中小型摩托車無極變速器傳動系統設計

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密級： 學號： 本科生畢業(yè)論文（設計） 中小型摩托車無極變速器傳動系統設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 12級本機設 班 學生姓名： 指導老師： 完成日期： 學士學位論文原創(chuàng)性申明 本人鄭重申明：所呈交的設計（論文）是本人在指導老師的指導下獨立進行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本設計（論文）不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔。 學位論文作者簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權江西科技學院可以將本論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 本學位論文屬于 保 密 □， 在 年解密后適用本授權書。 不保密 □。 （請在以上相應方框內打“√” ） 學位論文作者簽名（手寫）： 指導老師簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 摘要 隨著國民經濟的持續(xù)發(fā)展，車輛工業(yè)也在不斷地發(fā)展著，各種設備都在不斷地發(fā)展，創(chuàng)新著。特別是在機動車輛無極變速器方面，變速器的應用非常廣泛，在一些特定的工作場合，變速器體積小，變速靈活，價格成本低廉很受歡迎，根據市場調查發(fā)現，變速器必須滿足當今人們對汽車速度調節(jié)方面的靈活性操控等需求，能夠在不改變發(fā)動機的扭矩和轉速的情況下，改變變速器的驅動力和行駛速度；在發(fā)動機曲軸旋轉方向不變的情況下，使變速器前進或后退；在發(fā)動機不熄滅的情況下，可使變速器長時間停車或進行固定作業(yè)。 目前市面上的變速器大多都是采用傳統的變速結構，在某些特定的區(qū)域，這種結構形式的變速器非常不受歡迎。由于以往的變速器采用傳統的結構形式，這樣就造成傳動精度不好控制，保養(yǎng)維護費用較高;同時存在一定的安全隱患。因此，對整機的安全性要求較高，操作時也會給工作人員帶來強烈的震動,使得操作很不舒服。雖然傳統的變速器傳動效率較高，變速效果較好，但是價格也較昂貴，對于一般的用戶難以接受。所以研究一種新式的中小型摩托車無極變速器傳動系統勢在必行！ 變速器作為機動車輛中核心部件的一種，它工作時，發(fā)動機通過發(fā)動機分輪從而帶動中小型摩托車無極變速器傳動系統轉動，從而間接地帶動了車輪的轉動，這樣車輛就可以行駛了。 本文介紹了中小型摩托車無極變速器傳動系統的結構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，以及對其結構進行創(chuàng)新設計，該變速器的優(yōu)點是傳動鏈短、效率高、易加工、使用和維護都很方便，較適合在惡劣的環(huán)境下工作，最主要的是其傳動效率很高。 關鍵詞： 中小型摩托車無極變速器傳動系統；扭矩；結構；校驗 Abstract With the development of national economy, machinery industry is also in constant development, all kinds of equipment are in constant development and innovation. Especially in agriculture, application of transmission is very extensive, in some specific occasions, gear box has the advantages of small volume, flexible speed, low cost is very popular, according to market research found that the transmission must satisfy the people to the automobile speed adjusting flexibility of the manipulation of the requirements, can not change the engine the torque and speed change gear box case, the driving force and speed in the same direction of rotation of the engine crankshaft; under the condition of the gearbox forward or backward; when the engine is not out of the case, can make the transmission to stop for a long time or fixedoperation. Currently on the market most of the gearbox is used in traditional variable structure, in some specific area, the transmission of this kind of structure is not very popular. Since the transmission past the traditional forms of structure, thus causing the transmission accuracy control is not good, the maintenance cost is high; at the same time, there are some security risks. Therefore, the security requirements of the higher, the operation will give the staff to bring a strong shock, so that the operation is very uncomfortable. Although the transmission through the transmission efficiency is high, the transmission effect is good, but the price is more expensive, for the average user to accept. So the research of a new type planetary power Transmission as a core component in a motor vehicle, when it is working, the engine through the V belt drives the gear box to rotate, thereby indirectly driven by the rotation of the wheels,sothatthevehicle. This paper introduces the theoretical calculation, structure design must be the planetary power shift gearbox working principle and main parts of the strength check and correlation, and the innovative design of the structure, the advantages of the gearbox is a short drive chain, high efficiency, easy to manufacture, use and maintenance are very convenient, more suitable for work in the bad environment, the most important is its high transmission efficiency. Key words：planetary gear type power shift gear box;Crankshaft;Processing craft;Fixture 目錄 第一章 緒論 1 1.1 課題的來源及研究的目的和意義 1 1.2 本課題研究的主要內容 3 第二章 中小型摩托車無極變速器傳動系統的總體方案設計 5 2.1 變速器的結構形式 7 2.2 變速器內部傳動系統的布局 10 第三章 無極變速器傳動系統的設計 11 3.1 變速器內部傳動系統的具體結構 12 3.2 飛輪的類型 12 3.2.1 轉動慣量對系統的影響 13 3.2.2 彈簧剛度對系統性能的影響 13 3.3軸的設計校核與軸承選用 14 3.3.1 軸的設計及強度效核 16 3.4 單向離合器的工作原理及計算 17 第四章 變速器內部主要傳動零件的強度校核 18 4.1 傳動軸的強度校核 20 4.2 傳動齒輪的強度校核 21 4.3 軸承強度的校核 23 結論 24 參考文獻 25 致謝 26 第一章 緒論 1.1 課題的來源及研究的目的和意義 在全球經濟發(fā)展的大環(huán)境之下，我國各個行業(yè)在受到其他國家先進技術沖擊的同時，與國外品牌企業(yè)的溝通交流的機會也變的越來越多。變速器行業(yè)通過行業(yè)展會、科研合作等多種途徑，不斷的提高了自身實力和核心競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。 在新的市場需求的驅動下，變速器設備的更新和優(yōu)化升級更加迫切。國內變速器設備生產企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力發(fā)展大型環(huán)保節(jié)能的變速器械設備，在我國飛速發(fā)展的農業(yè)從人工作業(yè)到機械化的轉變中發(fā)揮著積極的作用。一般生產大型變速器設備的企業(yè)對設備傳動效率指數上都有嚴格的要求。各企業(yè)在生產設備時，都充分考慮到設備在運行中可能會出現的種種問題，從而減少設備因為振動或者操作不當而引起的噪音大、污染重等現象。 國內中小型摩托車無極變速器的研發(fā)及制造要與全球號召的低碳經濟、經久耐用主題保持一致。加大變速器新型多樣化的研發(fā)及生產是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內基礎建設發(fā)展的需求。 中小型摩托車無極變速器的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。隨著科學技術的發(fā)展，各學科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結構、新材料、新工藝，目前中小型摩托車無極變速器正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。 1.2 本課題研究的主要內容 國內中小型摩托車無極變速器傳動系統的研發(fā)及制造要與全球號召的低碳經濟、經久耐用主題保持一致。加大中小型摩托車無極變速器新型多樣化的研發(fā)及生產是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內基礎建設發(fā)展的需求。 中小型摩托車無極變速器的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。隨著科學技術的發(fā)展，各學科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結構、新材料、新工藝，目前變速器自動變速器正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。 本次設計的任務是中小型摩托車無極變速器傳動系統的設計，通過讓學生親自了解變速器內部的構造和組成部分，通過對變速器內部工件的測繪來認識工件，通過利用計算機繪圖軟件例如CAD，來對工件進行零件圖的繪制和裝配，這樣經過一系列的綜合性訓練，培養(yǎng)學生動手，動腦以及畫圖的能力。 第二章 中小型摩托車無極變速器傳動系統的總體方案設計 3.1 變速器的結構形式 3.1.1 變速器內部傳動系統的布局 中小型摩托車無極變速器作為車輛中最重要的核心部件的一種，廣泛應用于各類中小型摩托車等領域。它工作時，發(fā)動機通過飛輪帶動變速器轉動，從而間接地帶動了車輪的轉動，這樣汽車就可以行駛了，通過改變變速器理論的檔位來實現機動車輛的前進、后退、加速、減速等等功能。在機動車輛的幾個組成部分里，變速器是最重要也是最核心的部分，其組成機構及傳動系統的布局圖如下圖所示： 圖3-1 第三章 中小型摩托車無極變速器傳動系統的設計 4.1 變速器內部傳動系統的具體結構 變速器體內部主要有各檔位傳動齒輪，各傳動軸以及端蓋，軸承等等零件組成，通過發(fā)動機驅動飛輪傳動，從而帶動變速器內部的傳動機構動作，繼而實現機動車輛輪子的轉動，于是車輛就可以行駛了。其具體內部傳動結構圖同上圖所示： 4.2 飛輪的類型 飛輪根據彈性元件、阻尼類型等等關鍵參數來進行分類，其具體類別如下圖所示： 4.2.1 轉動慣量對系統的影響 由上式解出扭振固有圓頻率為:當時，為剛體模態(tài):,其中系統固有頻率, 式中：K為減震彈簧剛度，J1，J2為兩個慣性質量的轉動慣量?？偟霓D動慣量為J=J1+J2。 由上式可知，當J,=Jz時fc最小，對雙質量飛輪而言就是第二級飛輪的轉動慣量(J2)與第一級飛輪的轉動慣量(J})之比接近于1，通常取J2 / J, = 0.7-1.4時，第二級飛輪的扭振振幅也最小。而且，由于雙質量飛輪減振器可以將彈性元件布置在較大半徑上，因此，可以將螺旋彈簧的剛度設計得較小，于是可將“發(fā)動機一變速箱”振動系統的固有頻率大致降低8Hz-}-15Hz。當發(fā)動機轉速激勵與動力傳動系統固有頻率fc的轉速相同時就會發(fā)生扭轉共振，為避免發(fā)生共振(此時理論上振幅放大系數為無窮大)，設計中確保發(fā)動機怠速轉速工況下的激勵頻率與動力傳動系統的固有頻率之比大于萬，即關/關>行，就可以保證在發(fā)動機全部的轉速范圍內不發(fā)生共振。 4.2.2 彈簧剛度對系統性能的影響 由固有頻率的計算公式可知，彈性元件的剛度還對系統的固有頻率有著很大的影響。理想狀態(tài)下一般希望隨著外界的激勵頻率的變化，系統的固有頻率也隨之發(fā)生變化，這樣就可以在理論上避免發(fā)生共振情況，基于這種想法，我們可以采用非線性彈性特性的結構方法來近似實現(類似于變速箱)，使得在變化的工況下，雙質量飛輪減振器在不同剛度的彈性特性下工作，從而保證在不同工況下最大限度地衰減振動。如圖所示，移頻的方法，對避免共振非常有效。為了能夠在發(fā)動機常用轉速范圍內更好地降低振動，考慮將系統共振頻率設定為發(fā)動機轉速激勵以下，避開發(fā)動機轉速的激勵。彈簧剛度設計必然考慮到這些點。 4.3 軸的設計校核與軸承選用 （1） 選擇Ⅳ軸的材料 選取軸的材料為45鋼，調質處理.查文獻6表7-1，材料強度極限， 取 (2)軸徑的初步估算 由文獻6表7-11取C＝107， 可得 (3)求作用在齒輪上的力 軸上大齒輪5分度圓直徑為： 圓周力，徑向力和軸向力的大小如下 小輪6分度圓直徑為: (4)軸的結構設計 圖3.1 Ⅳ軸結構設計 取較寬齒輪距箱體內壁距離軸承距箱體內壁相鄰 齒輪軸向距離10mm,安裝齒輪處軸段長比輪轂寬少2 mm。 1)擬定軸向定位要求確定各軸段直徑和長度 Ⅰ段安裝圓柱滾子軸承。取軸段直徑，，軸承型號N418，尺寸 Ⅱ段安裝齒輪，齒輪左端采用套筒定位，右端使用軸肩定位，取軸段直徑，軸段長度(比齒輪6輪轂寬少2mm)。 Ⅲ段取齒輪右端軸肩低度,取軸環(huán)直徑110+29=128軸環(huán)寬度=10.78mm，Ⅲ段長 Ⅳ段用于裝齒輪5，左端用軸肩定位，右端采用套筒定位。軸段直徑，軸段長(比齒輪5輪轂寬少2mm)。 Ⅴ段安裝圓柱滾子軸承,軸承型軸承型號NU2218E，尺寸，軸段直徑, （齒輪4距離箱體內壁為10mm,齒輪6距內壁為13mm)。 2）軸上零件的周向定位 兩個齒輪均采用漸開線花鍵聯結，花鍵適用于載荷較大和定心精度要求較低的靜聯接和動聯接，它的鍵齒多，工作面總接觸面積大，承載能力低，它的鍵布置對稱，軸、轂受力均勻，齒槽淺，應力集中較小，對軸和輪轂的消弱小， 軸端倒角。 (5） 軸的強度效核： 1）首先根據軸的結構圖作出軸的計算簡圖： 圖3.2 Ⅳ軸計算簡圖 2） 求支反力： 水平面： 垂直面： 3） 計算彎矩 水平彎矩： 垂直面彎矩： 合成彎矩： 4) 扭矩： 5） 計算當量彎矩 顯然B處為危險截面，故只對該處進行強度效核 軸的材料為45鋼，調質處理，查表4－1得 由得 取 4.4 單向離合器的工作原理及計算 一般來說，前者使用得更為普遍一些。當然，在自動變速器中，單向離合器的使用還不僅僅局限于執(zhí)行機構，例如，在液力變矩器的導輪支承處，也采用了單向離合器。 單向離合器俗稱單向軸承，也是僅能單一方向（順時針方向或逆時針方向）傳動的機械傳動基礎件。 當動力源驅動被動元件時只能單一方向傳動，若動力源轉變方向時，（如順時針變?yōu)槟鏁r針方向），被動元 件則會自動脫離不產生任何動力傳送的功能。 單向離合器有兩種運動方式 當單向離合器的動力輸出部分（內環(huán)或外環(huán)）轉速比動力源（外環(huán)或內環(huán)）還快時，離合器處于解脫狀態(tài)， 內外環(huán)沒有任何連動關系，此謂單向離合器的單向超越功能。 1、保證汽車平穩(wěn)起步 這是離合器的首要功能。在汽車起步前，自然要先起動發(fā)動機。而汽車起步時，汽車是從完全靜止的狀態(tài)逐步加速的。如果傳動系/它聯系著整個汽車與發(fā)動機剛性地聯系，則變速器一掛上檔，汽車將突然向前沖一下，但并不能起步。這是因為汽車從靜止到前沖時，產生很大慣性力，對發(fā)動機造成很大地阻力矩。在這慣性阻力矩作用下，發(fā)動機在瞬時間轉速急劇下降到最低穩(wěn)定轉速以下，發(fā)動機即熄火而不能工作，當然汽車也不能起步。因此，我們就需要離合器的幫助了。在發(fā)動機起動后，汽車起步之前，駕駛員先踩下離合器踏板，將離合器分離，使發(fā)動機和傳動系脫開，再將變速器掛上檔，然后逐漸松開離合器踏板，使離合器逐漸接合。在接合過程中，發(fā)動機所受阻力矩逐漸增大，故應同時逐漸踩下加速踏板，即逐步增加對發(fā)動機的燃料供給量，使發(fā)動機的轉速始終保持在最低穩(wěn)定轉速上，而不致熄火。同時，由于離合器的接合緊密程度逐漸增大，發(fā)動機經傳動系傳給驅動車輪的轉矩便逐漸增加，到牽引力足以克服起步阻力時，汽車即從靜止開始運動并逐步加速2、保證傳動系換檔時工作平順 已知汽車變速箱的最大扭矩可由式: 求得 式中： Kw,r/min。α在1.1～1.3之間 ，取α=1.16，則N.m 后備系數β是離合器的重要參數，反映離合器傳遞發(fā)動機最大扭矩的可靠程度，選擇β時，應從以下幾個方面考慮： a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動機最大扭矩； b. b. 防止離合器本身滑磨程度過大； c. c. 要求能夠防止傳動系過載。通常轎車和輕型貨車β=1.2～1.75。結合設計實際情況，故選擇β=1.5。 根據以上情況分析可知，該離合器符合系統工況要求。 第五章 變速器內部主要傳動零件的強度校核 5.1 傳動軸的強度校核 按彎扭合成應力校核軸的強度 校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻[1，15-5]可知，取，軸的計算應力 MPa （3.43） 選定軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻[1]表可知，MPa。因此，，故安全。 （7）精確校核軸的疲勞強度 ①判斷危險截面 從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面IV和V引起的應力集中最嚴重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應力最大，但應力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。 ②截面V左側 抗彎截面系數 mm （3.44） 抗扭截面系數 mm （3.45） 截面V左側的彎矩M為 Mpa （3.46） 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應 Mpa （3.47） 截面上的扭轉切應力MPa （3.48） 軸的材料為45鋼，調質處理。由文獻[1]表可知，MPa，MPa，MPa。 由文獻[1] 附表可知，用插入法求出 ， 軸按精車加工，由文獻[1] 附圖可知，表面質量系數為： 軸未經表面強化處理， 固得綜合系數為 （3.49） 由文獻[1] ，可知，碳鋼的特性系數 取 取 所以軸在截面V左側的安全系數為 （3.50） （3.51） （3.52） 故該軸在截面V左側的強度是足夠的。 ③截面V右側 抗彎截面系數 mm 抗扭截面系數 mm 截面V左側的彎矩M為 MPa 截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應力 MPa 截面上的扭轉切應力 MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數及按文獻[1]附表查取。因，， ， 又由文獻[1]附圖可得軸的材料的敏感系數為 ， 故有效應力集中系數按文獻[1，附]為 （3.53） 由文獻[1]附圖可得軸的截面形狀系數為 由文獻[1]附圖可得軸的材料的敏感扭轉剪切尺寸系數為 綜合系數為 所以軸在截面V左側的安全系數為 故該軸在截面V左側的強度是足夠的。 5.2 傳動齒輪的強度校核 （1）接觸應力的計算 由文獻[4]表可知，齒面接觸應力計算公式，即 （3.28） 確定公式內的各計算數值 ① 計算載荷系數 電動機驅動，載荷平穩(wěn)，由文獻[4]表可知，取 平均分度圓直徑 mm 平均分度圓圓周速度 m/s 由文獻[4] 圖（a）可知，按，得； 由文獻[4] 圖（b）可知，按，齒輪懸臂布置，； 由文獻[4]表可知，； ② 由文獻[1]表可知，彈性系數； ③ 節(jié)點區(qū)域系數 計算得， MPa （1） 接觸疲勞強度的許用應力 由文獻[4] 表可知，許用接觸應力計算公式，即 （3.29） 確定公式內的各計算數值 ①小齒輪的接觸疲勞強度極限MPa ②最小安全系數 ③由文獻[1，10-13]可知，計算應力循環(huán)系數 由文獻[1] 圖10-19可知，查得接觸疲勞壽命系數 ， ④尺寸系數 ⑤工作硬化系數，按 ⑥潤滑油膜影響系數， 計算得， MPa （3）由于MPaMPa，故安全。 （Ⅱ）校核齒根彎曲疲勞強度 （1）齒根應力的計算 由文獻[4]表可知，彎曲應力計算公式，即 （3.30） 確定公式內的各計算數值 ① 由文獻[1]表可知， ， ② 由文獻[1]表可知， ， 計算得， MPa （2）彎曲強度的齒根許用應力 由文獻[4]表可知，齒根許用應力計算公式，即 （3.31） 確定公式內的各計算數值 ①彎曲疲勞極限MPa 齒輪的應力修正系數 彎曲強度的最小安全系數 彎曲疲勞壽命系數 ， ④彎曲疲勞的尺寸系數 計算得， （3）由于MPaMpa，故安全。 5.3 軸承強度的校核 （1）滾動軸承的選擇 滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B，由文獻[2]表得KN，KN，，。 （2）壽命驗算 軸承所受支反力合力 N （4.1） 對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。 ，N 由文獻[2]表得， ， N （4.2） 按軸承B的受力大小驗算 h （4.3） h=年 由于變速器的運轉平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達到所計算的壽命。 經審核后，此軸承合格。 20 結論 在此論文完成之際，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，同時在重新溫故了以前課堂所學的知識。在做畢業(yè)設計的過程中，遇到難解的問題，老師都會及時和我解釋，那么仔細和認真，讓后收益很多，我打心里感謝我的導師。 在相關的實際問題的討論中，我的導師總是孜孜不倦的引導著我，幫助著我。每周一次的進度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進，不僅工作的按時保質保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。也能為人生打下一個夯實地基礎！在此致以教授我的導師深切感激和真摯感謝！ 另外也感謝我的父母，朋友和同學們的幫助。在做設計感覺受挫，枯燥與迷茫時，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要氣餒，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設計。 參考文獻 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 致謝 為期一個學期的畢業(yè)設計已近接近尾聲，大學生活也即將結束。 這次的畢業(yè)設計是在XXX老師悉心指導下完成的，回顧這次做畢業(yè)設計的過程，我慶幸我選了一個好老師。從開始編程到調試結束，老師都細心指導，老師只要有時間就在實驗室指導我們做畢業(yè)設計.這種敬業(yè)負責精神值得我去學習，同時在探討的過程中我向老師學到了許多東西，小的方面有，每次對于設計的總結，以及對傳動機構的探討。大的方面有，遇到問題要懂得磚研，查資料解決?？傊痪湓?，沒有老師的細心知道我的畢業(yè)設計不可能完成。再一次真誠的向老師說一聲，謝謝。 這次畢業(yè)設計不僅使我對中小型摩托車無極變速器傳動系統有了更深的了解，還提高了我的自學能力，和動手能力。每次一個問題解決，眼看就要成功時又會有新的問題出現，這無疑考驗了我的耐心和承受能力。再次我也要感謝大學四年來所有的老師，對我知識的傳授，同時還要感謝所有的同學們，在平時的學習和生活中對我的鼓勵和幫助。