金屬帶式無(wú)級(jí)變速器設(shè)計(jì)

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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(jī)械無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)概述 .11.2.1 無(wú)級(jí)變速簡(jiǎn)介 11.2.2 各類無(wú)級(jí)變速器比較 11.2.3 金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì) 21.3 國(guó)內(nèi)外金屬帶式無(wú)級(jí)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(jiǎn)介 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)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(dòng)裝置方案 73.1 確定傳動(dòng)方案 .73.2 傳遞裝置計(jì)算 .73.3 小結(jié) .8第 4 章 行星齒輪機(jī)構(gòu)部分 94.1 傳動(dòng)路線設(shè)計(jì) .94.1.1 空擋實(shí)現(xiàn)原理 94.1.2 前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線 94.1.3 倒檔的傳動(dòng)路線 94.2 主要設(shè)計(jì)及計(jì)算校核 .94.2.1 太陽(yáng)輪設(shè)計(jì)計(jì)算 94.2.2 行星輪設(shè)計(jì)計(jì)算 114.2.3 行星架計(jì)算設(shè)計(jì) 124.2.4 行星架前半部分設(shè)計(jì) 154.2.5 軸承選擇及計(jì)算校核 154.2.6 前進(jìn)檔離合器鋼片和摩擦片的設(shè)計(jì) 174.2.7 倒檔制動(dòng)器鋼片和摩擦片 174.2.8 齒圈設(shè)計(jì)計(jì)算 184.3 行星系總體裝配圖 .19- II -4.4 小結(jié) .19第 5 章 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)部分 205.1 金屬帶設(shè)計(jì)選擇 .205.1.1 金屬塊設(shè)計(jì) 205.2 金屬帶主要計(jì)算 .215.2.1 主動(dòng)帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算 225.2.2 初算軸徑 225.2.3 可動(dòng)錐盤(pán)設(shè)計(jì)計(jì)算 225.2.4 定錐盤(pán)設(shè)計(jì)計(jì)算 235.3 從動(dòng)帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算 .265.4 無(wú)級(jí)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(jì)計(jì)算 .286.1.1 選擇齒輪材料，熱處理方法和精度等級(jí) 286.1.2 圓柱斜齒輪設(shè)計(jì)及校核 286.1.3 減速器從動(dòng)輪設(shè)計(jì) 296.2 減速器齒輪的設(shè)計(jì) .306.2.1 減速器主動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 306.2.2 減速器從動(dòng)齒輪設(shè)計(jì) 306.2.3 軸的計(jì)算 306.3 小結(jié) .30第 7 章 差速器的設(shè)計(jì) 317.1 圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .317.1.1 選擇齒輪材料，熱處理方法和精度等級(jí) 317.1.2 圓錐齒輪設(shè)計(jì)及校核 317.2 行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .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(jì)計(jì)算 337.3 輸出軸的設(shè)計(jì) .347.3.1 左輸出軸的設(shè)計(jì) 347.3.2 右輸出軸的設(shè)計(jì) 357.4 軸承選擇及計(jì)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(jì) 378.1 下箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .37- III -8.2 上箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .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(xiàn) 41附錄 42- 1 -第 1 章 緒論1.1 立題的目的和意義采用無(wú)級(jí)變速器的汽車最大優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩沿著最經(jīng)濟(jì)油耗線變化，并且在變速過(guò)程中無(wú)沖擊，不必產(chǎn)生動(dòng)力中斷，因而大幅度改善了汽車的動(dòng)力性能及乘坐的舒適性。目前對(duì)摩擦式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)機(jī)理研究的還并不充分，因此有待于進(jìn)一步研究其機(jī)理和選擇其機(jī)理和新的潤(rùn)滑劑，以進(jìn)一步提高摩擦拖動(dòng)率，尤其是研究具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化問(wèn)題，改善其傳動(dòng)性能，對(duì)于促進(jìn)無(wú)級(jí)變速器在機(jī)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(jī)械無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)概述1.2.1 無(wú)級(jí)變速簡(jiǎn)介無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)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(gè)極限轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)變化的傳動(dòng)方式。而無(wú)級(jí)變速器是使機(jī)器的輸出轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào),能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng),以滿足最佳工作需要的調(diào)速裝置。它和定傳動(dòng)比傳動(dòng)以及有級(jí)傳動(dòng)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(diǎn),能適應(yīng)變工況工作,簡(jiǎn)化傳動(dòng)方案,節(jié)約能源和減少環(huán)境污染等要求。無(wú)級(jí)變速器主要適應(yīng)的場(chǎng)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(yùn)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(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。(2) 探求最佳工作速度。(3) 幾臺(tái)機(jī)器或一臺(tái)機(jī)器的幾個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。(4) 緩速啟動(dòng)以合理利用動(dòng)力,通過(guò)調(diào)速以快速越過(guò)共振區(qū)。(5) 車輛變速箱 ,可節(jié)省燃料,縮短加速時(shí)間,簡(jiǎn)化操作。1.2.2 各類無(wú)級(jí)變速器比較目前,無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)變速器；二是以液壓調(diào)速裝置調(diào)速的液壓式無(wú)級(jí)變速器；三是以機(jī)械調(diào)速裝置調(diào)速的機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器。其中,液壓調(diào)速裝置雖然調(diào)速范圍大,傳動(dòng)效率較高,但其制造精度要求高,價(jià)格較貴,滑動(dòng)率較大,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容- 2 -易發(fā)生泄漏電控調(diào)速的雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,操作維護(hù)方便的特點(diǎn),但其效率低,發(fā)熱嚴(yán)重,不適合長(zhǎng)期負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。與上述兩種相比,機(jī)械無(wú)級(jí)變速器具有以下幾大優(yōu)點(diǎn)調(diào)速范圍大,調(diào)速方式多,能實(shí)現(xiàn)恒扭矩工作,傳動(dòng)效率高,適應(yīng)性強(qiáng),且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,傳動(dòng)比穩(wěn)定,工作可靠且維修方便。金屬帶式無(wú)級(jí)變速器就是一種新穎的有撓性中間體的機(jī)械摩擦式變速器,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)、變速范圍大、體積小、效率高、噪聲低、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn),尤其是它克服了以往各類無(wú)級(jí)變速器傳遞功率較小的缺點(diǎn),可用于需要中大功率范圍內(nèi)的機(jī)械傳動(dòng)中,特別是近幾年來(lái)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(guó)內(nèi)外業(yè)界的極大重視.1.2.3 金屬帶式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)金屬帶式無(wú)級(jí)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(jì)性 該變速器通過(guò)傳動(dòng)比的連續(xù)變化,使車輛外界行駛條件與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載實(shí)現(xiàn)最佳匹配,使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作區(qū)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)從而充分發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力,燃燒完全,提高了整車的燃料經(jīng)濟(jì)性,減少了廢氣排放,有利于環(huán)境保護(hù)(2) 動(dòng)力性 在汽車起步、停止和變速過(guò)程中不至于產(chǎn)生沖擊和抖動(dòng),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(jiǎn)化了操作,減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了行車安全,符合人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的舒適性要求(4) 可靠性 據(jù) 1993 年的統(tǒng)計(jì),在裝車的 60 萬(wàn)套金屬帶式 CVT 中,由于金屬帶傳動(dòng)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?yàn)榻饘賻П旧碛袉?wèn)題的只有 40 例,可見(jiàn)其故障率極低 實(shí)踐表明金屬帶CVT 能達(dá)到與汽車相同的壽命。金屬帶式無(wú)級(jí)變速器本身就是一種自動(dòng)變速器,而且它比目前在汽車上占主導(dǎo)地位的液力機(jī)械式自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊,更加節(jié)能,動(dòng)力性能更加優(yōu)良。它與目前流行的 4 檔自動(dòng)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(dòng)機(jī)排放減少 10%,價(jià)格不比 AT 貴。1.3 國(guó)內(nèi)外金屬帶式無(wú)級(jí)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(shí)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(jī)的汽車上裝上了橡膠帶 CVT。1906 年，美國(guó)卡特車裝用了簡(jiǎn)單的金屬盤(pán)摩擦傳動(dòng)無(wú)級(jí)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使得無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)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(shí)代意義的事件。1972 年，H.Van Doorne 成立了獨(dú)立公司，1978 年，意大利 Fiat 公司的汽車開(kāi)始裝用 Van Doorne CVT。1987 年，美國(guó) Fort 汽車公司的汽車裝有這種 CVT。日前，市場(chǎng)上的 CVT 有二種產(chǎn)品：P821 型，采用電磁離合器作為起動(dòng)裝置，機(jī)-液或電- 液控制系統(tǒng)，以外齒輪泵作為液壓源，實(shí)用于發(fā)動(dòng)機(jī)排量在 1.3 以下的小型轎車；P811 型，實(shí)用于發(fā)動(dòng)機(jī)排量在 1.8 以下的中型轎車；P844 型，采用新型金屬傳動(dòng)帶，將液力矩器與 CVT 綜合，全電子控制系統(tǒng)，實(shí)用于發(fā)動(dòng)機(jī)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(kāi)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(guó)生產(chǎn)出計(jì)算機(jī)控制的無(wú)級(jí)調(diào)速液壓自動(dòng)變速器(CVT)，此后日本、美國(guó)、德國(guó)等轎車生產(chǎn)商大多采用此項(xiàng)技術(shù)。1.3.2 應(yīng)用現(xiàn)狀金屬帶無(wú)級(jí)變速器的優(yōu)點(diǎn)很多，如：變速?zèng)]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(wèn)題，改用金屬鏈代替金屬帶，可以在一定條件下實(shí)現(xiàn)在大排量轎車上的使用?，F(xiàn)代無(wú)級(jí)變速器開(kāi)發(fā)技術(shù)水平最高的是采用金屬鏈帶機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器，例如奧迪 A6multitronic 無(wú)級(jí)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(dòng)機(jī)所配用的無(wú)級(jí)變速器。以荷蘭生產(chǎn)的無(wú)級(jí)變速器著名廠家 VDT公司為例，目前按照發(fā)動(dòng)機(jī)排量主要有以下類型：采用電磁離合器作為起動(dòng)裝置，機(jī)械－液壓傳動(dòng)或電控－液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，以外嚙合齒輪泵作為液壓源，適用于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)裝置，機(jī)械－液壓傳動(dòng)，動(dòng)力傳送采用金屬鏈條，適用于發(fā)動(dòng)機(jī)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(wú)級(jí)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(guó) 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(wú)級(jí)變速器系列，計(jì)有 CFT 系列，適用于前輪驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的轎車；CTT 系列，適用于前輪驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的轎車；CRT 系列，適用于各輪驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的轎車。據(jù)荷蘭 VDT 公司介紹，現(xiàn)在新的設(shè)計(jì)和技術(shù)已經(jīng)解決了無(wú)級(jí)變速器過(guò)去存在的主要問(wèn)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(hào)無(wú)級(jí)變速器的主要差別集中在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞到主動(dòng)帶輪的過(guò)程以及帶輪半徑和夾緊力的控制方法上。2007 中國(guó)汽車 CVT 國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)暨中國(guó)齒協(xié) CVT 工作組成立大會(huì)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(wú)級(jí)變速器示范生產(chǎn)線已建成。這項(xiàng)技術(shù)獲得 EM-CVT 國(guó)家專利。目前國(guó)際上應(yīng)用的金屬帶式無(wú)級(jí)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(guó)內(nèi)全部靠進(jìn)口，自主研發(fā)的 CVT 只實(shí)驗(yàn)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(kāi)始研發(fā)金屬帶式無(wú)級(jí)速器。據(jù)了解，該項(xiàng)技術(shù)比手動(dòng)檔節(jié)油 10%~15%，自動(dòng)變速最佳工作狀態(tài)超過(guò)國(guó)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(jì)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(jī)構(gòu)、無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)、差速器機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成。 1. 行星齒輪機(jī)構(gòu)：CVT 的行星齒輪機(jī)構(gòu)用以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)檔和倒檔之間的切換操作，采用雙行星齒輪機(jī)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(yáng)輪嚙合。前進(jìn)檔時(shí)，行星架和太陽(yáng)輪鎖死，太陽(yáng)輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，行星架隨太陽(yáng)輪同速旋轉(zhuǎn)，即整體同步旋轉(zhuǎn)；倒檔時(shí)，齒圈固定在機(jī)箱上不動(dòng)，太陽(yáng)輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)雙行星齒輪后，此時(shí)行星架與太陽(yáng)輪反向旋轉(zhuǎn)。 2. 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)：無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)由金屬傳動(dòng)帶、主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組組成。其中，主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組都由可動(dòng)錐盤(pán)和固定錐盤(pán)組成。3. 差速器機(jī)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸進(jìn)入差速器，直接驅(qū)動(dòng)行星輪架，再由行星輪帶動(dòng)左、右兩條半軸，分別驅(qū)動(dòng)左、右車輪。4. 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn) CVT 傳動(dòng)比無(wú)級(jí)自動(dòng)變化的，多采用機(jī)—液控制系統(tǒng)或電—液控制系統(tǒng)。因?yàn)轭}目要求只需設(shè)計(jì)金屬帶式 CVT 的機(jī)械部分，故在本文中只對(duì)前三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2 金屬帶式 CVT 的工作原理金屬帶式 CVT 主要是通過(guò)改變主、從動(dòng)輪和金屬帶的接觸半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)變化的。主、從動(dòng)輪組都由可動(dòng)錐盤(pán)和固定錐盤(pán)組成，可動(dòng)錐盤(pán)可以在主、從動(dòng)軸上沿軸向移動(dòng)。可動(dòng)錐盤(pán)與固定錐盤(pán)之間形成的V 型槽與 V 型金屬帶相嚙合。主動(dòng)輪組的油缸控制主動(dòng)輪組的可動(dòng)錐盤(pán)沿軸向移動(dòng)時(shí)，主動(dòng)輪組一側(cè)的金屬帶隨之沿 V 型槽移動(dòng)，由于金屬帶的長(zhǎng)度固定，因此從動(dòng)輪組一側(cè)的金屬帶則沿 V 型槽向相反的方向移動(dòng)，從動(dòng)輪組的油缸此時(shí)則控制從動(dòng)輪組的可動(dòng)錐盤(pán)沿軸向移動(dòng)，以保持金屬帶的張緊力，保證來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力得到高效可靠的傳遞。金屬帶沿 V 型槽方向移動(dòng)時(shí)，其在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)變化。汽車開(kāi)始起步時(shí)，主動(dòng)輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳- 6 -動(dòng)比，從而保證有足夠的扭矩來(lái)保證汽車有較高的加速度。隨著車速的增加，主動(dòng)輪的工作半徑逐漸增大，從動(dòng)輪的工作半徑相應(yīng)減小，CVT 的傳動(dòng)比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。圖 2-1 減速傳動(dòng)情形圖 2-2 增速傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)了變速時(shí)的帶輪控制變化等環(huán)節(jié)。- 7 -第 3 章 傳動(dòng)裝置方案3.1 確定傳動(dòng)方案金屬帶無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)：發(fā)動(dòng)機(jī)將動(dòng)力傳遞到輸入軸后，通過(guò)雙行星輪系機(jī)構(gòu)的可換向裝置，將動(dòng)力輸出到主動(dòng)帶輪軸上，再通過(guò)金屬帶將動(dòng)力傳遞到從動(dòng)輪軸，從動(dòng)輪軸與減速器連接，減速器將動(dòng)力傳遞到差速器上，最后輸出到車輪軸上。3.2 傳遞裝置計(jì)算已知要求轎車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)計(jì)算方便，從發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)方案的設(shè)計(jì)、以及傳動(dòng)裝置的有關(guān)計(jì)算。- 9 -第 4 章 行星齒輪機(jī)構(gòu)部分4.1 傳動(dòng)路線設(shè)計(jì)CVT 中采用雙行星齒輪裝置，其作用功能是倒檔時(shí)改變變速器輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向。4.1.1 空擋實(shí)現(xiàn)原理離合器分離，鋼片和摩擦片未被壓緊因此不傳動(dòng)動(dòng)力，太陽(yáng)輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)行星輪在行星架上繞各自軸旋轉(zhuǎn)，行星架固定不動(dòng)，即沒(méi)有輸出。4.1.2 前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線前進(jìn)檔離合器鋼片與太陽(yáng)輪相連接，離合器摩擦片與行星架相連接。前進(jìn)檔時(shí)，離合器鋼片和離合器摩擦片相壓緊，于是將行星架和太陽(yáng)輪鎖死，太陽(yáng)輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)行星架旋轉(zhuǎn)并與太陽(yáng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)方向相同，速比為 1：1。4.1.3 倒檔的傳動(dòng)路線倒檔制動(dòng)器摩擦片與齒圈相連接，倒檔制動(dòng)器鋼片與變速器殼體相連接。倒檔運(yùn)行時(shí)，齒圈被固定鎖死在變速器殼體上，太陽(yáng)輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)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(jì)及計(jì)算校核 4.2.1 太陽(yáng)輪設(shè)計(jì)計(jì)算選擇直齒輪，雖然直齒輪在強(qiáng)度和性能上不及斜齒輪，但考慮到太陽(yáng)輪要和離合器鋼片相嚙合傳動(dòng)動(dòng)力，如果選擇斜齒輪則還要另外設(shè)計(jì)伸出項(xiàng)以便于和離合器鋼片嚙合，為了減少材料浪費(fèi)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(yáng)輪參數(shù)： 34z?2.5m 60b?1. 按齒面彎曲強(qiáng)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(diǎn)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(jì)算得 421其中 A——使用系數(shù) 查表選取 0.1V—— 動(dòng)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(jì)算得 395Nu——齒數(shù)比 計(jì)算得 u代入數(shù)值得 （4-1）1.4189.50.7178MPa652H?????又 ??minHZS?minH——試驗(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞極限，選擇 (調(diào)質(zhì)碳鋼)70aZ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的強(qiáng)度系數(shù)，選擇 15.S——接觸強(qiáng)度計(jì)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(jì)圖 4-6 為行星架前半部分，作用是和前進(jìn)離合器摩擦片相連接來(lái)傳遞動(dòng)力。行星架前半部分伸出項(xiàng)中有內(nèi)齒，用于安裝離合器摩擦片，太陽(yáng)輪穿過(guò)行星架前半部分，離合器鋼片和太陽(yáng)輪連接嚙合，離合器摩擦片和行- 15 -星架此伸出項(xiàng)相連接嚙合，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)檔的功能。行星架前半部分和后半部分通過(guò)行星輪軸焊接在一起組合成為一個(gè)整體，從而將主動(dòng)太陽(yáng)輪的動(dòng)力傳遞到行星架的輸出軸，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。圖 4-6 行星架前半部分4.2.5 軸承選擇及計(jì)算校核軸承的選擇：因?yàn)樾行羌茌S上安裝的是斜齒輪，在動(dòng)力傳動(dòng)中不僅有徑向力同時(shí)還有軸向力，而角接觸球軸承能同時(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取角接觸球軸承（GB/T 297--1994）如圖 4-7 所示。軸承代號(hào)： 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(jì)算軸承的軸向力。內(nèi)部軸向力的計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 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(shì)，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(duì)軸承 II 校核即可，同時(shí)第一個(gè)支承只是簡(jiǎn)化成軸承方便計(jì)算。（2） 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得圓錐滾子軸承 1.5tan.ta150.4e?????2/7/rFe?查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ,0XY則當(dāng)量動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 30206 圓錐滾子軸承中動(dòng)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(shí)間為 5 個(gè)小時(shí)，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(jìn)檔離合器鋼片和摩擦片的設(shè)計(jì)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(jī)械強(qiáng)度和耐磨性；3. 熱穩(wěn)定性好；長(zhǎng)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)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(gè)數(shù)：4 個(gè)數(shù)：44.2.7 倒檔制動(dòng)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(jìn)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(dòng)器鋼片 倒檔制動(dòng)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(jì)計(jì)算齒圈和行星系中外面一組行星齒輪嚙合，同時(shí)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(shí)候，通過(guò)壓緊倒檔離合器鋼片和倒檔制動(dòng)器摩擦片將齒圈所止在離合器殼體上。齒圈伸出一個(gè)凸臺(tái)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(tái)外徑： 27 凸臺(tái)厚度： 11. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核齒圈由公式 ??1tHEHKFuZbd???????其符號(hào)含義參看太陽(yáng)輪，查表計(jì)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(qiáng)度校核齒圈由公式 ??tFFSFKYbm?????(4-25)其符號(hào)含義參看太陽(yáng)輪，查表計(jì)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(jī)構(gòu)總裝圖4.4 小結(jié)本章主要介紹了行星齒輪機(jī)構(gòu)部分的組件構(gòu)成、各部分的作用原理以及各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算校核。- 20 -第 5 章 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)部分金屬帶無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置由主動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪和 V 形鋼帶組成。主、從動(dòng)帶輪都是由固定錐盤(pán)和移動(dòng)錐盤(pán)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(dòng)帶輪之間傳遞動(dòng)力。 V 形鋼帶無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置在進(jìn)行變速時(shí)，主、從動(dòng)帶輪軸之間的距離保持不變，主、從動(dòng)帶輪的移動(dòng)錐盤(pán)相對(duì)于其固定錐盤(pán)進(jìn)行移動(dòng)，錐盤(pán)的移動(dòng)通常靠液壓裝置完成，當(dāng)主動(dòng)帶輪移動(dòng)錐盤(pán)靠近其固定錐盤(pán)時(shí)，從動(dòng)帶輪的移動(dòng)錐盤(pán)則相應(yīng)的向離開(kāi)固定錐盤(pán)的方向移動(dòng)。這種移動(dòng)會(huì)使 V 形鋼帶做整體平移，改變主、從動(dòng)帶輪與 V 形鋼帶的接觸摩擦節(jié)圓直徑，主動(dòng)帶輪的傳動(dòng)半徑增大，從動(dòng)帶輪的傳動(dòng)半徑減小，因而傳動(dòng)比變小。由于主、從動(dòng)帶輪的傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比連續(xù)變化的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。5.1 金屬帶設(shè)計(jì)選擇根據(jù)設(shè)計(jì)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(dòng)軸承鋼 高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼帶長(zhǎng) 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(dòng)比 .4.?金屬塊個(gè)數(shù) 8金屬環(huán)層數(shù) 105.1.1 金屬塊設(shè)計(jì)金屬塊按標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計(jì)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(jì)算1. 傳動(dòng)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(zhǎng)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(jì)算圓周力 F（恒功率）55i9090.9049KP N????9. 帶輪可移動(dòng)最大位移量 maxmax intn(/2))/2(13)/2tan17.3m??????- 22 -圖 5-2 金屬帶5.2.1 主動(dòng)帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.2 初算軸徑d ?C 3/NP 軸的材料取 45 號(hào)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(dòng)錐盤(pán)設(shè)計(jì)計(jì)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?yàn)檩S的最小尺寸選擇為 ?35mm，因?yàn)閹л喌淖钚」ぷ髦睆綔p小會(huì)使 V帶的彎曲疲勞強(qiáng)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(dòng)的節(jié)圓半徑有關(guān)，如下式： bR= ( ax2/ in1 )/( min2R/ ax1)式中 max1——主動(dòng)錐盤(pán)最大節(jié)圓半徑（mm）in——主動(dòng)錐盤(pán)最小節(jié)圓半徑（mm）ax2R——從動(dòng)錐盤(pán)最大節(jié)圓半徑（mm）- 23 -min2R——從動(dòng)錐盤(pán)最小節(jié)圓半徑（mm）在對(duì)稱布置的情況下， min1 = i2R， max1 = ax2，則iax2)/(b?由設(shè)計(jì)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(dòng)帶輪的外徑 21?Re、 為= ax+ 2e= maxR+ 2e1802??，以保證金屬帶傳動(dòng)的節(jié)圓最大時(shí)，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(pán)的傾斜角度為 1?，如圖 5-3、5-4 所示。圖 5-3 錐盤(pán)截面圖 圖 5-4 可動(dòng)錐盤(pán)三維視圖可動(dòng)錐盤(pán)和液壓油缸相連，由液壓伺服機(jī)構(gòu)控制驅(qū)動(dòng)可動(dòng)錐盤(pán)的軸向移動(dòng)，從而使兩錐盤(pán)之間距離變化，進(jìn)而改變金屬帶的工作半徑達(dá)到無(wú)級(jí)變速的目的。5.2.4 定錐盤(pán)設(shè)計(jì)計(jì)算不動(dòng)定錐盤(pán)的錐盤(pán)部分設(shè)計(jì)和可動(dòng)錐盤(pán)類似，故不贅述。如圖 5-5 所示。1. 定錐盤(pán)軸的設(shè)計(jì)- 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(dòng)動(dòng)錐盤(pán)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(zhǎng) 23mm 寬 8mm軸段一、二上開(kāi)有油槽，用于液壓油進(jìn)入，控制可動(dòng)錐盤(pán)的軸向移動(dòng)。圖 5-5 定錐盤(pán)2. 定錐盤(pán)軸的受力分析（1）畫(huà)出軸的受力簡(jiǎn)圖。如圖 5-6,圖中 L1=40mm,L2=180mm（2）計(jì)算支承反力。在水平面上(5-1)2116NraHdFLR?????(5-2)2798304r?(負(fù)號(hào)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(pán)受力分析圖(3)畫(huà)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(qiáng)度a-a 剖面左側(cè)，因彎矩大，故 a-a 左側(cè)為危險(xiǎn)剖面?？箯澠拭婺Ａ?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(duì)于調(diào)質(zhì)鋼處理的 45 號(hào)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(duì)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(dòng)帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算從動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)和主動(dòng)帶輪相似，故不贅述。經(jīng)計(jì)算檢驗(yàn)均符合條件。滿足要求。- 27 -5.4 無(wú)級(jí)減速部分總裝圖圖 5-7 無(wú)極變速部分裝配圖5.5 小結(jié)本章主要介紹了 CVT 機(jī)構(gòu)的組件構(gòu)成，選取方法以及其變速原理。