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無級變速器設(shè)計論文
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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(fā)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(yīng)用
第2章 變速器設(shè)計方案及論證
2.1變速器的設(shè)計要求
2.2變速器設(shè)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(shù)的設(shè)計計算
3.1電機的選擇
3.2齒輪的設(shè)計
3.2.1齒輪的設(shè)計要求
3.2.2齒輪的相關(guān)參數(shù)計算
3.3軸的直徑的確定
3.4軸承的設(shè)計
3.5鍵的設(shè)計
3.6聯(lián)軸器的選擇
3.7設(shè)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(shè)計
第4章 變速器的潤滑與密封
第5章 變頻器的調(diào)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(jié) 論
參考文獻:
致 謝
附錄Ⅰ
摘要
隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)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(zhuǎn)矩，能更好適應(yīng)各種機械的工況要求，使之效能最佳。在提高產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，適應(yīng)變速需要，節(jié)約能源，實現(xiàn)整個系統(tǒng)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(yīng)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(nóng)業(yè)、國防及實驗等各類機械，已開發(fā)有各種類型并已系列化生產(chǎn)。因此可見研究重載領(lǐng)域中的無級變速器對于我國的重工業(yè)發(fā)展有著重要的意義。
設(shè)計的變速器其特點是：雙輸入，通過機械行星齒輪機構(gòu)耦合單輸出，以調(diào)節(jié)其中一個小功率輸入來達到對輸出的調(diào)節(jié)，從而能起到，減少耗費，節(jié)省能源和成本的效果，是一種用于重載領(lǐng)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(shù)的選擇與主要零件的設(shè)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(guān)鍵詞：行星無級變速器 結(jié)構(gòu)設(shè)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(xù)獲得變速范圍內(nèi)任何傳動比的變速系統(tǒng)，通過無級變速可以得到傳動系與發(fā)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(diào)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(xiàn)自動化：制造精度要求高，價格較貴，輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩，滑動率較大，運轉(zhuǎn)時容易發(fā)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(diào)速，這屬于一種較為落后的調(diào)速方式。其特點結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無級變速，操作維護方便：滑動最大，效率低，發(fā)熱嚴重，不適合長期負載運轉(zhuǎn)，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(xiàn)調(diào)速。其特點是調(diào)速范圍大，精度也較高，但設(shè)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(xiàn)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(diào)壓和變頻進行調(diào)速。實際應(yīng)用最多者為變頻調(diào)速，即采用一變幅器獲得變幅電源，然后驅(qū)動電動機變速。其特點是調(diào)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(zhuǎn)矩，低速時效率低且運轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)，價格較高，維修需專業(yè)人員。近年來，變頻器作為一種先進、優(yōu)良的變速裝置迅速發(fā)展，對機械無級變速器產(chǎn)生了一定的沖擊。
3、機械傳動的特點主要是：轉(zhuǎn)速穩(wěn)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(jié)構(gòu)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(fā)展概況
機械無級變速器最初是在19世紀90年代出現(xiàn)的，至20世紀30年代以后才開始發(fā)展，但由于當時受材質(zhì)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(shù)，精密加工和數(shù)控機床以及牽引傳動理論與油品的出現(xiàn)和發(fā)展，解決了研制和生產(chǎn)無級變速器的限制因素；另一方面，隨著生產(chǎn)工藝流程實現(xiàn)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(fā)展。主要研制和生產(chǎn)的國家有日本、德國、意大利、美國和俄羅斯等。產(chǎn)品有摩擦式、鏈式、帶式及脈動式四大類約30多種結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)速一般為n=(750、1500、3000)r/min;輸出轉(zhuǎn)速可以正、反轉(zhuǎn),增速或降速,最低轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩機械無級變速器的研制開發(fā)。
國內(nèi)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(yè)機械配套零部件，由專業(yè)機械廠進行仿制和生產(chǎn)，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(guī)格不多，產(chǎn)量不大，年產(chǎn)量僅數(shù)千臺。直到80年代中期以后，隨著國外先進設(shè)備的大量引進，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動流水線的迅速發(fā)展，對各種類型機械無級變速器的需求大幅度增加，專業(yè)廠開始建立并進行規(guī)模化生產(chǎn)，一些高等院校也開展了該領(lǐng)域的研究工作。經(jīng)過十幾年發(fā)展,現(xiàn)在,國內(nèi)機械無級變速器行業(yè)從研制、生產(chǎn)、到情報信息各方面已組成一較完整的體系,發(fā)展為機械領(lǐng)域中一個新興行業(yè)。
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(gòu)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(chǎn)生的摩擦力進行傳動，并通過改變接觸處的工作半徑實現(xiàn)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(qū)處于液體潤滑狀態(tài)時才能實現(xiàn)。然而一般變速器大都處于混合潤滑狀態(tài)，達不到液體潤滑狀態(tài)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(gòu)由主、從動鏈輪及套于其上的剛質(zhì)撓性鏈組成，利用鏈條左右兩側(cè)面與作為鏈輪的兩錐盤接觸位置和工作半徑，從而實現(xiàn)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(gòu)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(cè)面與錐盤接觸所產(chǎn)生的摩擦力進行傳動，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調(diào)整它們與傳動帶的接觸位置和工作半徑，從而實現(xiàn)無級變速。
（4）脈動式無級變速器 變速機構(gòu)主要由3~5相連桿機構(gòu)組成，或者是連桿與凸輪和齒輪等機構(gòu)的組合，其工作原理與連桿機構(gòu)相同，但為了使輸出軸能夠獲得連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，這里需配置輸出機構(gòu)（如超越離合器）。
1.3.3機械無級變速器的應(yīng)用
機械無級變速器的適用范圍廣，在有驅(qū)動功率固定的情況下，因工作阻力變化而需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以生產(chǎn)相應(yīng)的驅(qū)動力矩者（如化工行業(yè)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(yīng)減慢攪拌速度）；有根據(jù)工況要求需要調(diào)節(jié)速度者（如起重運輸機械要求隨物料及運行區(qū)段的變化而能相應(yīng)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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移速度）；有為了獲得恒定的工作速度或張力而需要調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以保持有恒定的張力等）；有為適應(yīng)整個系統(tǒng)中各種工況、工位、工序或單元的不同要求而需協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)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(chǎn)、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(diào)速以獲得最佳分離效果）；如有為節(jié)約能源而需進行調(diào)速者（如風機、水泵等）；此外，還有按各種規(guī)律的或不規(guī)律的變化要求而進行速度調(diào)節(jié)以及實現(xiàn)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(zhuǎn)矩，能更好地適應(yīng)各種機械的工況要求，使之效能最佳，在提高產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，適應(yīng)產(chǎn)品變換需要，節(jié)約能源，實現(xiàn)整個系統(tǒng)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(yīng)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(nóng)業(yè)、國防及實驗等各類機械，已開發(fā)有各種類型并已系列化生產(chǎn)。
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