乘用車無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要液壓控制系統(tǒng)是通過控制金屬帶輪的夾緊力來實(shí)現(xiàn)無級(jí)自動(dòng)變速器速比調(diào)節(jié)的,其設(shè)計(jì)方法是開發(fā)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一.在分析了金屬帶式無級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上,通過對(duì)汽車典型行駛工況的仿真分析,提出了無級(jí)自動(dòng)變速液壓控制系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)速比變化率的設(shè)計(jì)方法,完成了液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì),并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,從而為無級(jí)自動(dòng)變速汽車的研制開發(fā)奠定了基礎(chǔ).針對(duì)無級(jí)變速器電液控制系統(tǒng)的工作要求，應(yīng)用數(shù)字比例控制技術(shù)設(shè)計(jì)了可用作無級(jí)變速器中夾緊力控制閥的數(shù)字調(diào)壓閥。介紹了該數(shù)字調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)其進(jìn)行了靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該數(shù)字調(diào)壓閥的控制精度及可靠性

2、高，能滿足金屬帶式無級(jí)變速器電液控制系統(tǒng)的要求。關(guān)鍵詞:無級(jí)變速傳動(dòng)；液壓系統(tǒng)；無級(jí)變速器；電液控制系統(tǒng)；數(shù)字調(diào)壓閥ABSTRACT The design method on the hydraulic control system is one of the key technologies of a metal V-belt continuously variable transmission(CVT).It can change the ratio of the transmission system by adjusting thepu-Shing force of the pulle

3、y.By analyzing the structure characteristics andForce relationgs,the design method of an important parameter of the CVTHydranlic system and the rate of transmission ratio are put forward by Simulation to the emblematical driving models. The structure parametersOf hydraulic system is gotten and valid

4、ated by simulation on specific Driving model. An effective design method is provided to develop the co-ntinuously variable transmission system.In terms of working requirements of the electric-hydraulic controlSystem of continuous variable transmissions,the ditital pressure regulator valve,which can

5、be used as the clamping force valve of CVT,is designed with the digital proportional control technology .The st-Ructure of the digital pressure regulator valve and design method forDrivers is introduced. Tests of static characteristics and dynamic cha-racteristics of digital pressure regulator valve

6、 is high, it can meetrequirements of the electric-hydraulic control system of system of metalv-belt type continuous variable transmission.Key words:Continuously variable transmission；Hydraulic system；Electric-hydraulic control system；Digital pressure regulator valve目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景研究目

7、的及意義11.2 乘用車無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)21.3 設(shè)計(jì)的主要工作21.3.1主要設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3.2主要技術(shù)指標(biāo)、要求3第2章 乘用車無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42.1 液壓系統(tǒng)概述42.1.1 液壓系統(tǒng)的組成和型式42.1.2 液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)42.1.3 液壓傳動(dòng)與控制的優(yōu)缺點(diǎn)42.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)52.2.1 明確設(shè)計(jì)要求52.2.2 總體規(guī)劃、確定液壓執(zhí)行元件52.2.3 確定系統(tǒng)的工作壓力52.2.4 方案選擇62.3 本章小結(jié)6第3章 無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)73.1 金屬帶式無級(jí)變速器帶傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)73.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算123.2.1 主動(dòng)軸的設(shè)

8、計(jì)123.2.2 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)133.3 軸和軸承的校核143.2.1 軸的校核143.3.2 軸承的校核173.4 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)203.5 本章小結(jié)20第4章 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算214.1 油缸選型確定214.2 液壓缸主要尺寸的確定214.2.1液壓缸工作壓力的確定214.2.2液壓缸內(nèi)徑D224.2.3液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算224.2.4液壓缸工作行程的確定234.3 液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核244.3.1鋼筒壁厚的校核244.4 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)254.4.1缸體與缸蓋的連接形式254.4.2密封裝置254.4.3液壓缸的緩沖裝置254.4.4液壓缸的排氣裝置264.5 本章小結(jié)27第

9、5章 數(shù)字調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)285.1 數(shù)字調(diào)壓閥的理論基礎(chǔ)285.1.1液阻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概述285.1.2 橋液阻網(wǎng)絡(luò)285.2 數(shù)字調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理295.3 數(shù)字調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)325.3.1 幾何尺寸確定：335.4 數(shù)字調(diào)壓閥驅(qū)動(dòng)裝置的選擇355.5 數(shù)字調(diào)壓閥的試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)365.6 本章小結(jié)36第6章 液壓系統(tǒng)控制元件及輔助元件的選擇376.1 液壓泵的選用376.2 方向控制閥的選擇376.3 壓力控制閥376.4 流量控制閥的選擇386.5 液壓輔助元件的選用386.5.1油箱386.5.2濾油器386.5.3管件及接頭396.6 本章小結(jié)39結(jié)論40參考文獻(xiàn)41致謝42附錄43

10、第1章 緒 論1.1 課題背景研究目的及意義 隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，人類生活節(jié)奏的加快，活動(dòng)空間的迅速增加，汽車已經(jīng)深入到人類社會(huì)的各個(gè)方面，成為現(xiàn)代化文明社會(huì)不可缺少的東西。汽車工業(yè) 歷經(jīng)百余年取得了巨大的發(fā)展，究其原因，主要有兩點(diǎn)：首先是科學(xué)技術(shù)的不斷 進(jìn)步，給汽車工業(yè)的發(fā)展提供了必要的物質(zhì)條件；其次是汽車工業(yè)本身為了不斷 適應(yīng)各個(gè)時(shí)期的社會(huì)背景（能源危機(jī)和環(huán)境污染等），滿足人們對(duì)汽車使用性能的更高要求，在技術(shù)上不斷改革、創(chuàng)新。因此汽車的發(fā)展歷史，間接的記錄了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)背景的改變和人類不斷實(shí)現(xiàn)完美追求的歷史。汽車是人類文 明發(fā)展的標(biāo)志，它的發(fā)展必須符合人類社會(huì)的發(fā)展要求。 節(jié)約能源

11、，保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類發(fā)展的主題。而全球數(shù)以千萬計(jì)的汽車已經(jīng)成為能源消耗和環(huán)境污染的一個(gè)主要的因素。迫于能源危機(jī)和環(huán)境污染的壓力，世界許多國(guó)家或地區(qū)都制定了嚴(yán)格的法規(guī)，力圖降低汽車的排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。因此采取措施，應(yīng)用新技術(shù)，降低汽車能源消耗和減少廢氣排放已成為汽車的發(fā)展方向之一。汽車傳動(dòng)系設(shè)計(jì)性能的好壞直接關(guān)系到整車主要的性能指標(biāo)，所以,為了達(dá)到節(jié)能與降低排放的目的，研究與改進(jìn)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，大力發(fā)展和應(yīng)用速比能夠連續(xù)變化且具有等功率供應(yīng)特性的無級(jí)變速液壓系統(tǒng)（CVT）將不失為一種理想的選擇。 無級(jí)變速器(CVT)液壓系統(tǒng)由液壓泵供油、系統(tǒng)的壓力由壓力控制閥(比例溢流閥)調(diào)節(jié)，它直接作用在

12、從動(dòng)輪液壓缸內(nèi)，變速器的速比由速比控制閥(位置伺服閥)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)主動(dòng)輪液壓缸內(nèi)的壓力。在控制系統(tǒng)中，主、從動(dòng)輪液壓缸內(nèi)的壓力由壓力傳感器測(cè)量，測(cè)量信號(hào)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換輸入給單片機(jī)，單片機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)DA、驅(qū)動(dòng)放大去控制比例溢流閥，從而控制主、從動(dòng)輪液壓缸內(nèi)的壓力變化，該控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)為發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，輸出信號(hào)為兩個(gè)液壓缸的位移，控制規(guī)律由單片機(jī)產(chǎn)生，液壓系統(tǒng)的比例溢流閥、減壓閥、位置伺服閥、液壓缸、安全閥等液壓元件全部集成在閥體上，輸入信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、傳至單片機(jī)，單片機(jī)產(chǎn)生控制規(guī)律控制主、從動(dòng)輪液壓執(zhí)行缸的位移，以便改變帶輪的傳動(dòng)比。位移及壓力傳感器將信號(hào)反饋到輸

13、入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較形成負(fù)反饋控制，該系統(tǒng)為多輸人多輸出系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)見圖1.11。圖1.11.2乘用車無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)無級(jí)變速器 (CVT)的裝車使用只有十幾年的時(shí)間，但是CVT技術(shù)的發(fā)展已有100多年的歷史。目前，市場(chǎng)上的CVT有三種產(chǎn)品：P821型，采用電磁離合器作為起動(dòng)裝置，機(jī)一液或電一液控制系統(tǒng)，以外齒輪泵作為液壓源，實(shí)用于發(fā)動(dòng)機(jī)排量在1.3L以下的小型轎車；P811型實(shí)用于發(fā)動(dòng)機(jī)排量在1.8L以下的中型轎車；P844型，采用新型金屬傳動(dòng)帶，將液力變矩器與CVT綜合，全電子控制系統(tǒng)，實(shí)用于發(fā)動(dòng)機(jī)排量在3.3以下的豪華轎車。日本在研制CVT的初期，即將電子控制技術(shù)

14、與CVT技術(shù)結(jié)合，成功地開發(fā)出電子控制技術(shù)的CVT，即ECVT，陸續(xù)裝在Rex，Sambar和Justy上3。 我國(guó)對(duì)無級(jí)變速液壓系統(tǒng)的研究工作是近幾年才開始的，而且是針對(duì)金屬帶式無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)進(jìn)行的研究，目前尚處于理論研究階段。北京理工大學(xué)對(duì)金屬帶傳動(dòng)機(jī)理的研究做了一些研究，但是還只是停留在定傳動(dòng)比的穩(wěn)態(tài)分析階段；東北大學(xué)致力于金屬帶的研究與開發(fā)；華南理工大學(xué)對(duì)CVT的液壓系統(tǒng)控制進(jìn)行了一些理論研究；吉林大學(xué)在金屬帶的傳動(dòng)機(jī)理、傳動(dòng)系的匹配規(guī)律、金屬帶式無級(jí)變速器的特性分析及液壓控制等方面的研究取的了初步的進(jìn)展，并與東風(fēng)汽車集團(tuán)公司合作開發(fā)出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)CVT裝置，并成功的在吉林大學(xué)自主

15、開發(fā)的CVT實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了一系列的液壓系統(tǒng)的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，取得了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1.3設(shè)計(jì)的主要工作1.3.1主要設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)的主要工作是在眾多的無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)的方案中選擇一種能夠適應(yīng)于乘用車無級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)。（1）查閱、分析相關(guān)資料，熟悉汽車變速器液壓系統(tǒng)的工作原理及各項(xiàng)參數(shù)，選出適合轎車的無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)。結(jié)合變速器的傳動(dòng)方式和給定設(shè)計(jì)參數(shù)，論證分析確定最優(yōu)傳動(dòng)方案。（2）依據(jù)給定參數(shù)設(shè)計(jì)金屬帶式無級(jí)變速器液壓控制系統(tǒng)，包括：動(dòng)力部分、控制部分、執(zhí)行部分和輔助部分。1）帶傳動(dòng)所需夾緊力的計(jì)算；2）液壓元件的選用；3）執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)；4）調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)（3）應(yīng)用AUTOCAD2007軟

16、件對(duì)整個(gè)無級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。1.3.2主要技術(shù)指標(biāo)、要求額定功率：75/6000（）；最大扭矩：135/4500（）；調(diào)壓閥的性能參數(shù)：公稱壓力：6Mpa、卸荷壓力：0.4Mpa、公稱流量：60L/min、調(diào)壓范圍：0.5-6Mpa。第2章 乘用車無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1液壓系統(tǒng)概述2.1.1液壓系統(tǒng)的組成和型式為實(shí)現(xiàn)某種規(guī)定功能，由液壓元件構(gòu)成的組合，叫液壓回路。液壓回路按給定的用途和要求組成的整體，叫做液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)通常由三個(gè)功能部分和輔助裝置組成，見表2-1。液壓系統(tǒng)按液流循環(huán)方式有開式和閉式兩種。表2-14 液壓系統(tǒng)的組成動(dòng)力部分控制部分執(zhí)行部分輔助裝

17、置液壓泵用以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能，有時(shí)也將蓄能器作為緊急或輔助動(dòng)力源各類壓力、流量，方向等控制閥2用以實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度、方向、作用力等的控制，也用于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、程序控制等液壓缸、液壓馬達(dá)等 用以將液體壓力轉(zhuǎn)換成機(jī)械能管道、蓄能器、過濾器、油箱、冷卻器、加熱器、壓力表、流量計(jì)等2.1.2液壓系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)表2-25液壓系統(tǒng)的類型特 點(diǎn)按主要用途分液壓傳動(dòng)系統(tǒng)以傳遞動(dòng)力為主液壓控制系統(tǒng)注重信息傳遞，以達(dá)到液壓元件運(yùn)動(dòng)參數(shù)的準(zhǔn)確控制為主按控制方法分開關(guān)控制系統(tǒng)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)的或?qū)Ｓ玫拈_關(guān)式液壓元件組成，控制元件運(yùn)動(dòng)參數(shù)的控制精度較低伺服控制系統(tǒng)傳動(dòng)部分或控制部分采用液壓伺服機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，執(zhí)

18、行元件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)能夠精確控制比例控制系統(tǒng)傳動(dòng)部分或者控制部分采用電液比例元件的系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)控制部分采用電液數(shù)字控制閥的系統(tǒng)2.1.3液壓傳動(dòng)與控制的優(yōu)缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)1）同其他傳動(dòng)方式比較，傳動(dòng)效率相同，液壓傳動(dòng)裝置的重量輕，體積緊湊。2）可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，調(diào)速范圍大。3）運(yùn)動(dòng)件的慣性小，能夠頻繁迅速換向：傳動(dòng)工作平穩(wěn)：系統(tǒng)容易是實(shí)現(xiàn)緩沖吸震，并能自動(dòng)防止過載。4）與電氣配合，容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作也操作自動(dòng)化：與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)控制工作。5）元件已基本上系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，利于CAD技術(shù)的應(yīng)用，提高工效，降低成本。(2)缺點(diǎn)1）容易產(chǎn)生泄露，污染環(huán)境。2）因有泄露和彈性變形大

19、，不易做到精確的定比傳動(dòng)。3）系統(tǒng)內(nèi)容易混入空氣，會(huì)引起爬行，噪聲和振動(dòng)。4）適用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動(dòng)小5）故障診斷與排除要求較高技術(shù)。2.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)就是液壓設(shè)備的一個(gè)組成部分，它與主機(jī)的關(guān)系密切。其設(shè)計(jì)要求，一般是必須從實(shí)際出發(fā)，重視調(diào)查研究，注意吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，力求做到設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)重量輕、體積小、效率高、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作和維護(hù)保養(yǎng)方便、經(jīng)濟(jì)性好。設(shè)計(jì)步驟大致如下。2.2.1 明確設(shè)計(jì)要求（1）明確主機(jī)用途、操作過程、周期時(shí)間、工作特點(diǎn)、性能指標(biāo)和作業(yè)環(huán)境的要求。（2）明確液壓系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)形式，執(zhí)行元件的載荷特性和對(duì)速度的要求。（3）動(dòng)作的順序、控制精度、

20、自動(dòng)化程度和連鎖要求。（4）防塵、防寒、防爆、噪聲控制要求。（5）效率、成本、經(jīng)濟(jì)性和可靠性要求等。2.2.2 總體規(guī)劃、確定液壓執(zhí)行元件 液壓執(zhí)行元件的類型、數(shù)量、安裝位置和與主機(jī)的連接關(guān)系，對(duì)主機(jī)的設(shè)計(jì)有很大的影響，所以，在考慮液壓設(shè)備的總體方案時(shí)，確定液壓執(zhí)行元件與確定主機(jī)整體結(jié)構(gòu)布局是 同時(shí)進(jìn)行的。2.2.3確定系統(tǒng)的工作壓力系統(tǒng)工作壓力由設(shè)備類型、載荷大小、結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)水平而定。系統(tǒng)工作壓力高，省材料，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，是液壓的發(fā)展方向，但要注意泄漏、噪聲控制和可靠性問題的處理。2.2.4方案選擇 本設(shè)計(jì)的方案是針對(duì)金屬帶式無級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的2.3本章小結(jié) 此章是本設(shè)計(jì)

21、較重要的一章，其主要內(nèi)容是針對(duì)本次設(shè)計(jì)的無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)的方案選擇，使其設(shè)計(jì)合理化。第3章 無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)3.1 金屬帶式無級(jí)變速器帶傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)1、確定傳動(dòng)比確定：確定要求的最大變速比、最小傳動(dòng)比和變速范圍，設(shè)計(jì)給定的參數(shù)，初步確定最小傳動(dòng)比，則最大傳動(dòng)比。2、確定帶輪安裝軸徑和帶輪最小工作半徑根據(jù)輸入轉(zhuǎn)矩初步確定安裝軸徑，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： （實(shí)心軸） （3.1） （空心軸） （3.2）式中各參數(shù)：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位：；軸所受的扭矩，單位：；軸的抗扭截面系數(shù)，單位：；計(jì)算截面處軸的直徑，單位：；空心軸的內(nèi)徑與外徑的比值，； 空心軸的外徑，單位：；空心軸的內(nèi)徑，單位：；許

22、用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位：。即主動(dòng)軸傳遞的最大扭矩為，從動(dòng)軸傳遞的最大扭矩為。取軸的材料均為40Cr，查表知=2545。由于金屬帶式無級(jí)變速機(jī)構(gòu)中，軸必須是半空心軸，中空部分用來做液壓油路，取，按公式(3.2)主動(dòng)軸的最小允許直徑： (3 .3)從動(dòng)軸的最小允許直徑： (3 .4)由于從動(dòng)軸的最小允許直徑比較大，按從動(dòng)軸的最小允許直徑計(jì)算，一般設(shè)計(jì)時(shí)都主、從帶輪軸徑相等，初定，所以錐盤允許的最小工作半徑： (3 .5)與金屬片的結(jié)構(gòu)有關(guān)是為了保證金屬帶傳動(dòng)的最小節(jié)圓，摩擦片下端不與帶輪軸相碰，取；則 (3 .6)金屬帶的結(jié)構(gòu)決定了帶輪的工作半徑與節(jié)圓半徑不重合（圖3.1），金屬帶傳動(dòng)的節(jié)圓半徑與帶輪

23、最小工作半徑的關(guān)系為：與摩擦片的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，取;則由于要求的最大和最小傳動(dòng)比為和，因?yàn)?(3.7)圖3.1 帶輪徑向尺寸參數(shù)所以帶輪的最大節(jié)圓半徑為： ( 3.8)則主、從帶輪的外徑為： (3.9)目的是保證金屬帶傳動(dòng)節(jié)圓最大時(shí)，鋼帶環(huán)仍處于帶輪V形槽內(nèi)，取。3、初估中心距 (3.10)4、初估金屬帶環(huán)的長(zhǎng)度 (3.11)所以則 5、根據(jù)初步確定的金屬帶環(huán)的長(zhǎng)度和中心距按所確定的金屬片側(cè)邊與錐盤母線的共軛關(guān)系調(diào)整金屬帶環(huán)的長(zhǎng)度為，其實(shí)主、從動(dòng)帶輪的尺寸并不一致，這是因?yàn)樗x定的傳動(dòng)的增、減速比分別為0.4和2.64，不成倒數(shù)關(guān)系，主動(dòng)輪的最小半徑要小于從動(dòng)輪的最小半徑，這樣可以有效的減小結(jié)構(gòu)

24、尺寸。調(diào)整初估的參數(shù)，取、，取。則可以得到、這樣，當(dāng)變速器減速工作時(shí)，帶輪工作半徑：、；可動(dòng)錐盤的軸向位移：； (3.12)當(dāng)變速器加速工作時(shí)，帶輪的工作半徑：、，則可動(dòng)錐盤的軸向位移：。 (3.13)當(dāng)變速器減速狀態(tài)帶輪工作半徑： 可移動(dòng)錐盤軸向位移： (3.14)當(dāng)變速器加速狀態(tài)帶輪工作半徑： 可移動(dòng)錐盤軸向位移： (3.15)所以變速器的變速范圍 變速比6、確定主、從動(dòng)帶輪的外徑，并驗(yàn)算中心距。 (3.16) (3.17)其中為主、從兩帶輪安裝后邊緣之間的間隙，中心距與初估尺寸一致，說明上一步的設(shè)計(jì)正確的，確定錐盤母線及各項(xiàng)參數(shù)可得。7、校核金屬帶環(huán)的強(qiáng)度金屬帶環(huán)的厚度為：金屬帶環(huán)的寬度

25、為：金屬帶環(huán)的層數(shù)為：金屬帶環(huán)許用疲勞強(qiáng)度極限為：帶環(huán)的初拉應(yīng)力為： (3.18)帶的緊邊拉力為： (3.19) 帶的緊邊拉應(yīng)力：(3.20)鋼帶環(huán)的彎曲應(yīng)力： (3.21)鋼帶環(huán)的最大拉應(yīng)力： (3.22)確定錐盤的軸向壓： (3.23)3.2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)中軸的設(shè)計(jì)理念就是結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：（1）軸應(yīng)便于加工，軸上零件應(yīng)易于安裝、調(diào)整和拆卸(制造安裝要求)；（2）軸的受力要合理，應(yīng)力集中?。唬?）軸上零件應(yīng)定位準(zhǔn)確、固定可靠；（4）軸的加工工藝性好。各軸的設(shè)計(jì)基本相同， 本節(jié)主要是針對(duì)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸設(shè)計(jì)3.2.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)根據(jù)軸向定

26、位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度：（1）由于主動(dòng)軸的最小直徑為，首先確定、和，由于金屬帶的傳動(dòng)半徑，取段直徑為，長(zhǎng)度為，錐盤的頂圓寬度和的錐度確定；為了保證滾珠滑道結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度保證傳動(dòng)強(qiáng)度，取段為，。初步選擇滾動(dòng)軸承，因?yàn)橹鲃?dòng)軸上只承受徑向力，而且整軸采用左側(cè)完全定位，所以左側(cè)選擇0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球軸承6207和6208，尺寸分別，并根據(jù)軸承相對(duì)機(jī)體留有一定的距離，所以取。（2）軸上各零件周向定位方法的選擇動(dòng)錐盤與軸的周向定位采用滾子滑道結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)接。根據(jù)，選擇滑道的長(zhǎng)度為60mm，滾子直徑為5mm，為了保證傳動(dòng)強(qiáng)度，采用三個(gè)滑道沿圓周均勻分布。（3）軸上倒角和圓角的尺寸，按照下表3

27、.1進(jìn)行選擇：表3.1 零件倒角C和圓角半徑R的推薦值 mm直徑C或R1.21.62.02.53.0圖3.2 主動(dòng)軸設(shè)計(jì)原理圖3.2.2從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)1、根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度：由于從動(dòng)軸的最小直徑為，首先確定、和、，由于金屬帶的傳動(dòng)半徑，取、段直徑分別為、，長(zhǎng)度為、，錐盤的頂圓寬度和的錐度確定；為了保證滾珠滑道結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度來保證傳動(dòng)強(qiáng)度，取段為。初步選擇滾動(dòng)軸承，因?yàn)閺膭?dòng)軸上既承受軸向力也承受徑向力，而且整軸采用左側(cè)完全定位，所以左側(cè)選擇兩個(gè)0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的圓錐滾子軸承32208反向安裝，其尺寸為，并根據(jù)軸承相對(duì)機(jī)體留有一定的距離。右側(cè)選擇圓錐滾子軸承32207，其尺

28、寸根據(jù)從動(dòng)軸和中間軸的軸向相對(duì)安裝尺寸進(jìn)行調(diào)整，取段長(zhǎng)度。對(duì)于段，；由同理裝配軸承可知。2、軸上各零件周向定位方法的選擇（1）動(dòng)錐盤與軸的周向定位采用滾子滑道結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)接。根據(jù)，選擇滑道的長(zhǎng)度為50mm,滾子直徑為5mm，為了保證傳動(dòng)強(qiáng)度，采用三個(gè)滑道沿圓周均勻分布。齒輪與軸的周向定位選擇平鍵聯(lián)接，一般8級(jí)精度以上的齒輪有定心精度要求應(yīng)選擇平鍵聯(lián)結(jié)。由于齒輪不在軸端，故選擇圓頭平鍵（A型）。根據(jù)從動(dòng)軸，查得鍵的截面尺寸：寬度、高度，由于輪轂的寬度，參考鍵的長(zhǎng)度系列，選取鍵長(zhǎng)（比輪轂寬度小些）。（2）校核鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度由于鍵、軸、齒輪的材料都是鋼，由于無級(jí)變速器工作時(shí)幾乎無沖擊，載荷可定性為靜載荷

29、，查得許用擠壓應(yīng)力為，可取。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪轂的接觸深度為，所以 （3.24）鍵的選擇合適，標(biāo)記為：鍵 GB/T1096-1979（3）軸上各處倒角和圓角的尺寸根據(jù)表3.1選擇。（4）軸上各段的長(zhǎng)度如圖3.3圖3.3 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)原理圖3.3軸和軸承的校核3.2.1軸的校核整體觀察兩根軸，由于安裝尺寸的緣故，第二軸的軸承支撐點(diǎn)的跨度最大，而且，受力最復(fù)雜，汽車處于低速工作時(shí)，第二軸受到的轉(zhuǎn)矩也相當(dāng)大，對(duì)第二軸的校核過程如下： (a) (b)圖3.4 第二軸錐盤受力分析由前可以知道，由得，所以，金屬帶傳動(dòng)， （3.25）緊邊拉力： ； （3.26）松邊拉力： （3.27）平移到軸線上然后分解

30、成豎直方向的分力和水平方向的分力，如圖3.4b、從動(dòng)軸的齒輪部分分解的力：切向力：， （3.28）徑向力： （3.29）軸向力： （3.30）由于主動(dòng)軸、從動(dòng)軸夾角成，做彎扭合成圖校核從動(dòng)軸：水平面上： （3.31） （3.32），如圖3.5b;垂直面上： （3.33） （3.34）如圖3.5c:,彎矩和扭矩合成圖如圖3.5d、3.5e：可見1截面是危險(xiǎn)截面，根據(jù)公式 （3.35）式中參數(shù)：軸的計(jì)算應(yīng)力，單位：；為折合系數(shù)，扭轉(zhuǎn)減怯應(yīng)力 循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，；M軸所受到的彎矩，單位：；T軸所受的扭矩，單位：；W軸的抗彎截面系數(shù)，單位為，（1截面處有鍵槽），d為軸的直徑，b為軸上鍵槽的寬度，t為鍵槽的

31、深度；圖3.5彎扭合成圖根據(jù)上面圖3.5可以得到以下結(jié)論：對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，所以=70MPa，滿足強(qiáng)度要求。3.3.2 軸承的校核軸承的校核，滾動(dòng)軸承的正常失效形式是滾動(dòng)體或者內(nèi)外圈滾道上的點(diǎn)蝕破壞。這是在安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)良好的情況下，由于大量重復(fù)地承受變化的接觸力所致。滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，滾動(dòng)體或軸套的滾動(dòng)表面反復(fù)受接觸應(yīng)力的作用，工作一段時(shí)間后，出現(xiàn)疲勞裂縫并繼續(xù)發(fā)展，使金屬表層產(chǎn)生麻坑或片狀剝落，造成疲勞點(diǎn)蝕。致使軸承不能正常工作。通常點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承的主要失效形式。因?yàn)槠嚧蠖鄶?shù)工作在高速狀態(tài)，所以校核軸承時(shí)應(yīng)校核軸承工作在高速時(shí)的壽命。首先對(duì)差速器軸承進(jìn)行校核：軸承效率由于

32、第二根軸使用了圓錐滾子軸承，其效率、齒輪傳遞效率、金屬帶傳動(dòng)部分的效率，所以 （3.36） （3.37） （3.38）對(duì)于軸和軸上斜齒輪的受力分析：如圖3.6： （3.39） （3.40） （3.41）圖3.6 受力圖垂直面內(nèi) （3.42） （3.43）水平面內(nèi) （3.45） （3.46）所以 （3.47）軸承2被壓緊，所以， （3.48）軸承1的壽命計(jì)算 （3.49），對(duì)于幾乎無沖擊的軸承取計(jì)算系數(shù)，所以 （3.50） （3.51）對(duì)于圓錐滾子軸承，查得， （3.52）3.4 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動(dòng)零件的基座，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。通常用灰鑄鐵鑄造，對(duì)于受沖擊載

33、荷的重型減速器也可采用鑄鋼箱體。汽車變速器箱體類鑄鐵件的平做平澆鑄造工藝，克服了其立做立澆鑄造工藝所存在的缺點(diǎn)，可以減少加工余量、提高鑄件表面質(zhì)量，優(yōu)化澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還可使該箱體類鑄件型腔內(nèi)金屬液的溫度梯度趨于正溫度梯度分布的良性狀況，有利于減少氣孔、澆不足、冷隔類鑄造缺陷。1、機(jī)體結(jié)構(gòu)的選擇對(duì)于轎車變速器來說，尤其是金屬帶式無級(jí)變速器，對(duì)變速傳動(dòng)的軸向定位要求比較嚴(yán)格，要有很高的軸向定位精度，并且為了本設(shè)計(jì)的裝備關(guān)系，本設(shè)計(jì)采用上一箱、下兩箱的設(shè)計(jì)。2、機(jī)體要有足夠的剛度機(jī)體剛度不夠，工作過程中產(chǎn)生不允許的變形，引起軸承座孔中心線歪斜，在傳動(dòng)中產(chǎn)生偏載，影響減速器的正常工作。因此

34、在設(shè)計(jì)機(jī)體時(shí)，首先應(yīng)保證軸承座的剛度。為此應(yīng)使軸承座有足夠的壁厚，并在軸承座附近加支撐肋。3、應(yīng)便于機(jī)體內(nèi)零件的潤(rùn)滑、密封及散熱 由于無級(jí)變速器的特殊性，金屬帶出動(dòng)部分的動(dòng)力傳動(dòng)并非靠，金屬片和錐盤之間的金屬摩擦傳遞動(dòng)力，而是靠?jī)烧咧g的壓力油膜的拖動(dòng)來傳遞動(dòng)力的，這需要整個(gè)變速器腔體內(nèi)充滿油液，所以腔體內(nèi)部各傳動(dòng)部件的潤(rùn)滑也是靠這種油液來進(jìn)行的，所以在進(jìn)行機(jī)體設(shè)計(jì)時(shí)沒有必要對(duì)潤(rùn)滑部分做特殊設(shè)計(jì)，不過要保證密封部分的制造精度。4、機(jī)體結(jié)構(gòu)要有良好的工藝性 機(jī)體結(jié)構(gòu)工藝性的好壞，對(duì)提高加工精度和裝配質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率以及便于檢修維護(hù)等方面有直接影響。設(shè)計(jì)鑄造機(jī)體時(shí)，應(yīng)考慮到鑄造工藝特點(diǎn)，力求形

35、狀簡(jiǎn)單、壁厚均勻、過渡平緩、金屬不要局部積聚。3.5 本章小結(jié)本章是本設(shè)計(jì)中最為重要的一章，其中包括了帶傳動(dòng)、各個(gè)軸的設(shè)計(jì)，同時(shí)也對(duì)部分的軸和軸承進(jìn)行了校核，在設(shè)計(jì)過程中不斷修改完善金屬帶式無級(jí)變速器液壓系統(tǒng)的各個(gè)部件6，使其更加合理，更加符合本設(shè)計(jì)的要求第4章 液壓缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓缸作為液壓系統(tǒng)7中的執(zhí)行元件，以直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)擺動(dòng)的形式，將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能輸出。液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，用來實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)尤其方便，其應(yīng)用范圍廣泛。在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)工作條件和液壓缸在機(jī)構(gòu)中所要執(zhí)行的任務(wù)來選擇液壓缸的類型和結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)工作要求（輸出的力、速度和行程）計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)

36、液壓缸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。4.1油缸選型確定為了滿足各種機(jī)械的不同用途，液壓缸的種類繁多8。按供油方式可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸僅作單向出力運(yùn)動(dòng)，靠外力使活塞桿返回。雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油，活塞的正反方向運(yùn)動(dòng)均靠液壓力來完成。液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，其形式多樣，按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為活塞式、柱塞式和擺動(dòng)式按照作用方式分又可分為單作用和雙作用兩種。其中以雙作用活塞式液壓缸應(yīng)用最多?；钊揭簤焊字亓枯p、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、拆裝方便，易于維修的特點(diǎn)，廣泛適用于車輛、工程機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械及其它機(jī)械工業(yè)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中。柱塞式液壓缸適用于行程較長(zhǎng)的場(chǎng)合。擺動(dòng)式液壓缸加工工藝

37、較復(fù)雜一般用于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。由于本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的液壓缸是無級(jí)變速器的液壓缸所以與我們常見的液壓缸結(jié)構(gòu)上有所不同，但其工作原理與雙作用單活塞液壓缸的工作原理相似！如圖4.1所示4.2液壓缸主要尺寸的確定已知參數(shù)見表4-1參數(shù)表4-1 設(shè)計(jì)參數(shù)公稱壓力Mpa58公稱流量L/min55液壓缸行程L/(mm)12.59液壓缸負(fù)載力F/(N)280474.2.1液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型確定，對(duì)不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可采用類比法來確定。如表4-2列出的數(shù)據(jù)，可供選定工作壓力時(shí)參考。圖4.1表4-2液壓設(shè)備常用的工作壓力設(shè)備類型機(jī)

38、床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械工程、機(jī)械中的輔助機(jī)構(gòu)壓力機(jī)重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械船舶起貨機(jī)大中型挖掘機(jī)磨床組合機(jī)床車、鏜、銑床龍門刨床、拉床工作壓力p/MPa0.82.0352416MPa的=1.25； 缸筒材料許用應(yīng)力12，=，為材料的抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。 D/時(shí)為厚壁，按材料力學(xué)中壁厚公式進(jìn)行校核，即 （4. 6）由于D=60mm，=5.45mm，所以1。按薄壁公式校核缸筒最薄處的壁厚，即（4. 6）公式。因?yàn)?6 MPa的=1.5，所以=24MPa。=1.33 MPa=0.226 MPa。將、D值代入（4. 5）式中，可求得=4.26mm 取=5mm因?yàn)?5mm5.45mm,

39、所以缸筒壁厚滿足強(qiáng)度要求。缸筒材料多為鋼管，其外徑無需加工，算出的壁厚一般要根據(jù)無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)向大尺寸方向作適當(dāng)?shù)膱A整。4.4液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等9。由于工作條件不同、結(jié)構(gòu)形式也各部相同。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。4.4.1缸體與缸蓋的連接形式（1）缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。表4-3為常見的缸蓋連接形式。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的液壓缸安裝到變速器內(nèi)，所以要考慮徑向尺寸、重量、成本、強(qiáng)度等因素，因此所設(shè)計(jì)的液壓缸缸體

40、與缸蓋的連接形式為法蘭連接4.4.2密封裝置密封裝置11的作用是防止液體泄露或污染雜質(zhì)從外部侵入液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，密封裝置應(yīng)滿足以下4點(diǎn)要求。（1）在工作壓力下具有良好的密封性能，并隨著壓力的增大能自動(dòng)提高密封性能。（2）密封裝置對(duì)運(yùn)動(dòng)零件的摩擦阻力要小，并且摩擦阻力穩(wěn)定。（3）耐磨性好，工作壽命長(zhǎng)。（4）制造簡(jiǎn)單，便于安裝和維修。本設(shè)計(jì)采用接觸密封，選用O形密封圈保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。4.4.3液壓缸的緩沖裝置液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)速度較高，則在到達(dá)行程 終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設(shè)置緩沖裝置?，F(xiàn)介紹幾種常見的緩沖結(jié)構(gòu)。（1）環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置12適用于運(yùn)動(dòng)慣性不大、運(yùn)動(dòng)速度不高的液壓系統(tǒng)。表4-3液壓缸缸體與缸蓋的連接形式連接方式優(yōu) 缺 點(diǎn)連接方式優(yōu) 缺 點(diǎn)法蘭連接優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低（2）容易加工、便于裝拆（3）強(qiáng)度較大、能承受高壓缺點(diǎn)：（1）徑向尺寸較大 （2）重量比螺紋連接大；缸體為鋼管時(shí)，用拉桿連接的重量也較大 （3）用鋼管焊上法蘭、工藝過程復(fù)雜些內(nèi)半環(huán)連接優(yōu)點(diǎn)：（1）外形尺寸較?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕缺點(diǎn)：（1）缸筒開槽，削弱了強(qiáng)度（2）端部進(jìn)入缸體