 max1——主動錐盤最大節(jié)圓半徑（mm）in——主動錐盤最小節(jié)圓半徑（mm）ax2R——從動錐盤最大節(jié)圓半徑（mm）- 23 -min2R——從動錐盤最小節(jié)圓半徑（mm）在對稱布置的情況下， min1 = i2R， max1 = ax2，則iax2)/(b?由設(shè)計要求 Rb=5.5，故 3./in1ax2?1maxa(565R?（取 64）即帶輪的最大工作半徑為 4主、從動帶輪的外徑 21?Re、 為= ax+ 2e= maxR+ 2e1802??，以保證金屬帶傳動的節(jié)圓最大時，鋼帶環(huán)仍處于帶輪V 形槽以內(nèi)。取 me152?則 e7921??查閱資料，一般選取帶輪錐盤的傾斜角度為 1?，如圖 5-3、5-4 所示。圖 5-3 錐盤截面圖 圖 5-4 可動錐盤三維視圖可動錐盤和液壓油缸相連，由液壓伺服機構(gòu)控制驅(qū)動可動錐盤的軸向移動，從而使兩錐盤之間距離變化，進而改變金屬帶的工作半徑達到無級變速的目的。5.2.4 定錐盤設(shè)計計算不動定錐盤的錐盤部分設(shè)計和可動錐盤類似，故不贅述。如圖 5-5 所示。1. 定錐盤軸的設(shè)計- 24 -從左向右分別為軸段一、二、三以此類推軸段一：d1=30mm ， L1=86mm 安裝軸承和套筒；軸段二：d2=35mm ， L2=107mm 安裝斜齒輪和液壓缸軸段三：d3=40mm ， L3=40mm 安裝主動動錐盤軸段四：d4=35mm ， L4=25mm 安裝套筒軸段五：d5=30mm, L5=25mm 安裝軸承 軸段二上有一鍵槽： 長 23mm 寬 8mm軸段一、二上開有油槽，用于液壓油進入，控制可動錐盤的軸向移動。圖 5-5 定錐盤2. 定錐盤軸的受力分析（1）畫出軸的受力簡圖。如圖 5-6,圖中 L1=40mm,L2=180mm（2）計算支承反力。在水平面上(5-1)2116NraHdFLR?????(5-2)2798304r?(負(fù)號表示方向與圖中所示相反)在垂直平面上(5-3)1V212/()6tFL????(5-4)2039517NR軸承總支反力 22211 43rHVR?(5-5)2489wF????- 25 -圖 5-6 定錐盤受力分析圖(3)畫彎矩圖在水平面上 a-a 剖面左側(cè) (5-6)139012640NaHMRLm????A在垂直平面上 a-a 剖面左側(cè) (5-7)24857?合成彎矩 a-a 剖面左側(cè)(5-8)216aHaV???Aa-a 剖面右側(cè)(5-9)2222'''4057NmaaaM3. 校核軸的強度a-a 剖面左側(cè)，因彎矩大，故 a-a 左側(cè)為危險剖面。抗彎剖面模量 2 233 3()8.(05.)0.10.168btdW??????抗扭剖面模量 2 233 3().(.).2.t m彎曲應(yīng)力(5-10)/716/8MPaPaabM???- 26 -0m??扭剪應(yīng)力(5-11)/142/53826.4MPaTtW??(5-12).a對于調(diào)質(zhì)鋼處理的 45 號鋼，查得： B0, Pa301???,MPa15???；查得材料的等效系數(shù) .???， .?。鍵槽引起的應(yīng)力集中系數(shù)，查得, 62.1??K。絕對尺寸系數(shù)，查得 8?， 76.?表面質(zhì)量系數(shù)，軸磨削加工，查得 9.0?。安全系數(shù) 1309.1298amrS??????????154.8.63.0107aK?????229.48.S??????(5-13)查得許用安全系數(shù)[S]=1.3-1.5,顯然 S[S],故 a-a 剖面安全。5.3 從動帶輪設(shè)計計算從動帶輪的設(shè)計和主動帶輪相似，故不贅述。經(jīng)計算檢驗均符合條件。滿足要求。- 27 -5.4 無級減速部分總裝圖圖 5-7 無極變速部分裝配圖5.5 小結(jié)本章主要介紹了 CVT 機構(gòu)的組件構(gòu)成，選取方法以及其變速原理。