中小型摩托车无极变速器传动系统设计

密级： 学号：本科生毕业论文（设计）中小型摩托车无极变速器传动系统设计学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12级本机设 班 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的设计（论文）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘要 随着国民经济的持续发展，车辆工业也在不断地发展着，各种设备都在不断地发展，创新着。特别是在机动车辆无极变速器方面，变速器的应用非常广泛，在一些特定的工作场合，变速器体积小，变速灵活，价格成本低廉很受欢迎，根据市场调查发现，变速器必须满足当今人们对汽车速度调节方面的灵活性操控等需求，能够在不改变发动机的扭矩和转速的情况下，改变变速器的驱动力和行驶速度；在发动机曲轴旋转方向不变的情况下，使变速器前进或后退；在发动机不熄灭的情况下，可使变速器长时间停车或进行固定作业。目前市面上的变速器大多都是采用传统的变速结构，在某些特定的区域，这种结构形式的变速器非常不受欢迎。由于以往的变速器采用传统的结构形式，这样就造成传动精度不好控制，保养维护费用较高;同时存在一定的安全隐患。因此，对整机的安全性要求较高，操作时也会给工作人员带来强烈的震动,使得操作很不舒服。虽然传统的变速器传动效率较高，变速效果较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受。所以研究一种新式的中小型摩托车无极变速器传动系统势在必行！ 变速器作为机动车辆中核心部件的一种，它工作时，发动机通过发动机分轮从而带动中小型摩托车无极变速器传动系统转动，从而间接地带动了车轮的转动，这样车辆就可以行驶了。 本文介绍了中小型摩托车无极变速器传动系统的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，以及对其结构进行创新设计，该变速器的优点是传动链短、效率高、易加工、使用和维护都很方便，较适合在恶劣的环境下工作，最主要的是其传动效率很高。关键词： 中小型摩托车无极变速器传动系统；扭矩；结构；校验 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 目录 第一章 绪论1 1.1 课题的来源及研究的目的和意义1 1.2 本课题研究的主要内容3 第二章 中小型摩托车无极变速器传动系统的总体方案设计5 2.1 变速器的结构形式7 2.2 变速器内部传动系统的布局 10 第三章 无极变速器传动系统的设计11 3.1 变速器内部传动系统的具体结构12 3.2 飞轮的类型12 3.2.1 转动惯量对系统的影响13 3.2.2 弹簧刚度对系统性能的影响13 3.3轴的设计校核与轴承选用14 3.3.1 轴的设计及强度效核16 3.4 单向离合器的工作原理及计算17 第四章 变速器内部主要传动零件的强度校核18 4.1 传动轴的强度校核20 4.2 传动齿轮的强度校核21 4.3 轴承强度的校核23 结论24 参考文献25 致谢26 第一章 绪论 1.1 课题的来源及研究的目的和意义在全球经济发展的大环境之下，我国各个行业在受到其他国家先进技术冲击的同时，与国外品牌企业的沟通交流的机会也变的越来越多。变速器行业通过行业展会、科研合作等多种途径，不断的提高了自身实力和核心竞争力，缩小与发达国家之间的差距。在新的市场需求的驱动下，变速器设备的更新和优化升级更加迫切。国内变速器设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的变速器械设备，在我国飞速发展的农业从人工作业到机械化的转变中发挥着积极的作用。一般生产大型变速器设备的企业对设备传动效率指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种种问题，从而减少设备因为振动或者操作不当而引起的噪音大、污染重等现象。国内中小型摩托车无极变速器的研发及制造要与全球号召的低碳经济、经久耐用主题保持一致。加大变速器新型多样化的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。中小型摩托车无极变速器的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前中小型摩托车无极变速器正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。 1.2 本课题研究的主要内容国内中小型摩托车无极变速器传动系统的研发及制造要与全球号召的低碳经济、经久耐用主题保持一致。加大中小型摩托车无极变速器新型多样化的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。中小型摩托车无极变速器的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前变速器自动变速器正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。本次设计的任务是中小型摩托车无极变速器传动系统的设计，通过让学生亲自了解变速器内部的构造和组成部分，通过对变速器内部工件的测绘来认识工件，通过利用计算机绘图软件例如CAD，来对工件进行零件图的绘制和装配，这样经过一系列的综合性训练，培养学生动手，动脑以及画图的能力。第二章 中小型摩托车无极变速器传动系统的总体方案设计 3.1 变速器的结构形式 3.1.1 变速器内部传动系统的布局中小型摩托车无极变速器作为车辆中最重要的核心部件的一种，广泛应用于各类中小型摩托车等领域。它工作时，发动机通过飞轮带动变速器转动，从而间接地带动了车轮的转动，这样汽车就可以行驶了，通过改变变速器理论的档位来实现机动车辆的前进、后退、加速、减速等等功能。在机动车辆的几个组成部分里，变速器是最重要也是最核心的部分，其组成机构及传动系统的布局图如下图所示：图3-1 第三章 中小型摩托车无极变速器传动系统的设计 4.1 变速器内部传动系统的具体结构变速器体内部主要有各档位传动齿轮，各传动轴以及端盖，轴承等等零件组成，通过发动机驱动飞轮传动，从而带动变速器内部的传动机构动作，继而实现机动车辆轮子的转动，于是车辆就可以行驶了。其具体内部传动结构图同上图所示： 4.2 飞轮的类型 飞轮根据弹性元件、阻尼类型等等关键参数来进行分类，其具体类别如下图所示： 4.2.1 转动惯量对系统的影响由上式解出扭振固有圆频率为:当时，为刚体模态:,其中系统固有频率,式中：K为减震弹簧刚度，J1，J2为两个惯性质量的转动惯量。总的转动惯量为J=J1+J2。 由上式可知，当J,=Jz时fc最小，对双质量飞轮而言就是第二级飞轮的转动惯量(J2)与第一级飞轮的转动惯量(J)之比接近于1，通常取J2 / J, = 0.7-1.4时，第二级飞轮的扭振振幅也最小。而且，由于双质量飞轮减振器可以将弹性元件布置在较大半径上，因此，可以将螺旋弹簧的刚度设计得较小，于是可将“发动机一变速箱”振动系统的固有频率大致降低8Hz-15Hz。当发动机转速激励与动力传动系统固有频率fc的转速相同时就会发生扭转共振，为避免发生共振(此时理论上振幅放大系数为无穷大)，设计中确保发动机怠速转速工况下的激励频率与动力传动系统的固有频率之比大于万，即关/关行，就可以保证在发动机全部的转速范围内不发生共振。 4.2.2 弹簧刚度对系统性能的影响由固有频率的计算公式可知，弹性元件的刚度还对系统的固有频率有着很大的影响。理想状态下一般希望随着外界的激励频率的变化，系统的固有频率也随之发生变化，这样就可以在理论上避免发生共振情况，基于这种想法，我们可以采用非线性弹性特性的结构方法来近似实现(类似于变速箱)，使得在变化的工况下，双质量飞轮减振器在不同刚度的弹性特性下工作，从而保证在不同工况下最大限度地衰减振动。如图所示，移频的方法，对避免共振非常有效。为了能够在发动机常用转速范围内更好地降低振动，考虑将系统共振频率设定为发动机转速激励以下，避开发动机转速的激励。弹簧刚度设计必然考虑到这些点。 4.3 轴的设计校核与轴承选用（1） 选择轴的材料选取轴的材料为45钢，调质处理.查文献6表7-1，材料强度极限， 取 (2)轴径的初步估算由文献6表7-11取C107， 可得(3)求作用在齿轮上的力 轴上大齿轮5分度圆直径为： 圆周力，径向力和轴向力的大小如下 小轮6分度圆直径为: (4)轴的结构设计图3.1 轴结构设计取较宽齿轮距箱体内壁距离轴承距箱体内壁相邻 齿轮轴向距离10mm,安装齿轮处轴段长比轮毂宽少2 mm。 1)拟定轴向定位要求确定各轴段直径和长度 段安装圆柱滚子轴承。取轴段直径，轴承型号N418，尺寸 段安装齿轮，齿轮左端采用套筒定位，右端使用轴肩定位，取轴段直径，轴段长度(比齿轮6轮毂宽少2mm)。段取齿轮右端轴肩低度,取轴环直径110+29=128轴环宽度=10.78mm，段长段用于装齿轮5，左端用轴肩定位，右端采用套筒定位。轴段直径，轴段长(比齿轮5轮毂宽少2mm)。段安装圆柱滚子轴承,轴承型轴承型号NU2218E，尺寸，轴段直径,（齿轮4距离箱体内壁为10mm,齿轮6距内壁为13mm)。 2）轴上零件的周向定位两个齿轮均采用渐开线花键联结，花键适用于载荷较大和定心精度要求较低的静联接和动联接，它的键齿多，工作面总接触面积大，承载能力低，它的键布置对称，轴、毂受力均匀，齿槽浅，应力集中较小，对轴和轮毂的消弱小， 轴端倒角。 (5） 轴的强度效核：1）首先根据轴的结构图作出轴的计算简图：图3.2 轴计算简图2） 求支反力：水平面： 垂直面： 3） 计算弯矩 水平弯矩： 垂直面弯矩： 合成弯矩： 4) 扭矩： 5） 计算当量弯矩 显然B处为危险截面，故只对该处进行强度效核 轴的材料为45钢，调质处理，查表41得由得 取 4.4 单向离合器的工作原理及计算一般来说，前者使用得更为普遍一些。当然，在自动变速器中，单向离合器的使用还不仅仅局限于执行机构，例如，在液力变矩器的导轮支承处，也采用了单向离合器。单向离合器俗称单向轴承，也是仅能单一方向（顺时针方向或逆时针方向）传动的机械传动基础件。 当动力源驱动被动元件时只能单一方向传动，若动力源转变方向时，（如顺时针变为逆时针方向），被动元 件则会自动脱离不产生任何动力传送的功能。单向离合器有两种运动方式 当单向离合器的动力输出部分（内环或外环）转速比动力源（外环或内环）还快时，离合器处于解脱状态， 内外环没有任何连动关系，此谓单向离合器的单向超越功能。1、保证汽车平稳起步这是离合器的首要功能。在汽车起步前，自然要先起动发动机。而汽车起步时，汽车是从完全静止的状态逐步加速的。如果传动系/它联系着整个汽车与发动机刚性地联系，则变速器一挂上档，汽车将突然向前冲一下，但并不能起步。这是因为汽车从静止到前冲时，产生很大惯性力，对发动机造成很大地阻力矩。在这惯性阻力矩作用下，发动机在瞬时间转速急剧下降到最低稳定转速以下，发动机即熄火而不能工作，当然汽车也不能起步。因此，我们就需要离合器的帮助了。在发动机起动后，汽车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器分离，使发动机和传动系脱开，再将变速器挂上档，然后逐渐松开离合器踏板，使离合器逐渐接合。在接合过程中，发动机所受阻力矩逐渐增大，故应同时逐渐踩下加速踏板，即逐步增加对发动机的燃料供给量，使发动机的转速始终保持在最低稳定转速上，而不致熄火。同时，由于离合器的接合紧密程度逐渐增大，发动机经传动系传给驱动车轮的转矩便逐渐增加，到牵引力足以克服起步阻力时，汽车即从静止开始运动并逐步加速2、保证传动系换档时工作平顺已知汽车变速箱的最大扭矩可由式: 求得式中： Kw,r/min。在1.11.3之间 ，取=1.16，则N.m后备系数是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择时，应从以下几个方面考虑：a. 摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；b. b. 防止离合器本身滑磨程度过大；c. c. 要求能够防止传动系过载。通常轿车和轻型货车=1.21.75。结合设计实际情况，故选择=1.5。根据以上情况分析可知，该离合器符合系统工况要求。第五章 变速器内部主要传动零件的强度校核 5.1 传动轴的强度校核按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献1，15-5可知，取，轴的计算应力 MPa （3.43）选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献1表可知，MPa。因此，故安全。（7）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左侧抗弯截面系数 mm （3.44）抗扭截面系数 mm （3.45）截面V左侧的弯矩M为 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应 Mpa （3.47） 截面上的扭转切应力MPa （3.48）轴的材料为45钢，调质处理。由文献1表可知，MPa，MPa，MPa。由文献1 附表可知，用插入法求出 ，轴按精车加工，由文献1 附图可知，表面质量系数为： 轴未经表面强化处理，固得综合系数为 （3.49） 由文献1 ，可知，碳钢的特性系数 取 取所以轴在截面V左侧的安全系数为 （3.50） （3.51） （3.52）故该轴在截面V左侧的强度是足够的。截面V右侧抗弯截面系数 mm抗扭截面系数 mm截面V左侧的弯矩M为 MPa截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应力 MPa截面上的扭转切应力 MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献1附表查取。因， ，又由文献1附图可得轴的材料的敏感系数为 ，故有效应力集中系数按文献1，附为 （3.53） 由文献1附图可得轴的截面形状系数为由文献1附图可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为综合系数为 所以轴在截面V左侧的安全系数为 故该轴在截面V左侧的强度是足够的。 5.2 传动齿轮的强度校核 （1）接触应力的计算由文献4表可知，齿面接触应力计算公式，即 （3.28） 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数电动机驱动，载荷平稳，由文献4表可知，取平均分度圆直径 mm 平均分度圆圆周速度 m/s由文献4 图（a）可知，按，得；由文献4 图（b）可知，按，齿轮悬臂布置，；由文献4表可知，； 由文献1表可知，弹性系数； 节点区域系数 计算得， MPa（1） 接触疲劳强度的许用应力由文献4 表可知，许用接触应力计算公式，即 （3.29）确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 最小安全系数 由文献1，10-13可知，计算应力循环系数 由文献1 图10-19可知，查得接触疲劳寿命系数 ， 尺寸系数 工作硬化系数，按 润滑油膜影响系数，计算得， MPa（3）由于MPaMPa，故安全。（）校核齿根弯曲疲劳强度（1）齿根应力的计算由文献4表可知，弯曲应力计算公式，即 （3.30）确定公式内的各计算数值 由文献1表可知， ， 由文献1表可知， ， 计算得， MPa（2）弯曲强度的齿根许用应力 由文献4表可知，齿根许用应力计算公式，即 （3.31）确定公式内的各计算数值 弯曲疲劳极限MPa 齿轮的应力修正系数 弯曲强度的最小安全系数 弯曲疲劳寿命系数 ， 弯曲疲劳的尺寸系数计算得， （3）由于MPaMpa，故安全。 5.3 轴承强度的校核（1）滚动轴承的选择滚动轴承为双列圆锥滚子轴承350324B，由文献2表得KN，KN，。（2）寿命验算 轴承所受支反力合力 N （4.1）对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N由文献2表得， ， N （4.2）按轴承B的受力大小验算 h （4.3）h=年 由于变速器的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。 经审核后，此轴承合格。20 结论在此论文完成之际，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢！因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很多知识和做人的道理，同时在重新温故了以前课堂所学的知识。在做毕业设计的过程中，遇到难解的问题，老师都会及时和我解释，那么仔细和认真，让后收益很多，我打心里感谢我的导师。 在相关的实际问题的讨论中，我的导师总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。每周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提高。也能为人生打下一个夯实地基础！在此致以教授我的导师深切感激和真挚感谢！另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。参考文献1欧华编著.机械原理.北京：电子工业出版社，2000。2王永著，邵远编著.中小型摩托车无极变速器的原理及应用.北京：高等教育出版社，1996。3张利平著. 实用技术速查手册. 北京：化学工业出版社，2006.12。4赵华著. 机械设计基础. 北京：机械工业出版社，1999.9。5宋学义著. 中小型摩托车无极变速器速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。6陈奎生著. 气与气压传动. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.5。7SMC（中国）有限公司. 中小型摩托车无极变速器实用技术. 北京：机械工业出版社，2003.108徐文灿著. 中小型摩托车无极变速器系统设计. 北京：机械工业出版社，1995。9曾孔庚.中小型摩托车无极变速器的发展趋势. 机器人技术与应用论坛。10高微,杨中平,赵荣飞等.中小型摩托车无极变速器臂结构优化设计. 机械设计与制造2006.1。11孙兵,赵斌,施永辉.中小型摩托车无极变速器的研制. 中国期刊全文数据库。12马光,申桂英.工业机器人的现状及发展趋势. 中国期刊全文数据库2002年。13李如松.中小型摩托车无极变速器的应用现状与展望. 中国期刊全文数据库1994年第4期。14李明.中小型摩托车无极变速器设计.制造技术与机床2005年第7期。15李杜莉，武洪恩，刘志海.中小型摩托车无极变速器的运动学分析. 煤矿机械2007年2月16张志主编.机械设计手册（第三版）.北京：化学工业出版社，1994。17Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 致谢为期一个学期的毕业设计已近接近尾声，大学生活也即将结束。这次的毕业设计是在XXX老师悉心指导下完成的，回顾这次做毕业设计的过程，我庆幸我选了一个好老师。从开始编程到调试结束，老师都细心指导，老师只要有时间就在实验室指导我们做毕业设计.这种敬业负责精神值得我去学习，同时在探讨的过程中我向老师学到了许多东西，小的方面有，每次对于设计的总结，以及对传动机构的探讨。大的方面有，遇到问题要懂得砖研，查资料解决。总之一句话，没有老师的细心知道我的毕业设计不可能完成。再一次真诚的向老师说一声，谢谢。这次毕业设计不仅使我对中小型摩托车无极变速器传动系统有了更深的了解，还提高了我的自学能力，和动手能力。每次一个问题解决，眼看就要成功时又会有新的问题出现，这无疑考验了我的耐心和承受能力。再次我也要感谢大学四年来所有的老师，对我知识的传授，同时还要感谢所有的同学们，在平时的学习和生活中对我的鼓励和帮助。