钢球锥轮式无级变速器设计（含全套CAD图纸）

全套设计（图纸）Q 401339828 1 摘要 无级变速器可以适应不断变化的工艺要求，机械化和工艺开发的驱动器提高了设 备的机械性能和自动化性能。本文描述的机械摩擦无级变速器，设计的计算方法，用 的材料和密封润滑等的知识的基本结构，以及作为该无级变速器设计的原理和理论基 础。 本设计是通过改变球半径来实现球锥轮无级变速器的输出轴速度的连续变化来作 用中间球锥形轮驱动部件工作。本文包括无级变速器的基础理论原理、设计计算的方 法、材料和润滑等的知识的基本结构。分析主、从动轮，球和轴在传输过程中的传力 之间的关系；球、锥轮设计公式的详细推导；和选择用于计算具体的设计参数；绘制 的零件图、装配图和主传动组件；计算出的 CVT 钢球锥轮装配图和主传动组件，此传 输技术的结构和要求的其它方面表现更清晰。 该无级变速器具备良好的结构及性能上的优势，具有很强的实用价值，可作为大 规模生产的无级变速器。其主要特点是：1、调速范围宽； 2、良好的恒功率特性； 3、可以上升、减速、正、反转。4 、光滑、耐冲击性强； 5、输出功率较大；6、寿命 长；7、速简单、可靠； 8、维护方便。 关键词：无级变速、钢球、锥轮式 全套设计（图纸）Q 401339828 2 Abstract Machinery to adapt to the changing process of requirements, process development and general driving stepless variable speed drive system to improve the mechanical performance of mechanization and automation equipment. Mechanical friction is introduced, the design and calculation method of infinitely variable speed, materials and lubrication of the basic knowledge structure, and stepless variable speed design theory. Changing the design by changing the radius of the ball to reach the goal of the output axis of the cone wheel stepless speed as intermediate conical wheel drive components, work. Analysis of the relationship between driving and driven wheels, power transmission between the ball and external engineering in the process of transmission, the actual stepless ball cone pulley is derived in detail the design formula of design and selection of parameters are used to calculate the specific design, draw the part drawing calculation stepless ball cone wheel assembly and the main transmission components, the performance of other aspects of transmission technology architecture and requirements clearly. The structure and properties of infinitely variable speed has a good advantage, have very strong practical value, can be used as a large-scale production of stepless variable speed. Its main features are: wide speed range; 2 good constant power characteristics; 3 can rise, slow, positive and reverse. 4. is smooth, high impact resistance; Big five power output; 6, long life; 7 - speed is simple, reliable, easy to maintain. Key words: CVT、Ball Cone Wheel、Friction 全套设计（图纸）Q 401339828 3 目录 摘要 .1 ABSTRACT .2 1 引言 .4 1.1 机械无级变速的发展情况 .4 1.2 机械无级变速的特点和应用 .4 1.3 机械无级变速的研究现状 .5 1.4 毕业设计的内容和要求 .6 2 总体方案的选择 .7 2.1 钢球外锥（KOPP-B 型）无级变速器 .7 2.2 钢球长锥式（RC）无级变速 .8 2.3 方案的比较与选择 .8 3 主要零件的计算和设计 .9 3.1 钢球与主、从动锥轮的计算与设计 .9 3.2 加压盘的计算与设计 .12 3.3 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计 .13 3.4 输入、输出轴的计算与设计 .14 3.5 输入、输出轴上端盖的计算与设计 .15 3.6 输入、输出轴上轴承的计算与设计 .15 3.7 调速机构的计算与设计 .15 3.8 无级变速器的装配 .16 4 主要零件的校核 .18 4.1 轴的校核 .18 4.2 轴承的校核 .20 5 结束语 .22 参考文献 .23 致谢 .24 附录 .25 全套设计（图纸）Q 401339828 4 1 引言 1.1 机械无级变速的发展情况 机械无级变速器是一种传动装置，其功能特征主要是：在输入转速不变的情况下， 能实现输出轴的转速在一定范围内不断变化，以满足机器或生产系统在运转过程中各 种不同情况的要求。其结构特征主要是：需由变速的传动机构、调速机构及加压装置 或输出机构三部分组成。它在配合减速器传动时可进一步扩大变速范围与输出转矩， 对提高产品产量，适应产品变换需要、节约能源、实现整个系统机械化、自动化等各 个方面具有显著的效果。目前已成为一种通用的传动元件，并在工业广泛应用。 机械无级变速器最初是在 19 世纪 70 年代出现，由于当时受材料与工艺技术的条 件限制，发展很慢。直到 20 世纪 70 年代以后，一方面随着当今先进冶炼和热处理的 技术，精密仪器加工和数控机床以及牵引传动的理论与油品出现和发展，解决了研制 和生产无级变速器的限制性因素；另一方面，随着生产工艺流程实现机械化、自动化 以及要求改进机械的工作性能，需要大量采用无级变速器。因此在这种形势下，机械 无级变速器获得快速和广泛的发展。主要研制和生产的国有日本、德国、美国和俄国 等。产品有摩擦式、链式、带式及脉动式四大类，约 30 多种结构型式。 全套设计（图纸）Q 401339828 5 1.2 机械无级变速的特点和应用 机械无级变速器的适用范围广，有在驱动功率不变的情况下，因工作阻力变化而 需要调节的转速以产生相应驱动力矩者（如化工行业中搅拌机，即需要的随着搅拌物 料粘度、阻力增大而可以相应减慢搅拌速度） ；有根据工作要求需要调节速度（如起重 运输机械要求随物料及运行区段的变化而能相应改变提升或运行速度，食品机械中的 烤干机或制药机要求随着温度变化而调节转移速度） ；为了获得恒定工作速度或者张力 而需要调节速度（如断面切削机床加工时需保持恒定的切削线速度，电工机械中的绕 线机需保持恒定的卷绕速度，纺织机械中的浆纱机和轻工机械中的薄膜机都需哟调节 转速以保证恒定的张力等） ；为了适应整个系统中各种工位、工序或单元的不同要求而 需协调运转速度以及需要配合自动控制者（如各种各样的半自动或全自动的生产、操 作或装配流水线） ；为了探求最佳效果而需变换速度者（如试验机械或者离心机需调速 以获得最佳分离效果） ；为了节约能源而需进行调速者（如风机、水泵等） ；此外，还 有按各种规律的或者不规律的变化而进行速度调节以及实现自动或程序控制等。 综上所述，可以看出采用无级变速器，尤其是配合减速传动时进一步扩大其变速 范围和输出转矩，能更好地适应各种情况要求，使之效果最佳，在提高产品的产量和 质量，适应产品变换需要、节约能源、实现整个系统的机械化、自动化等各方面皆具 有显著的效果。故无级变速器目前已成为一种基本通用传动形式，应用于纺织、化工、 轻工、食品、包装、电工、机床、起重运输矿山冶金、农业、工程、国防及试验等各 类机械。 1.3 机械无级变速的研究现状 随着我国在基础设施和重点建设项目的投入增大，重型载货车在市场上的需求量 急剧上升，重型变速箱的需求也随之增大，近年来，重型汽车变速器正向多极化、大 型化的方向发展。现在，我国已经对变速箱设计，从整机匹配到构件的干涉判别和整 个方案的综合判别，直到齿轮和离合器等的校核都开发了许多计算机设计的软件，但 是，大都没形成工业化设计与制造。因此，还需要进一步加强。我国的汽车技术还需 要进一步发展。 随着科技的不断进步，CVT 技术的不断成熟，汽车变速箱最终会由 CVT 替代手动 的变速箱（MT ）和自动的变速箱（ AT） ，无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势， 但是，我国还未掌握全套的汽车自动变速箱技术，也就还没有形成市场所需的成熟的 汽车无级变速箱产品。有人主张直接从国外引进先进的汽车自动变速箱技术，然而国 全套设计（图纸）Q 401339828 6 外所有相关公司都想直接从国外把汽车自动变速箱产品销售到中国市场或者在中国建 立独资企业就地生产销售产品，不愿与中国的企业合作开发生产，从中获取高额垄断 利润。 目前实际应用的 CVT 有：复合带式 CVT、金属带（推块）式 CVT、锥盘滚轮式 CVT 及摆销链式 CVT。金属带（推块）式 CVT 开发最早，应用最广。 国内机械无级变速器基本上是在 20 世纪 60 年代前后起步，到 80 年代中期以后， 随着国外先进设备的大量引进，工业生产现代化及自动流水线的迅速发展，对各种类 型机械无级变速器的需求大幅度的增加，专业厂开始建立并进行规模化生产，一些高 等院校也开展了相关领域的研究工作。经过十几年发展，现在，国内机械无级变速器 行业从研制、生产、到情报信息的各方面已组成一较完整的体系，发展为机械领域中 一个新兴行业。目前，国内生产的机械无级变速器大都是仿制国外的产品，主要系列 产品类型有： 1）摩擦式无级变速器：（1 ）行星锥盘式 (DISCO 型)；（2）行星环锥式 ( RX 型)；（ 3）锥盘环盘式 (干式、湿式)；（4）多盘式 (Beier 型) 等。 2）齿链式无级变速器：（1 ）滑片链式；（2）滚柱链式；（3）链式卷绕式 。 3）带式无级变速器：（ 1）普通 V 带；（2）V 带； 4）脉动式无级变宽速器：（1 ）三相并列连杆式 (GUSA 型) （2 ）四相并开连杆 式(Zero-Max 型)。 其中行星锥盘式无级变速器的通用性较强，结构和工艺较简单，工作可靠，综合 性能优良，尤其能适应各种生产流水线的需要，故应用最广，产量最大，其年产量约 占机械无级变速器总产量 50 %以上。 通过前一阶段实践，掌握了现有技术之后，近年来国内机械无级变速器的研发生 产出现了新的发展趋向，主要是：对原有产品的创新改进，研制开发汽车用无级变速 器。 创新研制新型（车用和通用）无级变速器。主要特点：（1）不用摩擦式变速传动 而多半以连杆脉动式无级变速器传动为主或采取链式传动；（2）实现大功率、恒功率 或者告诉；（3 ）结构简单、紧凑，并获得优良的性能。 上述情况说明，国内无级变速器的研制生产已由过去的仿造阶段进入了创新阶段， 由小功率往大功率、一般技术向高新技术发展，今后有将会出现一些性能优良的新一 代无级变速器。 全套设计（图纸）Q 401339828 7 1.4 毕业设计的内容和要求 内容：钢球机械无级变速器结构的设计；选择钢球外锥式机械无级变速器，对其 进行机构设计；对关键部件进行强度校核和寿命校核。 要求：输入功率 P=11kw，输入转速 n=1500rpm，调速范围 R=5；变速器尺寸要 合理、轻便；结构设计时应使制造成本尽可能低；安装拆卸要方便；外观要匀称，美 观；调速要灵活，调速过程不能出现卡死现象，能实现动态无级调速；关键部件满足 强度和寿命要求；绘制零件图与装配图。 全套设计（图纸）Q 401339828 8 2 总体方案的选择 钢球锥轮式无级变速类型有很多，在此，选择两种方案进行比较，选出理想的方 案。这两种方案分别是钢球外锥式（Kopp-B 型）无级变速器和钢球长锥式（RC 型） 无级变速器。 2.1 钢球外锥（Kopp-B 型）无级变速器 钢球外锥无级变速器，动力由主轴输入，通过自动加压装置，带动主动轮同速转 动，经一组（6 个）钢球利用摩擦力驱动外环和从动锥轮，再经锥轮、自动加压装置、 驱动输出轴，最后将动力输出。传动钢球的支撑轴的两端装在壳体两端盖的径间弧形 导槽内，并穿过调速蜗轮的曲线槽；调速时，通过蜗杆让蜗轮转动。由于曲线槽（相 当于一个控制凸轮）的作用，使钢球轴心线的倾斜角发生变化，导致钢球与两锥轮的 工作半径改变，输出轴的转速来得到调节。 从动调速齿轮的端面分布一组曲线槽，曲线槽数目与钢球数相同。曲线槽可用阿 基米德螺旋线，也可用圆弧。当转动主动齿轮使从动齿轮转动时，从动齿轮的曲线槽 迫使传动钢球轴绕钢球的轴心线摆动，传动轮以及从动轮与钢球的接触半径发生变化， 实现无级调速。中间轮为一钢球，主、从动轮式母线均为直线锥轮，接触处为点接触。 主、从动轮的轴线在一直线上，调速时主从动轮工作半径不变，而是通过改变中间轮 的回转轴线的倾斜角 借以改变其两侧的工作半径来实现变速。如图 2-1 为其特性曲 线： 全套设计（图纸）Q 401339828 9 图 2-1 无级调速的特性曲线 2.2 钢球长锥式（RC）无级变速 钢球长锥式无级变速器为一种早起生产的钢球长锥式无级变速器，是利用钢环的 弹性楔紧作用自动加压而无需加压装置。由于采用两轴线平行的长锥替代了两对分离 轮，并且通过移动钢环来进行变速，所以结构特别简单。但由于长锥的锥度较小，故 变速范围受限制。 RC 型变速器属升降速型，技术参数为：传动比 i=20.5，变速比 R=4，输入功率 P=（ 0.12.2）kw，输入转速 =1500r/min，传动效率85%。一般用于机床和纺织机械 等。如图 2-2 是 RC 型变速器的机械特性： P2，T 2 P2 T2 O n2 图 2-2 机械特性曲线 2.3 方案的比较与选择 钢球长锥式（RC 型）无级变速器结构很简单，且使用参数更符合我们要求，但由 于在调速过程中，使钢环移动有很大的难度，需要精密装置，显得不合理。而钢球外 锥式无级变速器的结构也比较简单，原理清晰，Koop-B 型无级变速器有几个特点：1. 输入轴与输出轴同轴线，结构紧凑并对称，便于制造，输入输出端可以互换。2.具有 传动效率高、滑动率低以及恒功率输出特性。3.变速范围打。4.有自动加压装置。5.能 再运转过程中调速。6.目前最大传动功率为 11kw。各项参数也比较符合设计要求，因 此选择此变速器为设计方案。 全套设计（图纸）Q 401339828 10 3 主要零件的计算和设计 设计一台外锥式无级变速器，输入功率为 P=11kw，R=5，n=1500rpa。选用 Y132M-4 型电机驱动（P=7.5kw，n=1440rpa，=0.87，质量 m=81kg，额定电流 =15.4A，输入转速 =750rpa。 ）机械设计课程设计手册中查得。 3.1 钢球与主、从动锥轮的计算与设计 选材：钢球、锥轮、外环及加压盘均用高碳铬轴承钢 GCr15（GCr15 钢是一种合 金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有较 高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等， 切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。 ）表面硬度 HRC61，摩擦系数 =0.04，许用应力，属于点接触，查文献 3 得知传动件 =22002500MPa，压力元件=44005000MPa。 预选参数：锥轮锥顶半角 =45，传动钢球个数为 Z=6，加压钢球数 m=8，锥轮 与钢球 =1.5， =1.25，=0.8。1qdDCfK 图 3-1 钢球外锥式机械无级变速器设计简图 运动参数的计算 各尺寸对应图 3-1 标注尺寸，由调速范围 R=5，R=imax/imin，而 imax=1/imin， 全套设计（图纸）Q 401339828 11 所以 imin= ，imax= 。15 钢球支撑轴承的极限转角： （ 减 速 方 向 ）（ 增 速 方 向 ）905.21arctn-45arctni-m2ax1 2maxaxinmin101025 计算确定传动钢球直径 dq： 1907.345cos2cos1C 由 查文献 3，得 ，代入公式0.97-1().8 (3-1) 2f1131 min2cos36524qHKPCdCZ 234361520.98.2510.8(3cos45).146 cm9.7 图 3-2 按传递功率 P1选取钢球直径 dq的参考值 mm P1，k w 11 7.5 5.5 4.0 3.0 2.2 1.5 1.1 0.75 0.5 3 5 6 7 8 - 118.475 112.125 101.6 88.9 - 107.95 101.6 88.9 76.2 - 101.6 88.9 76.2 69.85 - 89.9 76.2 69.85 - - 76.2 69.85 63.5 - - 69.85 63.5 57.15 - 69.85 63.5 57.15 47.625 - 63.5 57.15 47.625 42.0 - 57.15 47.625 42.0 36.513 - 47.625 42.0 36.513 - - 全套设计（图纸）Q 401339828 12 根据图 3-2 中数据，圆整取 qd10.6m 锥轮的直径 mm1q.5.2.4DC 圆取整 则 1m1q51.25906d0.6D 演算接触应力 为j (3-2) 3min121j )cos2(68ZCPKdfq2c/kgf5.209 在许用接触应力范围之内，故可用。 计算尺寸： 钢球中心圆的直径 3Dq13d)cos(CD 16.04552906.）（ cm8 钢球的侧隙 qdZC1sin)co(1 16.03si)4552906. cm18. 外环的内径 rDcqr845.323 外环轴向弧的半径 R 全套设计（图纸）Q 401339828 13 取 R=7.5cmq(0.78)dR 锥轮工作圆之间的轴向距离 B：qdsin10.6sin457.182cmB 3.2 加压盘的计算与设计 钢球式自动加压装置由加压盘，保持架，碟形弹簧，加压钢球，调整垫圈和摩擦 轮和加压盘相对端面上各有的几条均匀分布的 V 型槽。每个槽内有一个钢球，中间以 保持架、保持钢球的相对位置。摩擦轮与加压盘之间还有预压蝶形弹簧并衬以调整垫 圈。改变调整垫圈的厚度，即可调整弹簧的变形量及预压力。 加压装置的主要参数确定 加压盘的作用直径 pd 10.57.5pdDcm 其中 为锥轮的直径。1 加压盘 V 形槽的倾角 取 (3-3) 10.415.arctnarctn()62718si7sipfDd630 其中 为锥轮锥顶半角， 为锥轮和钢球的摩擦系数。f 加压钢球按经验公式取 1.69dcmqy 所以轴向压紧力 sin7.90357201.max1kPfQkgfCdq 法向压紧力 ax42.5cospkgf 故接触强度不足 (3-4)32174037.18ZpHKQr 全套设计（图纸）Q 401339828 14 改用腰鼓形滚子 8 个，取滚子轴向截面圆弧半径 ，横向中间截面的半径18rcm 。20.8rcm 曲率系数 (3-5)80.12os .812 r 由查文献 3 得，按 ，得c0.1().76 带入 =23397.958kgf/cm2 (3-6)23185()HZpKQr 工作应力在许用范围内，故可用。 3.3 调速齿轮上变速曲线槽的计算与设计 整个调速过程通常在蜗轮转角 的范围内完成，多数取 。槽型801 90 曲线可以用阿基米德螺旋线，也可以用圆弧代替。此方案选用圆弧代替，变速槽中心 线必须通过 A,B,C 三点，他们的极坐标（ O 点为极点）分别为： A： ，max5i0A3a0.sin.26.84sin20.958.RDl m B： ，1imax5.1Bi30.5.42BRD C： ，min 1i90c3max0.5si0.526.84sin2.905143.7cRDl m 定出 A、B 、 C 三点，然后采用画图做出弧形槽，槽宽为 12mm。详见零件图 WJBSQ-0005。 全套设计（图纸）Q 401339828 15 3.4 输入、输出轴的计算与设计 为了防止当轴向或周向相对运动轴部件除了空转的要求，必须在轴向和周向定位 的，以确保其精确的工作位置，从而使该程序使用定位轴肩，套筒上的轴向力，轴圈， 轴承端盖和螺母来保证。 初步确定轴的最小轴径 先按公式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 号钢，调制处理。选取 ，于是得出：012A (3-7)33min0 12.76950pd m 输出轴的最小直径为与锥轮连接处，考虑到此处锥轮与轴是过渡配合，且锥轮工 作直径为 155mm，为了保证锥轮与轴配合有良好的对称性，采用锥轮标准的推荐直径 为 40mm。 图 3-4 输入、输出轴各轴段分布图 2、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 如图 3-4，轴段安装锥轮和加压盘保持架，保证和轴配合的毂孔长度，取 ， ；轴段安装加压盘的一侧以及轴承，加压盘用花键移动实现4Idm70IL 对锥轮加压，取花键 GB/T1144-87，轴承同时受到径向力和轴6425019fad 全套设计（图纸）Q 401339828 16 向力作用，初步选择滚动轴承加上退刀槽，取 ， ；轴段对轴I50dmI30L 和轴上的轴承内圈起到定位作用，取 ， ；轴段做为轴承座I6I24 安装滚动轴承，因为受轴向力大使用角接触球轴承，取 ， ；VIVI17m 轴段根据轴承端盖的装拆，便于对轴承添加润滑剂的要求，采用迷宫式密封，根据标 准取 ， ；轴段安装 V 带，采用推荐直径 ，V50dmV30L I45d 。以上初步确定了各轴段直径与长度，因为主、从动锥轮一致，轴上零件分布IL 也一样，同时为了节约成本和工艺，选择主、从动轴完全一致。详见零件图 WJBSQ- 0002。 3.5 输入、输出轴上端盖的计算与设计 端盖的尺寸由无级变速器外形和轴承的结构来决定的，使其便于拆装和对轴承添 加润滑剂，且左右两个端盖相同。详见零件图 WJBSQ-0004。 3.6 输入、输出轴上轴承的计算与设计 轴承是标准件，根据参数选择相应的轴承，主、从动轴段上因为轴承受到轴向 力和径向力的作用，查文献 5 后选择深沟球轴承 6010GB/T276-94；轴 IV 段轴承为限 制轴向右的轴向移动，选择角接触球轴承 7011GB/T292-94；根据轴承的参数，两个 轴承的基本额定动载荷都大于 10KN，因此角接触球轴承采用正装可满足使用要求。 3.7 调速机构的计算与设计 调速操纵机构的作用：根据工作要求以手动或自动控制方式，改变滚动体间的尺 寸比例关系，来实现无级调速。同时通过速度表表盘上的指针直接指出任一调速位置 时的输出速度（或传动比） 。 根据变速器中传动机构与滚动体形状的不同，对应的调速机构也不同，但基本原 理都是将其中某一个滚动体沿另一个（或几个）滚动体母线移动的方式来进行调速。 一般滚动体均是以直线或圆弧为母线的旋转体。因此，调速时使滚动体沿另一滚 动体表面做相对运动的方式，只有直线移动和旋转（摆动）两种方式。这样可将调速 全套设计（图纸）Q 401339828 17 机构分为下列两大类： （1）通过使滚动体移动来改变工作半径的； 主要用于两滚轮的母线均为直线的情况，且两轮的回转轴线平行或相交时，移动 和方向是两轮的接触线方向。 （2）通过使滚轮轴线的偏转来改变工作半径的； 主要用于滚轮的母线为圆弧的情况，钢球外锥式无级变速器是采用第二种调速类 型，通过涡轮- 凸轮组合机构，经涡轮转动再经槽凸轮而使钢球心轴绕其圆心转动，以 实现钢球主、从动侧工作半径的改变。 调速涡轮在设计上应保证避免与其他零件发生干涉，同时采用单头蜗杆，以增加 自锁性，避免自动变速而失稳。详见图纸 WJBSQ-0006。 根据整体设计，蜗杆传动的基本尺寸及参数匹配如表： 蜗杆的基本尺寸（单位：mm） 轴向模 数 m 节圆直 径 d1 头数 z1 直径系 数 q 齿顶圆 直径 da1 齿根圆 直径 df1 轴向齿 厚 h 蜗杆导 程 Pz 6.3 63 1 10 75.6 47.88 9.89 19.98 涡轮基本尺寸 （单位：mm） 节圆直径 d2 外径 齿根圆直径 df2 喉径 涡轮宽度 涡轮齿数 z2 337 360.55 324.98 352.7 41.79 53 蜗轮蜗杆参数匹配（单位：mm） 中心距 a 传动比 i 压力角 导程角方向 模数 200 53 20o 左 6.3 3.8 无级变速器的装配 1、无级变速器的装配 1）必须彻底的清洗所有的零件、清除铁屑等，并且用压缩空气吹干； 2）安装前，各键槽和轴承必需涂上齿轮油或者机械油； 3）装入轴承前，应使用铜棒在轴承四周均匀敲入；避免用锤子直接把轴承敲入， 全套设计（图纸）Q 401339828 18 避免轴承受损伤； 4）在安装端盖之前，座体上的轴承孔与螺孔应涂上密封胶，避免漏油； 5）每个紧固螺栓应该按要求锁紧； 2、无级变速器在装配中的调整 1）锥轮端面与涡轮之间的间隙，一般应为 0.10-0.35mm； 2）轴的轴向间隙一般取 0.10-0.40mm，可通过轴承盖内垫片的增减来调整； 3）检查调速情况和蜗杆传动的啮合情况，各档涡轮应该具有较好的自锁性，齿的 啮合痕迹应当大于全齿工作面积的三分之一； 全套设计（图纸）Q 401339828 19 4 主要零件的校核 本章主要是依据传动要求对无级变速器做一个整体的校核。钢球的强度校核在设 计的过程中已经符合要求，变速器的承载能力主要受加压装置和钢球与主、从动锥轮 之间的接触强度的限制，同时在制造与安装过程中应保证一组钢球的直径的一致性。 轴承采用标准件，因为蜗杆是用于调速，其蜗杆上的轴承主要起支撑作用，受力时间 短，故再此不做校核，对轴上轴承进行强度与寿命计算。 4.1 轴的校核 1）判断危险截面 截面 C，IV，V 只受扭矩的作用，只管键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中 均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以 截面 C、IV， V 均无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面 IV 和 V 处过盈配合引起的应力集中 最严重；从受载的情况来看，截面 A 上受力最大。截面 VI 和 VII 显然更不必校核。键 槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面 A 左右两侧即可。 2）截面 A 左侧 抗弯截面系数 Nmm30.1.5012Wd 抗扭矩截面系数 Nmm3.2.T 截面 A 左侧的弯矩 M 为 Nmm974 截面 A 左侧的扭矩 为 Nmm3350 截面上的弯矩应力为 cas7.bM39274s1. .1PaW50 截面上的扭转切应力 3T4508a2 全套设计（图纸）Q 401339828 20 轴的材料为 45 号钢，调质处理，由轴常用材料性能表查得：B-1-1640MPa,275Pa,5MPa 截面上由于退刀槽而形成的理论应力集中系数 及 按文献 7 查取。 因 ，经插值后可查得 kr20.4d5D801.6d5 又由文献 7 可得轴的材料的敏性系数为 85.02.q， 故有应力集中系数 (4-1)82.1-82.01)(1）（qk =1+0.82 1.26(.3) 由文献 7 得尺寸系数 ；扭转尺寸系数 。E0.67E0.82 轴按磨削加工，由表格得表面质量系数 .9 轴未经表面强化处理，即 ，按文献 7 得综合系数为q1 (4-2) 80.29.067.821KEk6.12.8. 又由文献得材料特性系数 0.2，取0.0.1 0.1，取.5.5 于是，计算安全系数 Sca 值，按公式则得 (4-3)127530.92.8314.msK 1 .7.6290.ms 全套设计（图纸）Q 401339828 21 s=1.5 (4-4)22230.91.574.3cas 故可知其安全。 3）截面 A 右侧同理可得 caS7.5s1. 故该轴在截面 IV 右侧强度也足够的。因无过大的瞬时过载及严重的应力循环不对 称性，故可略去静强度校核。因此，轴的设计校核结束。 4.2 轴承的校核 输入、输出轴采用相同的设计，在此只要校核输出轴的轴承是否满足要求。 1）求两轴承受到的径向载荷 和1rF2r 将轴系部件受到的空间力系，分解为垂直面和水平面两个力系。其中： 为通过1tF 另外加转矩而平移到指向轴线； 亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。有受力ac 分析可知： N8711075.86107261 DFacreV N82Vrevr N236961tHr N140712 HrterF N52rv1rr N8322Hrrr 2）求两轴承的计算轴上力 和1aF2 对于 6010 深沟球轴承，轴承派生轴向力 ，其中，e 为判断系数，其值由drF 的大小来确定，但是现在轴承轴向力 未知，故先初取 e=0.4，因此可估算0aFCa 全套设计（图纸）Q 401339828 22 N N1064.1rdF3254.02rdF N135482dae N12 又得： 607.CFa 053.2CFa 查文献 7，确定 ， ， ， 。1.4e2.41e24aN2106aF 3）求轴承当量动载荷，进行查表或差值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为： 对轴承 1 4.01X37.1Y 对轴承 2 0 因为轴承运转中有中等冲击载荷，查得 ，取 。则1.28pf 1.5pfNFYXfParp 3.584)(111r 92622 4) 验算轴承寿命 因为 ，所以按轴承 2 的受力计算大小来验算12P (4-5)hCnLp 4.2698)3.05(160)(26 综上所述可得，该设计符合工程要求。 全套设计（图纸）Q 401339828 23 5 结束语 通过 12 周的时间完成了本次毕业设计，能够按照自己的进度，达到预期的效果， 按时完成了这个课题。钢球锥轮式无级变速器的设计，起初对于这个课题很陌生，没 有思路，无从下手。通过一段时间的了解相关知识，了解无级变速器及原理后，才慢 慢熟悉这个结构，有了初步的设计思路。 之后开始慢慢复习之前所学过的机械设计 、 理论力学 、 材料力学 、 工程 制图等学科，才开始了设计。期间， 机械设计手册是最为主要的，一些设计的参 数都必须从中得到。无论是结构还是外观，一步步都尤为重要。 在毕业设计过程中，我认识到了设计的要求，做一项设计，需要的是多一份认真、 多一份思考、多一份耐心。只要这样才不会出现错误，且需注重交流，互相学习。遇 到问题需查阅相关资料，或者寻求导师的帮助，不能自己无厘头地瞎猜。发挥积极性， 才能更有效率完成设计内容。 “万丈高楼平地起” ，大学四年学到的知识，现在才恨之少。以后工作学习的路上 还很长，需要一步一步学习，慢慢积累经验，理论与实际并用，才能成为优秀的设计 师。 毕业设计是本科教育的重要阶段，完成了此次设计也是完成了大学阶段的一部分。 预祝此次毕业设计顺利完成！ 全套设计（图纸）Q 401339828 24 参考文献 1 周有强.机械无级变速器M. 成都:机械工业出版社,2001. 2 濮良贵.继名刚.机械设计M.第 7 版.北京:高等教育出版社，2001 3 阮忠唐.机械无级变速器设计与选用指南M.北京:化学工业出版社，1999. 4 赵又红.周知进.机械设计基础课程设计指导.中南大学出版社，2012 5 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2001 6 吴宗泽.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，第四版 2012 7 苏旭平.工程材料M.湘潭大学出版社，2011 8 闻邦椿.机械设计手册.机械工业出版社，2010 9 哈尔滨工业大学.理论力学.高等教育出版社，第七版，2009 10 孙恒.机械原理.高等教育出版社，第七版，2010 11 刘鸿文.材料力学.高等教育出版社，第五版，2010 全套设计（图纸）Q 401339828 25 致谢 非常感谢林高飞老师，在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给自己的指导， 从最初的定题，到资料收集，到设计、修改，到绘制零件图、装配图，他给予耐心的 指导和无私的帮助。在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师，在这 四期间给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了 我如何做人。正是由于他们的教导，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表 示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！预祝此 次毕业设计顺利完成！ 全套设计（图纸）Q 401339828 26 附录