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無級變速器設計論文
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- 無級變速器設計論文
目錄
第1章 緒 論
1.1無級變速器的簡介
1.2無級變速器的分類
1.3機械無級變速器
1.3.1機械無級變速器的發展概況
1.3.2機械無級變速器的分類
1.3.3機械無級變速器的應用
第2章 變速器設計方案及論證
2.1變速器的設計要求
2.2變速器設計方案論證
2.2.1傳動方案
2.2.2方案的分析
第3章 變速器主要參數的設計計算
3.1電機的選擇
3.2齒輪的設計
3.2.1齒輪的設計要求
3.2.2齒輪的相關參數計算
3.3軸的直徑的確定
3.4軸承的設計
3.5鍵的設計
3.6聯軸器的選擇
3.7設計零件的校核
3.7.1軸的校核
3.7.2軸承的校核
3.8箱體的設計
第4章 變速器的潤滑與密封
第5章 變頻器的調控分析
5.1變頻器的簡介
5.2變頻器對電機的控制
第6章 結 論
參考文獻:
致 謝
附錄Ⅰ
摘要
隨著我國現代工業的飛速發展，機械無級變速器的適用范圍廣，采用無級變速器，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，能更好適應各種機械的工況要求，使之效能最佳。在提高產品的產量與質量，適應變速需要，節約能源，實現整個系統的機械化、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型式，應用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機床、起重運輸、礦山冶金、工程、農業、國防及實驗等各類機械，已開發有各種類型并已系列化生產。因此可見研究重載領域中的無級變速器對于我國的重工業發展有著重要的意義。
設計的變速器其特點是：雙輸入，通過機械行星齒輪機構耦合單輸出，以調節其中一個小功率輸入來達到對輸出的調節，從而能起到，減少耗費，節省能源和成本的效果，是一種用于重載領域行星式無級變速器。
本文主要介紹了機械式行星無級變速器的概述及其方案的確定、變速器主要參數的選擇與主要零件的設計、變速器齒輪的強度計算與材料的選擇、變速器軸的強度計算與校核。
關鍵詞：行星無級變速器 結構設計 功率合流
Abstract
With the rapid development of modern industry in China,the application of the mechanical stepless transmission is range. Adopts stepless transmission, especially with reduction drive which can further enlarge its range of variable speed and output torque, it also can better adapt to the working condition of mechanical requirements，make the efficiency of the best. As in improving yield and quality of products, meet the needs of variable speed, save energy and realize mechanization, automation and so on various aspects of the whole system, it has significant effect. So the stepless transmission has become a basic universal transmission type, used in textile, light industry, food, packaging, chemicals, machine tools, lifting the transport, mining, metallurgy, engineering, agriculture, national defence and test and other kinds of machinery, it has developed various types and has set up a series production. Thus it can be seen, the research in the field of overloading stepless transmission has important significance to the development of heavy industry in our country.
The features of the transmission that we designed are: double input, single output, planetary gears by mechanical coupling to adjust one of the small power input to the output adjustment, which can play, and reduce the cost, save energy and cost effect, is a kind of planet type stepless transmission used for the field of overloading.
This article mainly introduced the overview of mechanical planetary stepless transmission and its solution, the selection of transmission main parameters and the design of main parts, the strength calculation of gears with the material selection, strength calculation and checking of the transmission shaft.
Keywords: power confluence planetary stepless transmission structure design
第1章 緒論
1.1 無級變速器的簡介
無級變速指可以連續獲得變速范圍內任何傳動比的變速系統，通過無級變速可以得到傳動系與發動機工況的最佳匹配，常見的無級變速器有液力機械式無級變速器和金屬帶式無級變速器。
1.2無級變速器的分類
無級變速按傳動方式可采用液體傳動、電力傳動和機械傳動三種方式。
1、液體傳動分為兩類：一類是液壓式，主要是由泵和馬達組成或者由閥和泵組成的變速傳動裝置，適用于中小功率傳動。另一類為液力式，采用液力耦合器或液力矩進行變速傳動，適用于大功率（幾百至幾千千瓦）。 液體傳動的主要特點是：調速范圍大，可吸收沖擊和防止過載，傳動效率較高，壽命長，易于實現自動化：制造精度要求高，價格較貴，輸出特性為恒轉矩，滑動率較大，運轉時容易發生漏油。
2、電力傳動基本上分為三類：一類是電磁滑動式，它是在異步電動機中安裝一電磁滑差離合器，通過改變其勵磁電流來調速，這屬于一種較為落后的調速方式。其特點結構簡單，成本低，無級變速，操作維護方便：滑動最大，效率低，發熱嚴重，不適合長期負載運轉，故一般只用于小功率傳動。 二類是直流電動機式，通過改變磁通或改變電樞電壓實現調速。其特點是調速范圍大，精度也較高，但設備復雜，成本高，維護困難，一般用于中等功率范圍（幾十至幾百千瓦），現已逐步被交流電動機式替代。 三類是交流電動機式，通過變極、調壓和變頻進行調速。實際應用最多者為變頻調速，即采用一變幅器獲得變幅電源，然后驅動電動機變速。其特點是調速性能好、范圍大、效率較高，可自動控制，體積小，適用功率范圍寬：機械特性在降速段位恒轉矩，低速時效率低且運轉不夠平穩，價格較高，維修需專業人員。近年來，變頻器作為一種先進、優良的變速裝置迅速發展，對機械無級變速器產生了一定的沖擊。
3、機械傳動的特點主要是：轉速穩定，滑動率小，工作可靠，具有恒功率機械特性，傳動效率較高，而且結構簡單，維修方便，價格相對便宜；但零部件加工及潤滑要求較高，承載能力較低，抗過載及耐沖擊性較差，故一般適合于中、小功率傳動。
1.3機械無級變速器
1.3.1機械無級變速器的發展概況
機械無級變速器最初是在19世紀90年代出現的，至20世紀30年代以后才開始發展，但由于當時受材質與工藝方面的條件限制，進展緩慢。至20世紀50年代，尤其是70年代以后，一方面隨著先進的冶煉和熱處理技術，精密加工和數控機床以及牽引傳動理論與油品的出現和發展，解決了研制和生產無級變速器的限制因素；另一方面，隨著生產工藝流程實現機械化、自動化以及機械要改進工作性能，都需大量采用無級變速器。因此在這種形勢下，機械無級變速器獲得迅速和廣泛的發展。主要研制和生產的國家有日本、德國、意大利、美國和俄羅斯等。產品有摩擦式、鏈式、帶式及脈動式四大類約30多種結構型式。輸入功率一般為N=(0.09-30)kw,個別類型可達到N=(150-175)kw,輸入轉速一般為n=(750、1500、3000)r/min;輸出轉速可以正、反轉,增速或降速,最低轉速可降低至零。自20世紀80年代以后,機械無級變速器的主要展趨向是美、日等國進行用于汽車的高速、高效、大轉矩機械無級變速器的研制開發。
國內無級變速器是在20世紀60年代前后起步的，當時主要是作為專業機械配套零部件，由專業機械廠進行仿制和生產，例如用于紡織機械的齒鏈式，化工機械的多盤式以及切削機化工機械的多盤式以及切削機床的Kopp型無級變速器等,但品種規格不多，產量不大，年產量僅數千臺。直到80年代中期以后，隨著國外先進設備的大量引進，工業生產現代化及自動流水線的迅速發展，對各種類型機械無級變速器的需求大幅度增加，專業廠開始建立并進行規模化生產，一些高等院校也開展了該領域的研究工作。經過十幾年發展,現在,國內機械無級變速器行業從研制、生產、到情報信息各方面已組成一較完整的體系,發展為機械領域中一個新興行業。
1.3.2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。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接觸區處于液體潤滑狀態時才能實現。然而一般變速器大都處于混合潤滑狀態，達不到液體潤滑狀態要求，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剛質撓性鏈組成，利用鏈條左右兩側面與作為鏈輪的兩錐盤接觸位置和工作半徑，從而實現無級變速。
（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、從動帶輪的兩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 變速機構主要由3~5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的旋轉運動，這里需配置輸出機構（如超越離合器）。
1.3.3機械無級變速器的應用
機械無級變速器的適用范圍廣，在有驅動功率固定的情況下，因工作阻力變化而需要調節轉速以生產相應的驅動力矩者（如化工行業中的攪拌機械，即要求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速度者（如起重運輸機械要求隨物料及運行區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轉移速度）；有為了獲得恒定的工作速度或張力而需要調節速度者（如端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要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幾皆需要調節轉速以保持有恒定的張力等）；有為適應整個系統中各種工況、工位、工序或單元的不同要求而需協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）；有為探求獲得最佳效益二需變換速度者（如實驗機械或離心機需調速以獲得最佳分離效果）；如有為節約能源而需進行調速者（如風機、水泵等）；此外，還有按各種規律的或不規律的變化要求而進行速度調節以及實現自動或程序控制等。
綜上所述，可以看出采用無級變速器，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，能更好地適應各種機械的工況要求，使之效能最佳，在提高產品的產量與質量，適應產品變換需要，節約能源，實現整個系統的機械化、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式，應用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機床、起重運輸、礦山冶金、工程、農業、國防及實驗等各類機械，已開發有各種類型并已系列化生產。
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