微型轿车无级变速器设计——分体带轮式无级变速器(编辑修改稿)

微型轿车无级变速器设计——分体带轮式无级变速器(编辑修改稿)内容摘要：

由于带式无级变速器的传动性能很接近于汽车所需要的理想的恒功率特性，所以多年来一直吸引着人们去寻找开发新型的汽车用带式无级变速器。 为了改正目前带式传动无级变速器存在的一些不足。 我们结合汽车无级变速器技术研究，通过调研分析及资料查新，提出了新型带传动无级变速技术研究课题。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 课程 设计 内容 及意义 设计任务 微 型 轿车的 无级变速范围： ～ 变速比： bR = maxbi / minbi = 传动功率： 10KW 传动中心距：约为 400mm 输入转速为： 2500r/min， 发动机 机经济转速为 1000 r/min～ 2500 r/min，考虑到 微型 轿车重量轻，行驶速度要求不高等特点 ，设计车最高转速为 100km/h。 常用减速器减速比为 ai =5，所以总的传动系统传动比为t a bi i i=～。 设计 内容 1) 新型带传动无级变速器结构设计 确定小功率 带传动无级变速器的结构，结合设计参数的要求，完成小功率微型 轿车 带传动 式 无级变速器主要零件 (锥体 和带轮分体等 )的结构尺寸设计 ； 2) 针对本设计的结构，推算出分体式带轮无级变速器的有效拉力计算模型； 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 2 小功率微型电动轿车无级变速器工作原理 方案分析 在带式无级变速 器中，若要实现变速即输出转速变化，必须改变其传动比，而传动比的改变需要通过改变带轮工作直径来实现。 在目前的带式无级变速器中，均采用宽 V带传动，并把带轮在轴向分成两半，通过改变两半带轮之间的距离实现带工作直径的变化。 虽然这样的无级变速器己成为技术成熟的应用产品正在生产，但它存在的问题是不容忽视的，那就是在改变两半带轮之间的距离时，带与带轮之间存在严重的摩擦，寿命很低，所以目前很多课题都在致力于提高带传动无级变速器的寿命上。 然而，改变 V带的工作直径方式，除改变两 个半轮之间的轴向位置外，还可以利用分体式带轮的分体 径向移动。 正是出于这种考虑而进行新型带传动 小功率 无级变速器的研究 ，使其能够在微型 轿车上得到使用。 结构组成 分体带轮无级变速器由分体带轮、调速装置、操纵机构、 V 带以及箱体等部分构成，见 图。 图 分体带轮无级变速器原理图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 1. 分体带轮 分体带轮，顾名思义就是将带轮分解 ，由分开的单独的带轮分体与锥体 组成带轮。 1) 带轮分体 带轮分体下端是燕尾状结构，能沿锥体上的燕尾槽自 由滑动，并且被锥体 带动 (或者带动锥体 转动 )， 分体带轮由五个带轮分体与一个锥体构成。 2) 锥体 锥体上开有 五个燕尾槽，带轮分体的下端能正好安装在燕尾槽中，并且能沿锥体的燕尾槽自由滑动改变带轮的直径大小。 锥体两个端面有延伸部分，起主要作用是：在其上安装推力轴承，通过与操纵机构相互配合，实现锥体部分的轴向运动， 该 零件 的主要 部分是锥体，后面 的锥体结构主要是指其锥体部分。 其结构如图 图 锥体结构 3) 花键轴 通过花键轴，锥体可以在其轴向方向上左右移动，从而可以改变分体带轮的工作半径大小。 同时锥体通过花键轴作用实现输入或输出扭矩，进行动力传输。 2. 操纵机构： 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 在操纵机构的作用 下，调节分体带轮中锥 体轴的走向，从而改变带轮分体在锥体上的位置，达到无级变速器的目的。 3. V 带 : 嵌在带轮分体的 V槽内，当主动带轮转动时，利用张紧的带与带轮分体之间的摩擦力， 将动力从主动带轮传递到从动带轮上，起到传递动力的作用。 4. 箱 体 : 起到固定带轮分体的作用，保证运动的完整性。 工作原理 如图 ，通过 花键轴 3带动主动 锥体 1转动，利用锥体 1和分体带轮 2的 燕尾槽 配合 ， 通过支架向右 推动 锥体 1，由于 分体扇形块 轴向位置不变， 锥体 1相对带轮处的运动半径逐渐增大， 则分体带轮 沿锥体 1上的径向滑道向 外膨胀 ，以此增大带轮的工作直径 .同时，从动分体带轮内的锥体 在转动的同时也 轴向移动， 从而 推动 轴向位置不变 从动分体带轮 ，分体沿锥体上的径向滑道向内收缩。 此时由于传动带的长度是固定不变的，传动带具有一定的弹性，因此减小了从动轮的工作 直径，从而改变主、从动带轮的工作直径的比值，如此实现 无级调速的目的。 主要性能参数 传动比 与其他无级变速器传动相同，带式无级变速器的传动比 i 的表达式为 : 1221ni n DD （ ） 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 式中 n D1一分别为主动 轮的转速和工作直径。 n D2一分别为从动带轮的转速和工作直径 变速比 带 带式传动无级变速器的变速范围取决于带轮工作直径的相对变化量，带轮直径从 d位置达到 D位置时的 V带移动量来确定。 如图 ，当带轮分体在锥体 的最右端时，变速比为。 当带轮分体运动到锥体 的最左端时，变速比为。 由图 ，带轮的变速范围和 锥体的轴向移动量有关，如果要扩大变速范围，可以增加或减小 带轮在最大端或最小端的直径。 图 带式传动无级变速器 滑动率 带传动是靠摩擦传动，带与带轮之间存在有滑动。 带轮、传动带及负载 率不同，变速器 滑动率  不同。 为了保证带式无级变速器正常工作并延长寿命，应尽 量减少滑动和避免打滑。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 3 分体 带轮及锥体的设计 带传动参数计算 进行带轮及锥体设计，首先应按带传动设计过程进行基本带传动的计算，因为可以把无级变速看成传动比连续变化的带传动，而在某个固定的传动比处仍符合基本带传动的计算。 1) 设计功率 dAP KP （ ） 式中 AK — 工况系数，查表取 得 dP ==12kW 2) 选定带型 传动比 : dni nd出入入出 （ ） i 的取值范围是 :, n入 输入转速为恒定值 2500r/min， 传动比为 时的输出转速： = n入 /i =2500/=5000r/min， 传动比为 时的输出转速 : =n入 /i =2500/=2020 r/min， 所以 , n出 的取值范围是 20205000r/min。 又 dP =12KW,选取有效宽度制窄 V带带型为 SPA 型 ，由于窄 V带结构特点，决定了其具有较高的承载能力，较长的使用寿命，适应载荷变化大，变化频率高等特点。 3) 确定带轮基准直径 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 为提高 v带的寿命，在结构允许的情况 下选取较大的基准直径。 窄 v带 ： smV /4035m a x  （ ） 为充分发挥 v 带的传动能力， 应使 v =40 ms以内， 可得带轮的最大极限尺寸。 60 1000ddnv   （ ） 传动 比为 5000r/min = 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 05000vn    = = 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 02500vn    = = 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 02020vn    = = 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 02500vn    = 各轮尺寸最小有效直径 参考表 157 mind  67mm， 带轮具体尺寸将由后面计算给出 ,此处计算主要是为后面计算选择带轮 直径大小范围。 锥体及分体设计 在新型带传动无级变速器中，由于锥体和分体共同构成带轮的直径，所以在设计过程中应选取合适的锥体直径和分体高度。 在锥体小端各个分体的距离比较近，为防止锥 体损坏， 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 图 锥体 应该保证各槽之间的距离 L选取一个合适的值。 实现分体在锥轮上运动需要开槽，槽的形状可以选 取 T形槽或燕尾槽。 T形槽一般用于定位，机床上的燕尾槽用于滑动机构，所以选择燕尾槽。 图中的槽尺寸按燕尾槽选取，槽口尺寸为 8mm，槽底尺寸为 15mm，角度为方便计算取 060 (标准值为 55 )，槽 高 度为 7mm，分体个数为 5个，同样槽的个数也为 5个，这样得到锥体小端的最小直径为 50mm。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 图 锥体结构尺寸 带传动计算 1) 初定轴间距 轴间距 0a 应满足 :    1 2 0 1 20 .7 2d d a d d      () 将传动比为 计算。 i = 时 : 122 6 0 , 1 3 0d m m d m m  0 273 780a  河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 i = 时： 122 0 0 , 1 6 0d m m d m m  0 252 720a  中心距应在上述两个取值范围的交集内，根据初始中心距条件，所以选取 600mm。 2) 计算带的基准长度 由于在传动比变化过程中，处于不同传动比时带的工作长度不同 ，如图 ，所以需要计算几个特殊位置的带长。     2120 1 202 24do ddL a d d a     () 传动比为 260mm, 130mm；     2120 1 202 24do ddL a d d a    = 传动比为 1时的带轮直径分别为 , ；     2120 1 202 24do ddL a d d a    = 传动比为 160mm,200mm    120 1 2 02 24do ddL a d d a    = 按最大计算带长度选取标准带长度，取 Ld=1400mm，最终选取带的型号为 SPA1400 (GB 1273091) 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 图 不同长度时带长度选取计算 传动比为 1时的带轮直径的计算过程如下 : 设变量 x, y, K, L，如图 : 由三角形相似可列方程 : 50L K XL  35KYL () 又传动比为 1处两带轮长度相等 : 2 160 2 130XY   () 将式 ()代入式 ()中得 : 131 0 0 1 6 0 7 0 1 3 0 17L K K KL L L      4 2 0 05 0 1 5 0 1 7 1 7KX L     河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 1 3 4 5 53 5 3 5 1 7 1 7KY L    所以传动比为 1处带轮直径为 : 4552 1 3 0 1 8 3 .5 317d    mm 图 传动比为 1时的带轮直径计算 3) 实际轴间距 : 00 1 4 0 0 1 4 2 2 . 84 0 0 3 8 8 . 622ddLLa a m m      4) 小带轮包角： 0 0 0 0211 2 6 0 1 3 01 8 0 5 7 . 3 1 8 0 1 6 0 . 8 33 8 8 . 6dda        这里的小带轮 包角用直径相差较大的两个带轮进行计算，因为带轮河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 直径相差大的带传动中小带轮包角较小。 但是，此时大带轮处于分开状态，由于各分体之间存在距离，所以大带轮的实际包角要小于理论包角，此处计算大带轮的实际包角是否大于 120度。 图 大带轮包角计算 如图 所示在大带轮包角范围内 ，假设 分体带轮完全与带 接触，则大带轮运行过程中会出现有两个 a或 有三个 a角度的范围无分体支撑，所以。