自行車無級變速器設計

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1、四川大學錦城學院畢業(yè)設計 自行車無級變速器設計四川大學錦城學院 本科生畢業(yè)論文（設計）題 目 自行車無級變速器設計 學 院 四川大學錦城學院 專 業(yè) 學生姓名 學 號 年級 指導教師 教務部制表二一三 年 四 月 二十 日28 / 33文檔可自由編輯打印 自行車無級變速器設計專業(yè):學生 指導老師 摘 要無級變速器傳動是指在某種控制的作用下，使機器的輸出軸轉速可在兩個極值范圍內連續(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，并能通過傳遞轉矩的中間介質（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。當對主、從動軸的聯(lián)系關系進行控制時，即可使兩軸間的傳動比發(fā)

2、生變化（在兩極值范圍內連續(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上，把鋼球外錐式無級變速器進行部分改裝，從而形成了自行車的無級變速裝置。該裝置通過八個鋼球利用摩擦力將動力進行輸入輸出，用一對斜齒輪進行分度調速，從而使自行車在0.751.22之間進行無級調速。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，方便廣大消費者使用。關鍵字: 無級變速自行車 無級變速器 調速The design of the CVT on bicycleMajor:Mechanical design manufacturing and automation Student: Y

3、ang Xia Supervisor: Huang HuiAbstract 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 dev

4、ice, 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 im

5、mediately 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-B CVT forming a new kind of CVT used to the bicycle .They are use

6、d 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 that when the CVT are used in the bicycle ,they can significant improve the performance of bike so that all customers ca

7、n use it convenient.Keyword: CVT bike CVT Speed control.目錄1緒論1 1.1 機械無級變速器的特征和應用1 1.2 機械無級變速器的分類1 1.3 機械無級變速器的發(fā)展概況2 1.4 無級變速自行車研究現狀3 1.5 自行車無級變速器運用實例5 1.6 研究的目的和意義7 1.7 畢業(yè)論文設計內容和要求82 自行車無級變速器總體方案的選擇8 2.1 鋼環(huán)分離錐式(RC型)無級變速器8 2.2 鋼球外錐式無級變速器9 2.3 兩方案的比較與選擇103 鋼球外錐式無級變速器部分零件的設計與計算11 3.1 鋼球與主從動錐齒輪的設計與計算11

8、3.2 加壓盤的設計與計算12 3.3 調速齒輪上變速曲線槽的設計與計算13 3.4 輸入軸的設計與計算15 3.5 輸出軸的設計與計算17 3.6 輸入輸出軸上軸承的選擇與計算20 3.7 輸入輸出軸上端蓋的設計與計算22 3.8 調速機構的設計與計算22 3.9 自行車無級變速器的安裝244 自行車變速器的調整與使用方法25 4.1 自行車變速器的調整25 4.2. 自行車變速器的使用方法255 結論26參考文獻28致謝291緒論1.1 機械無級變速器的特征和應用機械無級變速器是一種傳動裝置，是在輸入轉速一定的情況下實現輸出轉速在一定范圍內連續(xù)變化的一種運動和動力傳遞裝置，由變速傳動機構、

9、調速機構及加壓裝置或輸出機構組成。機械無級變速器轉速穩(wěn)定、滑動率小、具有恒功率機械特性、傳動效率較高，能更好地適應各種機械的工況要求及產品需要，易于實現整個系統(tǒng)的機械化、自動化，且結構簡單，維修方便、價格相對便宜。機械無級變速器的適用范圍廣，有在驅動功率不變的情況下，因工作阻力變化而需要調節(jié)轉速以產生相應的驅動力矩者（如化工行業(yè)中的攪拌機械，即需要隨著攪拌物料的粘度、阻力增大而能相應減慢攪拌速度）；有根據工況要求需要調節(jié)速度者（如起重運輸機械要求隨物料及運行區(qū)段的變化而能相應改變提升或運行速度，食品機械中的烤干機或制藥機械要求隨著溫度變化而調節(jié)轉移速度）；有為獲得恒定的工作速度或張力而需要調節(jié)

10、速度者（如斷面切削機床加工時需保持恒定的切削線速度，電工機械中的繞線機需保持恒定的卷繞速度，紡織機械中的漿紗機及輕工機械中的薄膜機皆需調節(jié)轉速以保證恒定的張力等）；有為適應整個系統(tǒng)中各種工況、工位、工序或單元的不同要求而需協(xié)調運轉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、操作或裝配流水線）；有為探求最佳效果而需變換速度者（如試驗機械或離心機需調速以獲得最佳分離效果）；有為節(jié)約能源而需進行調速者（如風機、水泵等）；此外，還有按各種規(guī)律的或不規(guī)律的變化而進行速度調節(jié)以及實現自動或程序控制等。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進一步擴大其變速范圍與輸出轉矩，能更好

11、的適應各種工況要求，使之效能最佳，在提高產品的產量和質量，適應產品變換需要，節(jié)約能源，實現整個系統(tǒng)的機械化、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，應用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機床、電工、起重運輸礦山冶金、工程、農業(yè)、國防及試驗等各類機械。1.2 機械無級變速器的分類機械無級變速器分為摩擦式、鏈式、帶式和脈動式四大類。（1） 摩擦式無級變速器 變速傳動機構由各種不同幾何形狀的剛性傳動元件組成，利用主、從動元件（或通過中間元件）在接觸處產生的摩擦力進行傳動，并通過改變接觸處的工作半徑實現無級變速器。由于這類變速器除了利用摩擦力之外，還可以利用潤滑油膜

12、牽引力進行傳動，故通常也把它稱為牽引（式）傳動。但是，牽引傳動實際上只有當借出去處于液體潤滑狀態(tài)時才能實現，然而一般變速器大都處于混合潤滑狀態(tài)，達不到液體潤滑狀態(tài)要求，故它主要還是依靠摩擦力進行傳動。（2） 鏈式無級變速器 變速傳動機構由主、從動鏈輪及套于其上的鋼制撓性鏈組成，利用鏈條左右兩側面與作為鏈輪的兩錐盤接觸所產生的摩擦力進行傳動，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調整它們與鏈的接觸位置和工作半徑，從而實現無級變速。 由此可以看出，它與一般利用鏈與鏈輪嚙合的鏈傳動是不同的。不過目前應用最廣、最基本的滑片鏈變速器，其錐盤接觸面制有淺齒槽，故與鏈條接觸時形成準嚙合式，其作用是可以減少張緊力與滑動

13、率。（3） 帶式無級變速器 與鏈式變速器相似，它的變速傳動機構是由作為主、從動帶輪的面對錐盤及張緊在其上的傳動帶組成。其工作原理也是利用傳動帶左右兩側面與錐盤接觸所產生的摩擦力進行傳動，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調整它們與傳動帶的接觸位置和工作半徑，從而實現無級變速。（4） 脈動式無級變速器 變速傳動機構主要由35相連桿機構組成，或者是連桿與凸輪和齒輪等機構的組合，其工作原理與連桿機構相同，但為了使輸出軸能夠獲得連續(xù)的旋轉運動，這里需配置輸出機構（如超越離合器）。1.3 機械無級變速器的發(fā)展概況無級變速器分為機械無級變速器，液壓傳動無級變速器，電力傳動無級變速器三種，但本設計任務要求把無級變

14、速器安裝在自行車上，所以一般只能用機械無級變速器，所以以下重點介紹機械無級變速器。機械無級變速器是適合現今生產工藝流程機械化自動化發(fā)展以及改善機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，進展緩慢。直到20世紀50年代以后，一方面隨著科學技術的發(fā)展，在材質、工藝個潤滑方面的限制因素相繼解決，另一方面隨著經歷發(fā)展，需求迅速增加，相應地促進了機械無級變速器的研制和生產，使各種類型的系列產品快速增長并獲得了廣泛的應用。國內機械無級變速器在二十世紀六十年底前后起步，基本上時作為一些專業(yè)機械。如紡織、機床及化工機械等的配套零部件，由專業(yè)機械廠進行仿制和生產，品種規(guī)格

15、不多，產量不大。直到八十年代中期以后，大量引進國外各種先進設備，工業(yè)生產現代化以及自動流水線的迅速發(fā)展，對機械無級變速器在品種、規(guī)格和數量方面的需求都大幅度增加。在這種形勢下，專業(yè)廠開始建立并進行規(guī)模化生產，一些高等院校也開展了這方面的研究工作，短短幾十年時間，系列產品已包括機械無級變速器現有的摩擦式、鏈式、帶式、和脈動式四大類及其各種主要結構型式，初步滿足了生產發(fā)展的需求。與此同時，無級變速器專業(yè)協(xié)會、行業(yè)協(xié)會及情報網等組織相繼建立。定期出版網訊及召開學術信息會議進行交流。自90年代以來，我國先后制定的機械行業(yè)標準共14個：1. JB/T 5984-92 寬V帶無級變速裝置基本參數2. JB

16、/T 6950-93 行星錐盤無級變速器3. JB/T 6951-93 三相并聯(lián)連桿脈動無級變速器4. JB/T 6952-93 齒鏈式無級變速器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7. JB/T 7346-94 機械無級變速器試驗方法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. JB/T 50150-1999 行星錐盤無級變速器 質量分等

17、13. JB/T 53083-1999 三相并聯(lián)連桿脈動無級變速器 質量分等14. JB/T 50020- 無級變速擺線針輪減速機產品質量分等（報批稿）現在，機械無級變速器從研制、生產、組織管理到情報網信息各方面已組成一較完整的體系，發(fā)展成為機械領域中一個新型行業(yè)。1.4 無級變速自行車研究現狀自行車發(fā)展到現在已經有傳統(tǒng)的自行車演變成無級變速自行車，現代的無級變速自行車可謂是形式多樣，五花八門，以下是當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行車 一種人力腳踏式無級變速自行車，在自行車車架兩側面的中軸上，安裝有錐面相對的變速輪盤組成的主動輪，主動輪兩側安裝有腳蹬兩變速輪盤輪

18、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面支承有附輪，附輪的外沿輪面設有三角皮帶槽，附輪的內側設有帶動后輪單向轉動的棘齒；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，可實現無級變速，速度轉換快，速比大。2. 無鏈無級變速自行車 一種無鏈條傳動，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，橫梁左端設有后齒輪、大齒輪和正反齒輪，橫梁右端設有中軸齒輪，齒輪與拐軸齒輪嚙合，

19、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，橫梁上方設有拉簧、活動支架和鋼絲拉索。該自行車結構簡單，調速方便靈活，經久耐用，適合各種型號。3.前置往復式無級變速自行車 針對自行車的驅動、乘座和避震進行改進。包括：乘騎者坐靠休閑式椅，兩腳蹬踏前置的兩個懸搖桿曲柄，可進行弧形的曲線往復運動，用腳掌面的蹬踏角度或用手直接調動搖桿上力臂的長短實現無級變速，高效能的帶動撓性件驅動后輪；還包括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作驅動的前輪和一

20、個作導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。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。其特征是由行走機構，車椅式直立車龍頭轉向機構，杠桿式無級變速驅動機構。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構，車架可橫向折疊，驅動大車輪在前面

21、，導向小車輪在后邊的行走機構與帶靠背車坐椅式的直立車龍頭轉向機構組成的自行車裝置。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. 純滾動式四個檔位無級變速自行車 一種純滾動式四個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，中心齒輪的兩側分別套裝有推動盤，一側固定在腳蹬輪軸上，另一側固定在鏈輪上；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盤上，停轉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

22、時變增減速檔位，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，改進了現有自行車的動力傳動機構。該自行車的動力傳動機構包括以下部件：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、型傳動帶、型帶張緊裝置、調速器、閘線、飛輪，飛輪由飛輪軸套、飛輪底座、滾柱、滾珠構成。其特征在于自行車的動力傳動機構包括以下部件：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

23、定輪也呈錐形，兩輪大小形狀一致，錐面相對，組成帶有形溝槽的大傳動輪，固定在自行車中軸上，大動輪在撥叉控制下沿軸滑動；型傳動帶、型帶張緊裝置、調速器、閘線、飛輪，型傳動帶鑲在大小輪的溝槽中；型帶張緊裝置裝在后軸上，其支承輪支撐傳動帶；調速器裝在車把附近，與閘線連接，閘線帶動調節(jié)大小動輪位置的撥叉；飛輪由飛輪軸套、飛輪底座、滾柱、滾珠構成，裝在后軸上，靠緊小傳動輪，飛輪軸套與小傳動輪固定連接，飛輪底座與后軸固定連接，飛輪軸套內還設有流線型的槽，滾柱放置在槽內。 這種無級變速自行車通過帶傳動來實現自行車的無級變速，傳動平穩(wěn)、噪音低、調速操作方便、變速范圍大；同時該無級變速自行車的結構簡單、易于加工，

24、可以實現大規(guī)模成批生產。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，屬于交通工具技術領域。本新型的目的通過如下技術方案實現：主要由設置每側腳蹬上的長型齒盤交替工作，通過同側的鏈條傳動同側的飛輪，飛輪連同帶動設置在輪骨內的發(fā)條內端發(fā)條外端同輪骨固定。其中：同每側的飛輪安裝在同一軸套上還設置有防逆轉裝置，防逆轉裝置的內部結構如同飛輪，外殼同車架子固定。騎行時由于每側長型齒盤的作用，通過鏈條對同側的發(fā)條交替蓄能，從而實現全自動無級變速。1.5 自行車無級變速器運用實例自行車所用無級變速器，其結構簡單、耐用，調速準確靈活，變速能力強，特別是其軸向尺寸極小。這種自行車的變速是通

25、過如下技術方案實現的：如圖一所示，其包括輸入軸1，調整板2，擺臂3，棘輪12，棘齒13，連接片8傳動盤15，輸出軸等組成。其中，輸入軸與棘輪為鍵連接，傳動盤與輸出軸為一體，擺臂呈“U”型，棘輪在其內，擺臂的“U”型上端通過兩個孔分別套裝與棘輪前后的輸入軸上，其一端與棘輪之間裝有一棘齒。擺臂的數量由輸出轉速的平穩(wěn)性要求決定，一般4個就可以了。擺臂與傳動盤之間通過連接片8連接。連 1.輸入軸 2.調速板 3.擺臂 8.連接片 10.擺臂上的銷 11.傳動盤上的銷 12.棘輪 13.棘齒 15.傳動 盤 25.導向桿 28.軸承外座 33.軸承內座 35.鏈條盤 37.軸承外座 38.空心軸接片為一

26、長條型片狀鋼片，兩頭各有一孔，其中一個孔裝在擺臂上的銷10上。棘齒軸線與傳動盤軸線常處于平行但不同軸線的狀態(tài)，只有在轉動比為1時才會同軸線。其工作過程是這樣的：由于棘齒、棘輪間只可單向傳動，設順時針轉動為傳動轉動，棘輪的轉動則會通過棘齒的作用帶動擺臂一起順時針轉動，擺臂的轉動通過銷10、連接片8、銷11帶動傳動盤順時針轉動。假設擺臂的轉動也是勻速的，由于棘輪與傳動盤的不同軸線，傳動盤的轉速不是勻速的，而是在一個高于輸入軸轉速和一個低于輸入軸轉速之間變化。由于一般有多個擺臂，轉動盤、輸出軸及其后的負荷有一定的運動慣性，同時由于棘輪、棘齒間的單向傳動，傳動盤上的實際轉速為一個高于輸入軸轉速且比較平

27、穩(wěn)的輸出轉速。此轉速的大小與棘輪軸線和傳動盤軸線間的距離有關，而此距離的大小則是由調速板2的上下移動而實現的。必要說明的是，圖1所示的變速器，其逆向傳動（即把輸出軸作輸入軸）有與正向傳動幾乎一樣的傳動效果：單向，升速型的傳動。其區(qū)別是逆向傳動時其輸出轉速的平穩(wěn)性差一些。前面所訴的結構，只是結構示意圖，還不適合實際應用，適合實際應用的如圖2、圖3所示。在圖2中，14與12為一體，14是空心圓筒，其內有內螺紋與后輪輪轂上的外螺紋連接。16與35之間為滾動軸承結構，是這樣構成的：在16的外端，35的內端分別車有一環(huán)槽，在16或35上開一小孔與環(huán)槽想通，從此小孔放進球形鋼球，然后封閉小孔與環(huán)槽想通，從

28、此小孔放進球形鋼球，然后封閉小孔便構成，這樣，調速機構只要帶動16徑向移動，便可帶動35也作徑向移動，從而實現無級調速。圖2所示結構的傳動過程是：鏈條盤3535上的傳動銷連接片810、3、1312、8后輪，為使16可以作為徑向移動，16的中心部分是部分空或全空而成一環(huán)形結構。這樣的結構在變速時，鏈條盤35要作為徑向移動，因此，在移動過程中若是不能保證前后鏈條盤距離一定的情況下，應在鏈條的松邊（即非拉緊邊）加裝一張緊機構。在圖3所示的實施例中，其實際為兩級變速。這樣做的主要目的是：輸入輪軸線和輸出輪軸線都可以固定，且同軸線，另外一個好處是可以增大變速范圍，有更強的道路適應能力。在圖3中，傳動盤1

29、5為前后級共用，是一中空的環(huán)狀結構，它可以相對于中心軸線（即前后的棘輪軸線）作徑向平移，而實現無級調速。傳動盤外端設置軸承外座37，制成圖2所示相似的軸承結構。這樣調速機構只要帶動軸承外座37徑向移動，便可帶動傳動盤15徑向移動，而實現無級調速。圖3所示結構為一種專門設計來裝于后輪的變速器，它的機構特點主要有：空心軸38的大內孔端（即右端）通過內螺紋與自行車后輪輪轂上的外螺紋連接。一體的鏈條盤35和右棘輪12套裝于空心軸38上，左棘輪與空心軸38為鍵連接或成一體。鏈條盤35專門設置于靠后輪的一邊，這是為了在轉動時不發(fā)生碰擦。因為后輪上的鋼線（即后輪上的輻射狀分布的鋼線）是越靠近輪的外端，越向輪

30、的中心截面靠近，到鋼圈時已是在同一截面上。而較大直徑的鏈條盤35在裝上鏈條后，鏈條的寬度即會超過鏈條的厚度，而鋼線向內靠的特點剛好能讓出這點空間。若不是這樣而裝于另一邊（圖中的右邊），就會極易發(fā)生碰擦。圖3的傳動路線為：35右棘輪12右擺臂右連接片615左連接片8左擺臂12左棘輪12空心軸38后輪輪轂（即后輪），為使傳動更平穩(wěn)，即前級為瞬時高傳動時，后級為瞬時低傳動比，后之亦然，為達到這樣，傳動盤15上的前級傳動銷與后級傳動銷相互錯開一定的位置便可。此外前后級采用不一樣長的連接片也可實現。圖2所示結構優(yōu)點是結構簡單，軸向尺寸最小，弱點是傳動平穩(wěn)性稍差，圖3所示機構，其優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，變速能力強

31、，不須鏈條張緊機構，弱點是結構略為復雜，軸向尺寸稍大（圖中為作圖需要各零件間的間隙人為放大，實際上沒有圖示那樣大的軸向尺寸）。1.6 研究的目的和意義 當今，社會發(fā)展已由工業(yè)社會向后工業(yè)社會、信息社會過渡，越來越重視“以人為本”、為人服務，因此，各機械零件的設計更應該強調從人身出發(fā)，在以人為主體的前提下結合人們衣食住行以及一切生活、生產活動中的綜合習慣來研究設計。自行車無級變速器正是本著人體工程學，以人為本的前提下研究設計出來的，因此，研究并設計自行車無級變速器系統(tǒng)具有人類需求、順應時代發(fā)展等特點。 時代的主題便是企業(yè)發(fā)展生存的主題，換而言之，自行車企業(yè)要屹立于競爭如此之大的社會中，必須順應時

32、代的發(fā)展，以人為本，從而設計出更為人們所青睞的變速系統(tǒng)。毋庸置疑，自行車企業(yè)應加快發(fā)展自行車內變速系統(tǒng)，提高其市場競爭力。1.7 畢業(yè)論文設計內容和要求設計內容：根據男式自行車的特點選擇合適的傳動比；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構設計與計算；對關鍵部件進行強度和壽命校核。設計要求：傳動比范圍0.751.22；變速器尺寸要盡可能小，輕便；結構設計時應使制造成本盡可能低；安裝拆卸要方便；外觀要勻稱，美觀；調速要靈活，調速過程中不能出現卡死現象，能實現動態(tài)無級調速；關鍵部件滿足強度和壽命要求；畫零件圖和裝配圖。2 自行車無級變速器總體方案的選擇自行車無級變速方式多種多樣，在此

33、，我只選擇了兩種方案供參考，作比較，選出理想方案。該兩種方案分別是鋼環(huán)分離錐式(RC型)無級變速器和鋼球外錐式無級變速器，分別描述如下。2.1 鋼環(huán)分離錐式(RC型)無級變速器圖2-1 鋼環(huán)分離錐式(RC型)無級變速器如上圖所示，為一種早期生產的環(huán)錐式無級變速器，是利用鋼環(huán)的彈性楔緊作用自動加壓而無需加壓裝置。由于采用兩軸線平行的長錐替代了兩對分離輪，并且通過移動鋼環(huán)來進行變速，所以結構特別簡單。但由于分離錐的錐度較小，故變速范圍受限制。RC型變速器屬升、降速型，其機械特性如下圖所示。技術參數為：傳動比 i21 = n2/n1 =20.5,變速比Rb = 4,輸入功率P1=（0.12.2） k

34、w ，輸入轉速 n1=1500 r/min ,傳動效率85% 。一般用于機床和紡織機械等.下圖是RC型變速器的機械特性：圖2-2 RC型變速器的機械特性2.2 鋼球外錐式無級變速器1,11-輸入，輸出軸 2，10-加壓裝置 3，9-主，從動錐輪 4-傳動鋼球5-調速蝸輪 6-調速蝸桿 7-外環(huán) 8-傳動鋼球軸 12，13-端蓋 圖2-3 鋼球外錐式無級變速器如圖所示，動力由軸1輸入，通過自動加壓裝置2，帶動主動輪3同速轉動，經過一組（38）鋼球4利用摩擦力驅動輸出軸11，最后將運動輸出。傳動鋼球的支承軸8的兩端，嵌裝在殼體兩端蓋12和13的徑向弧行倒槽內，并穿過調速渦輪5的曲線槽；調速時，通過

35、蝸桿6和蝸輪5轉動，由于曲線槽的作用使鋼球軸線的傾斜角發(fā)生變化，導致鋼球與兩錐輪的工作半徑改變，輸出軸轉速得到調節(jié)。其動力范圍為：Rn=9，Imax=1/Imin，P11 kw ，4% ，0.800.92 。此種變速器應用廣泛。從動調速齒輪5的端面分布一組曲線槽，曲線槽數目與鋼球數相同。曲線槽可用阿基米德螺旋線，也可用圓弧。當轉動主動齒輪6使從動齒輪5轉動時，從動齒輪的曲線槽迫使傳動鋼球軸8繞鋼球4的軸心線擺動，傳動輪3以及從動輪9與鋼球4的接觸半徑發(fā)生變化，實現無級調速。具體分析如下：圖2-4 鋼球外錐式無級變速器變速示意圖主要由兩個錐輪1、2和一組鋼球3（通常為6個）組成。主、從動錐輪1和

36、2分別裝在軸、上，鋼球3被壓緊在兩錐輪的工作錐面上，并可在軸4上自由轉動。工作時，主動錐輪1依靠摩擦力帶動鋼球3繞軸4旋轉，鋼球同樣依靠摩擦力帶動從動錐輪2轉動。軸、傳動比 ，由于 ，所以 。調整支承軸4的傾斜角與傾斜方向，即可改變鋼球3的傳動半徑r1和r2，從而實現無級變速。 2.3 兩方案的比較與選擇鋼環(huán)分離錐式(RC型)無級變速器結構很簡單，且使用參數更符合我們此次設計的要求，但由于在調速過程中，怎樣使鋼環(huán)移動有很大的難度，需要精密的裝置，如果此裝置用于自行車，成本會大大的提高，顯得不合理。而鋼球外錐式無級變速器的結構也比較簡單，原理清晰，各項參數也比較符合設計要求，故選擇此變速器。只是

37、選用此變速器的同時須對該裝置進行部分更改。須更改的部分是蝸輪蝸桿調速裝置部分。因為我們是選用了8個鋼球，曲線槽設計見第三章，一個曲線槽跨度是900，也就是說自行車從最大傳動比調到最小傳動比，需要使其轉過900，而普通蝸輪蝸桿傳動比是1/8，那么其結構和尺寸將完全不符合我們設計的要求。為此，我們想到了將它們改為兩斜齒輪傳動，以用來調速。選用斜齒輪是因為斜齒輪傳動比較平穩(wěn)。在設計過程中，將主動斜齒輪的直徑設計成從動斜齒輪的3/4，這樣只要主動輪轉動1200，那么從動輪就會轉動900，符合設計要求。3 鋼球外錐式無級變速器部分零件的設計與計算鋼球外錐式無級變速器零件的設計與計算包括主從動錐齒輪，加壓

38、盤，調速齒輪上變速曲線槽，輸入軸，輸出軸，輸入輸出軸上軸承，輸入輸出軸上端蓋，調速機構等部分的設計與計算，以下各章節(jié)分別介紹以上內容。3.1 鋼球與主從動錐齒輪的設計與計算輸入功率 =0.4039 kw其中：，kg，kg，,，輪胎直徑： mm由力學知識可得：輪胎所產生的轉矩與鋼球摩擦所產生的轉矩應平衡其中：mm ，Q為鋼球所受正壓力代入數據可得： 由于傳動件的j=22002500 Mpa 帶入上式得：，取 dq=25 mm,鋼球數輸出轉速 n2=142.3 r/min輸入轉速 n1=142.3/(0.751.22)=189.7116.6 r/min傳動比 變速范圍 鋼球支軸的極限轉角 增速方向

39、 減速方向 圓錐工作直徑 mm鋼球中心圓直徑 mm鋼球側隙 外環(huán)內經 mm外環(huán)軸向截面圓弧半徑 mm ,取 R=18 mm錐輪工作圓之間的軸向距離 mm3.2 加壓盤的設計與計算加壓盤的作用直徑 = (0.50.6) D1 = (0.50.6) 54 = 2732.4 mm取 mm滑動摩擦角加壓盤V形槽傾角 =arctan =14.850傳動鋼球的確接觸應力為 =1353=1353=2251.35 Mpa j每個鋼球作用在V形槽側面的正壓力 Qy= =651.6 N用鋼球加壓裝置時 jmax=1370=1370 =4865.6 Mpa j其中：j為40005000 Mpa鋼球半徑 mm mm碟

40、形彈簧預緊力為200 N ,結構設計如下圖所示：圖3-1 加壓裝置3.3 調速齒輪上變速曲線槽的設計與計算槽的張角=800120 ,取=900。(1)變速曲線槽的槽形曲線為圓弧，中心線上三個特殊點 A，B，C的坐標系（以O為極點）分別為：時, mm其中：（0.51.0）=（0.51.0）=15.5 mm I=1時 ，B= =49.460 mm 時 ，, mm圖3-2 調速論(3)用通過三點作圓弧的方法確定槽圓弧確定曲線半徑R和中心O” (4)要求傳動比Ix與齒輪轉角呈線性變化時，槽形曲線方程為：R（）=0.5D3+lsin =0.5D3+lsinarctan =0.571.7+15.5sina

41、rctan =35.85+15.5sin(arctan)3.4 輸入軸的設計與計算1.輸入軸上傳遞的功率為 kw轉速 n1=189.7116.6 r/min ,取 n1=135 r/min轉矩 T1=9550000=9550000=28572 Nmm2.如圖所示，作用于錐輪的正壓力 Q 圖3-3 正壓力計算示意圖 由前計算可知： ， 其中mm 所以 N 單個錐輪的軸向力 Fa=徑向力 N3.初步確定軸的最小直徑選取軸的材料是40Cr，調質處理，取A0=100，于是得：dmin = =100=14.4 mm ，取 dmin=14.5 mm4.軸的結構設計圖3-4 輸入軸如圖所示，-段裝飛輪，-段

42、裝端蓋，-段裝軸承，規(guī)格是d1=17 mm，-段為軸肩，d=19.4 mm，-段裝軸承，規(guī)格d2=12 mm，- ,-段裝壓緊裝置以及裝錐輪，具體尺寸如零件圖所示 5.求軸上的載荷-段不承受徑向載荷兩軸承的距離為 mm飛輪壓軸力方向線與軸承的距離為 mm圖3-5 壓軸力受力模型a.計算壓軸力Fp Fe=1000 v=選定鏈條型號和節(jié)距 查機械設計【1】表9-7，9-13，單排鏈 kw r/min由PCA和n的值查機械設計【1】圖9-11，得可選10A-1，鏈條節(jié)距 mm故 v=0.904857 m/s所以 Fe=446.4 N 所以 n（鏈條水平布置時的壓軸力系數KFP=1.15） b. 所以

43、 N 所以 n計算最大彎矩 N.mm6.校核扭矩 T=9550000=9550=28572 NmmCA=34.7 Mpa-1=60 Mpa 鍵槽處軸的校核 W(c)=224.7 （AC）= 57.22 Mpa CA=60 Mpa7.鍵強度的校核平鍵的尺寸為 ，鍵槽軸深 p=147.8 Mpa p=120150 Mpa滿足條件花鍵校核 p=2T103/(zhldm)其中： 為載荷分配不均系數，取0.8花鍵齒數 齒的工作長度 mm 花鍵齒側的工作高度 mm 花鍵的平均直徑 mm p=41.34 Mpa p=4070 Mpa 花鍵的連接情況是：使用或制造情況不良，齒面未經熱處理，故滿足要求3.5 輸

44、出軸的設計與計算1. 輸出軸上的傳遞功率為 kw轉速 r/min于是轉矩 T2= =9550000=23311.9 Nmm2.作用于錐輪的正壓力 Q 由前計算可知： , 其中mm 所以 Q= N 單個錐輪的軸向力 Fa=徑向力3.初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料是40Cr，調質處理，取A0=100，于是得：dmin = =100=13.5 mm 取d=14.5 mm4.軸的結構設計圖3-6 輸出軸-段與輸入軸的-段完全相同，只有-段不一樣，輸出軸-段裝的是后輪軸。這樣設計便于統(tǒng)一加工。5.求軸上的載荷兩軸承的距離為 mm壓軸力F合壓與軸承的距離為mm圖3-7 壓軸力受力模型如上圖所示 F合壓

45、=558.1 N N 所以 N N6.計算最大彎矩 N7.校核扭矩所受扭矩： NmmA處校核 CA=52.3 Mpa CA MpaC出校核W(c)=224.7（AC）=41.5 Mpa CA=60 Mpa故校核安全8.鍵強度的校核 平鍵的尺寸為，鍵槽軸深p=26.8 Mpa p=120150 Mpa滿足條件花鍵校核p=2T103/(zhldm)其中： 為載荷分配不均系數，取0.8花鍵齒數 mm 齒的工作長度 花鍵齒側的工作高度 mm 花鍵的平均直徑 mm p=29.99 Mpa p=4070 Mpa花鍵的連接情況是：使用或制造情況不良，齒面未經熱處理，故滿足要求3.6 輸入輸出軸上軸承的選擇與

46、計算1. 輸入軸上軸承的壽命計算 圖3-8 輸入軸軸承受力計算示意圖 N 2軸承被拉松 N N1軸承被壓緊 N N所以 軸承2的當量載荷為 N 軸承1的當量載荷為 N所以 Lh1= =1088 h Lh2= h2. 輸出軸上軸承的壽命計算圖3-9 輸出軸軸承受力計算示意圖N2軸承被拉松 N N1軸承被壓緊 N N所以軸承1的當量載荷為 N 軸承2的當量載荷為N所以 Lh1=1127.3 h Lh2= h 3.7 輸入輸出軸上端蓋的設計與計算密封件的設計如下：見下圖3-10 軸徑 mm ， mm ， mm ， mm端蓋的設計及計算如下：見下圖 3-11 圖3-10 密封圈 圖3-11 端蓋 螺釘

47、直徑 mm mm mm mm mm ,取 4 mm mm D4=D1015 mm mm D6=24=32 mm mm , mm , mm 主從動軸一樣.3.8 調速機構的設計與計算調速機構采用兩斜齒輪分度調速。1.調速齒輪1的設計與計算模數 mm 螺旋角 法面壓力角 端面壓力角 所以 基圓柱螺旋角 所以 法面齒距 mm端面齒距 mm法面基圓齒距 mm法面齒頂高系數 法面頂隙系數 分度圓直徑 mm基圓直徑 mm齒頂高 mm 齒根高 mm齒頂圓直徑 mm齒根圓直徑 mm法面齒厚 mm端面齒厚 mm 當量齒數 2.主動斜齒輪2的設計與計算模數 mm分度圓直徑 mm基圓直徑 mm齒頂圓直徑 mm齒根圓

48、直徑 mm當量齒數 其余參數均與調速齒輪1相同.兩齒輪的寬度均為 5 mm .但主動斜齒輪只需轉過1200，所以該斜齒輪只需做成不完全齒輪，具體尺寸見另加圖。3.9 自行車無級變速器的安裝無級變速器的輸出軸上安裝著自行車的后輪，輸入軸上安裝自行車的后飛輪，整個變速器位于后輪右側。變速器的主動調速齒輪上安裝搖桿，該搖桿可以伸縮，這樣在不調速時保證搖桿空間尺寸較小。搖桿可轉動1200，這樣可帶動從動調速論轉動900,從而使自行車速度在最大速度和最小速度之間變動。1、4、7-端蓋 2-軸承 3-套筒 5-軸套 6-軸管圖3-12 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，1、4、7端蓋

49、是用來密封，保護軸承5的，普通自行車的后軸管和花盤是分開的，我這里把它們作成一個整體，即軸管6，與后軸用鍵連，軸套5的作用是軸向定位軸管，軸承2與軸采用過盈配合，具體尺寸設計見輸出軸的零件圖。4 自行車變速器的調整與使用方法4.1 自行車變速器的調整1. 前撥調整 以SHIMANO DEORE LX為例，按以下簡單規(guī)律進行反復調試：H螺絲用來調整鏈條在最大盤片時的定位。逆時針（旋出）：前撥臂遠離坐管；順時針（旋進）：前撥臂靠近坐管。 注意：逆時針（旋出）要掌握好尺度，太過，會導致鏈條脫盤，卡在曲柄與大盤之間。L螺絲用來調整鏈條在最小盤片時的定位。逆時針（旋出）：前撥臂靠近坐管；順時針（旋進）：

50、前撥臂遠離坐管。 注意：逆時針（旋出）要掌握好尺度，太過，會導致鏈條脫盤，卡在五通與小盤之間。4.2.自行車變速器的使用方法1.變速器的作用 無極變速自行車是一種根據道路和阻力狀況，自行調整自行車傳動速比和扭矩大小的機械變速機構，不必用手或腳控制掛擋，自動進行無級變速，比傳統(tǒng)自行車的騎行效率有明顯的提高。自行車的變速器，前3齒盤、后9齒盤的組合可變速為27。在此以山地車為例說明使用方法。旋動腳蹬時，前齒盤旋轉，通過鏈條把力量轉遞到后齒盤，車輪就前進。前齒盤的大小(齒數)和后齒盤的大小(齒數)決定旋動腳蹬時的力度。前齒盤越大，后齒盤越小，腳蹬時感到費力(自行車前進的距離變長)。前齒盤越小，后齒盤

51、越大，腳蹬時感到輕松(自行車前進的距離變短)。自行車的騎行是起跑、停止、上坡、下坡、迎風、順風等情況下前進。不管是任何條件下都能保持一定的速度(自行車快速前進，或者是慢速前進，都能保持一定的踩蹬步速和力矩，就要變速器。你假若不要加大自已的力度，只加大齒輪比來快速騎行，那是不可能的事。實際騎行過程中很快發(fā)現這一點的。加大齒輪比(高力矩、低旋動)來騎行時，達不到最適當的騎行(放出最適當的能量的力矩和旋轉的組合)。這將會增加膝蓋的負擔和成為引起各種障礙的原因。 2. 變速器的簡單說明握把的右邊(可能刻有19文字記號)的變速桿是，后變速器換擋用的。握把的左邊(可能刻有13文字記號)的變速桿是，前變速器

52、換擋用的。邊騎行邊換擋時，變速器把鏈條移到齒盤。停下來換擋，尚未旋動腳以前鏈條是不會移動的。 3. 通常的使用方法在普通的路上騎行時，前齒盤(由左邊的變速桿操作)固定在中間(或者最大齒盤)。只用后齒盤(由右邊的變速桿操作)比較容易理解。最小的前齒盤則上坡時使用。后齒盤的齒輪比如何選擇好呢？這要由踩蹬的旋轉數來決定前齒盤(中軸)1分鐘的旋轉數。那么旋轉數多少較適合呢？要根據腳力、技巧、心肺機能不同而各異。一般7080rpm 較合適。要加快速度時，開始時以較低的齒盤(后邊的較大的齒盤)起跑，隨著速度的加快換為高的擋次(后面的小齒盤)；上坡時速度會降低，降低齒輪比來保持一定的踩蹬力度；順風時會加快速

53、度，提升齒輪比來保持一定的踩蹬力度。山路上的變速：山路有上坡、下坡。后齒盤無法應付路段的變化情況。需要改變前齒盤。只改變前齒盤時，齒輪比相差太大，因此后齒盤也隨著一起改變，以便減少差距(踩蹬的力度)。降低前齒盤時，提升后齒盤。提升前齒盤時，降低后齒盤。左右變速桿要同時起動。5 結論這次關于自行車無級變速器的設計是我真正理論聯(lián)系實際、深入了解設計概念和設計過程的時間考驗，對于提高自己的機械設計的綜合素質大有用處。用過幾個月的設計實踐，使我對機械設計有了更多的了解和認識。機械設計室機械工業(yè)的基礎，是一門綜合性相當強的技術課程，它融合了大學期間所學的各專業(yè)課程。在設計過程中存在的問題：1）對部分零件

54、的結構尺寸和安裝尺寸的掌握不夠準確；2）設計中應對突然出現的問題的解決不及時徹底。進一步研究的建議：對各個部件進行優(yōu)化設計，是各部分的功能達到最優(yōu)！參考文獻1邱宣懷機械設計M.第四版北京：高等教育出版社，2007.12孫恒.陳作模.機械原理M.第六版.西安:高等教育出版社,2000.3徐灝.機械設計手冊M.第三卷.北京:機械工業(yè)出版社, 1991.4吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊M.第三版.北京:高等教育出版社,2006.5周良德,朱泗芳.現代工程圖學M.湘潭:湖南科學技術出版社, 2000.6周有強.機械無級變速器M.成都:機械工業(yè)出版社, 2001.7李新,洪泉,王艷梅.國內外通用標

55、準件手冊M.南京:江蘇科技出版,鳳凰出版?zhèn)髅郊瘓F,2006.8葛志淇.機械零件設計手冊M.天津:冶金工業(yè)出版社,1980.9秦世倫. 材料力學M.成都：四川大學出版社.10馬俊，王玫.機械制圖M.第四版.北京：北京郵電大學出版社，2007.11機械設計手冊編委會.減速器和變速器M.第四版.北京.機械設計出版社.2007.2.12麥智生.自行車無級變速器J.中國自行車.2002.（第2期）.13周有強.崔學良.董志峰.機械無級變速器發(fā)展概述J.機械傳動.2005.(第1期).14阮忠唐.機械無級變速器M.北京：機械工業(yè)出版社.1983.10.致謝本文的完成得到來自各方面的指導與幫助，特別要感謝指

56、導老師黃輝老師，在黃老師的悉心指導下，我的畢業(yè)設計才得以按時的完成，也是老師的教導讓我通過這次畢業(yè)設計更加深入的了解了自己所學的這個專業(yè)。畢業(yè)設計的時間雖然不長，通過這次設計卻讓我更加鞏固了以往三年所學的知識，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)設計的這幾個月里，我深深的體會到，機械這個行業(yè)是非?？简炓粋€人的耐心和細心的，有時候你需要查閱許多資料才能將一個知識點弄明白，才能繼續(xù)做設計，每一個公式每一次計算都要檢查好幾遍，一個點的錯誤可能會影響到整個設計的計算，所以你畢業(yè)認真仔細的做好每一個步驟。同時我也了解到，我們專業(yè)擁有一個龐大的知識體系，在學習過程中應該要不斷擴展閱讀，并且閱讀的同時還應該加強思考，永遠不要只滿足于課堂上的那點知識。再則，畫圖方面，我們用CAD制圖，這讓我熟悉了CAD的制圖方法，為我兩個月后走上工作崗位打下了一個好的基礎。最后，再次感謝這個過程中給予我很大幫助的指導老師，感謝您耐心的為我修改設計和熱心的指導。