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無級(jí)變速器設(shè)計(jì)論文
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目錄
第1章 緒 論
1.1無級(jí)變速器的簡介
1.2無級(jí)變速器的分類
1.3機(jī)械無級(jí)變速器
1.3.1機(jī)械無級(jí)變速器的發(fā)展概況
1.3.2機(jī)械無級(jí)變速器的分類
1.3.3機(jī)械無級(jí)變速器的應(yīng)用
第2章 變速器設(shè)計(jì)方案及論證
2.1變速器的設(shè)計(jì)要求
2.2變速器設(shè)計(jì)方案論證
2.2.1傳動(dòng)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(jì)計(jì)算
3.1電機(jī)的選擇
3.2齒輪的設(shè)計(jì)
3.2.1齒輪的設(shè)計(jì)要求
3.2.2齒輪的相關(guān)參數(shù)計(jì)算
3.3軸的直徑的確定
3.4軸承的設(shè)計(jì)
3.5鍵的設(shè)計(jì)
3.6聯(lián)軸器的選擇
3.7設(shè)計(jì)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(jì)
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(duì)電機(jī)的控制
第6章 結(jié) 論
參考文獻(xiàn):
致 謝
附錄Ⅰ
摘要
隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)械無級(jí)變速器的適用范圍廣，采用無級(jí)變速器，尤其是配合減速傳動(dòng)時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大其變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩，能更好適應(yīng)各種機(jī)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(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等各方面皆具有顯著的效果，故無級(jí)變速器目前已成為一種基本的通用傳動(dòng)型式，應(yīng)用于紡織、輕工、食品、包裝、化工、機(jī)床、起重運(yùn)輸、礦山冶金、工程、農(nóng)業(yè)、國防及實(shí)驗(yàn)等各類機(jī)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(jí)變速器對(duì)于我國的重工業(yè)發(fā)展有著重要的意義。
設(shè)計(jì)的變速器其特點(diǎn)是：雙輸入，通過機(jī)械行星齒輪機(jī)構(gòu)耦合單輸出，以調(diào)節(jié)其中一個(gè)小功率輸入來達(dá)到對(duì)輸出的調(diào)節(jié)，從而能起到，減少耗費(fèi)，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(jí)變速器。
本文主要介紹了機(jī)械式行星無級(jí)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(jì)、變速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算與材料的選擇、變速器軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核。
關(guān)鍵詞：行星無級(jí)變速器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jí)變速器的簡介
無級(jí)變速指可以連續(xù)獲得變速范圍內(nèi)任何傳動(dòng)比的變速系統(tǒng)，通過無級(jí)變速可以得到傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配，常見的無級(jí)變速器有液力機(jī)械式無級(jí)變速器和金屬帶式無級(jí)變速器。
1.2無級(jí)變速器的分類
無級(jí)變速按傳動(dòng)方式可采用液體傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)三種方式。
1、液體傳動(dòng)分為兩類：一類是液壓式，主要是由泵和馬達(dá)組成或者由閥和泵組成的變速傳動(dòng)裝置，適用于中小功率傳動(dòng)。另一類為液力式，采用液力耦合器或液力矩進(jìn)行變速傳動(dòng)，適用于大功率（幾百至幾千千瓦）。 液體傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是：調(diào)速范圍大，可吸收沖擊和防止過載，傳動(dòng)效率較高，壽命長，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：制造精度要求高，價(jià)格較貴，輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩，滑動(dòng)率較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生漏油。
2、電力傳動(dòng)基本上分為三類：一類是電磁滑動(dòng)式，它是在異步電動(dòng)機(jī)中安裝一電磁滑差離合器，通過改變其勵(lì)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(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無級(jí)變速，操作維護(hù)方便：滑動(dòng)最大，效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，不適合長期負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，故一般只用于小功率傳動(dòng)。 二類是直流電動(dòng)機(jī)式，通過改變磁通或改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其特點(diǎn)是調(diào)速范圍大，精度也較高，但設(shè)備復(fù)雜，成本高，維護(hù)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(dòng)機(jī)式替代。 三類是交流電動(dòng)機(jī)式，通過變極、調(diào)壓和變頻進(jìn)行調(diào)速。實(shí)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(dòng)電動(dòng)機(jī)變速。其特點(diǎn)是調(diào)速性能好、范圍大、效率較高，可自動(dòng)控制，體積小，適用功率范圍寬：機(jī)械特性在降速段位恒轉(zhuǎn)矩，低速時(shí)效率低且運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)，價(jià)格較高，維修需專業(yè)人員。近年來，變頻器作為一種先進(jìn)、優(yōu)良的變速裝置迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)械無級(jí)變速器產(chǎn)生了一定的沖擊。
3、機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn)主要是：轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，滑動(dòng)率小，工作可靠，具有恒功率機(jī)械特性，傳動(dòng)效率較高，而且結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，價(jià)格相對(duì)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(dòng)。
1.3機(jī)械無級(jí)變速器
1.3.1機(jī)械無級(jí)變速器的發(fā)展概況
機(jī)械無級(jí)變速器最初是在19世紀(jì)90年代出現(xiàn)的，至20世紀(jì)30年代以后才開始發(fā)展，但由于當(dāng)時(shí)受材質(zhì)與工藝方面的條件限制，進(jìn)展緩慢。至20世紀(jì)50年代，尤其是70年代以后，一方面隨著先進(jìn)的冶煉和熱處理技術(shù)，精密加工和數(shù)控機(jī)床以及牽引傳動(dòng)理論與油品的出現(xiàn)和發(fā)展，解決了研制和生產(chǎn)無級(jí)變速器的限制因素；另一方面，隨著生產(chǎn)工藝流程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化以及機(jī)械要改進(jìn)工作性能，都需大量采用無級(jí)變速器。因此在這種形勢(shì)下，機(jī)械無級(jí)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?zhǔn)健郊懊}動(dòng)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(gè)別類型可達(dá)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(jì)80年代以后,機(jī)械無級(jí)變速器的主要展趨向是美、日等國進(jìn)行用于汽車的高速、高效、大轉(zhuǎn)矩機(jī)械無級(jí)變速器的研制開發(fā)。
國內(nèi)無級(jí)變速器是在20世紀(jì)60年代前后起步的，當(dāng)時(shí)主要是作為專業(yè)機(jī)械配套零部件，由專業(yè)機(jī)械廠進(jìn)行仿制和生產(chǎn)，例如用于紡織機(jī)械的齒鏈?zhǔn)剑C(jī)械的多盤式以及切削機(jī)化工機(jī)械的多盤式以及切削機(jī)床的Kopp型無級(jí)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(tái)。直到80年代中期以后，隨著國外先進(jìn)設(shè)備的大量引進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動(dòng)流水線的迅速發(fā)展，對(duì)各種類型機(jī)械無級(jí)變速器的需求大幅度增加，專業(yè)廠開始建立并進(jìn)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(jī)械無級(jí)變速器行業(yè)從研制、生產(chǎn)、到情報(bào)信息各方面已組成一較完整的體系,發(fā)展為機(jī)械領(lǐng)域中一個(gè)新興行業(yè)。
1.3.2機(jī)械無級(jí)變速器的分類
機(jī)械無級(jí)變速器分為摩擦式、鏈?zhǔn)健胶兔}動(dòng)式四大類。
（1）摩擦式無級(jí)變速器 變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由各種不同幾何形狀的剛性傳動(dòng)元件組成，利用主、從動(dòng)件（或通過中間元件）在接觸處產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，并通過改變接觸處的工作半徑實(shí)現(xiàn)無級(jí)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(jìn)行傳動(dòng)，故通常也把它稱為牽引（式）傳動(dòng)。但是，牽引傳動(dòng)實(shí)際上只有當(dāng)接觸區(qū)處于液體潤滑狀態(tài)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。然而一般變速器大都處于混合潤滑狀態(tài)，達(dá)不到液體潤滑狀態(tài)要求，故它主要還是依靠摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)。
（2）鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器 變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主、從動(dòng)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(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。
（3）帶式無級(jí)變速器 與鏈?zhǔn)阶兯倨飨嗨疲淖兯賯鲃?dòng)機(jī)構(gòu)是由作為主、從動(dòng)帶輪的兩對(duì)錐盤及張緊在其上的傳動(dòng)帶組成。其工作原理也是利用傳動(dòng)帶左右兩側(cè)面與錐盤接觸所產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，并通過改變兩錐盤的軸向距離以調(diào)整它們與傳動(dòng)帶的接觸位置和工作半徑，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。
（4）脈動(dòng)式無級(jí)變速器 變速機(jī)構(gòu)主要由3~5相連桿機(jī)構(gòu)組成，或者是連桿與凸輪和齒輪等機(jī)構(gòu)的組合，其工作原理與連桿機(jī)構(gòu)相同，但為了使輸出軸能夠獲得連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這里需配置輸出機(jī)構(gòu)（如超越離合器）。
1.3.3機(jī)械無級(jí)變速器的應(yīng)用
機(jī)械無級(jí)變速器的適用范圍廣，在有驅(qū)動(dòng)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(dòng)力矩者（如化工行業(yè)中的攪拌機(jī)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(yùn)輸機(jī)械要求隨物料及運(yùn)行區(qū)段的變化而能相應(yīng)改變提升或運(yùn)行速度，食品機(jī)械中的烤干機(jī)或制藥機(jī)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(jī)床加工時(shí)需保持恒定的切削線速度，電工機(jī)械中的繞線機(jī)需要保持恒定的卷繞速度，紡織機(jī)械中的漿紗機(jī)及輕工機(jī)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(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)速度以及需要配合自動(dòng)控制者（如各種各樣半自動(dòng)或自動(dòng)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(shí)驗(yàn)機(jī)械或離心機(jī)需調(diào)速以獲得最佳分離效果）；如有為節(jié)約能源而需進(jìn)行調(diào)速者（如風(fēng)機(jī)、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(jìn)行速度調(diào)節(jié)以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或程序控制等。
綜上所述，可以看出采用無級(jí)變速器，尤其是配合減速傳動(dòng)時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大其變速范圍與輸出轉(zhuǎn)矩，能更好地適應(yīng)各種機(jī)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(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化等各方面皆具有顯著的效果。故無級(jí)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(jī)床、起重運(yùn)輸、礦山冶金、工程、農(nóng)業(yè)、國防及實(shí)驗(yàn)等各類機(jī)械，已開發(fā)有各種類型并已系列化生產(chǎn)。
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