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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）
設(shè)計(論文)題目：一種轎車用變速器的設(shè)計（傳動機(jī)
構(gòu)設(shè)計）
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目 錄
摘 要 III
Abstract IV
第1章 緒 論 1
1.1引言 1
1.2 變速器概述 1
1.3 無級式變速器發(fā)展歷程 3
1.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.4 無級變速器發(fā)展趨勢 3
1.5 論文概述 4
1.6 論文研究意義 4
第2章 總體方案設(shè)計 6
2.1 主要技術(shù)指標(biāo) 6
2.1.1 確定基本參數(shù) 6
2.2 齒輪相關(guān)數(shù)據(jù)的計算 8
2.2.1 齒輪參數(shù) 8
2.2.2 各齒輪齒數(shù)及參數(shù)分配 9
2.3 滾動球鍵 15
第3章 齒輪校核 17
3.1 選擇齒輪材料 17
3.2 計算各軸的轉(zhuǎn)矩 17
3.3 確定輪齒強(qiáng)度 17
3.3.1 確定齒面接觸強(qiáng)度參數(shù) 17
3.3.2 齒面接觸應(yīng)力計算 23
3.3.3 輪齒彎曲強(qiáng)度的計算 24
3.4 各齒輪受力計算 29
第4章 軸及其支撐件的校核 30
4.1 軸在工藝方面的要求 30
4.2 計算軸的強(qiáng)度 30
4.2.1 初次選擇軸的直徑 30
4.2.2 驗算軸的強(qiáng)度 31
4.3 軸承的選擇及花鍵的可靠性分析 35
4.3.1 變速器軸承選擇 35
4.3.2 花鍵可靠性分析 35
第5章 變速器傳動機(jī)構(gòu)的繪圖 36
5.1 CAD繪圖 36
5.1.1 齒輪的繪制 36
5.1.2 行星架蓋的繪制 37
5.1.3 變速器總成的繪制 38
第6章 論文總結(jié) 39
參考文獻(xiàn) 40
致 謝 41
VII
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一種轎車用變速器的設(shè)計(傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計)
摘 要
變速器是汽車傳動系統(tǒng)的主要總成，其中，無級式變速器CVT(Continuously Variable Transmission)具有動力性強(qiáng)、舒適性高、經(jīng)濟(jì)性好等方面的優(yōu)點，因此越來越受到人們的重視，未來的發(fā)展前景十分廣闊，許多汽車制造商也在大力研制無級式變速器。
本文內(nèi)容包括金屬帶式無級變速器的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及性能特點，并計算了齒輪、軸的相關(guān)參數(shù)。據(jù)此設(shè)計了一款金屬帶式無級變速器的傳動機(jī)構(gòu)，包括主、從動帶輪；主、從動錐盤和中間減速機(jī)構(gòu)，以達(dá)到高效、便捷的目的。
關(guān)鍵詞：金屬帶；無級變速器；傳動機(jī)構(gòu)；CAD繪圖
The Design of a Automatic Transmission（Design of the
Transimission System）
Abstract
Transmission is the main assembly of the automobile transmission system, among them, the continuously variable transmission has the advantages of power, comfort, economy and so on. Therefore more and more people pay attention to CVT, the future development prospects are very broad, many automobile manufacturers also vigorously develop continuously variable transmission.
This paper introduces the development course, current situation and performance characteristics of the metal belt type continuously variable transmission，and the relative parameters of gear and shaft are calculated in this paper. According to this, the transmission mechanism of a metal belt type continuously variable transmission is designed to make it efficient and convenient，including driving and driven pulleys; lord and driven cone-disk and intermediate deceleration institutions.
Key words: Metal belt;continuously variable transmission；transmission mechanism；AutoCAD
第1章 緒論
第1章 緒 論
1.1引言
汽車上采取的主要動力裝置是內(nèi)燃機(jī)，但牽引力與車速變化有一定需要，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩卻由一定限制，因此迫切需要一種裝置來解決這個問題，使發(fā)動機(jī)能夠工作，而這個工作又需要在一定范圍內(nèi)可以提高車輛在動力性與經(jīng)濟(jì)性方面的性能，此裝置被稱為變速器。發(fā)動機(jī)需要變速器來發(fā)揮性能，此性能被稱為最佳性能。以前，汽車上主要使用的是發(fā)展較為成熟的自動變速器，發(fā)展到現(xiàn)在，無級變速器在國內(nèi)各類汽車上的應(yīng)用已經(jīng)較為常見。我國對其應(yīng)用水平雖然遠(yuǎn)未成熟，但在未來終將在汽車上大量推廣使用無級式變速器。
1.2 變速器概述
根據(jù)結(jié)構(gòu)形式區(qū)別，無級變速器傳動系統(tǒng)主要有三種：電力式、液力式（動液式）和機(jī)械式。
電力式通常采用直流串激電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以完成傳動，雖然所需的電能易于傳輸和集中生產(chǎn)，但其自重大、成本高并且耗能大，所以在重型礦車上較為常見。
液力式通常采用液力變矩器，能提高整個傳動裝置的動力性能，分為靜壓傳動和動液傳動兩種。靜壓傳動雖然具有占用空間小、傳遞功率大、工作噪聲低等優(yōu)點，但效率低下、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，所以仍需要改進(jìn)。而動液傳動所能傳遞的轉(zhuǎn)矩變化范圍較小，效率也比較低，所以一般與有級機(jī)械變速傳動結(jié)合成能自動換檔的液力機(jī)械自動變速器，目前在汽車上比較常用。
機(jī)械式分為帶傳動式和鏈傳動式，其傳動速比能按照汽車行駛具體要求，自動進(jìn)行連續(xù)變化。另外，相較于其他變速器，它還具有結(jié)構(gòu)、操縱、造價等方面的優(yōu)點，動力傳動系統(tǒng)達(dá)到最佳動力后，同樣需要機(jī)械式無級自動變速器與發(fā)動機(jī)相匹配。由于結(jié)構(gòu)的影響，在傳動比范圍、傳動帶壽命、工作可靠性、傳動效率及運轉(zhuǎn)噪音等方面，金屬鏈?zhǔn)綗o級變速傳動比金屬帶式無級變速傳動存在更多缺點。因此，國內(nèi)外對研究金屬帶式無級變速明顯更感興趣。
金屬帶式無級變速器結(jié)構(gòu)比較簡單，主要構(gòu)成部位：行星齒輪機(jī)構(gòu)、起步離合器、控制系統(tǒng)、無級變速機(jī)構(gòu)和中間減速機(jī)構(gòu)。
起步離合器：分為前進(jìn)離合器，倒擋離合器，兩者均屬于濕式多片離合器。傳遞轉(zhuǎn)矩依靠液壓缸活塞壓力進(jìn)行。如果泄壓，回位彈簧使活塞復(fù)位。多片式離合器可以傳遞的轉(zhuǎn)矩，其數(shù)值較大，主要原因是能獲得的摩擦面積較大。另外，其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力也會發(fā)生變化，具體由離合器摩擦片的多寡來決定。
離合器主要采用紙基摩擦材料，其母體材料有纖維（石棉、碳纖維素等）和合成纖維（棉、木材等），輔以無機(jī)、有機(jī)的高摩擦材料，對其進(jìn)行攪拌，最后浸漬酚醛類樹脂硬化制成。這種材料的特點是多孔、網(wǎng)狀，彈性較高，摩擦因數(shù)高，其穩(wěn)定性在處于高壓，高溫，高圓周速度時較好。
行星齒輪機(jī)構(gòu)：無級變速器上使用的是雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，將內(nèi)外行星齒輪、外行星齒輪和右支架固定在行星架上，通過螺栓將右支架固定在行星架上，內(nèi)行星齒輪和太陽輪嚙合，外行星齒輪則和齒圈嚙合。前進(jìn)和倒檔就是通過它們實現(xiàn)的。通過改變行星齒輪系可以旋轉(zhuǎn)倒擋的方向。 行星傳動是一種換向平穩(wěn)柔順的常嚙合傳動，相較于定軸式，換向的沖擊降低了。此外，變速器的軸向尺寸的減短，對稱的多點嚙合，在相互平衡徑向力的同時，保證了運動的平穩(wěn)，提高了抗沖擊和抗振動能力，延長了其壽命。行星機(jī)構(gòu)的承載能力則可以通過改變行星齒輪的數(shù)量來實現(xiàn)。
金屬傳動帶的構(gòu)成比較簡單，其一為兩百多個厚度為1.4mm的金屬片，其二為兩組金屬環(huán)，金屬環(huán)由9或12片厚度為0.18mm的帶環(huán)疊合而成。在兩邊的工作輪擠壓力的擠壓下金屬片得以傳送動力，在動力傳送過程中，金屬環(huán)通過保證預(yù)緊力的供給來支撐和誘導(dǎo)金屬片的運動，必要時也可以保證部分轉(zhuǎn)矩的傳遞。摩擦片可以傳遞轉(zhuǎn)矩，通常與錐盤母線共軛的摩擦片側(cè)邊能避免加減速時金屬帶的軸向偏斜，使附加側(cè)向彎曲應(yīng)力不會作用于金屬帶。金屬帶式無級變速傳不偏斜，既保證了由于偏斜產(chǎn)生的附加的摩擦損失不發(fā)生在對稱直母線錐盤傳動中，又因為不偏斜，傳動工作半徑增大了，傳動比的范圍增加了，傳動能力也得到了增強(qiáng)。
控制系統(tǒng)：能使無級變速實現(xiàn)自動化，主要表現(xiàn)在傳動比無級自動變化。用于無級變速器的液壓控制系統(tǒng)包括壓力調(diào)節(jié)器子系統(tǒng)、比例控制子系統(tǒng)、變矩器控制子系統(tǒng)、可變潤滑控制子系統(tǒng)、變化器夾緊子系統(tǒng)和離合器控制子系統(tǒng)。其具體組成比較復(fù)雜，包括一個油泵，一個液壓調(diào)節(jié)閥，液壓缸（傳感器和主、從動輪分別需要）以及許多管道。其中液壓調(diào)節(jié)閥負(fù)責(zé)速比控制和夾緊力的控制，是該系統(tǒng)實現(xiàn)無級變速控制的前提。
中間減速機(jī)構(gòu)：一般情況下，無級變速機(jī)構(gòu)能夠提供的速比，最大為2.6，最小為0.445，距離整車傳動比變化范圍還有差距，因此中間減速機(jī)構(gòu)被制造出來，用以解決此問題。發(fā)動機(jī)產(chǎn)生動力，經(jīng)過動力變矩器離合器和液力變矩器的作用，傳輸給前進(jìn)離合器以及倒擋離合器，液壓缸將液壓泵產(chǎn)生的高壓油力施加在錐盤變速裝置上，金屬帶組件在該力的作用下產(chǎn)生摩擦力，在從動軸上施加主動軸的轉(zhuǎn)矩，最后減速裝置經(jīng)過差速器輸出給車輪。
圖1.1 金屬帶式無級變速器
1.3 無級式變速器發(fā)展歷程
1886年，橡膠帶CVT誕生，這是世界上第一個CVT；1907年,金屬盤摩擦傳動無級變速器誕生，被運用在美國卡特車上；1931年牽引式CVT誕生，在Austin Sixteen車上得以初次面世。無級變速傳動隨著電子控制技術(shù)尤其是計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展二得到發(fā)展。20世紀(jì)60年代末期,荷蘭工程師Van Doorne成功開發(fā)金屬帶CVT,這是CVT技術(shù)上一次創(chuàng)造歷史的突破與創(chuàng)新，十年后，意大利Fiat公司的汽車將其裝車。1986年,這種CVT登陸美國，出現(xiàn)在美國Fort汽車公司的汽車上。1991年計算機(jī)控制的無級調(diào)速液壓自動變速器(CVT)在美國誕生,此后歐美轎車制造商先后開始采用此項技術(shù)。
1.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
CVT(Continuously Variable Transmission)的控制技術(shù)屬于轎車的核心技術(shù),其技術(shù)含量較高,日本、荷蘭、德國、美國等國近年來對控制技術(shù)的研究取得了較大成果。目前，汽車制造商將焦點聚集在研究CVT 汽車的匹配控制上。要造出一流的汽車，不僅僅是一流的汽車底盤隨意配上一流的內(nèi)燃機(jī)，好的零部件只是作為前提，更關(guān)鍵的是協(xié)調(diào)這些零部件之間的工作，使之完成匹配，保證汽車完美發(fā)揮其性能。
其中，日本本田公司在實驗中發(fā)現(xiàn)，擠壓力比在一定條件扭矩比下，其大小只與速比有關(guān)；而在美國威斯康新大學(xué)，Madison教授的實驗表明，如果保持力、扭矩、傳動比不變，脈寬調(diào)制是目前最簡便、最高效的控制方式；日本學(xué)者Tohru的實驗表明，由于主動輪上作用力不同會產(chǎn)生蠕變模式與滑移模式，兩種模式下改變換擋速率的變量不同。
1.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)對CVT 的研究可以追溯到90年代初期，黃向東教授等人研制出H型傳動帶，對調(diào)控邏輯進(jìn)行了優(yōu)化；裘熙定、周云山教授從實時控制著手分析汽車動態(tài)調(diào)節(jié)過程；程乃士教授等人根據(jù)液壓控制模型計算得出數(shù)學(xué)表達(dá)式；重慶大學(xué)的胡建軍教授等人則是注重實驗，根據(jù)具體數(shù)值分析出傳動機(jī)構(gòu)速中比變化率的關(guān)系，并且提出了一種濕式離合器起步控制策略?？傮w來說，國內(nèi)對CVT的研究處于起步階段，尤其表現(xiàn)在零部件方面論述的稀少，未來仍需加強(qiáng)研究力度。
1.4 無級變速器發(fā)展趨勢
汽車的傳動系統(tǒng)重要性不言而喻, 可以改善汽車的經(jīng)濟(jì)，提高汽車的動力性，而這些在CVT上體現(xiàn)的較為理想。國內(nèi)外研究取得進(jìn)展的方面主要有三，其一為結(jié)構(gòu)，其二為變速原理，其三為受力情況,而CVT的關(guān)鍵技術(shù)——電液伺服系統(tǒng)控制方法難度較高，國內(nèi)外的研究都未能深入。因此，其發(fā)展趨勢體現(xiàn)在如下方面，一,無級傳動潛力巨大，系統(tǒng)的傳動效率仍有極大提升空間，想要開發(fā)出優(yōu)良的控制系統(tǒng)，就需要深入細(xì)致地研究無級變速的傳動機(jī)理；二，采用綜合控制策略的汽車比采用常規(guī)的控制策略汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性可以提高 1%以上，因此CVT控制策略的研究是重中之重；三，無級變速器是中小排量汽車中關(guān)鍵的動力傳動裝置，世界日新月異，科技發(fā)展迅速，電子技術(shù)和自動控制技術(shù)發(fā)展前景廣闊，無級變速器會大量運用這些技術(shù)以改良其性能。
1.5 論文概述
（1） 計算金屬帶式無級變速器的相關(guān)參數(shù)（齒輪、軸及其支撐件）。
（2） 根據(jù)計算所得參數(shù)，利用CAD對變速器傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行繪圖。
1.6 論文研究意義
國內(nèi)外對CVT技術(shù)的研究一向有極大興趣，特別是在微型轎車中，CVT的各種優(yōu)點顯而易見，它是極好的傳動裝置。在國內(nèi)外的各種文獻(xiàn)資料中得到啟發(fā)，并根據(jù)實際經(jīng)驗可以得出研究CVT的下列意義：
1. 速比無級調(diào)節(jié)
在計算機(jī)控制下，速比可以發(fā)生連續(xù)的變化，于是駕駛員可以專心駕駛，換檔則忽略不計，手動換檔不會再對汽車產(chǎn)生不利影響，不會出現(xiàn)MT換檔時速比產(chǎn)生跳躍，汽車行駛過程中更平順、舒適。所以在將汽車行駛操作化繁為簡的同時，也減輕了駕駛員的疲勞程度，保障了行車安全，有利于汽車的進(jìn)一步推廣使用。
2.高燃油經(jīng)濟(jì)性和強(qiáng)勁動力性
液力變矩器是一種液力元件，無級變速器中采用的正是它，因為減速小于等于2，無法再增加2～3檔有級變速，每兩檔中間會添加液力變矩器來達(dá)到目的。無級變速傳動的特性為發(fā)動機(jī)的工作點與車速無關(guān)，不同的需要可以改變發(fā)動機(jī)的工作點，使其在最經(jīng)濟(jì)工作點或最佳動力工作點工作，通過變速器無級調(diào)速適合汽車的各種速度，保障發(fā)動機(jī)燃燒最好，排氣污染最小，以此減輕油耗。因此無級變速的傳動比意義重大，附加了高燃油經(jīng)濟(jì)性和強(qiáng)勁動力性。
3.廢氣中有害物質(zhì)減少
在無級變速中，傳動速比持續(xù)改變，同時速比變化范圍增大，使得發(fā)動機(jī)經(jīng)常在理想?yún)^(qū)域內(nèi)處于穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)，發(fā)動機(jī)雖然仍會有處于不穩(wěn)定工況工作的時候，但已經(jīng)大為改善，因此排放的廢氣和以往有所不同，其中有害物質(zhì)減少，環(huán)境可以得到保護(hù)。
4. 實現(xiàn)汽車動力傳動系統(tǒng)的綜合控制
當(dāng)今社會電子技術(shù)更新?lián)Q代極快，尤其體現(xiàn)在電子控制上，假設(shè)汽車采取CVT電液控制系統(tǒng)，電子控制裝置得以大顯神威，發(fā)動機(jī)和無級變速器結(jié)合起來，汽車動力傳動系統(tǒng)將會步入綜合控制時代，無級變速的優(yōu)越性也會更為顯著。某一轉(zhuǎn)速下，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩范圍會增大，轉(zhuǎn)速變化范圍也會提高。調(diào)節(jié)速比變化，控制發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門，從而控制發(fā)動機(jī)的功率，使之與汽車驅(qū)動輪上的功率達(dá)到平衡，從而能夠保證燃油經(jīng)濟(jì)性與汽車性能的水平。
5.結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高
產(chǎn)品的技術(shù)含量、材料、制造工藝等因素均存在差異，這會導(dǎo)致產(chǎn)品成本與可靠性的變化。金屬帶式無級變速器結(jié)構(gòu)簡單，組成部分分為兩部分，即金屬帶-工作帶輪組和控制系統(tǒng)，與自動變速器相比，其零件數(shù)很少，因此該變速器的在重量輕和體積都得到改善。簡而言之，因為金屬帶式無級變速器的結(jié)構(gòu)簡單，在對關(guān)鍵部位進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和制造時，合理選用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)材料，可以提高系統(tǒng)質(zhì)量，采取一種新型設(shè)計方法，名為無限壽命，則壽命基本與汽車相同。
41
第2章 總體方案設(shè)計
第2章 總體方案設(shè)計
2.1 主要技術(shù)指標(biāo)
額定功率：Kw（最大功率轉(zhuǎn)速：r/min）；
最大扭矩：Nm（最大扭矩轉(zhuǎn)速：r/min）；
無級變速機(jī)構(gòu)傳動比：0.4～2.88；
中間減速機(jī)構(gòu)傳動比：第一級（從動軸）傳動比為1.3，第二級減速機(jī)構(gòu)傳動比為1.8。
2.1.1 確定基本參數(shù)
1. 確定
變速比的大小會發(fā)生變化，主要根據(jù)主、從動帶輪的最大、最小工作半徑。要得到最大、最小工作半徑，必須先求得主從動帶輪的中心距和其軸頸，用公式求得
=
對于結(jié)構(gòu)緊湊的帶輪則：
=
根據(jù)公式計算得：
=
考慮其增、減速的分布特性影響，經(jīng)對比，選擇對稱調(diào)速，根據(jù)公式可得：
2. 查閱資料可知，帶輪半徑和運行角間存在關(guān)系，同時也需要注意包角，按照公式計算：
（2-1)
最大運行角 （2-2)
（2-3）
隨著的變大，逐漸變大，隨著的變大，逐漸變小。
和最小工作半徑息息相關(guān)，所以應(yīng)該考慮大一些。
（2-4）
3. 設(shè)計金屬帶的時候，對帶輪楔角也有要求，數(shù)值不能太小，參考以前的經(jīng)驗，取22～2合適。因此確定角度為，工作直徑可以達(dá)到，傳動比范圍設(shè)定為，以此確保工作可靠。
（1）金屬帶帶輪的軸徑的初次選擇
（2-5）
帶輪的工作半徑的初次選擇
（2-6）
其工作必須保證可靠，取
（2）當(dāng)從動輪工作處于最大節(jié)圓半徑，主動輪工作處于最小節(jié)圓半徑時，傳動比最大
（2-7）
（2-8）
（3）帶輪的節(jié)圓半徑的選擇
(2-9)
取
(2-10)
(2-11)
（4）主、從動帶輪的外徑、的選擇
（2-12）
取
（5）主、從動帶輪中心距的選擇
（2-1）
（6）帶輪軸徑的選擇
（2-14）
則：
（2-15）
（2-2）
（7）帶長和帶輪的軸向移動的選擇
（2-17）
公式2-18計算得到：
傳動比i=1時，移動錐盤相對此數(shù)值的軸向位移是
（2-18）
2.2 齒輪相關(guān)數(shù)據(jù)的計算
2.2.1 齒輪參數(shù)
1.兩錐盤軸的中心距的初次選擇，如公式2-20：
（2-3）
根據(jù)公式2-20可得：
式中，，，暫定其大小為72 mm。
2. 基本參數(shù)
（1）模數(shù)：在2.25～2.75之間，??；
（2）壓力角：參考國家標(biāo)準(zhǔn)，；
（3）螺旋角：??；
（4）齒寬:，其中；
（5）齒頂高系數(shù)：參考國家標(biāo)準(zhǔn)，齒輪加工精度得到增強(qiáng)后，可取。
2.2.2 各齒輪齒數(shù)及參數(shù)分配
1.從動軸上齒輪的齒數(shù)的選擇
（1），取，b=20
齒數(shù)和 （2-20）
取整為。
（2-21）
計算得：
所以
在選取齒數(shù)時，齒數(shù)不可以存在公約數(shù)，但為了保證i=1.2，數(shù)值不變。
（2）校正中心距
（2-22）
取整。
施加角度變位
端面嚙合角：
= （2-4）
所以
嚙合角
（2-24）
所以°
對變位系數(shù)求和
（2-5）
即：，
計算求得精確值：
（3）確定齒輪輪齒的一系列參數(shù)
計算分度圓直徑 （2-6）
計算齒頂高 （2-7）
計算齒根高 （2-8）
mm
計算齒全高 (2-29)
計算齒頂圓直徑 (2-9)
計算齒根圓直徑 (2-10)
計算當(dāng)量齒數(shù) (2-11)
計算節(jié)圓直徑 (2-12)
(2-13)
2.第二級減速機(jī)構(gòu)齒輪的齒數(shù)的選擇
（1），取
(2-14)
初次選擇84mm
計算得
取整為。
計算得： 所以
?。? 則
（2）校正中心距
計算得：
取整。
施加角度變位 ，根據(jù)式（2-24）計算，得到端面嚙合角
所以：
計算得 ：
所以：
計算，得到
所以
計算，確定精確值：所以
（3）
計算得：
確定齒頂高 計算得：
確定齒根高 計算得：
確定齒全高 計算得：
確定齒頂圓直徑 計算得：
確定齒根圓直徑 計算得：
確定當(dāng)量齒數(shù) 計算得：
確定節(jié)圓直徑 計算得：
3. 確定主減速機(jī)構(gòu)齒輪的齒數(shù)
（1），取
計算得：
初次選擇150 mm。
計算
取整為
計算得：
所以：
取 則
（2）校正中心距
計算
取整。
施加角度變位
計算，得到
所以
計算，得到
所以
計算
即：，
根據(jù)式計算，確定精確值：
所以
（3）直徑 計算得：
確定齒頂高 計算得：
確定齒根高 計算得：
確定齒全高 計算得：
確定齒頂圓直徑 計算得：
確定齒根圓直徑 計算得：
確定當(dāng)量齒數(shù) 計算得：
確定節(jié)圓直徑，計算得：
4. 確定行星齒輪的齒數(shù)
（1）按照標(biāo)準(zhǔn)齒輪，。
則
所以
參考EC718，取
（2）在斜齒輪傳動中：
分度圓直徑 計算得：
確定齒頂高 計算得：
確定齒根高 計算得：
確定齒全高 計算得：
確定齒頂圓直徑 計算得：
確定齒根圓直徑 計算得：
確定當(dāng)量齒數(shù) 計算得：
2.3 滾動球鍵
滾動球鍵在鍵槽里滾動，錐盤的開合得以實現(xiàn)。傳動比因此發(fā)生變化，汽車也可以實現(xiàn)無級變速。
球鍵的移動范圍需要限制，這是保證球鍵一直在有效范圍內(nèi)工作的前提。通過軸用彈簧卡圈和孔用彈簧卡圈實現(xiàn)。兩者間最大距離有要求，具體為大于等于一組滾動球鍵的直徑和錐盤有效的移動距離的總長，即
（2-15）
式中，—軸用彈簧卡圈和孔用彈簧卡圈間距離（）；
—每個滾動體（鋼球）直徑()；
—組滾動球鍵的滾動體（）組成個數(shù)；
—錐盤的有效移動距離（）。
一組球鍵的組成較簡單，為三個鋼球，則移動到時，兩彈簧卡圈間距離變?yōu)椤?
移動到最小位移時，兩彈簧卡圈間距離變?yōu)?
（2-16）
計算得：
計算得：
綜上取，。
第3章 齒輪的校核
第3章 齒輪的校核
3.1 齒輪主要參數(shù)的選擇
本章主要內(nèi)容為選擇齒輪材料、進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的計算（包括各軸轉(zhuǎn)矩、接觸應(yīng)力的計算和齒輪接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等的校核），這些數(shù)據(jù)為后續(xù)設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。
首先確定齒輪類型、材料、精度等基本參數(shù)
1. 傳動類型：斜齒輪傳動
2. 齒輪材料：確定為20CrMnTi
3. 熱處理選擇：滲碳、淬火、低溫回火
4. 硬度選擇：心部硬度 240～300HBS；表面硬度 56～62HRC
5. 加工精度：經(jīng)對比分析為六級
3.2 計算各軸的轉(zhuǎn)矩
發(fā)動機(jī)最大扭矩為145N.m，計算時帶傳動離合器軸承、齒輪的傳動效率分別是90%、99%、96%、99%。
Ⅰ軸扭矩：
Ⅱ軸扭矩：
Ⅲ軸扭矩：
Ⅳ軸扭矩：
3.3 確定輪齒強(qiáng)度
3.3.1 確定齒面接觸強(qiáng)度參數(shù)
1.選擇齒輪1、2具體參數(shù)
（1）分度圓上，名義切向力
（2）確定
對運轉(zhuǎn)的要求為達(dá)到速度均勻、平衡穩(wěn)定，通過查閱機(jī)械設(shè)計手冊可知，。
（3）確定
（3-1）
齒輪線速度：
傳動精度系數(shù)C：
（3-2）
其中：，
圓取整
通過查閱機(jī)械設(shè)計手冊可知，。
（4）選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表，齒輪裝配時需要對研跑合，因此
= （3-3）
代入數(shù)據(jù)得：
（5）選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知，
（6）確定
，
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知， （3-4）
（7）選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知，=。
（8）確定
縱向重合度 （3-5）
端面重合度 （3-6）
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知：，
則： （3-7）
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，
（9）確定
（3-8）
（10）確定、
按機(jī)械設(shè)計手冊的判定條件，因為
（3-1）
（3-2）
代入數(shù)據(jù)得
(3-3)
取，。
2. 選擇齒輪3、4的具體參數(shù)
（1）分度圓上名義切向力
計算得：
（2）選擇
對運轉(zhuǎn)的要求為達(dá)到速度均勻、平衡穩(wěn)定，根據(jù)設(shè)計手冊可知，。
（3）確定
齒輪線速度:
計算得：
傳動精度系數(shù)C:
計算得：
其中 ，
圓取整
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊查圖可知，。
（4）選擇
查閱機(jī)械設(shè)計手冊在表，齒輪裝配時對研跑合
計算可知：
（5）確定
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知，
（6）選擇
，
查閱相關(guān)資料可知，
（7）確定
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知，
（8）選擇
縱向重合度 計算可知：
計算可知：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，，
計算可知：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，
（9）確定
計算可知
（10）選擇、
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊的判定條件，
計算可知：
計算可知：
取=1.008；=1。
3. 確定齒輪5、齒輪6具體參數(shù)
（1）分度圓上的名義切向力
計算得：
（2）選擇
對運轉(zhuǎn)的要求為達(dá)到速度均勻、平衡穩(wěn)定，根據(jù)設(shè)計手冊可知，。
（3）確定
齒輪線速度，計算得：
傳動精度系數(shù)C，計算得：
其中 ，。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊查圖得，。
（4）選擇
查閱相關(guān)要求，計算得：
（5）確定
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表得，
（6）選擇
，
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖，計算可知：
（7）確定
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表得：
（8）確定
縱向重合度，計算得：
端面重合度，計算得：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，，
則：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，
（9）確定
根據(jù)式（3-9）可知=
（10）選擇小齒輪、大齒輪的單對嚙合系數(shù)、
按機(jī)械設(shè)計手冊的判定條件，，計算可知：
計算得：
取，。
3.3.2 齒面接觸應(yīng)力計算
1. 校核齒輪1、2精度
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表得：
（3-4）
則：
計算得到接觸應(yīng)力，基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求，判定齒面接觸強(qiáng)度校核合格。
2. 校核齒輪3、4精度
計算得：
則：
計算得到接觸應(yīng)力，處于要求范圍內(nèi)，判定齒面接觸強(qiáng)度校核合格。
3. 校核齒輪5、6精度
計算得：
則：
計算接觸應(yīng)力，參考標(biāo)準(zhǔn)，處于要求范圍內(nèi)，判定接觸強(qiáng)度校合格。
3.3.3 輪齒彎曲強(qiáng)度的計算
1. 校核齒輪1、2精度
（1）選擇
（3-5）
（2）確定
（3）選擇
已知當(dāng)量齒數(shù)為
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，，。
（4）確定
通過查閱機(jī)械設(shè)計手冊可知，，。
（5）確定
(3-6)
(3-7)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知：
(3-8)
則
（6）選擇
查閱設(shè)計手冊圖，對比和可知，。
（7）選擇
<2,計算得
(3-9)
（8）試驗齒輪的
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知，。
（9）確定
（10）確定
（11）確定
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知時，。
（12）確定
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知：
(3-10)
（13）選擇
(3-19)
參考國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， ，則 、均合格，判定彎曲強(qiáng)度校核合格。
2. 校核齒輪3、4精度
（1）確定
計算可知：
（2）選擇
（3）選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，，。
（4）選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊可知，，。
（5）選擇
計算可知：
（6）選擇
查閱機(jī)械設(shè)計手冊圖，對比和，。
（7）選擇
<2,計算可知：
（8）試驗齒輪的
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知，。
（9）選擇
（10）確定
（11）選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖，當(dāng)時，。
（12）確定
計算可知：
（13）確定
計算可知：
參考國家規(guī)定， ，、均合格，判定輪齒彎曲強(qiáng)度校核合格。
3. 校核齒輪5、6精度
（1）選擇
計算可知：
（2）選擇
（3）確定
當(dāng)量齒數(shù)為：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，，。
（4）應(yīng)力修正系數(shù)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，，。
（5）選擇
根據(jù)公式計算可知：
（6）選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖，對比和，。
（7）確定
計算可知：
（8）試驗齒輪的
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊表可知，。
（9）確定
（10）選擇
（11）選擇
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊圖可知，在 時，。
（12）選擇
計算可知：
（13）確定
計算得：
參考國家規(guī)定，，、均合格，判定輪齒彎曲強(qiáng)度校核合格。
3.4 各齒輪受力計算
周向力
徑向力
軸向力
根據(jù)上述公式求得各齒輪受力如下表：
名稱
齒輪1
齒輪2
齒輪3
齒輪4
齒輪5
周向力()
10158.636
14041.55
13141.38
24590.43
徑向力（）
3998.248
5526.5
5053.81
9521.45
軸向力（）
4180.244
5778.05
4483.7
8924.92
表3-1各齒輪力
第4章 軸及其支撐件的校核
第4章 軸及其支撐件的校核
本章主要介紹了軸的工藝要求，并對軸及其支撐件的可靠性進(jìn)行分析計算，確定了軸的直徑，同時對計算了軸所受的應(yīng)力、對其剛度和強(qiáng)度進(jìn)行校核，確定軸在運行時可靠性和穩(wěn)定性符合要求，從而保障方案的可行性。
4.1 軸在工藝方面的要求
變速器軸工藝比較復(fù)雜，進(jìn)行可靠性設(shè)計的目的是：
（1）剛度有具體要求，同時應(yīng)該保證強(qiáng)度，軸應(yīng)盡量保證輕便。
（2）連接零件的設(shè)計主要依據(jù)減小軸徑的大小從而保證空間足夠。工作時第二軸上受力，該力被稱為彎扭復(fù)合應(yīng)力，此時的設(shè)計需要參考有關(guān)資料，例如第三強(qiáng)度理論，一般需要保證靜強(qiáng)度可靠性，因為疲勞工作可以忽略，所以考慮剛度即可。
（3）因為工作性能的需求第二軸盡量采取氰化處理，原因是需要采取滲碳或高頻處理第二軸上的常嚙合齒輪工作。分析螺紋部分的工作，確定需排除淬硬，避免裂紋出現(xiàn)。在滾針的滾動中，軸頸必須保證精度，所以滾針的滾道也有具體要求，采用第二軸上的軸頸。軸的作用不一樣，以此為依據(jù)，不一樣的心度軸的端面保證對于軸上的圓心直徑相同。
4.2 計算軸的強(qiáng)度
4.2.1 初次選擇軸的直徑
1. 已知， 。
軸的最大和支承距離的比值
花鍵部分（mm）
式中，是經(jīng)驗系數(shù)，
是發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.m）
第二軸花鍵部分
2. 初次選擇第二軸支撐間
選擇軸的最小直徑，依據(jù)為扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件
(4-1)
所以初選軸的最小直徑為。
4.2.2 驗算軸的強(qiáng)度
1. 驗算軸的剛度
設(shè)定軸在垂直面內(nèi)撓度為，水平面內(nèi)撓度為和轉(zhuǎn)角為，計算得
（4-2）
（4-3）
（4-4）
式中，—彈性模量（），；
—慣性矩（），對于實心軸，；—軸的直徑（），如果是花鍵，則用平均直徑進(jìn)行計算；
軸的全撓度。
查閱資料和計算得到軸在垂直和水平平面內(nèi)的撓度是，。平面上有齒輪的轉(zhuǎn)角需特別關(guān)注，盡量不要超過。
（1）確定第二軸的剛度
計算得
（4-5）
（4-6）
（4-7）
（4-8）
已知，，，。
（2）確定第三軸的剛度
已知，，，。
計算得：
已知，，，。
=
（3）確定第四軸的剛度
已知，， ，。
計算得：
已知，，，。
計算得：
2. 驗證軸的強(qiáng)度
（1）第三軸軸的強(qiáng)度校核
水平面內(nèi)、和彎矩、
(4-9)
式中：
已知,,,得：
(4-1)
垂直面內(nèi)、和彎矩、
(4-2)
得：
(4-3)
按第三強(qiáng)度理論得：
(4-4)
（4-14）
(4-5)
(4-6)
判定第三軸強(qiáng)度合格。
(2)校核第四軸軸強(qiáng)度
水平面內(nèi)、和彎矩、
(4-7)
式中，
已知mm,,,
得：
計算得：
求垂直面內(nèi)、和彎矩、
（4-8）
式中， N
得：
計算得：
按第三強(qiáng)度理論得：
（4-19）
（4-9）
(4-10）
（4-11）
判定第三軸強(qiáng)度合格。
4.3 軸承的選擇及花鍵的可靠性分析
4.3.1 變速器軸承選擇
變速器軸承是支撐變速器軸的元件，是保證變速器換擋、輸出功率、結(jié)構(gòu)緊湊等性能的關(guān)鍵，不過也容易損壞。常用的變速器軸承有：深溝球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承。深溝球軸承運用最為廣泛，其結(jié)構(gòu)簡單，在同尺寸軸承中，極限轉(zhuǎn)速較高。圓柱滾子軸承主要用于承受較大的徑向載荷和剛度，安裝、拆卸較方便。圓錐滾子軸承制造精度較低，但承載能力較大，可以承受徑向和軸向聯(lián)合載荷。滾針軸承特別適用于小型化、輕量化的支承部件，在未來會有較大發(fā)展。
軸承的選取過程：首先參考分析同類車型，研究變速器結(jié)構(gòu)布置情況，形成一個大致的概念，查閱國家規(guī)定的軸承標(biāo)準(zhǔn)選定，然后再驗算使用壽命。再者，汽車變速器用滾動軸承耐久性也需評價，具體包括以軸承滾動體為依據(jù)，結(jié)合與滾道表面的接觸疲勞，承受動載荷是其工作的基奉特征。
4.3.2 花鍵可靠性分析
花鍵聯(lián)接有一個顯著特點，表現(xiàn)為多齒工作，擁有高承載能力，淺齒根，小集中應(yīng)力，削弱軸與縠程度較小?？梢允褂煤啽惴椒庸ぞ匦位ㄦI，如果想要較高的精度，可以采用磨削。按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，輕系列用于載荷較輕的靜聯(lián)接，中系列用于中等載荷?；ㄦI的齒廓表現(xiàn)為漸開線，受載時齒上產(chǎn)生一個作用力，方向為徑向，能自動對其定心，在受力上，各齒比較均勻，強(qiáng)度高、壽命長。加工工藝可參見齒輪，獲得的精度較高，并能獲得互換性。漸開線花鍵壓力角按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有三種，即30°和37.5°及45°。因此金屬帶式無級變速器的聯(lián)接選用矩形花鍵聯(lián)接。矩形花鍵的定心方式為小徑定心。
第5章 變速器傳動機(jī)構(gòu)的繪圖
第5章 變速器傳動機(jī)構(gòu)的繪圖
5.1 CAD繪圖
CAD是一款可視化繪圖軟件，是把理想變成現(xiàn)實的計算機(jī)輔助設(shè)計工具，主要功能有交互技術(shù)、圖形變換技術(shù)、曲面造型和實體造型技術(shù)等，如今汽車以及汽車零部件的設(shè)計已經(jīng)與其息息相關(guān)。通過CAD設(shè)計的圖形非常細(xì)致，能夠使設(shè)計師直觀的感受設(shè)計零件的尺寸形狀，有利于汽車以及其零部件的設(shè)計及優(yōu)化，利用CAD還可以不同方案進(jìn)行大量計算、分析和比較，大大的縮減了汽車零部件的研發(fā)時間。根據(jù)第2、3、4章計算所得數(shù)據(jù)，分析資料、結(jié)合實際，利用CAD軟件完成齒輪、行星架蓋、變速器總成的繪制（以下為截圖，另附CAD圖紙）
5.1.1 齒輪的繪制
根據(jù)計算所得參數(shù)繪圖，并對繪制完成的圖紙進(jìn)行截圖
圖5.15a 齒輪剖面圖
圖5.15b 齒輪斷面圖
5.1.2 行星架蓋的繪制
根據(jù)計算所得參數(shù)繪圖，并對繪制完成的圖紙進(jìn)行截圖
圖5.16a 行星架蓋斷面圖
圖5.16b 行星架蓋剖面圖
5.1.3 變速器總成的繪制
根據(jù)計算所得參數(shù)繪圖，并對繪制完成的圖紙進(jìn)行截圖
圖5.17a 總成剖面圖
圖5.17b 總成斷面圖
本次設(shè)計由于時間問題和作者水平有限，僅僅對變速器的主要部分進(jìn)行了繪制，難免在細(xì)節(jié)方面有所疏漏。因此存在進(jìn)一步優(yōu)化和進(jìn)步的空間，在接下來的學(xué)習(xí)中要繼續(xù)努力。
第6章 論文總結(jié)
第6章 論文總結(jié)
本文在全方位分析和鉆研探索金屬帶式無級變速器的工作原理、發(fā)展歷程以及趨勢的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步剖析了金屬帶式無級變速器的傳動機(jī)構(gòu)的工作原理。通過計算分析和CAD繪圖，最終設(shè)計了一款無級變速器的傳動機(jī)構(gòu)，以下為畢業(yè)設(shè)計主要工作任務(wù)：
1. 查閱相關(guān)資料并據(jù)此分析，得知金屬帶式無級變速器的發(fā)展歷程以及未來趨勢、組成、基本工作原理、變速機(jī)理等；
2.查閱相關(guān)資料，參考相關(guān)車型，對主傳動部分進(jìn)行運動分析，完成對無級變速機(jī)構(gòu)、中間減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計；
3. 計算得到相關(guān)數(shù)據(jù)，校核齒輪和軸，使之符合傳動機(jī)構(gòu)的工作原理和要求；
4. 參考已有的金屬帶式無級變速器傳動機(jī)構(gòu)，利用CAD軟件繪制圖紙。
在本次的畢業(yè)設(shè)計中，我對汽車變速器有了深刻的了解，對金屬帶式CVT更是進(jìn)一步的加深理解，并認(rèn)識到實踐和理論相結(jié)合才能真正掌握知識。當(dāng)然，無級變速器在國內(nèi)的研究仍然處于初級階段，因此本文中對金屬帶式無級變速器的一些預(yù)估和設(shè)計難免出現(xiàn)錯誤。
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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致謝
致 謝
本論文是在凌秀軍老師的悉心教導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，凌老師對我在設(shè)計中遇到的問題認(rèn)真解答，使我少走了許多彎路。凌老師學(xué)識廣博、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、悉心的教導(dǎo)以及平易近人的態(tài)度，不僅對我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計產(chǎn)生了積極重要的影響，而且也將在未來的日子里始終陪伴我成長。在此，我對凌老師表示衷心的感謝。