PE10自行车无级变速器设计

摘 要：本文在分析各种无级变速器和无级变速自行车的基础上，把钢球外锥式无级变速器进行部分改装，从而形成了自行车的无级变速装置。该装置通过八个钢球利用摩擦力将动力进行输入输出，用一对斜齿轮进行分度调速，从而使自行车在0.75～1.22之间进行无级调速。研究表明：无级变速器被用于自行车方面可以大大改善自行车的使用性能，方便广大消费者使用。
关键字: 无级变速自行车；无级变速器

The design of the CVT on PE 10 bicycle

ABSTRACT: Based on the analysis of various CVT and CVT bikes,in this dissertation ,we change some parts of the Kopp-B CVT forming a new kind of CVT used to the bicycle .They are used to input or output the power through the friction and a pair of helical gears is also used to adjust the speed, so the speed can change between 0.75 and 1.22.This research shows that when the CVT are used in the bicycle ,they can significant improve the performance of bike so that all customers can use it convenient.
Keyword: CVT  bike; CVT

毕业论文设计内容和要求
设计内容：根据男式自行车的特点选择合适的传动比；比较和选择合适的方案；完成自行车无级变速器变速器的结构设计与计算；对关键部件进行强度和寿命校核。
设计要求：传动比范围0.75～1.22；变速器尺寸要尽可能小，轻便；结构设计时应使制造成本尽可能低；安装拆卸要方便；外观要匀称，美观；调速要灵活，调速过程中不能出现卡死现象，能实现动态无级调速；关键部件满足强度和寿命要求；画零件图和装配图。

 
第二章 自行车无级变速器总体方案的选择
自行车无级变速方式多种多样，在此，我只选择了两种方案供参考，作比较，选出理想方案。该两种方案分别是钢球长锥式(RC型)无级变速器和钢球外锥式无级变速器，分别描述如下。

§2.1  钢球长锥式(RC型)无级变速器
 
钢球长锥式(RC型)无级变速器
如上图所示，为一种早期生产的环锥式无级变速器，是利用钢环的弹性楔紧作用自动加压而无需加压装置。由于采用两轴线平行的长锥替代了两对分离轮，并且通过移动钢环来进行变速，所以结构特别简单。但由于长锥的锥度较小，故变速范围受限制。
RC型变速器属升、降速型，其机械特性如下图所示。技术参数为：传动比 i21 = n2/n1 =2～0.5,变速比Rb = 4,输入功率P1=（0.1～2.2） kw ，输入转速 n1=1500 r/min ,传动效率η＜85% 。一般用于机床和纺织机械等.
下图是RC型变速器的机械特性：
 
RC型变速器的机械特性
§2.2  钢球外锥式无级变速器
 
1,11-输入，输出轴   2，10-加压装置    3，9-主，从动锥轮    4-传动钢球
5-调速蜗轮    6-调速蜗杆    7-外环    8-传动钢球轴    12，13-端盖
图2-3   钢球外锥式无级变速器
如图所示，动力由轴1输入，通过自动加压装置2，带动主动轮3同速转动，经过一组（3～8）钢球4利用摩擦力驱动输出轴11，最后将运动输出。传动钢球的支承轴8的两端，嵌装在壳体两端盖12和13的径向弧行倒槽内，并穿过调速涡轮5的曲线槽；调速时，通过蜗杆6和蜗轮5转动，由于曲线槽的作用使钢球轴线的倾斜角发生变化，导致钢球与两锥轮的工作半径改变，输出轴转速得到调节。其动力范围为：Rn=9，Imax=1/Imin，P≤11 kw ，ε≤4% ，η＝0.80～0.92 。此种变速器应用广泛。
从动调速齿轮5的端面分布一组曲线槽，曲线槽数目与钢球数相同。曲线槽可用阿基米德螺旋线，也可用圆弧。当转动主动齿轮6使从动齿轮5转动时，从动齿轮的曲线槽迫使传动钢球轴8绕钢球4的轴心线摆动，传动轮3以及从动轮9与钢球4的接触半径发生变化，实现无级调速。具体分析如下：
 
钢球外锥式无级变速器变速示意图
主要由两个锥轮1、2和一组钢球3（通常为6个）组成。主、从动锥轮1和2分别装在轴Ⅰ、Ⅱ上，钢球3被压紧在两锥轮的工作锥面上，并可在轴4上自由转动。工作时，主动锥轮1依靠摩擦力带动钢球3绕轴4旋转，钢球同样依靠摩擦力带动从动锥轮2转动。轴Ⅰ、Ⅱ传动比  ，由于  ，所以  。调整支承轴4的倾斜角与倾斜方向，即可改变钢球3的传动半径r1和r2，从而实现无级变速。
           

§2.3  两方案的比较与选择
钢球长锥式(RC型)无级变速器结构很简单，且使用参数更符合我们此次设计的要求，但由于在调速过程中，怎样使钢环移动有很大的难度，需要精密的装置，如果此装置用于自行车，成本会大大的提高，显得不合理。
而钢球外锥式无级变速器的结构也比较简单，原理清晰，各项参数也比较符合设计要求，故选择此变速器。只是字选用此变速器的同时须对该装置进行部分更改。
须更改的部分是蜗轮蜗杆调速装置部分。因为我们是选用了8个钢球，曲线槽设计见第三章，一个曲线槽跨度是900，也就是说自行车从最大传动比调到最小传动比，需要使其转过900，而普通蜗轮蜗杆传动比是1/8，那么其结构和尺寸将完全不符合我们设计的要求。为此，我们想到了将它们改为两斜齿轮传动，以用来调速。选用斜齿轮是因为斜齿轮传动比较平稳。在设计过程中，将主动斜齿轮的直径设计成从动斜齿轮的3/4，这样只要主动轮转动1200，那么从动轮就会转动900，符合设计要求。

目录
摘要………………………………………………………………1
Abstract…………………………………………………………1
第一章 绪论
§1.1  机械无级变速器的发展概况…………………………2
§1.2  机械无级变速器的特征和应用………………………3
§1.3  无级变速自行车研究现状……………………………4
§1.4  毕业论文设计内容和要求……………………………6
第二章 自行车无级变速器总体方案的选择
§2.1  钢球长锥式(RC型)无级变速器………………………7
§2.2  钢球外锥式无级变速器………………………………7
§2.3  两方案的比较与选择…………………………………9
第三章 自行车钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算
§3.1  钢球与主﹑从动锥齿轮的设计与计算………………10
§3.2  加压盘的设计与计算…………………………………11
§3.3  调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算………………12
§3.4  输入轴的设计与计算…………………………………13
§3.5  输出轴的设计与计算…………………………………16
§3.6  输入﹑输出轴上轴承的选择与计算…………………19
§3.7  输入﹑输出轴上端盖的设计与计算…………………20
§3.8  调速机构的设计与计算………………………………21
§3.9  自行车无级变速器的安装……………………………23
参考文献……………………………………………………………24
心得与体会…………………………………………………………25
附录1  翻译译文及原文………………………………………………26
2  设计图纸