基于摩擦轮传动的无级变速器设计大学毕设论文.doc

基于摩擦轮传动的无级变速器设计第一章 绪论1.1 介绍精密机械是现代科学技术的基础，是仪器仪表工业的一个重要支柱随着生产和科学技术的不断发展，精密机械的应用范围越来越广泛国防、工业、农业、科技等国民经济部门乃至人们的日常生活都离不开它特别是20世纪80年代以后，由于微电子技术、信息科学、能源科学、材料科学、海洋工程、生物工程、宇航工业和智能机器人等新的科学技术的兴起，对机械的精度、质量和可靠性等提出了愈来愈高的要求，精密机械作为机械领域的一个分支被突现出来机械传动是精密机械中的一个极为重要的部分传动是指传递运动（增速、减速或改变运动的回转方向）和动力（力或力矩）机械传动是指采用机械的方式来实现运动和动力的传递依靠摩擦力传动的摩擦轮传动是回转-回转运动，也是力（功率）传动，主要用来传递动力，改变力或力矩的大小对它的要求主要是应保证足够的强度摩擦轮传动是两个相互压紧的滚轮，通过接触面间的摩擦力传递运动和动力的由于其结构简单、制造容易、运转平稳、噪声低，过载可以打滑（可防止设备中重要零部件的损坏），以及能连续平滑地调节其传动比，因而有着较大的应用范围，成为无级变速传动的主要元件但由于在运转中有滑动（弹性滑动、几何滑动与打滑），影响从动轮的旋转精度，传动效率较低，结构尺寸较大，作用在轴和轴承上的载荷大，多用于中小功率传动。

机械无极变速器是适合现今生产工艺流程机械化、自动化发展以及改善机械工作性能的一种通用传动装置它的研制在国外已有百余年的历史，初始阶段受条件限制，进展缓慢直到20世纪50年代以后，一方面随着科学技术的发展，在材质、工艺和润滑方面的限制因素相继解决，另一方面随着经济发展，需求迅速增加，相应地促进了机械无级变速器的研制和生产，使各种类型的系列产品快速增长并获得了广泛的应用国内机械无级变速器在20世纪60年代前后起步，基本上是作为一些专业机械，如纺织、机床及化工机械等的配套零部件，由专业机械厂进行仿制和生产，品种规格不多，产量不大直到80年代中期以后，大量引进国外各种先进设备，工业生产现代化以及自动流水线的迅速发展，对机械无级变速器在品种、规格和数量方面的需求都大幅度增加在这种形式下，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这方面的研究工作，短短十几年时间，系列产品已包括机械无级变速器现有的摩擦式、链式、带式和脉动式四大类及其各种主要结构型式，初步满足了生产发展的需要与此同时，学会、协会及情报网等组织相继建立，并先后制定了一系列的国家标准和行业标准，故机械无级变速器目前已发展成为机械领域中的一个新兴行业，在生产实践中如同齿轮、联轴器那样，已成为一种通用零部件，广泛应用于各种机械。

无级变速传动的正式名称应为无段变速传动，英文全称Continuouslv Variable Transmission，简称CVTCVT是真正无级化了，它的优点是重量轻，体积小，零件少，与自动变速器(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，不能承受较大的载荷，只能限用于在1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无级变速需要解决的两个技术问题就是转速的连续变化与在任意传动位置下的稳定运转满足这两个要求可以有多种传动方式：（1）利用柔性介质传动，如利用液体作传动介质的液力传动该种传动方式是一种组合传动方式，将中间充满液体的液力变矩器或液力耦合器置于发动机与变速箱之间，利用液体的柔性可使液力变矩器或液力耦合器的传动比在一定范围内变化，与有级的变速箱组合可实现相当范围的无级变速2）以电磁流为介质的传动，该种变速方式以电机调速为主体，有电磁滑差式、直流电动机式和交流电动机式3）摩擦传动，由于在摩擦传动中，主从动件之间的接触位置可以很容易的改变，利用这一特点可以连续改变传动比，所以摩擦式无级变速是目前应用最为广泛的一种变速方式。

4）脉动式无级变速，脉动式无级变速是以组合方式来实现无级变速，以连杆机构为主体，单向超越离合器为转速过滤装置，过滤出某一范围内的转速，这一范围之外的转速将不被输出，由于这种输出转速具有脉动性，所以称之为脉动式无级变速不同的实现方式将使对变速器的研究沿着不同的方向逐步向前发展柔性液体或电磁流为介质的传动方式导致对无级变速的研究朝着控制方向发展液力无级变速的实现途径是液力变矩器或液力耦合器，它们通常与齿轮变速箱组合齿轮变速箱是有级传动方式，而前者是无级的，在齿轮变速箱的两个传动比之间，液力变矩器（或耦合器）可实现转速的无级变化，因而实现无级传动这种传动方式需要考虑液力变矩器（或耦合器）的传动特性以及液力变矩器（或耦合器）与齿轮变速箱之间的协调控制，本质上是用液力变矩器来控制齿轮变速箱电磁流为介质的无级变速传动通常称为电力无级调速传动，又可分为直流传动和交流传动，这种无级变速方式涉及到电机控制领域，调速性能依赖于电机调速与控制水平由机构或纯机械构件实现无级变速的称为机械无级变速传动，目前所具有的传动形式主要有摩擦式和脉动式两种在机械设计基础理论中，机械传动的基本形式有摩擦传动、齿轮传动、带传动、链传动和机构传动等。

摩擦式无级变速器的传动方式就是由这些基本的传动方式演变组合而成，脉动式无级变速器是由机构组合而成摩擦式是最简单且最容易实现无级变速的一种传动方式，无级变速器的设计就是从摩擦式开始的滚轮平盘式是结构最简单的一种，滚轮为主动件，平盘是从动件，滚轮依靠其与平盘之间的摩擦力带动平盘转动，滚轮与平盘的接触位置可随意调整，传动半径也就相应改变，圆盘的角速度随之改变这种无级变速器结构简单，易于实现，可滚轮与圆盘的接触面积小，接触处的接触应力大，而且由于受结构尺寸的限制，变速范围小因而设计人员又提出一种新的结构，锥盘环盘式无级变速器，原理与前一种相同，只是接触面积增大，故可传递功率也相应有所增加，接着在锥盘环盘式的基础上又出现了多盘式，可进一步增大传动功率上述几种类型的无级变速器都是主从动件之间直接接触，依靠相互之间的摩擦力来传递动力的，没有使用中间滚动体，之后又出现了在主从动元件之间使用中间滚动体的无级变速器，称为中间元件式无级变速器中间元件的出现为无级变速器在机构方面的扩展提供了空间，也使无级变速器的设计开始步入了一个新的阶段钢球平盘式是最初形式，钢球外锥式和钢球内锥式是平盘式的改进，随后又开始改变滚动体的外形，如单滚锥平盘式、四滚锥平盘式等，最后滚动体和传动件的形状为实现某一目标都相应改变。

与直接传动式相比，中间元件的出现为设计开拓出一个更为广阔的空间尽管中间元件或传动元件可以有多种外形，可传动形式没有改变，只是简单形式的摩擦传动鉴于行星齿轮传动出现了以锥盘和环盘为太阳轮，中间滚动体为行星轮的行星式传动，在机构的组成上行星式传动无疑已向前迈了一大步，其变速范围大、输出特性好、承载能力高、结构紧凑、加压装置和操纵机构都比较简单由基本机械传动方式演变出来的无级变速器还有带式和链式无级变速器，与普通传动方式不同的是链式无级变速器也是摩擦传动带式传动由于结构简单，调速方便，金属带的出现解决了橡胶带寿命低，传递功率小的缺陷，因而在汽车尤其是高级轿车上得到了广泛应用非摩擦式无级变速器脉动式无级变速是摩擦式之外的一种机械无级变速方式，它的实现方式有点像电路中二极管对交流电的过滤方式，采用连杆（或其它类型）的机构组成一个相，由至少三个相组成一个无级变速机构，通过超越离合器的过滤作用，滤掉低于某一速度值的转速，输出符合单向离合器过滤条件的转速，由于这种传动方式速度波动比较大，因而称为脉动式目前对无级变速的研究主要沿着以下几个方向：液力无级变速，电机调速和机械式无级变速从研究与开发的领域来讲，液力与电机调速均可视为对控制系统的研究，其可开发领域与机械式无级变速器相比比较小，在液力变速器方面有关磁流变液无级变速器原理的论述，指明虽然中间介质采用了一种特殊的材料，基本传动形式没有质的改变，电机调速局限性也很大。

从机械式无级变速的发展历程来看，摩擦式无级变速器经过了直接传动式、中间元件式、进而还演变出了行星式无级变速器，在这一过程中，在每一个发展阶段，无级变速器的结构由简单到复杂，传动元件之间的接触面由简单的接触方式发展到为提高传动特性而改成更能相互适应的表面形状，加压和调速装置也在不断改进后来随着机械材料和加工工艺的改进使带式和链式无级变速也得以广泛应用摩擦式和液力无级变速器都存在传动效率低和功耗大等缺陷，且不能实现以精确传动比传动摩擦式无级变速不能传递大功率且有较大的摩擦损失，液力无级变速可传递功率比较大，却需付出传动效率低、功耗大和造价高等代价非摩擦式无级变速已经逐渐成为无级变速器未来发展的方向齿轮传动是一种最常用的机械传动方式，可在无级变速中却遇到了难以克服的困难而被拒之门外，齿轮传动无法实现无级变速，这也是人们最普遍的认识齿轮传动具有可靠性好、传动平稳、传动效率高等优点，就目前所具有的各种形式的齿轮传动而言，传动比相对固定，无法实现无级变速可这并不等于齿轮与无级变速无缘，改变齿形使之适合无级变速是人们一直在追求的方向，有人曾提出一种阿基米德螺线齿轮，齿形沿三维方向变化，以实现无级变速。

我们也可大胆设想，在圆锥面上使用一种非常规齿形，这种齿形在圆锥面上的排布满足以下几个要求：在确定的传动位置可以以稳定的传动比传动，齿数沿圆锥轴线方向递增，两传动元件之间的接触位置在传动过程中可沿圆锥轴线方向变化，由于圆锥的线速度沿轴线方向变化，因而实现无级变速我们也可设计一种柔性齿轮，在啮合过程中，齿轮的有效齿数可以根据需要调整，也可实现无级变速在机构方面，不同类型的机构加以组合变化也可实现无级变速重庆大学提出了一种新型无级变速器，是在原有脉动无级变速器基础上的一种改进，尽管距实际使用还有一段距离，可在机构设计方面无疑是一个很大的突破近年来，国际汽车制造商之所以纷纷选择在华投资兴建自动变速器企业，主要是由于经济、技术两个原因从经济角度上讲，国外企业来华生产自动变速器，可以大大降低其生产成本，从而使整车价格具有竞争力；从技术角度上讲，自动变速器是汽车的关键零部件，我们国家在自动变速器的生产上还处于初级阶段，高端自动变速器还无法大规模生产，没有能力为国外汽车制造商的在华合资企业提供配套生产服务，所以，他们选择自己在华投资兴建自动变速器企业根据润滑情况不同，传动可分为两种：其一是工作表面无润滑，其中一轮是组合的，即其轮殼是金属的，在轮殼上或轮缘表面固定有非金属材料（如皮革、橡胶、木材、混合织物等），虽有较高的摩擦系数，但允许的接触应力低，传递的功率较小。

另一种是两滚轮均为经过硬化处理的金属轮，工作在压力粘度指数很高的润滑剂中，接触区在高压下产生抗剪强度很高的润滑油膜，使其处于弹性流体润滑状态，从而产生了很大的牵引力，提高了传动装置的承载能力，后者又称为牵引传动摩擦式无级变速器是指利用主、从动刚性元件（或通过中间元件）在接触处产生的摩擦力或润滑油膜牵引力进行传动，并可通过改变其接触处的工作半径进行无级变速的变速器实用的摩擦式无级变速器基本型是各种变速传动机构为主体而组成的变速器一种变速传动机构可组成一类变速器，所以变速器的类型很多本设计为基于摩擦轮传动的无级变速器传动，摩擦轮传动是两个相互压紧的滚轮，通过接触面间的摩擦力传递运动和动力的由于其结构简单、制造容易、运转平稳、噪声低，过载可以打滑（可防止设备中重要零部件的损坏），以及能连续平滑地调节其传动比，因而有着较大的应用范围，成为无级变速传动的主要元件但由于在运转中有滑动（弹性滑动、几何滑动与打滑），影响从动轮的旋转精度，传动效率较低，结构尺寸较大，作用在轴和轴承上的载荷大，多用于中小功率传动1.2 摩擦轮传动的基本原理摩擦轮传动是利用主动轮与从动。