《自行車用無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《自行車用無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（38頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文 題 目： 自行車用無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化 學(xué) 號： 2010963142 姓 名： 朱楊華 指導(dǎo)教師： 聶松輝 完成日期： 36 目錄 1 緒 論 3 1.1 機(jī)械無級變速器的概述及應(yīng)用 3 1.2 無級變速器的分類 3 1.3 機(jī)械無級變速器的發(fā)展 4 1.4

2、無級變速自行車研究現(xiàn)狀 6 1.5 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 7 2 鋼球行星式無級變速器的總體方案選擇 9 2.1 采用螺旋傳動實(shí)現(xiàn)球架的左右移動 9 2.2 依靠左右推動實(shí)現(xiàn)球架的移動 10 2.3 兩方案的選擇與比較 10 3 鋼球行星式無級變速器部分零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3.1 鋼球的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3.2 鋼球支軸轉(zhuǎn)角的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3.3 軸槽的長度及卡盤的傾斜角的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3.4.1 軸的選材及最小直徑的計(jì)算 14 3.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 3.4.3 軸的校核 16 3.5 滾動軸承的選擇 18 3.

3、6 自行車無級變速器的安裝 19 4 鋼球行星式無級變速器的變速原理論證 20 4.1 關(guān)于本文的無級變速器 20 4.2 無級變速的運(yùn)動結(jié)構(gòu)分析 20 4.2.1無級變速的運(yùn)動 20 4.2.2 變速原理分析 22 5 結(jié)論 23 參考文獻(xiàn) 24 致謝 25 外文翻譯 26 自行車用無級變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)生:朱楊華 指導(dǎo)老師：聶松輝 摘 要 無級變速器傳動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)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，并能通過傳遞轉(zhuǎn)矩的中間介質(zhì)（

4、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）。本文在分析各種無級變速器和無級變速自行車的基礎(chǔ)上，把鋼球外錐式無級變速器進(jìn)行部分改裝，從而形成了自行車的無級變速裝置。該裝置通過八個(gè)鋼球利用摩擦力將動力進(jìn)行輸入輸出，用一對斜齒輪進(jìn)行分度調(diào)速，從而使自行車在0.75～1.22之間進(jìn)行無級調(diào)速。研究表明：無級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: 無級變速自行車 無級變速器 調(diào)速

5、The design of the CVT on bicycle Major:Mechanical design manufacturing and automation Student: Zhu Yang Hua Supervisor:Nei Song Hui 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 a

6、t 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

7、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,i

8、n this dissertation ,we change some parts of the Kopp-B 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 helical gears is also used to adjust the speed, so the speed can change between 0.75 and 1.22.This research shows t

9、hat 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 Speed control. 1 緒 論 1.1 機(jī)械無級變速器的概述及應(yīng)用 機(jī)械無級變速器是一種傳動裝置，是在輸入轉(zhuǎn)速一定的情況下實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的一種運(yùn)動和動力傳遞裝置，由變速傳動機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)及加壓裝置或輸出機(jī)構(gòu)組成。 機(jī)械無級變速

10、器轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、滑動率小、具有恒功率機(jī)械特性、傳動效率較高，能更好地適應(yīng)各種機(jī)械的工況要求及產(chǎn)品需要，易于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動化，且結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價(jià)格相對便宜。機(jī)械無級變速器的適用范圍廣，有在驅(qū)動功率不變的情況下，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

11、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控制者（如各種各樣半自動或自動的生產(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)械或離心機(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)自動或程序控制等。 綜上所述?？梢钥闯霾捎脽o級變速器，尤其是配合減速傳動時(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)

12、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、自動化等各方面皆具有顯著的效果。故無級變速器目前已成為一種基本的通用傳動形式，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)、國防及試驗(yàn)等各類機(jī)械。 1.2 無級變速器的分類 機(jī)械無級變速器分為剛性式、行星式、鏈?zhǔn)?、帶式和脈動式四大類。 （1） 摩擦式無級變速器 由剛性傳動元件組成，不調(diào)速時(shí)各傳動件的回轉(zhuǎn)軸線位置固定不變。它具有結(jié)構(gòu)簡單、形式多樣的特點(diǎn)。它分為有中間滾輪與無中間滾輪兩大類，前者有較大的調(diào)速比（Rb≤16～20），后者的Rb＜6。為提高功率體積比常采用多中間體的

13、分匯流傳傳動方式。對于既升速又降速的變速裝置一般需用兩套加壓裝置。傳動件接觸區(qū)可設(shè)計(jì)成初始點(diǎn)或線接觸的結(jié)構(gòu)，前者承載能力稍差，但相對滑動較小，并能補(bǔ)償受力變形及加工裝配等誤差；后者承載能力較高，但對制造和裝配要求較高。 （2） 行星式無級變速器 具有作行星運(yùn)動的中間滾動體，依靠滾動副間的牽引（摩擦）力，通過改變太陽輪或行星輪的工作半徑來實(shí)現(xiàn)變速的無級變速器。其傳動原理與一般錐齒輪行星輪系很相似，但沒有輪齒因而工作半徑在運(yùn)動過程中可以調(diào)整。 由于上述傳動原理 的特點(diǎn)，使行星無級變速器的結(jié)構(gòu)、性能與剛性式無級變速器不同。行星無級變速器的共同特點(diǎn)：1、變速范圍較寬廣；2、輸出轉(zhuǎn)速

14、恒低于輸入轉(zhuǎn)速；3、輸出特性好；4、采用多行星輪分匯流傳動；5、結(jié)構(gòu)緊湊，加壓和調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)比較簡單。 （3） 鏈?zhǔn)綗o級變速器 通過兩相對錐輪之間形成楔形夾槽，夾持著特殊結(jié)構(gòu)的變速傳動鏈，依靠壓緊力使鏈和鏈輪形成力（或準(zhǔn)形）封閉運(yùn)動副，依靠摩擦力來傳遞動力，它屬于鋼質(zhì)撓性變速傳動，其功率和磨損率分別是帶傳動的11倍和1/3。所以結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長。 （4） 帶式無級變速器 其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作平穩(wěn)、能吸收振動、易損件少、帶的更換方便；因而是機(jī)械無級變速器中廣泛應(yīng)用的一種；其缺點(diǎn)是外形尺寸較大而變速范圍較小。它由主、從動錐（帶）輪、緊套在兩輪上的帶、調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)和加壓裝置

15、等組成。當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時(shí)，借帶與錐輪間的摩擦力驅(qū)動從動輪并傳遞動力；通過調(diào)速操縱機(jī)構(gòu)改變帶在錐輪上的位置，使主、從動輪的工作半徑改變，以達(dá)到無級變速的目的。 （5） 脈動式無級變速器 由連桿機(jī)構(gòu)與單向超越禮盒器組成的變速器。它通過調(diào)速機(jī)構(gòu)來改變連桿機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件的長度，以形成構(gòu)件間新的尺寸比例關(guān)系，使搖桿獲得不同的擺角，通過超越離合器使輸出軸的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從而達(dá)到無級變速的目的。 1.3 機(jī)械無級變速器的發(fā)展 無級變速器分為機(jī)械無級變速器，液壓傳動無級變速器，電力傳動無級變速器三種，但本設(shè)計(jì)任務(wù)要求把無級變速器安裝在自行車上，所以一般只能用機(jī)械無級變速器，所以以下重點(diǎn)介紹

16、機(jī)械無級變速器。 機(jī)械無級變速器是適合現(xiàn)今生產(chǎn)工藝流程機(jī)械化自動化發(fā)展以及改善機(jī)械工作性能的一種通用傳動裝置。它的研制在國外已有百余年的歷史，初始階段受條件限制，進(jìn)展緩慢。直到20世紀(jì)50年代以后，一方面隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在材質(zhì)、工藝個(gè)潤滑方面的限制因素相繼解決，另一方面隨著經(jīng)歷發(fā)展，需求迅速增加，相應(yīng)地促進(jìn)了機(jī)械無級變速器的研制和生產(chǎn)，使各種類型的系列產(chǎn)品快速增長并獲得了廣泛的應(yīng)用。 國內(nèi)機(jī)械無級變速器在二十世紀(jì)六十年底前后起步，基本上時(shí)作為一些專業(yè)機(jī)械。如紡織、機(jī)床及化工機(jī)械等的配套零部件，由專業(yè)機(jī)械廠進(jìn)行仿制和生產(chǎn)，品種規(guī)格不多，產(chǎn)量不大。直到八十年代中期以后，大量引進(jìn)國外各種先進(jìn)

17、設(shè)備，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化以及自動流水線的迅速發(fā)展，對機(jī)械無級變速器在品種、規(guī)格和數(shù)量方面的需求都大幅度增加。在這種形勢下，專業(yè)廠開始建立并進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，一些高等院校也開展了這方面的研究工作，短短幾十年時(shí)間，系列產(chǎn)品已包括機(jī)械無級變速器現(xiàn)有的摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式、和脈動式四大類及其各種主要結(jié)構(gòu)型式，初步滿足了生產(chǎn)發(fā)展的需求。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(gè)： (1)JB/T 5984-92 《寬V帶無級變速裝置基本參數(shù)》 (2)JB/T 6950-93 《行星錐盤無級變速器

18、》 (3)JB/T 6951-93 《三相并聯(lián)連桿脈動無級變速器》 (4)JB/T 6952-93 《齒鏈?zhǔn)綗o級變速器》 (5)JB/T 7010-93 《環(huán)錐行星無級變速器》 (6)JB/T 7254-94 《無級變速擺線針輪減速機(jī)》 (7)JB/T 7346-94 《機(jī)械無級變速器試驗(yàn)方法》 (8)JB/T 7515-94 《四相并列連桿脈動無級變速器》 (9)JB/T 7668-95 《多盤式無級變速器》 (10)JB/T 7683-95 《機(jī)械無級變速器 分類及型號編制方法》 (11)JB/T 7686-95 《錐盤環(huán)盤式無級變速器》 (12)

19、JB/T 50150-1999 《行星錐盤無級變速器 質(zhì)量分等》 (13)JB/T 53083-1999 《三相并聯(lián)連桿脈動無級變速器 質(zhì)量分等》 (14)JB/T 50020- 《無級變速擺線針輪減速機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量分等》（報(bào)批稿） 現(xiàn)在，機(jī)械無級變速器從研制、生產(chǎn)、組織管理到情報(bào)網(wǎng)信息各方面已組成一較完 整的體系，發(fā)展成為機(jī)械領(lǐng)域中一個(gè)新型行業(yè)。 1.4 無級變速自行車研究現(xiàn)狀 自行車發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有傳統(tǒng)的自行車演變成無級變速自行車，現(xiàn)代的無級變速自行車可謂是形式多樣，五花八門，以下是當(dāng)今社會上存在的部分無級變速自行車。 (1)人力腳踏式無級變速自

20、行車 一種人力腳踏式無級變速自行車，在自行車車架兩側(cè)面的中軸上，安裝有錐面相對的變速輪盤組成的主動輪，主動輪兩側(cè)安裝有腳蹬兩變速輪盤輪沿掛有三角皮帶，兩盤面間安裝有壓縮彈簧；在車架的前斜梁上，安裝有由變速桿操縱可前后移動的挺桿，挺桿的近變速輪盤端安裝有可使兩變速輪盤靠近或分離的插件；在自行車后軸上的后輪輪輻兩側(cè)面支承有附輪，附輪的外沿輪面設(shè)有三角皮帶槽，附輪的內(nèi)側(cè)設(shè)有帶動后輪單向轉(zhuǎn)動的棘齒；車架后斜梁上在三角皮帶上方安裝有可推壓三角皮帶張緊的張緊輪。自行車的行走和變速不用成組鏈輪和鏈條傳動，成本低、重量輕，可實(shí)現(xiàn)無級變速，速度轉(zhuǎn)換快，速比大。 (2)無鏈無級變速自行車 一種無

21、鏈條傳動，可隨意變換車速的自行車。該自行車包括車輪、把手、三角架和踏拐等，橫梁左端設(shè)有后齒輪、大齒輪和正反齒輪，橫梁右端設(shè)有中軸齒輪，齒輪與拐軸齒輪嚙合，偏心連桿的上端和杠桿的右端同軸裝在定位槽板的滑槽中，杠桿的左端與齒條連接，齒條與正反齒輪嚙合，橫梁上方設(shè)有拉簧、活動支架和鋼絲拉索。該自行車結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速方便靈活，經(jīng)久耐用，適合各種型號。 (3)前置往復(fù)式無級變速自行車 針對自行車的驅(qū)動、乘座和避震進(jìn)行改進(jìn)。包括：乘騎者坐靠休閑式椅，兩腳蹬踏前置的兩個(gè)懸搖桿曲柄，可進(jìn)行弧形的曲線往復(fù)運(yùn)動，用腳掌面的蹬踏角度或用手直接調(diào)動搖桿上力臂的長短實(shí)現(xiàn)無級變速，高效能的帶動撓性件驅(qū)動后輪；還包括

22、裝卸方便且不互換的休閑式座椅和防落物防盜的可帶走座椅；簡化的全避震使乘坐舒適并使貨架攜帶的物品減小了顛簸 (4)低座無級變速自行車 是由低矮形車架把一個(gè)作驅(qū)動的前輪和一個(gè)作導(dǎo)向的后輪連接在一塊的自行車，帶靠背的座椅安裝在車架中部，騎行者可斜躺著坐在座椅上，兩腿放在前輪二側(cè)。杠桿式曲柄無級傳動裝置固定在前輪的前上方，通過左右曲柄桿上的滑塊鉸接鏈條交替?zhèn)鲃忧拜?。操縱把手裝于前輪的正上方，由鋼絲繩牽引后輪轉(zhuǎn)向。這樣就不會干擾車子的方向操縱。由于降低了座位高度，減少了空氣阻力。采用杠桿式曲柄無級傳動裝置，適應(yīng)人體功能的要求。 (5)便攜式高安全型無級變速自行車 一種新式樣的自行車。其特

23、征是由行走機(jī)構(gòu)，車椅式直立車龍頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，杠桿式無級變速驅(qū)動機(jī)構(gòu)。適用于交通擁擠，樓層高，住房緊，停放車輛不便的都市區(qū)。本裝置是由足踏杠桿式無級變速機(jī)構(gòu)，車架可橫向折疊，驅(qū)動大車輪在前面，導(dǎo)向小車輪在后邊的行走機(jī)構(gòu)與帶靠背車坐椅式的直立車龍頭轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成的自行車裝置。該裝置形體式樣，較為奇特但騎行舒適，更安全，并能折疊便攜帶。 (6)純滾動式四個(gè)檔位無級變速自行車 一種純滾動式四個(gè)檔位無級變速自行車，其中在中軸上的中心齒輪嚙合連接有一級行星輪和二級行星輪，中心齒輪的兩側(cè)分別套裝有推動盤，一側(cè)固定在腳蹬輪軸上，另一側(cè)固定在鏈輪上；二級行星輪和中心齒輪為棘輪總成與鏈輪嚙合連接，在中軸和后軸

24、的車架體上固定有座盤，座盤上固定有升降檔位彈簧；在座盤上固定連接有自鎖離合器總成，自鎖離合器總成滾動套裝在停轉(zhuǎn)盤上，停轉(zhuǎn)盤固定在中軸和后軸上；在中軸和后軸的自鎖離合器總成上裝有移動升降檔位拉桿。隨時(shí)變增減速檔位，對自行車零部件無影響，制造簡單，性能可靠，操作簡單，使用方便。 (7)帶傳動無級變速自行車 一種無級變速自行車，改進(jìn)了現(xiàn)有自行車的動力傳動機(jī)構(gòu)。該自行車的動力傳動機(jī)構(gòu)包括以下部件：小動輪、小定輪、小動輪撥叉，小動輪、大動輪、大定輪、大動輪撥叉，大動輪、Ｖ型傳動帶、Ｖ型帶張緊裝置、調(diào)速器、閘線、飛輪，飛輪由飛輪軸套、飛輪底座、滾柱、滾珠構(gòu)成。其特征在于自行車的動力傳動機(jī)構(gòu)包括以下

25、部件：小動輪、小定輪、小動輪撥叉，小動輪、小定輪呈錐形，兩輪大小形狀一致，錐面相對，組成帶有Ｖ形溝槽的小傳動輪，與自行車后軸上的飛輪軸套固定連接，小動輪在撥叉控制下沿軸滑動；大動輪、大定輪、大動輪撥叉，大動輪、大定輪也呈錐形，兩輪大小形狀一致，錐面相對，組成帶有Ｖ形溝槽的大傳動輪，固定在自行車中軸上，大動輪在撥叉控制下沿軸滑動；Ｖ型傳動帶、Ｖ型帶張緊裝置、調(diào)速器、閘線、飛輪，Ｖ型傳動帶鑲在大小輪的溝槽中；Ｖ型帶張緊裝置裝在后軸上，其支承輪支撐傳動帶；調(diào)速器裝在車把附近，與閘線連接，閘線帶動調(diào)節(jié)大小動輪位置的撥叉；飛輪由飛輪軸套、飛輪底座、滾柱、滾珠構(gòu)成，裝在后軸上，靠緊小傳動輪，飛輪軸套與小傳

26、動輪固定連接，飛輪底座與后軸固定連接，飛輪軸套內(nèi)還設(shè)有流線型的槽，滾柱放置在槽內(nèi)。 這種無級變速自行車通過帶傳動來實(shí)現(xiàn)自行車的無級變速，傳動平穩(wěn)、噪音低、調(diào)速操作方便、變速范圍大；同時(shí)該無級變速自行車的結(jié)構(gòu)簡單、易于加工，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模成批生產(chǎn)。 (8)蓄能型-全自動無級變速自行車 一種蓄能型一全自動無級變速自行車，屬于交通工具技術(shù)領(lǐng)域。本新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：主要由設(shè)置每側(cè)腳蹬上的長型齒盤交替工作，通過同側(cè)的鏈條傳動同側(cè)的飛輪，飛輪連同帶動設(shè)置在輪骨內(nèi)的發(fā)條內(nèi)端發(fā)條外端同輪骨固定。其中：同每側(cè)的飛輪安裝在同一軸套上還設(shè)置有防逆轉(zhuǎn)裝置，防逆轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如同飛輪，外殼同車架

27、子固定。騎行時(shí)由于每側(cè)長型齒盤的作用，通過鏈條對同側(cè)的發(fā)條交替蓄能，從而實(shí)現(xiàn)全自動無級變速。 1.5 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)自行車的特點(diǎn)選擇合適的傳動比；比較和選擇合適的方案；完成自行車無級變速器變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算；對關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度和壽命校核。 設(shè)計(jì)要求：輸入功率P=0.15kw、最低轉(zhuǎn)速n=20rpm、調(diào)速范圍R=8；變速器尺寸要盡可能小，輕便；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；關(guān)鍵部件滿足強(qiáng)度和壽命要求；畫零件圖和裝配圖。 2 鋼球行星式無級變速器的總體方案選擇 2.1 采用螺旋傳動實(shí)現(xiàn)球架的左右移動 圖2

28、.1 方案圖一 如圖2.1所示，軸的一端為空心，中部開有一個(gè)槽，如圖2.1所示將調(diào)速塊插入軸的槽中，該零件是內(nèi)帶螺紋孔的，將一螺釘插入軸孔中如圖2.1所示，該螺釘剛好與軸空端部接觸，使之不能移動，在零件上裝一個(gè)軸承，兩邊用如圖所示的卡盤卡住，卡盤由球架的固定架固定，則擰動螺釘，軸承與卡盤會跟著零件而左右移動，套在軸承及卡盤上的球架的中心軸會因球架的上下浮動而有角度的傾斜，從而達(dá)到變速的目的。 2.2 依靠左右推動實(shí)現(xiàn)球架的移動 圖2.2 方案圖二 如圖2.2所示，其余裝配部分一樣，但插入軸槽中的零件不再是內(nèi)帶螺紋孔，而是是實(shí)心的，在零件的左端部帶有一彈簧，如圖所示，彈簧的直徑與

29、孔徑一樣大小，當(dāng)整個(gè)裝置位于最右端是，彈簧與軸孔的端部有一定的預(yù)緊里力，從軸孔的右端插入一直徑與孔徑般大小的鐵棒，則左右推動鐵棒便可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的左右移動，從而達(dá)到變速的目的。 2.3 兩方案的選擇與比較 兩方案都能達(dá)到預(yù)期的變速目的，其中，螺旋傳動能很好的保證變速過程中的精度、效率、磨損壽命和強(qiáng)度等的要求，便于制造，易于自鎖；方案二也可以達(dá)到變速效果，而且彈簧制造簡便，使用廣泛，但如果采用方案二，不易于自鎖，則在軸的右端還要加一自鎖裝置，從而使整個(gè)裝置復(fù)雜化，站在人力的角度思考，方案二相比于方案一要費(fèi)力，所以綜合考慮，我選用方案1—采用螺旋傳動來實(shí)現(xiàn)鋼球架的左右移動從而實(shí)現(xiàn)自行

30、車的無級變速。 3 鋼球行星式無級變速器部分零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 鋼球的設(shè)計(jì)計(jì)算 由力學(xué)知識可知: 輪胎所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與鋼球摩擦所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩平衡 設(shè)鋼球的個(gè)數(shù)為八個(gè) （M人+ M車）gu1R1=8Qu2C 其中： M人=65 kg , M車=20 kg , u1=0.1 , u2=0.1 , g=9.8 ，R1=280mm ，C=2.16，Q為鋼球所受正壓力 代入數(shù)據(jù)可得： QDq=17997 看參考文獻(xiàn)[1]可知： Hmax=1353=1353 由于傳動件的[dj]=2200～2500MPa，帶入上式得： Dq=22.51～25.58mm 取Dq=2

31、5mm 該裝置是自動加壓裝置，依靠固定連接在鋼球支軸兩端的固定架中的小球上下滑動從而使支軸有一轉(zhuǎn)角變化，取小球直徑d=8mm。 3.2 鋼球支軸轉(zhuǎn)角的設(shè)計(jì)計(jì)算 本文鋼球支軸極限轉(zhuǎn)角圖如圖3.1所示： 圖3.1 鋼球支軸極限轉(zhuǎn)角圖 如圖3.1所示： AO=BO ∠0AC=∠BOD 則 RtΔOAC∽RtΔBOD 根據(jù)圖3.2所知： sin∠1= cos∠1==cos∠2 則 tan∠1= θ=45-arctan=45-arctanI 參考參考文獻(xiàn)[2]中鋼球行星式無級變速器的規(guī)定，取Imin=0.3，又已知Rb=8，故Imax=1.6。因此該無

32、級變速器的調(diào)速范圍在0.3～2.4之間。 鋼球的極限轉(zhuǎn)角為： 增速方向θ=arctanImax-45=arctan2.4-45=22.38 減速方向θ=45-arctanImin=45-arctan0.3=28.3 鋼球的中心圓直徑為： D=（C1+cos45）╳dq=(2.16+)╳25≈71.7mm 鋼球側(cè)隙為： [(C1+cos45)╳sin-1]╳dq=[(2.16+)╳sin-1]╳25≈2.43mm 3.3 軸槽的長度及卡盤的傾斜角的設(shè)計(jì)計(jì)算 本文調(diào)速機(jī)構(gòu)如圖3.2所示： 圖3.2 調(diào)速機(jī)構(gòu) 根據(jù)以上計(jì)算得： 增速方向θ=arctanI

33、max-45=arctan2.4-45=22.38 減速方向θ=45-arctanImin=45-arctan0.3=28.3 由圖3.2可知： ∠1=∠θ增=22.38 ∠2=∠θ減=28.3 由上面的計(jì)算可知：鋼球的半徑R=12.5mm L1-2=12.5 X cos22.38=11.52mm L3-4=12.5 X cos28.3=11.01mm 由上面計(jì)算可得：鋼球向左偏移了0.98 mm，向右偏移了1.49 mm L1-2=11.52+1.49=13.01≈14mm L3-4=11.01+0.98=11.99≈12mm 增速方向鋼球下降的距離為： H

34、1=12.5 X sin22.38=4.76≈5mm H2=12.5 X sin28.3=5.93≈6mm 3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 軸的選材及最小直徑的計(jì)算 由于自行車在工作過程中受的載荷不大，工作環(huán)境比較平穩(wěn)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]可選45號鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，HB217～255。 軸的最小直徑為： dmin≥A0╳ 在參考文獻(xiàn)[3]表15-3中可知： 取 A0=115 對于空心軸而言 dmin≥A0╳╳ 由參考文獻(xiàn)[3]可知： μ=0.5 代入數(shù)據(jù)可得： =1.022 由于設(shè)計(jì)要求 P輸入=0.15kw nmin=20rpm

35、 Rb=8 由參考文獻(xiàn)[4]得 Rb==8 nmax=160rpm 從而可知轉(zhuǎn)速n的范圍在20～160rpm之間 取n=150rpm 查參考文獻(xiàn)[5]得 取效率為η=0.82 P輸出=0.15╳0.82=0.123kw 實(shí)心軸部最小直徑為： dmin≥A0╳=11.50mm 空心軸部最小直徑為： dmin≥A0╳╳≈11mm 所以取軸的最小直徑dmin=12mm 3.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）擬定軸上零件的裝配方案 本文的裝配方案如圖3.3所示： 圖3.3 裝配方案圖

36、 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）由于前面計(jì)算可知 dmin=12mm，Ⅰ–Ⅱ段有螺紋，取公稱直徑為14 mm的螺紋，所以dⅠ–Ⅱ=14mm。如圖3.3所示，Ⅰ–Ⅱ段螺紋與自行車后輪相連，螺紋長度取15mm，螺紋右端到Ⅱ的長度也取15mm。則LⅠ–Ⅱ=15+10=25mm。 2）初步選擇滾動軸承。由于主要受徑向載荷，也同時(shí)承受小的軸向載荷，故選用深溝球軸承。參照要求根據(jù)dⅠ–Ⅱ=14mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取1基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級的深溝球軸承6103，故dⅡ–Ⅲ=17mm。為了方便輸出輸入端軸承裝配部分加工，則LⅥ–Ⅶ=17mm。?、虻芥溳喍嗣嫦嗑酁?mm，

37、軸承B=10mm，與輸入輪盤的間距為3mm，輸入輪盤的左端部取14mm，為了保證緊釘螺釘與鏈輪相連，軸承的右端用擋圈定位，取擋圈的厚度為2mm，所以LⅡ–Ⅲ=3+10+3+14+2=32mm。 3）軸上零件的軸向定位。為了軸承的軸向定位要求，Ⅱ-Ⅲ段軸端右端需制出一軸肩，故取dⅢ–Ⅳ=20mm，dⅤ–Ⅵ=20mm。Ⅲ–Ⅳ段與鋼球固定架相連（焊接），長度取15mm，由于變速曲線部分小球半徑r=4mm，所以LⅢ–Ⅳ=15+4=19mm，為了使軸相對稱，則LⅤ–Ⅵ=19mm。由于前面對軸槽的計(jì)算可知LⅢ–Ⅵ=15+15+25+8+8=71mm。 4）對于空心軸部分的最小半徑dmin=12mm，因

38、此Ⅶ–Ⅷ段的螺紋公稱直徑也為14mm，dⅦ–Ⅷ=14mm，LⅦ–Ⅷ=25mm。軸的中心孔孔徑為d孔=4mm。由于緊釘螺釘與變速器外殼相連，輸出輪盤內(nèi)端面與軸承距離取為7mm，則LⅥ–Ⅶ=3+10+7+14+2=36mm。 5）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考參考文獻(xiàn)[6]表15-2，取軸端倒角為1╳45 3.4.3 軸的校核 本文軸的受力分析模型如圖3.4所示： 圖3.4 軸的受力分析模型 鏈輪壓軸力方向線與軸承1的距離為4+3=7mm 兩軸承的距離為2+2+71=75mm 1）計(jì)算壓軸力Fp 如圖3.4所示 Fe=1000 v= N

39、為鏈輪的轉(zhuǎn)速，Z為鏈輪的齒數(shù)，P為鏈條節(jié)距。 選定鏈條型號和節(jié)距 查參考文獻(xiàn)[3]表9-7和圖9-13 取鏈輪齒數(shù)為25，KA=1.0，Kz=0.99，P=0.15kw 所以 Pca=KA╳KZ╳P=1.0╳0.99╳0.15=0.1485kw 查參考文獻(xiàn)[3]圖9-11和表9-1可以取Pca和n的值，通過圖9-11可選10A-1，查表9-1可得鏈條節(jié)距P=15.875mm。 故 V=0.99219m/s 所以 Fe=151.18N 查參考文獻(xiàn)[3]9-18式可得 鏈條水平布置時(shí)的壓軸力系數(shù)KFP=1.15 所

40、以 FP=151.18╳1.15=173.86N 根據(jù)力矩平衡原理可知： FP╳L1=F2╳L2 由于L1=7mm L2=75mm 則 F2=16.23N F1=173.86+32.37=190.1N 2)計(jì)算最大彎矩 Mmax=M=173.86╳7=1217.02 N.Mm 由于此軸是固定不動的 所以其扭矩近似為零 T=9550000=9550 Nmm σCA= 由參考文獻(xiàn)[7]可知： W≈0.1╳d3（1-β4）=335.787 取α=0.6 則 σCA≈17.36 MP<[σ-1]=60 Mpa 故軸的強(qiáng)度滿足要求 3.5 滾動軸

41、承的選擇 考慮軸受力較小且主要是徑向力，故選用深溝球軸承 軸承根據(jù)軸頸值查參考文獻(xiàn)[8]預(yù)選6103（GB/T276-1993） 壽命計(jì)劃： 由參考文獻(xiàn)[8]式13-8可知： P=XFr+YFa 由于兩軸承承受純徑向載荷 Fr=190.1N ，F(xiàn)a≈0N 查參考文獻(xiàn)[8]中的表13-5可知： X=1，Y=0 則 P=Fr=206.2N 對于深溝球軸承來說 з=3，ft=1 由參考文獻(xiàn)[10]查得c=440KG 代入數(shù)據(jù)可得： Lh==952575 h 預(yù)期壽命為：20年，每天工作10h L=20╳300╳10=60000

42、工作時(shí)間 3.6 自行車無級變速器的安裝 無級變速器的輸出盤上安裝著變速器外殼，兩者用緊定螺釘相連接，輸入盤通過緊定螺釘與自行車后飛輪相連，整個(gè)變速器位于后輪中央，通過細(xì)鋼絲與自行車后輪相連，變速器的外端有一可旋轉(zhuǎn)的裝置，通過轉(zhuǎn)動該裝置帶動球架左右移動，從而使自行車速度在最大速度和最小速度之間變動。 無級變速器安裝圖如圖3.5所示。 圖3.5 無級變速器安裝圖 4 鋼球行星式無級變速器的變速原理論證 4.1 關(guān)于本文的無級變速器 一．自行車用無級變速器結(jié)構(gòu)簡圖4.1所示： 圖4.1 無級變速器結(jié)構(gòu)簡圖 如圖4.1所示，該自行車用無級變速

43、器是在自行車后軸處設(shè)置一個(gè)變速盒，里面放置兩片輕薄的金屬圓盤作為輸入和輸出裝置，通過一組小球來傳遞驅(qū)動輪盤和被驅(qū)動輪盤之間的速度，這組小球是用一個(gè)架子固定的，此架子可以左右移動，這樣就讓球的軸線形成一個(gè)角度，從而左右接觸點(diǎn)的小球就有不同大小的旋轉(zhuǎn)圓周。 4.2 無級變速的運(yùn)動結(jié)構(gòu)分析 4.2.1無級變速的運(yùn)動 本自行車用無級變速器的運(yùn)動簡圖如圖4.2所示： 1:鋼球 2：輸入輪盤 3：輸出輪盤 圖4.2 運(yùn)動簡圖 如上圖所示，若給定一角速度W1，由前一節(jié)所講述的關(guān)于本文的無級變速器的情況可知： 設(shè)鋼球半徑為R，角速度

44、為W，輸入輸出的半徑分別為R1、R2，角速度分別為W1、W2。 則在a點(diǎn)處，1與2兩構(gòu)件的速度應(yīng)相等的 W1R1=WR W=W1R1/R 在b點(diǎn)處，2與3兩構(gòu)件的角速度是相等的 則 WR=W2R2 （W1R1/R）R=W2R2 W1R1=W2R2 即 W1/W2=R1/R2=n1/n2 傳動比為： I=n1/n2=R1/R2 4.2.2 變速原理分析 變速原理圖如下圖4.3所示： 圖4.3 變速原理圖 有以上論證過程可知，只要改變R1,R2的比值即可改變傳動比，R1和R2分別為兩小球接觸點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)圓周，因這組小球的控制是無角度

45、的，故而自行車的變速是無級的。 5 結(jié)論 這次自行車無級變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)。實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識的綜合運(yùn)用，解決實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)存在的一些問題。同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及CAD制圖等其他專業(yè)能力水平，通過對整體的把握，局部的取舍，以及細(xì)節(jié)的處理，都使我的能力得到了鍛煉，并且抗壓能力和耐力也都得到了不程度的提升。這些是我在畢業(yè)設(shè)計(jì)所得的收獲。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容比較繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。軸的設(shè)計(jì)，軸承的校核選用，尺寸標(biāo)準(zhǔn)的選著，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安裝

46、方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入、不斷熟悉到學(xué)會應(yīng)用的。 在設(shè)計(jì)過程中軸承的選著和校核是讓我很頭痛，原因是由于軸承的選著與軸的設(shè)計(jì)、扭距、彎矩都是相關(guān)聯(lián)的，一旦軸承的選著不對，前面的軸承直徑就會出錯(cuò)，那么彎矩和扭距也隨之改變。所以就會重新選取軸承，再重新設(shè)計(jì)軸。通過這么重新的設(shè)計(jì)也使我更加的了解軸承的選取和軸的設(shè)計(jì)。使我知道了通過參考C/P值的選取更好的選取軸承。這個(gè)過程從而我也鍛煉了我的耐心和恒心。 從不知道畢業(yè)論文怎么寫，到順利完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，這給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時(shí)也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。但是在設(shè)計(jì)過程中還是存在一些問題：1）對部分零件的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸的掌

47、握還不夠準(zhǔn)確；2）設(shè)計(jì)中應(yīng)對突然出現(xiàn)的問題解決不及時(shí)徹底。要想進(jìn)一步研究，還要對各個(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)。 參考文獻(xiàn) [1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.第四版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002. [2]阮忠唐.機(jī)械無級變速器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983. [3]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第八版.北京：高等教育出版社，2006.5. [4]周有強(qiáng).機(jī)械無級變速器[M].成都:機(jī)械工業(yè)出版社,2001. [5]阮忠唐.機(jī)械無級變速器設(shè)計(jì)與選用指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999. [6]周良德，朱泗芳，楊世平.現(xiàn)代工程圖學(xué)[M].第二版.湘

48、潭：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2009. 8. [7]葛志淇.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊[M].天津:冶金工業(yè)出版社,1980. [8]東北工學(xué)院.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊[M].第一版.天津:冶金工業(yè)出版社,1974.4. [9]秦世倫.材料力學(xué)[M].成都：四川大學(xué)出版社. [10]孫巖，陳曉羅，熊涌[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.3. [11]麥智生.自行車無級變速器[J].中國自行車.2002.（第2期）. [12]周有強(qiáng).崔學(xué)良.董志峰.機(jī)械無級變速器發(fā)展概述[J].機(jī)械傳動.2005.(第1期). 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

49、謝指導(dǎo)老師聶松輝老師，在聶老師的悉心指導(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，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，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，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，

50、我們專業(yè)擁有一個(gè)龐大的知識體系，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。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)。 外文翻譯 半固態(tài)成型： 競爭來自汽車復(fù)雜零件的鍛造機(jī) Q. ZHU1, S. P. MIDSON2 1.英國康明斯渦輪增壓技術(shù)有限公司，圣安得烈路，哈德斯菲爾德，Hd1 6RA S； 2.美國鋁復(fù)雜組分公司，科羅拉多州丹佛賈森街道2211南，8022

51、3， 2010年5月13日收到; 2010年6月25日接受 摘 要 葉輪制造的最新技術(shù)被稱為半固態(tài)成型（SSM）。它是康明斯渦輪增壓技術(shù)有限公司與鋁復(fù)合元件公司一起開發(fā)，SSM壓縮機(jī)輪的一種方式。它能使鑄造和加工固體之間（MFS）鋁合金車輪，實(shí)現(xiàn)成本和耐久性的地方。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SSM材料具有優(yōu)良的顯微組織和力學(xué)性能，這些都高于MFS材料。測試包括耐久性的組分測試，使用加速的速度周期測試，證明SSM壓縮機(jī)輪子比鑄造的等值更耐用和接近MFS葉輪。為了使半固態(tài)處理進(jìn)一步挑戰(zhàn)of other complex components and other materials in automotive

52、 industry in terms of both cost and durability are also discussed.，對汽車行業(yè)中制造成本和其他成分復(fù)雜等材料的耐久性進(jìn)行了討論。 關(guān)鍵詞： 鋁合金; 半固體造型; 耐久性; 汽車復(fù)雜組分; 蒸氣增壓器壓縮機(jī)輪子 1引言 柴油和汽油發(fā)動機(jī)是造成的排放和全球變暖的一個(gè)重要來源。為了提高燃油效率和減少排放，汽車輕量化是一種有效的方法.。半固態(tài)成型（SSM）已成功幫助，減輕汽車零部件的重量，明顯改善的機(jī)械性能。所以，可以用小或更薄的壁零件。汽車零部件已成功用SSM。達(dá)斯古普塔[ 1 ]總結(jié)了最普遍的應(yīng)用如下： 1) A

53、357-T5,2)自動傳輸使換中檔杠桿A357-T5， 3)發(fā)動機(jī)裝配A357-T5， 4)引擎托架1 800 g A357-T5， 5)上部控制臂A356-T6， 6)懸浮A357-T5， 7)引擎托架720 g A357-T5， 8)引擎托架2400 g A357-T5和9)柴油引擎A356- T5泵體加油路軌。 發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一種有效的提高燃油效率和減少排放。增加氣壓比率到發(fā)動機(jī)方式能夠進(jìn)一步提高燃油效率和減少排放的目的。增加氣壓可以通過在一個(gè)渦輪增壓器壓縮機(jī)輪來實(shí)現(xiàn)。壓縮機(jī)輪需要非常復(fù)雜的葉片，幾何實(shí)現(xiàn)高壓力比。應(yīng)付250 C和重大溫度差時(shí)，壓縮機(jī)輪承受的旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)200 00

54、0轉(zhuǎn)/分鐘。除機(jī)械力量和溫度能力的要求之外，由于在速度周期上的刀片的變化和振動，疲勞是一種典型的失效模式。 這種組合的復(fù)雜的幾何形狀和堅(jiān)韌操作條件,意味著調(diào)制解調(diào)器壓縮機(jī)輪子要求最佳的物質(zhì)技術(shù)。幾十年來，壓縮機(jī)的車輪含有鋁，硅和銅的合金。要達(dá)到指定的耐久性目標(biāo)，然而，制約他們的發(fā)行速度，即是必要的。由于鑄造缺陷，在操作過程中減少了發(fā)動機(jī)的效率。因此，固體(MFS)或鍛件壓縮機(jī)輪子的開發(fā)，克服鑄件瑕疵問題。在耐久性的改善也意味MFS輪子可能可靠地跑以更高的速度，增長的燃料效率和減少排放。缺點(diǎn)是MFS鑄造比較昂貴。 因此，半固態(tài)成形加工（SSM）應(yīng)用開發(fā)的制造過程中，在鑄造和MFS鋁合金之間車

55、輪，去實(shí)現(xiàn)成本和耐久性能。由于壓縮機(jī)輪幾何形狀復(fù)雜，精度控制的要求和嚴(yán)格的操作條件，制造壓縮機(jī)輪可能是SSM最困難的過程。在這項(xiàng)工作SSM應(yīng)用的開發(fā)和結(jié)果在制造業(yè)壓縮機(jī)輪子在復(fù)雜幾何學(xué)汽車組分制造被提出，為例SSM應(yīng)用。 2 渦輪增壓 最近渦輪增壓技術(shù)廣泛用于柴油發(fā)動機(jī)和汽油發(fā)動機(jī)，直接噴射技術(shù)也一起發(fā)展。對于新汽車渦輪增壓器的應(yīng)用量（合適的）。如圖1所示，在過去10年1999年-2004年穩(wěn)定增長約10%和2004年-2009年約5%，平均年增長率約7%。在2004年-2009年較低的增長率，主要是由經(jīng)濟(jì)衰退引起的。自2008年以來，未來10年預(yù)計(jì)年增長率將有約8%。2007年蒸

56、氣增壓器新車的世界總寬容量大約是20百萬個(gè)單位，相當(dāng)于6.8十億USD。 圖1 全球渦輪增壓發(fā)動機(jī)市場（首次適應(yīng)卷） 渦輪增壓器可以通過壓縮機(jī)輪子有效地增加氣壓，這是由通過廢氣渦輪軸排氣。圖2顯示了一個(gè)典型的廢氣旁通增壓器。壓縮機(jī)輪子的轉(zhuǎn)動速度可高達(dá)200 000 r/min。進(jìn)一步增加的速度是提高效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。然而，轉(zhuǎn)動速度由壓縮機(jī)和渦輪葉輪的材料物產(chǎn)生限制。渦輪增壓器故障主要是由壓縮機(jī)或渦輪機(jī)在高溫條件下引起疲勞。 圖2典型的廢氣旁通增壓器概述 3 SMM制造渦輪增壓器壓縮機(jī)輪的挑戰(zhàn) 渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪幾何的設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜，為了滿足特定的效率和耐久性的要

57、求。圖3給出了一個(gè)典型的壓縮機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)。葉片長度與葉片厚度比約為25，這使得它在SSM難填補(bǔ)的葉片和中央集線器刀片的質(zhì)量比可以達(dá)到80左右，同時(shí)這使得它很難獲得滿意的葉片和輪轂組織。此外，葉片的曲度在處理以后SSM模子難拆卸。因此，模具設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)及模具溫度控制和流道系統(tǒng)是達(dá)到一個(gè)成功的結(jié)果的關(guān)鍵參量[2]。另外，材料也必須經(jīng)過仔細(xì)挑選，以滿足在嚴(yán)格操作條件下符合壓縮機(jī)輪子的耐久性的嚴(yán)密要求。 圖3概述（a）、剖面圖（b）典型的壓縮機(jī)w heel砂輪 4 材料的選擇 材料的選擇是決定開始的物理性能如熱導(dǎo)率，熱系數(shù)和合金密度保證當(dāng)前組分設(shè)計(jì)有效性。認(rèn)為3XX鑄造鋁

58、合金可用于目前壓縮機(jī)輪的設(shè)計(jì)?？捎盟衃 3-33 ] 數(shù)據(jù)的SSM的力學(xué)性能和鑄鋁合金比較后，319s合金被選擇制造壓縮機(jī)輪子。圖4顯示319s合金具有合理最好的和一致的拉伸強(qiáng)度和伸長率。從純粹的拉伸性能的觀點(diǎn)，SSM A201也顯示了可喜的成果。因此，SSM A201試驗(yàn)，更好的實(shí)現(xiàn)了文學(xué)強(qiáng)度和延性比。然而，SSM A201沒有市售的。所以用于制造壓縮機(jī)輪仍然是SSM 319s合金。 圖4 SSM鋁合金的拉伸性能比較永久模鑄造的（PM） 5 結(jié)果 在表1中給出了SSM壓縮機(jī)輪選擇合金319s化學(xué)成分。圖5顯示SSM 319s壓縮機(jī)輪有優(yōu)越的抗拉伸強(qiáng)度和延展性。

59、在2618鍛造熱處理T61的條件下用于壓縮機(jī)輪的c355和目前354接近。單軸疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，試樣從一個(gè)平行的方向鍛造2618合金的金屬流動具有優(yōu)良的耐疲勞性，而在垂直方向有類似的疲勞性能抵抗熔鑄355（6）。金屬化流程樣品的取向之間這個(gè)區(qū)別主要出現(xiàn)從粗第二個(gè)階段微粒的對準(zhǔn)線。改善疲勞在圖6小應(yīng)變中可以看到SSM 319s在鑄造355的屬性。如圖7所示，已被證明組件的磁盤疲勞試驗(yàn)，是由單軸的壓縮應(yīng)力與R> O在從壓縮機(jī)輪子的后面面孔用機(jī)器制造的盤樣品進(jìn)行。在渦輪增壓器組件測試中，檢測的細(xì)胞受康明斯渦輪增壓技術(shù)的限制，結(jié)果列于圖8。圖8顯示了鑄造c355，2618和SSM 319s相比的耐久性

60、。SSM 319s和偽造2618壓縮機(jī)輪之間，雖然他們都優(yōu)越鑄造c355的耐久性。SSM 319s和偽造的2618的這重大改善主要來自材料的改善和鑄件瑕疵的排除，例如氧化物。除對材料的完整性，鍛造和SSM的改進(jìn)清潔。鍛造2618和SSM 319s比鑄造的C355和354.0的晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)化和顯微組織是對壓縮機(jī)輪子的耐久性改善的另一貢獻(xiàn)(圖9)。 圖5顯示了SSM 319s鑄造優(yōu)越的抗拉性能C355, 354.0 and 319 while comparable with forged 2618c355，354和319，與鍛造2618 圖6通過鑄造SSM 319s顯示出

61、c355與鍛造2618優(yōu)越的耐疲勞性 圖7 SSM 319s顯示出在鑄造c355阻力優(yōu)越的單軸疲勞resistance over cast C355 圖8 SSM 319s壓縮機(jī)輪表現(xiàn)出在鑄造c355壓縮機(jī)輪與forged 2618鍛造2618優(yōu)越的耐久性 圖9晶粒結(jié)構(gòu)的鑄造c355（a），2618（b）和鍛造SSM 319s (c), indicating comparable grain size between forgedSSM 319s（c），表明類似的晶粒尺寸之間鍛造and SSM alloys, while both significant fin

62、er than cast alloy和SSM合金，而顯著小于鑄造合金。 5 執(zhí)行總結(jié) 1）渦輪增壓是實(shí)現(xiàn)大幅減排和燃油經(jīng)濟(jì)一個(gè)最成功的技術(shù)。渦輪增壓發(fā)動機(jī)在過去10年已經(jīng)取得大約7%的體積增加，并且未來10年預(yù)測增長8%。 2）SSM已被成功地應(yīng)用于生產(chǎn)極其復(fù)雜的幾何渦輪增壓器的壓縮機(jī)車輪。 3）SSM壓縮機(jī)輪取得了拉伸，疲勞性能和部件的耐久性。所以，它接近2618鍛造，優(yōu)于鑄造c355。 6 未來的挑戰(zhàn) 雖然制造業(yè)的SSM汽車零部件已取得重大進(jìn)展，研究人員努力開發(fā)新的合金和工藝，仍有需要更多的努力來滿足工業(yè)要求。這些措施包括： 1）更多選擇的合金 有汽車的工業(yè)

63、應(yīng)用不同要求，一些需要高強(qiáng)度，而有些人可能需要高的熱性能，疲勞性，耐腐蝕性和耐磨性。這些都需要不同的合金系統(tǒng)滿足一個(gè)或多個(gè)工業(yè)應(yīng)用的要求。 2）高熔點(diǎn)合金系統(tǒng) 發(fā)展SSM是最大的努力過程歷史上以相對較低的熔化點(diǎn)、合金如鋁和鎂合金。一些努力和成功取得了高熔點(diǎn)點(diǎn)合金如鋼[ 34 ]，但進(jìn)一步的研究需要發(fā)展的材料系統(tǒng)的鑄鐵，鋼鎳基合金。這些材料具有顯著的比鋁和鎂合金密度更高，所以有更大的潛在節(jié)省更多的重量汽車零部件，從而更多的燃油經(jīng)濟(jì)性，和提高質(zhì)量和性能，耐久性在SSM過程改進(jìn)的光比合金。 3）復(fù)雜的幾何部件 一些汽車零部件的復(fù)雜幾何，例如一個(gè)渦輪增壓器壓氣機(jī)輪和發(fā)動機(jī)缸頭，使得它很難實(shí)現(xiàn)嚴(yán)

64、格的性能要求，在鑄造鍛坯加工效率/成本。因此，SSM幾何組成有制造復(fù)雜的巨大潛力。非常低的剪切強(qiáng)度在半固態(tài)狀態(tài)合金使它實(shí)現(xiàn)制造復(fù)雜的幾何部件時(shí)澆注系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)與模具結(jié)構(gòu)在低剪切強(qiáng)度達(dá)到可容納相對較高的抗壓強(qiáng)度。 4）還原電流SSM元件成本 在使用SSM加工過程中減少零件的制造成本實(shí)現(xiàn)鍛坯。然而，由于成本高制造原料棒料，復(fù)雜性澆注系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)以及相對高成本，SSM組件的成本仍然顯著高于鑄造。因此，應(yīng)作出努力，進(jìn)一步達(dá)到降低成本棒料的原材料，設(shè)計(jì)和制造澆注系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)和工藝。 致謝 作者想表達(dá)他們的感謝，在康明斯渦輪增壓邁克爾鳳博士對批判性閱讀和科技有限公司本文的評論。多

65、虧了安得烈.杰克遜的鋁成分復(fù)雜，開發(fā)工具和一般支持successfully manufacturing the SSM impelle成功地生產(chǎn)的SSM葉輪。 參考文獻(xiàn) [ 1 ] 達(dá)斯古普塔R.[ C ] / / proc第八間半固態(tài)會議合金和復(fù)合材料的加工。塞浦路斯，2004。 [2]朱Q，杰克遜一頁的制造方法和制造裝置渦輪機(jī)或壓縮機(jī)輪[P]。wo2007 / 010181，2007。 [3]劉博士研究[ D ]。上海：謝菲爾德大學(xué)，2003。 [4]金屬手冊。的性能和選擇：有色合金專用材料[M].。第2卷，第十版的金屬公園,ASM，1990。 [ 5 ] wab

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