行星钢球式无级变速器的总体方案选择

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1、行星钢球式无级变速器的总体方案选择采用螺旋传动实现球架的左右移动如下图3.1-1：如图所示，轴的一端为空心，中部开有一个槽，将一如图3.1-2所示的零件插入轴的槽中，该零件是内带螺纹孔的，将一螺钉插入轴孔中如图所示，该螺钉刚好与轴空端部接触，使之不能移动，在图3.1-2所示的零件上装一个轴承，两边用如图3.1-1所示的卡盘卡住，卡盘由球架的固定架固定，则拧动螺钉，轴承与卡盘会跟着图3.1-1零件而左右移动，套在轴承及卡盘上的球架的中心轴会因球架的上下浮动而有角度的倾斜，从而达到变速的目的。图3.1-1方案图图3.1-2调速块依靠左右推动实现球架的移动图3.2-1方案图二如图3.2-1所示，其

2、余装配部分一样，但插入轴槽中的零件不再是内带螺纹孔，而是是实心的，在零件的左端部带有一弹簧，如图所示，弹簧的直径与孔径一样大小，当整个装置位于最右端是，弹簧与轴孔的端部有一定的预紧里力，从轴孔的右端插入一直径与孔径般大小的铁棒，则左右推动铁棒便可以实现整个装置的左右移动，从而达到变速的目的。两方案的选择与比较两方案都能达到预期的变速目的，其中，螺旋传动能很好的保证变速过程中的精度、效率、磨损寿命和强度等的要求，便于制造，易于自锁；方案二也可以达到变速效果，而且弹簧制造简便，使用广泛，但如果采用方案二，不易于自锁，则在轴的右端还要加一自锁装置，从而使整个装置复杂化，站在人力的角度思考，方案二相

3、比于方案一要费力，所以综合考虑，我选用方案1—采用螺旋传动来实现钢球架的左右移动从而实现自行车的无级变速。行星钢球式无级变速器部分零件的设计计算钢球的设计计算由力学知识可知，轮胎所产生的力矩与钢球摩擦所产生的力矩应该平衡。设本种无级变速自行车中m1=20kg，最重可承载的质量为m2=65kg，由测试可知，一般自行车车轮半径R1=280mm，取轮胎与地面摩擦因素u1=0.1，钢球与轴承的摩擦因素u2=0.1，钢球个数为八个。由力矩平衡原理：×（m1+m2）×g×u1×R1=8×Q×u2×C×其中Q为正压力，Dq为钢球直径。取C=2.16，g=9.8则×（65+20）×9.8×0.1×280=8

4、×0.1×2.16×Q×∴Q×Dq=17997查《机械设计手册》可知：§Hmax=1353×=1353×由于传动件的[dj]=2200～2500MPa，带入上式得：Dq=22.51～25.58取Dq=25mm该装置是自动加压装置，依靠固定连接在钢球支轴两端的固定架中的小球上下滑动从而使支轴有一转角变化，取小球直径d=8mm。钢球支轴转角的设计计算如图4.2-1所示图4.2-1钢球支轴极限转角图∵ao=bo∴RtΔaoc∽RtΔbod∴∠1=∠2如图sin∠1=cos∠1==cos∠2∴tan∠1=∴θ=45°-arctan=45°-arctanI有《机械无级变速器》一书中所讲述关于传动比范围

5、的规定，取Imin=0.2,又已知Rb=8，故Imax=1.6。因此无级变速自行车能实现0.2～1.6范围内的调速。∴钢球的极限转角为：增速方向θ=arctanImax-45°=arctan1.6-45°=13°减速方向θ=45°-arctanImin=45°-arctan0.2=33.7°钢球的中心圆直径D=（C1+cos45°）╳dq=(2.16+)╳25≈71.7mm钢球侧隙[(C1+cos45°)╳sin-1]╳dq=[(2.16+)╳sin-1]╳25≈2.43mm轴槽的长度及卡盘的倾斜角的设计计算如图4.3-1所示：图4.3-1调速机构有前面的计算知，钢球的极限转角为：增速方向θ

6、=arctanImax-45°=arctan1.6-45°=13°减速方向θ=45°-arctanImin=45°-arctan0.2=33.7°球的半径为R=12.5∴L1-2=12.5Xcos13°=12.18∴L1-2=14mmL3-4=12.5Xcos33.7°=10.4mm∴L3-4=11mm增速方向钢球下降的距离为：H1=12.5Xsin13°=2.8≈3mmH2=12.5Xsin33.7°=6.9≈7mm轴的设计计算最小轴径的计算对于自行车而言，因其工作过程中所受载荷不大，工作环境相对较为平稳，故选周的材料为45钢，并进行调制处理。查《机械零件设计计算实例》对于空心轴d≥A╳╳

7、查表15-5取A=115查表15-7取=1.078∴dmin=115╳╳1.078对于实心轴dmin=115╳∵已知P输入=0.2KWnmin=20rpmRb=8由《机械无级变速器》式2-13Rb==8∴nmax=160rpm取效率为η=0.82《机械无级变速器》∴P输出=0.2╳0.82=0.164KW输入部分dmin=115╳*1.078≈13.35mm输出部分为实心构造输出部分dmin=115╳≈11.