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自行车无级变速器设计文献综述
文章来源:www.biyezuopin.cc   发布者:学生毕业作品网站  

文献综述内容:
一、国内外研究理论
   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,但当时由于受材质与工艺方面的条件限制,进展缓慢。直到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,都需要大量采用无级变速器。因此在这种形式下,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美国、日本、德国、意大利和俄国等。产品有摩擦式、链式、带式和脉动式四大类约三十多种结构形式。
   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,由于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,专业厂才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。经过十几年的发展,国外现有的几种主要类型结构的无级变速器,在国内皆有相应的专业生产厂及系列产品,年产量约10万台左右,初步满足了生产发展的需要。与此同时,无级变速器专业协会、行业协会及情报网等组织相继建立。定期出版网讯及召开学术信息会议进行交流。
二、机械无级变速器的特征和应用
   机械无级变速器的适用范围广,有在驱动功率不变的情况下,因工作阻力变化而需要调节转速以产生相应的驱动力矩者(如化工行业中的搅拌机械,即需要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);有为获得恒定的工作速度或张力而需要调节速度者(如断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机皆需调节转速以保证恒定的张力等);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);有为探求最佳效果而需变换速度者(如试验机械或李心机需调速以获得最佳分离效果);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,能更好的适应各种工况要求,使之效能最佳,在提高产品的产量和质量,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传动形式,应用于纺织、轻工、食品、包装、化工、机床、电工、起重运输矿山冶金、工程、农业、国防及试验等各类机械。
三、无级变速自行车研究现状
                                                                                                                                                       自行车发展到现在已经有传统的自行车演变成无级变速自行车,现代的无级变速自行车可谓是形式多样,五花八门,以下是当今社会上存在的部分无级变速自行车。
                                                                                                                                                       1. 低座无级变速自行车   是由低矮形车架把一个作驱动的前轮和一个作导向的后轮连接在一块的自行车,带靠背的座椅安装在车架中部,骑行者可斜躺着坐在座椅上,两腿放在前轮二侧。杠杆式曲柄无级传动装置固定在前轮的前上方,通过左右曲柄杆上的滑块铰接链条交替传动前轮。操纵把手装于前轮的正上方,由钢丝绳牵引后轮转向。这样就不会干扰车子的方向操纵。由于降低了座位高度,减少了空气阻力。采用杠杆式曲柄无级传动装置,适应人体功能的要求。
                                                                                                                                                       2. 人力脚踏式无级变速自行车     一种人力脚踏式无级变速自行车,在自行车车架两侧面的中轴上,安装有锥面相对的变速轮盘组成的主动轮,主动轮两侧安装有脚蹬两变速轮盘轮沿挂有三角皮带,两盘面间安装有压缩弹簧;在车架的前斜梁上,安装有由变速杆操纵可前后移动的挺杆,挺杆的近变速轮盘端安装有可使两变速轮盘靠近或分离的插件;在自行车后轴上的后轮轮辐两侧面支承有附轮,附轮的外沿轮面设有三角皮带槽,附轮的内侧设有带动后轮单向转动的棘齿;车架后斜梁上在三角皮带上方安装有可推压三角皮带张紧的张紧轮。自行车的行走和变速不用成组链轮和链条传动,成本低、重量轻,可实现无级变速,速度转换快,速比大。
                                                                                                                                                       3. 带传动无级变速自行车    一种无级变速自行车,改进了现有自行车的动力传动机构。该自行车的动力传动机构包括以下部件:小动轮、小定轮、小动轮拨叉,小动轮、大动轮、大定轮、大动轮拨叉,大动轮、V型传动带、V型带张紧装置、调速器、闸线、飞轮,飞轮由飞轮轴套、飞轮底座、滚柱、滚珠构成。其特征在于自行车的动力传动机构包括以下部件:小动轮、小定轮、小动轮拨叉,小动轮、小定轮呈锥形,两轮大小形状一致,锥面相对,组成带有V形沟槽的小传动轮,与自行车后轴上的飞轮轴套固定连接,小动轮在拨叉控制下沿轴滑动;大动轮、大定轮、大动轮拨叉,大动轮、大定轮也呈锥形,两轮大小形状一致,锥面相对,组成带有V形沟槽的大传动轮,固定在自行车中轴上,大动轮在拨叉控制下沿轴滑动;V型传动带、V型带张紧装置、调速器、闸线、飞轮,V型传动带镶在大小轮的沟槽中;V型带张紧装置装在后轴上,其支承轮支撑传动带;调速器装在车把附近,与闸线连接,闸线带动调节大小动轮位置的拨叉;飞轮由飞轮轴套、飞轮底座、滚柱、滚珠构成,装在后轴上,靠紧小传动轮,飞轮轴套与小传动轮固定连接,飞轮底座与后轴固定连接,飞轮轴套内还设有流线型的槽,滚柱放置在槽内。 这种无级变速自行车通过带传动来实现自行车的无级变速,传动平稳、噪音低、调速操作方便、变速范围大;同时该无级变速自行车的结构简单、易于加工,可以实现大规模成批生产。
                                                                                                                                                       4.前置往复式无级变速自行车    针对自行车的驱动、乘座和避震进行改进。包括:乘骑者坐靠休闲式椅,两脚蹬踏前置的两个悬摇杆曲柄,可进行弧形的曲线往复运动,用脚掌面的蹬踏角度或用手直接调动摇杆上力臂的长短实现无级变速,高效能的带动挠性件驱动后轮;还包括装卸方便且不互换的休闲式座椅和防落物防盗的可带走座椅;简化的全避震使乘坐舒适并使货架携带的物品减小了颠簸
                                                                                                                                                       5. 纯滚动式四个档位无级变速自行车    一种纯滚动式四个档位无级变速自行车,其中在中轴上的中心齿轮啮合连接有一级行星轮和二级行星轮,中心齿轮的两侧分别套装有推动盘,一侧固定在脚蹬轮轴上,另一侧固定在链轮上;二级行星轮和中心齿轮为棘轮总成与链轮啮合连接,在中轴和后轴的车架体上固定有座盘,座盘上固定有升降档位弹簧;在座盘上固定连接有自锁离合器总成,自锁离合器总成滚动套装在停转盘上,停转盘固定在中轴和后轴上;在中轴和后轴的自锁离合器总成上装有移动升降档位拉杆。随时变增减速档位,对自行车零部件无影响,制造简单,性能可靠,操作简单,使用方便。
                                                                                                                                                       6. 无链无级变速自行车     一种无链条传动,可随意变换车速的自行车。该自行车包括车轮、把手、三角架和踏拐等,横梁左端设有后齿轮、大齿轮和正反齿轮,横梁右端设有中轴齿轮,齿轮与拐轴齿轮啮合,偏心连杆的上端和杠杆的右端同轴装在定位槽板的滑槽中,杠杆的左端与齿条连接,齿条与正反齿轮啮合,横梁上方设有拉簧、活动支架和钢丝拉索。该自行车结构简单,调速方便灵活,经久耐用,适合各种型号。
                                                                                                                                                       7. 蓄能型-全自动无级变速自行车    一种蓄能型一全自动无级变速自行车,属于交通工具技术领域。本实用新型的目的通过如下技术方案实现:主要由设置每侧脚蹬上的长型齿盘交替工作,通过同侧的链条传动同侧的飞轮,飞轮连同带动设置在轮骨内的发条内端发条外端同轮骨固定。其中:同每侧的飞轮安装在同一轴套上还设置有防逆转装置,防逆转装置的内部结构如同飞轮,外壳同车架子固定。骑行时由于每侧长型齿盘的作用,通过链条对同侧的发条交替蓄能,从而实现全自动无级变速。本实用新型是现代变速自行车的换代产品。
                                                                                                                                                       8. 便携式高安全型无级变速自行车     一种新式样的自行车。其特征是由行走机构,车椅式直立车龙头转向机构,杠杆式无级变速驱动机构。适用于交通拥挤,楼层高,住房紧,停放车辆不便的都市区。本装置是由足踏杠杆式无级变速机构,车架可横向折叠,驱动大车轮在前面,导向小车轮在后边的行走机构与带靠背车坐椅式的直立车龙头转向机构组成的自行车装置。该装置形体式样,较为奇特但骑行舒适,更安全,并能折叠便携带。

四、存在问题
   换挡问题:一般变速自行车为前后轮双齿轮组,以满足更多种变速比。这种方式需要车主熟悉掌握变速的档位数以搭配获得最佳效果。无级变速自行车能够实现传动比的连续改变,免去记忆复杂的前后轮档位搭配,增加了易用性。
   重心问题:普通变速自行车的变速齿轮集中在一侧,造成重心偏移。易倒。无级变速采用后轮2个并排,中间放置变速器,重心居中,便于转弯操控。
   链条问题:传统变速自行车存在链条在齿轮组空隙中调整时易掉链的问题。无级变速自行车采取金属带式无级变速方式,锥形金属带夹在两个锥形轮之间,不易掉链。而且金属带以及锥形轮盘较普通齿轮链条性能更加优异。减小了保养难度。
   维修问题:普通变速自行车因构建过多,增加了维修难度,而无级变速自行车零件简单,维修难度低,
   舒适度问题:现有变速自行车最多拥有前7后9共63种档位,但其跳跃性档位设置有可能仍然使某些人找不到适于自己的传动比。无级变速自行车可以满足各种人的不同需要。
   转弯问题:采取前轮小后轮大的设计方式,增加了转弯的灵活性。由于主要构件集中于后轮,重心靠后,可以减小前轮小容易前翻的问题。
   上坡问题:普通变速自行车由于前后轮同时放置变速器,重心较无级变速自行车靠前。上坡难度比后置无级变速自行车大。
   使用价值:可以有效降低成本,装配难度,维修难度,生产难度都有所降低,适于普通家居生活。
   操作难度降低,适用于中国最早一代使用自行车却正在慢慢老去的群体。只需转动旋钮即可实现变速。外观新颖时尚。

五、参考依据
[1].濮良贵,纪名刚.机械设计[M].第八版.西安:高等教育出版社, 2005.
[2].孙恒,陈作模.机械原理[M].第六版.西安:高等教育出版社, 2000. 
[3].徐灝.机械设计手册[M].第三卷.北京:机械工业出版社, 1991.
[4].吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M].第三版.北京:高等教育出版社, 2006.
[5].周良德,朱泗芳.现代工程图学[M].湘潭:湖南科学技术出版社, 2000.
[6].周有强.机械无级变速器[M].成都:机械工业出版社, 2001.
                                                                                                                                                       [7].李新,洪泉,王艳梅.国内外通用标准件手册[M].南京:江苏科技出版,凤凰出版传媒集团,   2006.
[8].葛志淇.机械零件设计手册[M].天津:冶金工业出版社,1980.

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