金属带式无级变速器设计

- I -目 录摘要 .IAbstractII第 1 章 绪论 11.1 立题的目的和意义 .11.2 机械无级变速传动概述 .11.2.1 无级变速简介 11.2.2 各类无级变速器比较 11.2.3 金属带式无级变速传动的优势 21.3 国内外金属带式无级变速器的发展历史及应用现状 .21.3.1 发展历史 21.3.2 应用现状 31.4 相关软件简介 .错误！未定义书签。1.5 小结 .4第 2 章 金属带式 CVT 的基本结构和工作原理 52.1 金属带式 CVT 的基本结构 .52.2 金属带式 CVT 的工作原理 .52.3 小结 .6第 3 章 传动装置方案 73.1 确定传动方案 .73.2 传递装置计算 .73.3 小结 .8第 4 章 行星齿轮机构部分 94.1 传动路线设计 .94.1.1 空挡实现原理 94.1.2 前进档的传动路线 94.1.3 倒档的传动路线 94.2 主要设计及计算校核 .94.2.1 太阳轮设计计算 94.2.2 行星轮设计计算 114.2.3 行星架计算设计 124.2.4 行星架前半部分设计 154.2.5 轴承选择及计算校核 154.2.6 前进档离合器钢片和摩擦片的设计 174.2.7 倒档制动器钢片和摩擦片 174.2.8 齿圈设计计算 184.3 行星系总体装配图 .19- II -4.4 小结 .19第 5 章 无级变速机构部分 205.1 金属带设计选择 .205.1.1 金属块设计 205.2 金属带主要计算 .215.2.1 主动带轮设计计算 225.2.2 初算轴径 225.2.3 可动锥盘设计计算 225.2.4 定锥盘设计计算 235.3 从动带轮设计计算 .265.4 无级减速部分总装图 .275.5 小结 .27第 6 章 减速器部分 286.1 减速器齿轮的设计计算 .286.1.1 选择齿轮材料，热处理方法和精度等级 286.1.2 圆柱斜齿轮设计及校核 286.1.3 减速器从动轮设计 296.2 减速器齿轮的设计 .306.2.1 减速器主动齿轮的设计 306.2.2 减速器从动齿轮设计 306.2.3 轴的计算 306.3 小结 .30第 7 章 差速器的设计 317.1 圆锥齿轮的设计计算 .317.1.1 选择齿轮材料，热处理方法和精度等级 317.1.2 圆锥齿轮设计及校核 317.2 行星机构的设计 .327.2.1 行星架下半部分 327.2.2 行星架上半部分 337.2.3 差速器行星轮的设计计算 337.3 输出轴的设计 .347.3.1 左输出轴的设计 347.3.2 右输出轴的设计 357.4 轴承选择及计算校核 .357.5 差速器整体装配图 .367.6 小结 .36第 8 章 箱体设计 378.1 下箱体结构设计 .37- III -8.2 上箱体结构设计 .378.3 箱体装配图 .388.4 CVT 装配图 .38结论 39致谢 40参考文献 41附录 42- 1 -第 1 章 绪论1.1 立题的目的和意义采用无级变速器的汽车最大优势是能够实现发动机转速和扭矩沿着最经济油耗线变化，并且在变速过程中无冲击，不必产生动力中断，因而大幅度改善了汽车的动力性能及乘坐的舒适性。目前对摩擦式无级变速传动机理研究的还并不充分，因此有待于进一步研究其机理和选择其机理和新的润滑剂，以进一步提高摩擦拖动率，尤其是研究具体结构的设计与优化问题，改善其传动性能，对于促进无级变速器在机械行业特别是在汽车行业中的广泛应用具有重要的推广意义。1.2 机械无级变速传动概述1.2.1 无级变速简介无级变速传动是指在某种控制的作用下,使系统的输出转速可在两个极限转速范围内连续变化的传动方式。而无级变速器是使机器的输出转速连续可调,能实现无级变速传动,以满足最佳工作需要的调速装置。它和定传动比传动以及有级传动相比,具有能够根据工作的需要在一定范围内连续变换速度,以适应输出转速和外界负荷变化的需要等优点,能适应变工况工作,简化传动方案,节约能源和减少环境污染等要求。无级变速器主要适应的场合：(1) 适应工艺参数多变或输出转速连续变化的要求,运转中需经常连续地改变速度,但是不应在某一固定速度下长期运转。(2) 探求最佳工作速度。(3) 几台机器或一台机器的几个部分协调运转。(4) 缓速启动以合理利用动力,通过调速以快速越过共振区。(5) 车辆变速箱 ,可节省燃料,缩短加速时间,简化操作。1.2.2 各类无级变速器比较目前,无级变速器主要分为三大类：一是以电控调速装置调速的电磁式无级变速器；二是以液压调速装置调速的液压式无级变速器；三是以机械调速装置调速的机械式无级变速器。其中,液压调速装置虽然调速范围大,传动效率较高,但其制造精度要求高,价格较贵,滑动率较大,运转时容- 2 -易发生泄漏电控调速的虽然具有结构简单,成本低,操作维护方便的特点,但其效率低,发热严重,不适合长期负荷运转。与上述两种相比,机械无级变速器具有以下几大优点调速范围大,调速方式多,能实现恒扭矩工作,传动效率高,适应性强,且结构简单,价格低廉,传动比稳定,工作可靠且维修方便。金属带式无级变速器就是一种新颖的有挠性中间体的机械摩擦式变速器,它具有结构简单、承载能力强、变速范围大、体积小、效率高、噪声低、节能环保等特点,尤其是它克服了以往各类无级变速器传递功率较小的缺点,可用于需要中大功率范围内的机械传动中,特别是近几年来它在轿车变速器中的成功使用所显示出的各种优越性能普遍为人们看好,因而受到了国内外业界的极大重视.1.2.3 金属带式无级变速传动的优势金属带式无级变速器不仅能够满足传递较大功率、适应高转速等条件,还具有如下几方面的特性(1) 经济性 该变速器通过传动比的连续变化,使车辆外界行驶条件与发动机负载实现最佳匹配,使发动机在最佳工作区稳定运转从而充分发挥了发动机的潜力,燃烧完全,提高了整车的燃料经济性,减少了废气排放,有利于环境保护(2) 动力性 在汽车起步、停止和变速过程中不至于产生冲击和抖动,减少了噪音,满足了汽车行驶多变的条件,使汽车在良好的性能状态下行驶(3) 舒适性 驾驶平稳 !舒适,简化了操作,减轻了驾驶员的劳动强度,提高了行车安全,符合人们日益增长的舒适性要求(4) 可靠性 据 1993 年的统计,在装车的 60 万套金属带式 CVT 中,由于金属带传动系统出现故障返还的只有 120 套,占总数的 0.02%,而在这 120 套中因为金属带本身有问题的只有 40 例,可见其故障率极低 实践表明金属带CVT 能达到与汽车相同的寿命。金属带式无级变速器本身就是一种自动变速器,而且它比目前在汽车上占主导地位的液力机械式自动变速器结构更加简单紧凑,更加节能,动力性能更加优良。它与目前流行的 4 档自动变速器(AT)相比,燃油消耗节约12%17%,加速性能提高 7.5%11.5%,发动机排放减少 10%,价格不比 AT 贵。1.3 国内外金属带式无级变速器的发展历史及应用现状1.3.1 发展历史金属带式 CVT 的装车使用只有十几年的时间，但是 CVT 技术的发展- 3 -己有 100 多年的历史，1886 年，Daimler Benz 在首辆采用汽油机的汽车上装上了橡胶带 CVT。1906 年，美国卡特车装用了简单的金属盘摩擦传动无级变速器，1930 年在 Austin Sixteen 车上，装用了牵引式 CVT，电子控制技术特别是计算机控制技术的发展，使得无级变速传动得到应用与发展。20 世纪 60 年代后期，荷兰工程师 Van Doorne 研究出金属带 CVT，这是CVT 技术具有划时代意义的事件。1972 年，H.Van Doorne 成立了独立公司，1978 年，意大利 Fiat 公司的汽车开始装用 Van Doorne CVT。1987 年，美国 Fort 汽车公司的汽车装有这种 CVT。日前，市场上的 CVT 有二种产品：P821 型，采用电磁离合器作为起动装置，机-液或电- 液控制系统，以外齿轮泵作为液压源，实用于发动机排量在 1.3 以下的小型轿车；P811 型，实用于发动机排量在 1.8 以下的中型轿车；P844 型，采用新型金属传动带，将液力矩器与 CVT 综合，全电子控制系统，实用于发动机排量在 3.3 以下的豪华轿车。日本在研制 CVT的初期，即将电子控制技术与 CVT 技术结合，成功地开发出电子控制技术的 CVT，即 ECVT，陆续装在 Rex，Samba 和 Justy 上。1990 年美国生产出计算机控制的无级调速液压自动变速器(CVT)，此后日本、美国、德国等轿车生产商大多采用此项技术。1.3.2 应用现状金属带无级变速器的优点很多，如：变速没有冲击，不用变换啮合齿轮，外形尺寸小。现在已经在一定范围内克服了传送带打滑的问题，改用金属链代替金属带，可以在一定条件下实现在大排量轿车上的使用。现代无级变速器开发技术水平最高的是采用金属链带机械式无级变速器，例如奥迪 A6multitronic 无级变速器就采用了金属链条这一形式。目前除了奥迪以外，福特和通用也投入上亿美元巨资研制了从 1.3 升2.0 升汽车发动机所配用的无级变速器。以荷兰生产的无级变速器著名厂家 VDT公司为例，目前按照发动机排量主要有以下类型：采用电磁离合器作为起动装置，机械液压传动或电控液压传动系统，以外啮合齿轮泵作为液压源，适用于发动机排量 1.3 升以下的小型轿车。采用湿式多片离合器作为起动装置，机械液压传动，动力传送采用金属链条，适用于发动机排量 1.8 升以下的中型轿车。还有采用新型金属链条，液力变矩器与无级变速器结合，全电子控制，适用于 3.0 升以下较大排量的豪华轿车。世界最大的变速器制造企业德国 ZF 公司也采用 VDT 技术，生产用于 1.5 升2.5升中排量轿车的无级变速器系列，计有 CFT 系列，适用于前轮驱动发动机横置的轿车；CTT 系列，适用于前轮驱动发动机纵置的轿车；CRT 系列，适用于各轮驱动发动机纵置的轿车。据荷兰 VDT 公司介绍，现在新的设计和技术已经解决了无级变速器过去存在的主要问题，因 V 型带损坏而出现的故障发生率只有千分之 2.5，比例很低。如果不考虑所用传送带的差- 4 -异，各种型号无级变速器的主要差别集中在发动机动力传递到主动带轮的过程以及带轮半径和夹紧力的控制方法上。2007 中国汽车 CVT 国际学术研讨会暨中国齿协 CVT 工作组成立大会上宣布，由重庆工学院重庆汽车学院自主研发的汽车金属带式无级变速器示范生产线已建成。这项技术获得 EM-CVT 国家专利。目前国际上应用的金属带式无级变速器只有荷兰研发生产，全世界有 60 多种汽车品牌采用CVT 技术，国内全部靠进口，自主研发的 CVT 只实验于吉利和众泰两款汽车。 重庆工学院重庆汽车学院自 1996 年起开始研发金属带式无级速器。据了解，该项技术比手动档节油 10%15%，自动变速最佳工作状态超过国外技术 20 公里。1.4 小结本章主要介绍了本课程设计的选题目的和意义，并总体介绍了相关的一些历史现状等。- 5 -第 2 章 金属带式 CVT 的基本结构和工作原理2.1 金属带式 CVT 的基本结构金属带式 CVT，一般由行星齿轮机构、无级变速机构、差速器机构和控制系统组成。 1. 行星齿轮机构：CVT 的行星齿轮机构用以实现前进档和倒档之间的切换操作，采用双行星齿轮机构，行星架上固定有内、外行星齿轮，其中，外行星齿轮和齿圈啮合，内行星齿轮和太阳轮啮合。前进档时，行星架和太阳轮锁死，太阳轮主动旋转，行星架随太阳轮同速旋转，即整体同步旋转；倒档时，齿圈固定在机箱上不动，太阳轮主动旋转，通过双行星齿轮后，此时行星架与太阳轮反向旋转。 2. 无级变速机构：无级变速机构由金属传动带、主动轮组、从动轮组组成。其中，主动轮组和从动轮组都由可动锥盘和固定锥盘组成。3. 差速器机构：普通差速器由行星齿轮、行星轮架、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮带动左、右两条半轴，分别驱动左、右车轮。4. 控制系统：控制系统是用来实现 CVT 传动比无级自动变化的，多采用机液控制系统或电液控制系统。因为题目要求只需设计金属带式 CVT 的机械部分，故在本文中只对前三部分进行设计。2.2 金属带式 CVT 的工作原理金属带式 CVT 主要是通过改变主、从动轮和金属带的接触半径来实现传动比的连续变化的。主、从动轮组都由可动锥盘和固定锥盘组成，可动锥盘可以在主、从动轴上沿轴向移动。可动锥盘与固定锥盘之间形成的V 型槽与 V 型金属带相啮合。主动轮组的油缸控制主动轮组的可动锥盘沿轴向移动时，主动轮组一侧的金属带随之沿 V 型槽移动，由于金属带的长度固定，因此从动轮组一侧的金属带则沿 V 型槽向相反的方向移动，从动轮组的油缸此时则控制从动轮组的可动锥盘沿轴向移动，以保持金属带的张紧力，保证来自发动机的动力得到高效可靠的传递。金属带沿 V 型槽方向移动时，其在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，从而实现传动比的连续变化。汽车开始起步时，主动轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传- 6 -动比，从而保证有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加，主动轮的工作半径逐渐增大，从动轮的工作半径相应减小，CVT 的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。图 2-1 减速传动情形图 2-2 增速传动情形2.3 小结本章主要介绍了金属带式 CVT 的基本结构和工作原理，并模拟实现了变速时的带轮控制变化等环节。- 7 -第 3 章 传动装置方案3.1 确定传动方案金属带无级变速器的传动方案设计：发动机将动力传递到输入轴后，通过双行星轮系机构的可换向装置，将动力输出到主动带轮轴上，再通过金属带将动力传递到从动轮轴，从动轮轴与减速器连接，减速器将动力传递到差速器上，最后输出到车轮轴上。3.2 传递装置计算已知要求轿车发动机排量为 1.6L，最大转矩为 ,最140Nm(28r/in)大功率为 。76Kw(0r/min)为了后面的设计计算方便，从发动机的输入轴到车轮的输出轴之间的四根轴分别定义为轴 1，轴 2，轴 3，轴 4，则转速、功率和转矩的计算如下：1. 各轴转速（3-1）12324360r/in1.50r/min/2748/ini12n、 、 、分别为轴 1、轴 2、轴 3、轴 4 的转速， ；r/min34ii、 、 、分别为两相邻轴之间的传动比。2. 各轴功率（3-2）1max0123478.964.Kw13P式中 123P、 、 、分别为轴 1、轴 2、轴 3、轴 4 输入功率；4、 、 、分别为两相邻轴之间的传动效率。3. 轴转矩- 8 -1max012324/.961Nm0.7Ti(3-3)3123437288.6i 式中 12T、 、 、分别为轴 1、轴 2、轴 3、轴 4 输入转矩。3.3 小结本章主要介绍了传动方案的设计、以及传动装置的有关计算。- 9 -第 4 章 行星齿轮机构部分4.1 传动路线设计CVT 中采用双行星齿轮装置，其作用功能是倒档时改变变速器输出轴的旋转方向。4.1.1 空挡实现原理离合器分离，钢片和摩擦片未被压紧因此不传动动力，太阳轮主动旋转时带动行星轮在行星架上绕各自轴旋转，行星架固定不动，即没有输出。4.1.2 前进档的传动路线前进档离合器钢片与太阳轮相连接，离合器摩擦片与行星架相连接。前进档时，离合器钢片和离合器摩擦片相压紧，于是将行星架和太阳轮锁死，太阳轮主动旋转时，带动行星架旋转并与太阳轮运转方向相同，速比为 1：1。4.1.3 倒档的传动路线倒档制动器摩擦片与齿圈相连接，倒档制动器钢片与变速器壳体相连接。倒档运行时，齿圈被固定锁死在变速器壳体上，太阳轮主动旋转，经过双行星轮的传递，由于齿圈被锁死，所以行星架以相反方向旋转，速比为 1：1。4.2 主要设计及计算校核 4.2.1 太阳轮设计计算选择直齿轮，虽然直齿轮在强度和性能上不及斜齿轮，但考虑到太阳轮要和离合器钢片相啮合传动动力，如果选择斜齿轮则还要另外设计伸出项以便于和离合器钢片啮合，为了减少材料浪费以及缩小空间，权衡考虑还是选择直齿轮。如图 4-1 所示。- 10 -图 4-1 太阳轮参数： 34z2.5m 60b1. 按齿面弯曲强度校核由公式 ubdKFZtHE1式中 EZ材料弹性系数，查取选择 89.MPaH节点区域系数，查取选择 52(标准直齿轮)重合度系数，其值与 和 有关由查取选择 75.0K载荷系数 KVA 计算得 421其中 A使用系数 查表选取 0.1V 动载系数 查表选择 27_齿向载荷分布系数 查表选择 .tF-圆周力 dTt/2计算得 395Nu齿数比 计算得 u代入数值得 （4-1）1.4189.50.7178MPa652H又 minHZSminH试验齿轮的齿面接触疲劳极限，选择 (调质碳钢)70aZ接触强度计算的强度系数，选择 15.S接触强度计算的安全系数，一般取 .H带入数据得 （4-2） 5701./65.MPaH- 11 -比较有 HS,故 a-a 剖面安全。4.2.4 行星架前半部分设计图 4-6 为行星架前半部分，作用是和前进离合器摩擦片相连接来传递动力。行星架前半部分伸出项中有内齿，用于安装离合器摩擦片，太阳轮穿过行星架前半部分，离合器钢片和太阳轮连接啮合，离合器摩擦片和行- 15 -星架此伸出项相连接啮合，实现前进档的功能。行星架前半部分和后半部分通过行星轮轴焊接在一起组合成为一个整体，从而将主动太阳轮的动力传递到行星架的输出轴，实现动力的传递。图 4-6 行星架前半部分4.2.5 轴承选择及计算校核轴承的选择：因为行星架轴上安装的是斜齿轮，在动力传动中不仅有径向力同时还有轴向力，而角接触球轴承能同时承受较大的径向、轴向联合载荷，而且内外圈可分离，装拆方便。查机械设计手册，选取角接触球轴承（GB/T 297-1994）如图 4-7 所示。轴承代号： 7208AC轴承内径： L=40mm轴承外径： 80Dm轴承宽度： 1B图 4-7 7208 角接触球轴承1. 轴承的校核（1）计算轴承的轴向力。内部轴向力的计算公式： /2rSFY (4-19)又 r-轴承总支承反力，在行星架轴的校核中已经求出Y查机械设计手册 30206，得 1.6Y(4-20)221390539NrHwR- 16 -则 (4-21)222240817NrHwFR/rSY1S和 2的方向如图 4-8 所示。 1和 A 同向， 604aF(斜齿轮校核中已得)图 4-8 轴承示意图则有 (4-22)1236047NSA显然 12S,因此轴有右移趋势，但是由于轴承部件的结构图分析可知轴承 II 将使轴保持平衡，故两轴承的轴向力分别为1aF2aF由于 2a，故只需对轴承 II 校核即可，同时第一个支承只是简化成轴承方便计算。（2） 计算当量动载荷查机械设计手册得圆锥滚子轴承 1.5tan.ta150.4e2/7/rFe查机械设计手册得 ,0XY则当量动载荷(4-23)21NraP(3) 校核轴承 II 的寿命轴承在 100以下工作，查得 Tf。载荷平稳，查得 1.5pf，查机械设计手册得 30206 圆锥滚子轴承中动载荷 C=43200N轴承 II 的寿命为 663 31010420()()428.517ThPfCL hn 假设轿车使用年限为 10 年，每天使用时间为 5 个小时，则预期寿命为： 5300Lh显然 L，故轴承寿命很充足。- 17 -4.2.6 前进档离合器钢片和摩擦片的设计离合器摩擦片在性能上应满足以下要求：1. 摩擦因数较高且较稳定；2. 具有足够的机械强度和耐磨性；3. 热稳定性好；长期停放后，摩擦面间部发生“粘着”现象。因此选择金属陶瓷摩擦材料，其具有传热性好、热稳定性和耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受的单位压力较高以及寿命较长等优点，但价格较贵。如图 4-9 所示。离合器钢片 图 4-9 离合器摩擦片内径：85mm 内径： 90mm外径：180mm 外径： 190mm厚度：2.5mm 厚度： 2.5mm个数：4 个数：44.2.7 倒档制动器钢片和摩擦片倒档离合器钢片和摩擦片的要求和作用和前进档离合器钢片和摩擦片相似，具体如图 4-10 所示。图 4-10倒档制动器钢片 倒档制动器摩擦片内径：240mm 内径：240 mm外径：270mm 外径：270mm- 18 -4.2.8 齿圈设计计算齿圈和行星系中外面一组行星齿轮啮合，同时齿圈外圈也有凹槽，用于安装倒档离合器钢片，在启用倒档时候，通过压紧倒档离合器钢片和倒档制动器摩擦片将齿圈所止在离合器壳体上。齿圈伸出一个凸台便于安装在齿圈外圈的摩擦片压紧。如图 4-11 所示。图 4-11 齿圈齿圈内径： 82z .5m 30b 齿圈外径： 240m 齿圈厚度： 30 凸台外径： 27 凸台厚度： 11. 按齿面接触疲劳强度校核齿圈由公式 1tHEHKFuZbd其符号含义参看太阳轮，查表计算有：198.MPaE2.5H136Nt205dm30m .4 .8u代入数据得(4-24).49778MPa652H比较有 H 符合条件，满足要求。2. 按齿根弯曲疲劳强度校核齿圈由公式 tFFSFKYbm(4-25)其符号含义参看太阳轮，查表计算有： 1.4230 2.5m.5FY.65S .7 136t代入数据得.39/().MPa- 19 -比较有 F 符合条件，满足要求。4.3 行星系总体装配图图 4-12 行星齿轮机构总装图4.4 小结本章主要介绍了行星齿轮机构部分的组件构成、各部分的作用原理以及各个零部件的设计和计算校核。- 20 -第 5 章 无级变速机构部分金属带无级变速传动装置由主动带轮、从动带轮和 V 形钢带组成。主、从动带轮都是由固定锥盘和移动锥盘两部分组成，V 形钢带主要由楔形金属块和钢质环带组成，V 形钢带在主、从动带轮之间传递动力。 V 形钢带无级变速传动装置在进行变速时，主、从动带轮轴之间的距离保持不变，主、从动带轮的移动锥盘相对于其固定锥盘进行移动，锥盘的移动通常靠液压装置完成，当主动带轮移动锥盘靠近其固定锥盘时，从动带轮的移动锥盘则相应的向离开固定锥盘的方向移动。这种移动会使 V 形钢带做整体平移，改变主、从动带轮与 V 形钢带的接触摩擦节圆直径，主动带轮的传动半径增大，从动带轮的传动半径减小，因而传动比变小。由于主、从动带轮的传动半径尺寸可以在一定范围内连续变化，因此，该装置可实现传动比连续变化的无级变速传动。5.1 金属带设计选择根据设计要求查资料选择采用 VDT-CVT 公司的 P821 型金属带，主要结构参数和技术参数如下表：表 5-1 金属带参数主要参数 金属块 金属环宽/高/厚 mm 24/1.509.0材料 滚动轴承钢 高强度马氏体时效钢带长 mm 6轴距 mm传递最大转矩 N.m 250最大输入转速 r/min 7传动比 .4.金属块个数 8金属环层数 105.1.1 金属块设计金属块按标准尺寸设计选取，其截面如图 5-1 所示。- 21 -图 5-1 金属块截面5.2 金属带主要计算1. 传动比 si maxin/130/52.siD2. 变速比 bR 2ib3. 楔形角 0 04. 带的截面积 A 212tan/249tan20/14.597h m5. 中心距 maxin.1.3D6. 带的节线长度 PL2axinmaxin20.5/413050698P Dam7. 带在带轮上的最小包角 in minmaxin18/7.183/257.31.D8. 计算圆周力 F（恒功率）55i9090.9049KP N9. 带轮可移动最大位移量 maxmax intn(/2)/2(13)/2tan17.3m- 22 -图 5-2 金属带5.2.1 主动带轮设计计算5.2.2 初算轴径d C 3/NP 轴的材料取 45 号钢，查表得 C=106118 取 C=110则 d 110 60/78=25.9mm考虑键槽的影响 dmin 25.9 1.05=27.2mm故取初径 35mm 比较安全5.2.3 可动锥盘设计计算由于金属带自身有高度，所以金属带的工作半径和节圆半径不相等，因为轴的最小尺寸选择为 35mm，因为带轮的最小工作直径减小会使 V带的弯曲疲劳强度降低，所以尽量使带轮的最小工作直径大些，此处选择金属带的最小工作直径为 min5D。变速比 Rb 和主、从锥轮与金属带总成传动的节圆半径有关，如下式： bR= ( ax2/ in1 )/( min2R/ ax1)式中 max1主动锥盘最大节圆半径（mm）in主动锥盘最小节圆半径（mm）ax2R从动锥盘最大节圆半径（mm）- 23 -min2R从动锥盘最小节圆半径（mm）在对称布置的情况下， min1 = i2R， max1 = ax2，则iax2)/(b由设计要求 Rb=5.5，故 3./in1ax21maxa(565R（取 64）即带轮的最大工作半径为 4主、从动带轮的外径 21Re、 为= ax+ 2e= maxR+ 2e1802，以保证金属带传动的节圆最大时，钢带环仍处于带轮V 形槽以内。取 me152则 e7921查阅资料，一般选取带轮锥盘的倾斜角度为 1，如图 5-3、5-4 所示。图 5-3 锥盘截面图 图 5-4 可动锥盘三维视图可动锥盘和液压油缸相连，由液压伺服机构控制驱动可动锥盘的轴向移动，从而使两锥盘之间距离变化，进而改变金属带的工作半径达到无级变速的目的。5.2.4 定锥盘设计计算不动定锥盘的锥盘部分设计和可动锥盘类似，故不赘述。如图 5-5 所示。1. 定锥盘轴的设计- 24 -从左向右分别为轴段一、二、三以此类推轴段一：d1=30mm ， L1=86mm 安装轴承和套筒；轴段二：d2=35mm ， L2=107mm 安装斜齿轮和液压缸轴段三：d3=40mm ， L3=40mm 安装主动动锥盘轴段四：d4=35mm ， L4=25mm 安装套筒轴段五：d5=30mm, L5=25mm 安装轴承 轴段二上有一键槽： 长 23mm 宽 8mm轴段一、二上开有油槽，用于液压油进入，控制可动锥盘的轴向移动。图 5-5 定锥盘2. 定锥盘轴的受力分析（1）画出轴的受力简图。如图 5-6,图中 L1=40mm,L2=180mm（2）计算支承反力。在水平面上(5-1)2116NraHdFLR(5-2)2798304r(负号表示方向与图中所示相反)在垂直平面上(5-3)1V212/()6tFL(5-4)2039517NR轴承总支反力 22211 43rHVR(5-5)2489wF- 25 -图 5-6 定锥盘受力分析图(3)画弯矩图在水平面上 a-a 剖面左侧 (5-6)139012640NaHMRLmA在垂直平面上 a-a 剖面左侧 (5-7)24857合成弯矩 a-a 剖面左侧(5-8)216aHaVAa-a 剖面右侧(5-9)22224057NmaaaM3. 校核轴的强度a-a 剖面左侧，因弯矩大，故 a-a 左侧为危险剖面。抗弯剖面模量 2 233 3()8.(05.)0.10.168btdW抗扭剖面模量 2 233 3().(.).2.t m弯曲应力(5-10)/716/8MPaPaabM- 26 -0m扭剪应力(5-11)/142/53826.4MPaTtW(5-12).a对于调质钢处理的 45 号钢，查得： B0, Pa301,MPa15；查得材料的等效系数 .， .。键槽引起的应力集中系数，查得, 62.1K。绝对尺寸系数，查得 8， 76.表面质量系数，轴磨削加工，查得 9.0。安全系数 1309.1298amrS154.8.63.0107aK229.48.S(5-13)查得许用安全系数S=1.3-1.5,显然 SS,故 a-a 剖面安全。5.3 从动带轮设计计算从动带轮的设计和主动带轮相似，故不赘述。经计算检验均符合条件。满足要求。- 27 -5.4 无级减速部分总装图图 5-7 无极变速部分装配图5.5 小结本章主要介绍了 CVT 机构的组件构成，选取方法以及其变速原理。