钢环无级变速器结构设计(编辑修改稿)

钢环无级变速器结构设计(编辑修改稿)内容摘要：

点主要是传动效率低、运行中难以保持稳定的速比、变速操作困难在高速运行时变速易使传动零件过早的磨损以及对于低速大扭矩传动传动装置的体积与重量较大。 目前对摩擦无级变速器的传动机理研究得并不充分，有待深入研究。 选择和发展新的润滑剂，以进一步提高摩擦拖动率；研究具体结构设计的合理性及其优化问题，突破瓶颈，实现无级变速器新的突破，真正做到广泛应用和产业化。 167。 机械无级变速器是一种传动装置，其功能特征主要是：在输入转速不变的情况下，能实现 输出轴的转速在一定范围内连续变化，以满足机器或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求；其结构特征主要是：需由变速传动机构、调速机构及加压装置或输出机构三部分组成。 机械无级变速器传动具有结构简单、操纵方便、传动效率高、恒功率特性好、噪声低等优点，因此，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，在工业界受到越来越多的重视和采用。 目前已经较多地应用于车辆、拖拉机和工程机械、船舶、机床、轻纺化工业机械、起重机械和试验设备中。 CVT，它的优点是重量轻，体积小，零件少，与 AT 比较具有较高的运行效率 ，油耗较低。 但 CVT 的缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，只能限用于在 一 升排量左右的低功率和低扭矩汽车，因此在自动变速器占有率约 4%以下。 近年来经过各大汽车公司的大力研究，情况有所改善。 CVT 将是自动变速箱的发展方向。 机械传动的特点主要是：转速稳定，滑动率小，工作可靠，具有恒功率机械特性，传动效率较高，而且结构简单，维修方便，价格相对便宜；但零部件加工及润滑要求较高，承载能力较低，抗过载及耐冲击性较差，故一般适合于中、小功率传动。 机械无级变速器的适用范围广，有在驱动功率不变的情况下，因 工作阻力变化而需要调节转速以产生相应的驱动力矩者（如化工行业中的搅拌机械，即需要随着搅拌物料的粘度、阻力增大而能相应减慢搅拌速度）；有根据工况要求需要调节速度者（如起重运输机械要求随物料及运行区段的变化而能相应改变提升或运行速度，食品机械中的烤干机或制药机械要求随着温度变化而调节转移速度）；有为获得恒定的工作速度或张力而需要调节速度者 13 （如断面切削机床加工时需保持恒定的切削线速度，电工机械中的绕线机需保持恒定的卷绕速度，纺织机械中的浆纱机及轻工机械中的薄膜机皆需调节转速以保证恒定的张力等）；有为适应整个系统中 各种工况、工位、工序或单元的不同要求而需协调运转速度以及需要配合自动控制者（如各种各样半自动或自动的生产、操作或装配流水线）；有为探求最佳效果而需变换速度者（如试验机械或李心机需调速以获得最佳分离效果）；有为节约能源而需进行调速者（如风机、水泵等）；此外，还有按各种规律的或不规律的变化而进行速度调节以及实现自动或程序控制等。 摩擦式无级变速器 ， 它靠旋转体间的接触摩擦力来传递动力 ,通过改变输入、输出的作用半径，连续地改变了传动比。 摩擦式机械无级 变速器 主要由压紧的主动装置、摩擦传动机构、调速控制机构组成。 带锥度的主动轮和压盘被一组碟形弹簧压紧，输入轴与主动轮用键联接，而组成压紧的主动装置。 一组带锥度的行星摩擦轮内侧夹在压紧的主动轮和压盘之间，外侧夹在带锥度的固定环和调速凸轮之间，而组成摩擦副；当压紧的主动装置运转时，摩擦轮就做纯滚动，由于固定环和调速凸轮不动，因此，摩擦轮在自转的同时作公转运转，通过行星摩擦轮的中心轴及滑块轴承而带动行星架转动。 转动手轮带动调速凸轮改变角向位置的同时，调速 凸轮的端面曲线经平面弹子夹和固定凸轮的端面曲线作用，使调速凸轮产生轴向移动，从而均匀改变调速凸轮和固定环之间的间隔，使锥度行星摩擦轮产生径向移动。 最后均匀地改变了行星摩擦轮与主动轮、压盘及固定环、调速凸轮摩擦处的工作半径，实现稳定的无级变速。 摩擦式无级变速器传动的工作能力主要取决于传动元件和压紧装置的工作能力，其失效形式主要是传动元件和加压元件的疲劳点蚀、胶合、磨损及压溃。 摩擦式无级变速器的传动元件及加压元件均采用高硬度合金钢制成，在润滑充分的条件下工作。 传动元件之间为点接触或线接触，接触点的位置在不断地 变化，因此，在这些接触，通常发生与齿轮传动相似的点上应力是属于交变的接触应力（通常高达 1000~2500MPa） 疲劳点蚀破坏和磨损，带来的后果是传动出现振动、冲击和噪声，最终导致不能工作。 加压元件上的接触应力属于静应力或脉动应力，但由于结构尺寸的限制，其接触应力值更高于传动元件，因而其失效形式是表面压溃（或塑性流动）和疲劳点蚀。 综上所述 ， 可以看出采用无级变速器，尤其是配合减速传动时进一步扩大其变速范围与输出转矩，能更好的适应各种工况要求，使之效能最佳，在提高产品的产量和质量，适应产品变换需要，节约能源，实 现整个系统的机械化、自动化等各方面皆具有显著的效果。 无级变速器目前已成为一种基本的通用传动形式，应用于纺织、轻工、食品、包装、化工、机床、电工、起重运输矿山冶金、工程、 14 农业、国防及试验等各类机械。 167。 一、机械无级变速器的选用 机械无级变速器的种类繁多，在设计和选用时，必须综合考虑实际使用条件与变速器的结构和性能特点。 使用条件包括：工作机械的变速范围；最高速时所需的转矩和功率；最常使用的转速和转矩；负载变动情况；使用时间（时 /日）；升速与降速情况；启、制动频繁程度；有无正 反向使用要求及其频繁程度；换算到变速器输出轴上的工作机械的转动惯量等。 对于变速器本身来说，主要是考虑其功率和运动特性，在仔细考虑了上述因素后，正确地选用无级变速器的尺寸、容量及类型。 ① .对于机械特性 选择变速器的类型时，应首先明确机械本身在整个变速器范围内对功率或转矩的要求。 然后结合各种无级变速器的功率（或转矩）特性曲线进行选用。 例如：机床的主传动系统在全变速范围内，传动功率基本恒定，这时只能选用 KoppK、KoppB、 FU 型和宽三角带式无级变速器。 对于机床的进给系统，则要求在相当宽的变速范围内传递恒 定转矩，而不要求恒功率特性；这时可考虑采用 OM、 NS和 RC 型等变速器。 当然，满足恒功率使用要求的无级变速器亦可用于恒转矩的使用场合。 因为恒功率型无级变速器的变速范围都比较小，远不及恒转矩型者，所以不适用机床进给系统。 ② .对于 转速特性 （ 1）转速范围：机械的工作转速范围也是选择无级变速器类型的重要依据。 因此，必须了解各种无级变速器的输出转速范围，以免在机械传动链中出现转速猛降或者相反的不合理现象。 （ 2）运动平稳性：脉动式和齿链式无级变速器的输出角速度有一定的不均匀性，因而不适用于运动平稳性要求的场合，如磨 床主传动系统。 ③ .对于 安装场地要求 （ 1）由于各种机械无级变速器的结构和工作原理不同，因此，在相同的传动功率情况下，其体积将有很大差异。 分离传动的机械对变速器没有严格要求；而集中传动时将十分重视体积问题，这就有必要了解各种无级变速器的功率容积比率。 （ 2）各种无级变速器的输出轴与输入轴线的相对位置有所不同。 有的是同轴线的；有的两轴平行并有一定距离要求；还有一些无级变速器的输出轴于输入轴是相交或交错的；选用时应注意这些问题。 （ 3）某些机器要求变速器卧式安装，而另一些机器则要求立式装配，这时 15 必须考虑无级变速 器立式安装的可能性。 如齿链式、宽三角带式无级变速器就不适合在轴线与地面呈垂直状态下使用。 （ 4）某些使用场合，对清洁、尘埃问题要求十分严格。 如果某种无级变速器从功率特性和转速范围考虑是适用的，但不能满足清洁要求，则仍不可用，如开式带式无级变速器由于带的磨损将会污染环境。 ④ .对于 操作要求 （ 1）调速：少数无级变速器既可在停车时变速，也可在运转过程中调速，而大多数无级变速器则只能在运转过程中才能调速，在使用时，必须按操作要求进行工作。 （ 2）调速时间、手轮上使用的最大力矩。 （ 3）手轮转动圈数与转速变 化之间的关系等。 ⑤ .其它问题 如振动、噪声、温升、滑动率、空载功率以及远距离自动控制的可能性等。 对于上述这些问题予以综合考虑，根据我的功率、转速、调速比等数据，选定钢环式无级变速器。 二、机械无级变速器的润滑与密封 ① .润滑方式与润滑油 一般的金属摩擦式无级变速器靠浸油飞溅润滑。 这种润滑方式的优点是无需另加润滑装置，结构简单、工作可靠。 但在启动前必须检查油位，停车时必须保证油位在标准线上。 如果油量过多，则在运转过程中会引起空载功率增大、油温升高以至传动力矩不足等现象。 机械无级 变速器是按摩擦传动的 实现调速并传递动力的，因此它所采用的润滑油与普通的齿轮箱用油不同，必须按照原设计要求或说明书上的规定，采用专用无级变速器油。 若用普通机油代替，则将不能使无级变速器充分发挥作用，甚至会降低使用寿命，因此，必须十分重视机械无级变速器使用的油液。 1）传递动力在变速器结构参数已定的前提下，油的品质将成为机械能否正常运转和满足工作要求的关键。 2）减轻摩擦部件的磨损 3）吸收、散发集积在摩擦部位的热量 4）清洗摩擦件表面 机械无级变速器传动件的表面是经过精密加工的，工作过程如有灰尘或磨屑停留 在工作表面上，将会很快损伤摩擦表面，必须依靠润滑油将这些不清洁物及时排除。 对无级变速器专用油的要求 :1）摩擦特性好； 2）适当的粘度和粘度指数； 3）剪切、氧化安定性好； 4）抗泡性好； 5）油膜强度高。 ②机械无级变速器的密封 要使机械无级变速器在长时期工作后，仍能保持原有的工作精度，必须有良 16 好的密封装置。 对于开式传动或只传递运动而受力极小的无级变速装置来说，密封装置的主要作用是保护轴承。 闭式金属摩擦型无级变速器的密封装置，除用来防止外界尘埃等浸入轴承外，更重要的是，防止油液外漏。 对于闭式无级变速器，如果密封不 好，油液不断外漏将使油池中的油量不断减少，必然使各部件的正常润滑受到影响，温升大大增高，以至不能正常共组。 此外，油液的外漏也影响工作场所的清洁卫生。 对于工作环境恶劣和输出轴转速很高的变速器，除采用毛毡或皮碗密封之外，还可考虑采用甩油挡板或迷宫密封结构。 此外，由于闭式变速器大多数具有较大的端盖，油面高度超过止口位置，因此除了注意轴承部件密封之外，对端盖处的密封问题也必须给予重视，应合理设计端盖与变速箱体的结合面，同时在接合缝隙处应涂抹密封封胶。 167。 比较和选择合适的方案并进行 摩擦式机械无级变速器的计算与结构设计； 设计参数：输入功率 P=5kw，输入转速 n=1400rpm，调速范围 R=6。 设计要求：安装拆卸要方便；外观要匀称，美观；调速要灵活，调速过程中不能出现卡死现象，能实现动态无级调速；关键部件满足强度和寿命要求。 对关键部件进行强度和寿命校核； 用 CAD 绘图软件绘制装配图及零件图。 17 第二章 摩擦无级变速器的机械特性加压装置和调速机构 167。 （一）机械特性及其类型 无极变速器在输入转速一定的情况下，其输出轴上的转矩 M2 或功率 N2 与转速 n2 的关系称为机械特性。 它 常以 n2 为横坐标， M2 或 N2 为纵坐标的平面曲线M2=M（ n2）或 N2=N（ n2）来表示。 M2=M（ n2）曲线上任一点（如图 21 中的 A 点）切线斜率的负值，称为传动的机械特性在该工况时的刚度系数 k（或传动刚度） K= 22dMdn =tan  由上式可见，传动刚度 k 也就是输出转矩对输出转速的变化率，所以若特性曲线上各点的 k 值愈大，变化率对应也愈大，随着 n2 的下降， M2 值上升得就 愈快。 反之 n2 上升时， M2 值下降也愈快。 外界负载转矩的变化对输出转速的影响较小。 这种机械特性相对来说就较“硬”。 相反地，如果特性曲线上各点的刚度系数很小。 则外界负载转矩很小变动，就足以引起转速巨大的变动，这种机械特性就很“软”。 机械无级变速器的机械特性，大致上可以归纳为下列三种： ．如图 22 中的实线所示，其特性是传动中输出功率保持不变，即 N2=cM2 n2=常量 式中 c —— 有关常数。 图 21 机械特性及刚性系数 n 2M 2a AM 2=M (n 2)图2 1 机械特性及 刚性系数 18 图 22 恒功率与恒转矩机械特性 ————— 表示恒转矩机械特性 表示恒功率机械特性 这时，输出转矩与输出转速呈双曲线关系，有“硬”的机械特性。 特别是在低转速运转时，载荷的变化对转速的影响很小。 工作中有很高的稳定性，能充分利用原动机的全部功 率。 2. 恒转矩特性．如图 22 中虚线所示，由于输出转矩 M2 为常量，因此，其输出功率与输出转速成正比变化，刚度系数 k=0，只要负载转矩大于其输出转矩时，输出转速立即下降，甚至引起打滑和运转中断，不能充分利用原动机的输入功率。 3.。