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无级变速器设计论文
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目录
第1章 绪 论
1.1无级变速器的简介
1.2无级变速器的分类
1.3机械无级变速器
1.3.1机械无级变速器的发展概况
1.3.2机械无级变速器的分类
1.3.3机械无级变速器的应用
第2章 变速器设计方案及论证
2.1变速器的设计要求
2.2变速器设计方案论证
2.2.1传动方案
2.2.2方案的分析
第3章 变速器主要参数的设计计算
3.1电机的选择
3.2齿轮的设计
3.2.1齿轮的设计要求
3.2.2齿轮的相关参数计算
3.3轴的直径的确定
3.4轴承的设计
3.5键的设计
3.6联轴器的选择
3.7设计零件的校核
3.7.1轴的校核
3.7.2轴承的校核
3.8箱体的设计
第4章 变速器的润滑与密封
第5章 变频器的调控分析
5.1变频器的简介
5.2变频器对电机的控制
第6章 结 论
参考文献:
致 谢
附录Ⅰ
摘要
随着我国现代工业的飞速发展，机械无级变速器的适用范围广，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，能更好适应各种机械的工况要求，使之效能最佳。在提高产品的产量与质量，适应变速需要，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，故无级变速器目前已成为一种基本的通用传动型式，应用于纺织、轻工、食品、包装、化工、机床、起重运输、矿山冶金、工程、农业、国防及实验等各类机械，已开发有各种类型并已系列化生产。因此可见研究重载领域中的无级变速器对于我国的重工业发展有着重要的意义。
设计的变速器其特点是：双输入，通过机械行星齿轮机构耦合单输出，以调节其中一个小功率输入来达到对输出的调节，从而能起到，减少耗费，节省能源和成本的效果，是一种用于重载领域行星式无级变速器。
本文主要介绍了机械式行星无级变速器的概述及其方案的确定、变速器主要参数的选择与主要零件的设计、变速器齿轮的强度计算与材料的选择、变速器轴的强度计算与校核。
关键词：行星无级变速器 结构设计 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 绪论
1.1 无级变速器的简介
无级变速指可以连续获得变速范围内任何传动比的变速系统，通过无级变速可以得到传动系与发动机工况的最佳匹配，常见的无级变速器有液力机械式无级变速器和金属带式无级变速器。
1.2无级变速器的分类
无级变速按传动方式可采用液体传动、电力传动和机械传动三种方式。
1、液体传动分为两类：一类是液压式，主要是由泵和马达组成或者由阀和泵组成的变速传动装置，适用于中小功率传动。另一类为液力式，采用液力耦合器或液力矩进行变速传动，适用于大功率（几百至几千千瓦）。 液体传动的主要特点是：调速范围大，可吸收冲击和防止过载，传动效率较高，寿命长，易于实现自动化：制造精度要求高，价格较贵，输出特性为恒转矩，滑动率较大，运转时容易发生漏油。
2、电力传动基本上分为三类：一类是电磁滑动式，它是在异步电动机中安装一电磁滑差离合器，通过改变其励磁电流来调速，这属于一种较为落后的调速方式。其特点结构简单，成本低，无级变速，操作维护方便：滑动最大，效率低，发热严重，不适合长期负载运转，故一般只用于小功率传动。 二类是直流电动机式，通过改变磁通或改变电枢电压实现调速。其特点是调速范围大，精度也较高，但设备复杂，成本高，维护困难，一般用于中等功率范围（几十至几百千瓦），现已逐步被交流电动机式替代。 三类是交流电动机式，通过变极、调压和变频进行调速。实际应用最多者为变频调速，即采用一变幅器获得变幅电源，然后驱动电动机变速。其特点是调速性能好、范围大、效率较高，可自动控制，体积小，适用功率范围宽：机械特性在降速段位恒转矩，低速时效率低且运转不够平稳，价格较高，维修需专业人员。近年来，变频器作为一种先进、优良的变速装置迅速发展，对机械无级变速器产生了一定的冲击。
3、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。
1.3机械无级变速器
1.3.1机械无级变速器的发展概况
机械无级变速器最初是在19世纪90年代出现的，至20世纪30年代以后才开始发展，但由于当时受材质与工艺方面的条件限制，进展缓慢。至20世纪50年代，尤其是70年代以后，一方面随着先进的冶炼和热处理技术，精密加工和数控机床以及牵引传动理论与油品的出现和发展，解决了研制和生产无级变速器的限制因素；另一方面，随着生产工艺流程实现机械化、自动化以及机械要改进工作性能，都需大量采用无级变速器。因此在这种形势下，机械无级变速器获得迅速和广泛的发展。主要研制和生产的国家有日本、德国、意大利、美国和俄罗斯等。产品有摩擦式、链式、带式及脉动式四大类约30多种结构型式。输入功率一般为N=(0.09-30)kw,个别类型可达到N=(150-175)kw,输入转速一般为n=(750、1500、3000)r/min;输出转速可以正、反转,增速或降速,最低转速可降低至零。自20世纪80年代以后,机械无级变速器的主要展趋向是美、日等国进行用于汽车的高速、高效、大转矩机械无级变速器的研制开发。
国内无级变速器是在20世纪60年代前后起步的，当时主要是作为专业机械配套零部件，由专业机械厂进行仿制和生产，例如用于纺织机械的齿链式，化工机械的多盘式以及切削机化工机械的多盘式以及切削机床的Kopp型无级变速器等,但品种规格不多，产量不大，年产量仅数千台。直到80年代中期以后，随着国外先进设备的大量引进，工业生产现代化及自动流水线的迅速发展，对各种类型机械无级变速器的需求大幅度增加，专业厂开始建立并进行规模化生产，一些高等院校也开展了该领域的研究工作。经过十几年发展,现在,国内机械无级变速器行业从研制、生产、到情报信息各方面已组成一较完整的体系,发展为机械领域中一个新兴行业。
1.3.2机械无级变速器的分类
机械无级变速器分为摩擦式、链式、带式和脉动式四大类。
（1）摩擦式无级变速器 变速传动机构由各种不同几何形状的刚性传动元件组成，利用主、从动件（或通过中间元件）在接触处产生的摩擦力进行传动，并通过改变接触处的工作半径实现无级变速。由于这类变速器除了利用摩擦力之外，还可以利用润滑油膜牵引力进行传动，故通常也把它称为牵引（式）传动。但是，牵引传动实际上只有当接触区处于液体润滑状态时才能实现。然而一般变速器大都处于混合润滑状态，达不到液体润滑状态要求，故它主要还是依靠摩擦力进行传动。
（2）链式无级变速器 变速传动机构由主、从动链轮及套于其上的刚质挠性链组成，利用链条左右两侧面与作为链轮的两锥盘接触位置和工作半径，从而实现无级变速。
（3）带式无级变速器 与链式变速器相似，它的变速传动机构是由作为主、从动带轮的两对锥盘及张紧在其上的传动带组成。其工作原理也是利用传动带左右两侧面与锥盘接触所产生的摩擦力进行传动，并通过改变两锥盘的轴向距离以调整它们与传动带的接触位置和工作半径，从而实现无级变速。
（4）脉动式无级变速器 变速机构主要由3~5相连杆机构组成，或者是连杆与凸轮和齿轮等机构的组合，其工作原理与连杆机构相同，但为了使输出轴能够获得连续的旋转运动，这里需配置输出机构（如超越离合器）。
1.3.3机械无级变速器的应用
机械无级变速器的适用范围广，在有驱动功率固定的情况下，因工作阻力变化而需要调节转速以生产相应的驱动力矩者（如化工行业中的搅拌机械，即要求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）；有为了获得恒定的工作速度或张力而需要调节速度者（如端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要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几皆需要调节转速以保持有恒定的张力等）；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）；有为探求获得最佳效益二需变换速度者（如实验机械或离心机需调速以获得最佳分离效果）；如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要求而进行速度调节以及实现自动或程序控制等。
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，能更好地适应各种机械的工况要求，使之效能最佳，在提高产品的产量与质量，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。故无级变速器目前已成为一种基本的通用式，应用于纺织、轻工、食品、包装、化工、机床、起重运输、矿山冶金、工程、农业、国防及实验等各类机械，已开发有各种类型并已系列化生产。
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