PAGE 目录 TOC \o 1-3 \h \u 25677 【摘要】 1 20406 1.序言 1 6685 1.1自行车内三速变速器的应用与发展 2 16115 1.2研究的目的和意义 3 1665 1.3研究思路和方法 3 1815 2.内三速结构和变速原理 3 21315 2.1行星齿轮的传动比 4 18920 2.2自行车内三速变速器结构简图 5 17836 2.3离合器十字拨块结构研究 6 8126 2.4均载机构分析 6 9241 2.5减速工作原理 6 12094 2.6常速工作原理 7 5469 2.7增速工作原理 7 7114 2.8行星轮系的工作效率 8 12248 2.9总结表格 9 18589 3.内三速变速器三维建模和动作模拟 9 24242 3.1.1对内三速变速器零件建模 9 7603 3.1.2用solidworks软件对零件进行装配 12 13733 3.1.3说明 15 9440 3.2运动模拟 15 20521 3.2.1对行星轮系的仿线.齿轮参数测量、计算和优化 18 32522 4.1基于中心距、齿数、模数、啮合角，对各齿轮参数进行计算 18 3260 4.2基于标准齿轮，对行星齿轮传动比范围的初步选择 22 24499 4.3基于原传动比，对比标准齿轮与变位齿轮的齿根弯曲强度 24 2844 4.4对内三速变速器的优化 25 4775 5.研究总结 27 XX大学本科毕业论文——自行车内三速变速器设计 第 PAGE 1 页 共31页 自行车内三速变速器设计 机械设计制造及其自动化 XXX 学号：XXXXXXXXX 【摘要】人类自行车发展至今已有200多年的历史，并随着科学技术和人文精神等的发展，人类对自行车有更高的要求。在遇到上坡、下坡、平坦公路、柏油马路以及凹凸不平的不良道路、冬季迎着寒风骑车等不良骑行条件下，为了适应骑车人的条件，不改变脚蹬上的踏力和踏速(脚瞪踏速)，只改变速比，从工程学角度出发，将人的力量最大限度地转化为推力为了达到这些要求，人类便在自行车上装上一种变速装置内三速变速器。并以最优传动比，将人的踏力最大限度地转化为推力。自行车内三速变速器，是以行星齿轮系为变速主体，由外部的控制来进行离合器与调速元件的作动，来改变各档位，从而获得最后由轴皮筒输出的加速、常速、减速变速。 本研究对已有内三速变速器工作原理进行分析，并计算其工作效率。深入研究时，对内三速先进行拆卸；再测量其各部件主要参数，用计算机辅助设计软件进行三维建模，并进行运动仿真；最后对内三速变速器主要机构行星轮系中各齿轮进行参数测量、计算和优化，用经优化后的参数进行设计，在行星轮系体积和传动比相当的前提下，可提高行星轮系中中心轮和行星齿轮的抗弯强度安全系数，中心轮提高4.05%、行星轮提高0.69%，达到优化的效果。 【关键词】自行车、骑行条件、工程学、内三速变速器、行星齿轮、传动比 1.序言 自行车从发明时起至今已有200余年的历史。经过不断地演变和改进，其结构日趋合理，性能不断改善。自行车无噪音、无污染、重量轻、结构简单、造价低廉、使用和维修方便，既能作为代步和运载货物的工具，又能用于体育锻炼，因而为人们所广泛使用。就是在汽车相当普及的发达国家，自行车也很受欢迎。 18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。这辆最早的自行车是木制的，其结构比较简单，既没有驱动装置，也没有转向装置，骑车人靠双脚用力蹬地前行，改变方面时也只能下车搬动车子。 世界上第一批真正实用型的自行车出现于19世纪初。1817年，德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车。这种自行车虽然仍旧用脚蹬才能前行，但是可以一边前行一边改变方向，它一问世便引起了人们的极大兴趣。人类便进入了自行车时代。[10] 随着科学技术和人类人文精神等的发展，人们对自行车的要求也越来越高。在外形美观、传动速度等方面都在不断的改良优化。在1902年出现了第一辆变速自行车后，变速自行车开始发展，并在20世纪80年始流行。20世纪90年代，人们又基于外变速自行车，从外形美观、保养等方面出发，发明了自行车内变速器。 自行车内变速器最常见的便是自行车内三速变速器。自行车内三速变速器，是以行星齿轮系为变速主体，由外部的控制来进行离合器与调速元件的作动，来改变各档位，从而获得最后由轴皮筒输出的加速、常速、减速变速。 自行车内三速变速器安装在自行车后轴上，消除了自行车后轴在运行过程中的轴向摆动现象,改善了自行车后轴回转运动的稳定性,并提高了使用的可靠性与安全性，同时可使自行车在外观上有进一步的改善。自行车内三速变速器作为内变速系统，变速主要装置暗藏在轴皮筒内部，经过多层特殊密封材料保护，避免暴露在外界，因此雨水、灰尘、油垢等无法进入、也避免了太阳的暴晒与风雨等的侵蚀，故无需定期保养，实现了免保养、精密、耐用、轻巧等优点，达到人们使用方便的效果。总体外观如图1所示。 图1 自行车后轴内三速变速器总体外观 1.1自行车内三速变速器的应用与发展 自行车内变速器装置自诞生至今已有10年的历史，在日本、美国及西欧国家等发达国家，内变速器已经非常普遍了（在日本超过50%的自行车是内变速车）。在中国国内，内变速器也有较快的发展，目前，已有越来越多的人选择内变速自行车。 1）国外应用现状及发展 在日本、美国及西欧国家等发达国家，内变速器已经非常普及。随着科学技术的不断发展，内变速器在外观结构设计及制造材料等方面也有了突飞猛进的发展。其在结构设计上越来越微型轻巧化、并且有由内变速与外变速相结合的变速系统，简图如图2所示（美国SRAM公司产品之一）。也从内三速变速发展到更多速变速；同时也采用了更优质的材料进行制造，在零件钢度、强度及重量方面有很大的改善，使其在总体上达到质量更好，重量更轻的效果。这方面在日本和美国等发达国家发展得比较好，现在市面上比较常见的内三速变速器品牌有主要有SRAM和Shimano两大品牌，分别是美国和日本的。 图2 内、外变速相结合变速系统简图（SRAM公司产品） 2）国内应用现状及发展 和日本和美国等发达国家相比，中国国内由于消费者人文意识还不是很强烈，也未能体会到内变速器的魅力，所以内变速器在现阶段还未普及，人们更多的是使用需保养、易损坏的外变速器，但随着社会的进步发展，内变速器会是人们最终的选择。 然而，国内也有部分地区及企业已经加速在内变速器方面的研究，同时也取得了较快的发展。捷安特等中国大型自行车品牌企业在内变速器上做出巨大的贡献，同时我国也有一部分科研学者已经发明并申请了自行车内变速系统的相关专利，为我国自行车内变速系统做出重要贡献。随着人们的重视、及科学技术地不断创新，内变速系统会越来越普及。 1.2研究的目的和意义 当今，社会发展已由工业社会向后工业社会、信息社会过渡，越来越重视“以人为本”、为人服务，因此，各机械零件的设计更应强调从人自身出发，在以人为主体的前提下结合人们衣、食、住、行以及一切生活、生产活动中的综合习惯来研究设计。自行车内三速变速器正是本着工程学，以人为本的前提下研究设计出的，因此，研究并设计自行车内三速变速系统具有符合人类需求、顺应时代发展等特点。 时代的主题便是企业发展生存的主题。换而言之，自行车企业要屹立于竞争如此之大的社会中，必须顺应时代的发展，以人为本，从而设计出更为人们所青睐的变速系统。无庸置疑，自行车企业应加快发展自行车内变速系统，提高其市场竞争力。 1.3研究思路和方法 自行车内三速变速器设计的研究方法、手段： 对某款自行车内三速变速器进行拆卸，分析其传动特征 用三维绘图软件进行建模、装配后仿真模拟 对内三速变速器重要零件进行设计 研究步骤： 拆卸并分析各零件 用测量工具测量各零件尺寸 用三维绘图软件进行绘图、装配和模拟 4、设计内三速变速器重要零件 2.内三速结构和变速原理 对现在内三速器变速机进行拆卸，提取其主要部件：行星轮系。由于内三速变速器的主要变速原理是由行星轮系实现的，则对内三速的变速原理的研究转化为对行星轮系的变速研究。 2.1行星齿轮的传动比 行星齿轮系为周转轮系，故其传动比不能直接用定轴轮系传动比的求法来计算。为方便计算其传动比，可根据相对运动原理，给整个行星齿轮系加上一个公共角速度“-wH”（wH为行星齿轮系中行星架的角速度），则此时，行星架的角速度为wH-wH=0（即行星架“静止不动”）,如图3、图4。因此，周转轮系转化成了定轴轮系。[1] 图3 加上公共角速度“-wH”的行星轮系 图4 行星轮系简图 当整个行星齿轮系加上公共角速度“-wH”后，其各个构件的角速度变化如表1所示。 表1 各构件角速度变化 构件 原来角速度 后来角速度 齿轮1 w1 w1H=w1-wH 齿轮2 w2 w2H=w2-wH 齿轮3 w3 w3H=w3-wH 行星架H wH wH-wH=0 于是，转化轮系的传动比 式中“-”号表示在转化轮系中轮1与轮3的转向相反，即w1H与w3H的方向相反。 因为此次研究的内三速变速器中行星齿轮系中，中心轮是固定的，则w1=0，故有 ，则1 可见，当以内齿圈为输入，行星架为输出时，有 （1） 则该行星轮系为减速； 当以行星架为输入，内齿圈为输出时，有 （2） 则该行星轮系为加速。 2.2自行车内三速变速器结构简图 本研究的自行车内三速变速器主要结构是2K-H行星齿轮机构，其总体结构简图如图5所示。图中，零件序号说明：1链轮、2千斤I、3千斤II、4离合器十字拨块（与链轮镶嵌）、5行星架、6轴皮筒、7千斤III。 并测量齿数得：中心轮Z1=16、行星轮Z2=13、中心内齿轮Z3=44。 图5 内三速变速器结构简图 2.3离合器十字拨块结构研究 十字拨块实体图如图6左所示，左边1：8角花健（与行星架健槽，图6中，啮合）；右边2：4角花键（与链轮，图6右，啮合）。 研究链轮可知，链轮内部健槽宽度比与其啮合花健的宽度要大得多，这是因为，在由常速变为加速过程中，离合器十字拨块将向行星架的方向移动，并且为了找到合适的啮合位置，十字拨块将边旋转边前进，然而在旋转的过程中，十字拨块还一直也链轮啮合，为了防止此过程中链轮内槽与十字拨块4角花健碰撞，则将链轮内部健槽宽度加大。 图6 十字拨块、行星架和链轮实体图 2.4均载机构分析 行星齿轮传动功率分流的理想受力状态，由于受不可避免的制造和安装误差，零件变形及其他等因素的影响，实际上很难达到。为了充分发挥多个行星率分流的优点江南·体育，经常采用各种均载装置使太阳轮、内齿轮、行星架之一或之二成为浮动构件（均载机构），依靠浮动构件的浮动来补偿各构件在制造和装配过程中所产生的偏心误差。 行星轮数目为三时，将太阳轮、内齿轮、行星架任意一个构件作为浮动构件，都有较好的均载效果；行星轮数目超过三时，采用基本构件浮动就难以较好地补偿行星轮和行星轴孔的偏心误差，此时，最好采用行星架浮动或行星架和基本构件之一联合浮动。[3] 本研究中的内三速变速器，行星轮第中行星轮数目k=43，且采用行星架和内齿轮联合浮动，符合以上结论，可较好地补偿行星轮和行星轴孔的偏心误差，且可达到取消支承面简化结构，对传动结构尤其有利的作用。 2.5减速工作原理 离合器处于最右端状态，如图7所示。此时，离合器的十字拨块和千斤II位于垂直于轴线的同一平面内，刚好碰到千斤II的尾部凸起，将千斤II与轴皮筒棘轮的啮合脱开。所以，当链轮转动时，十字拨块被带动转起，千斤II不起作用，而链轮将运动传给中心内齿轮（千斤I与内齿圈作用），此时，行星轮系是以内齿轮为输入，行星架为输出的，最后，由行星架将运动传给千斤III，千斤III与轴皮筒棘轮作用，使其转动，从而推动车轮行驶。此传动过程，可由（1）得，wH=w3=0.733w3，则为减速行驶。 图7 变速器减速时结构简图 2.6常速工作原理 拨动手揿拨把，便将顶针向左推动，于是离合器十字拨块向左移动并与千斤II脱开，如图8所示。此时，链轮将运动直接传给中心内齿轮，内齿轮上的千斤II随着转动，且转速与内齿轮相等，这时千斤II与轴皮筒棘轮作用，使其转动；与此同时，由于内齿轮的转动，仍会带动行星齿轮作行星运动，并且将运动通过行星架传给千斤III，千斤III的转速与行星架转速相等，由式（1）可知，行星架转速小于内齿轮转速，则千斤III的转速小于千斤II的转速，即千斤III的相对于轴皮筒棘轮在往打滑方向转动（发出“嗒嗒”的撞击声），与轴皮筒棘轮无作用关系。综上所述，此进程是千斤II与轴皮筒棘轮作用而使其转动，即为由内齿轮输入，内齿轮输出，为常速。 图8 变速器常速时结构简图 2.7增速工作原理 拨动手揿拨把，再将顶针向左推动，此时离合器十字拨块被推到最左端，且十字拨块刚好嵌入到行星架上相应的沟槽中，如图9所示。当链轮转动时，十字拨块也

　　2024年山东德州夏津县融媒体中心招聘4人历年高频考题难、易错点模拟试题（共500题）附带答案详解.docx

　　2024年山东济南历城区卫生健康局所属事业单位招聘50人历年高频考题难、易错点模拟试题（共500题）附带答案详解.docx

　　2024江苏徐州锡沂高新技术产业开发区招聘50人历年高频难、易点（行政职业能力测验共200题含答案解.docx

　　2024年山东德州职业技术学院招聘49人历年高频考题难、易错点模拟试题（共500题）附带答案详解.docx

　　2024年山东德州高级师范学校招聘工作人员12人高频考题难、易错点模拟试题（共500题）附带答案详解.docx

　　2023年12月恩施巴东县“才聚荆楚·智汇恩施”第二次专项事业单位工作人员7名笔试近6年高频考题难、易错点荟萃答案带详解附后.docx

　　2023年12月广东广州市黄埔区机关事务管理局招考聘用政府雇员笔试近6年高频考题难、易错点荟萃答案带详解附后.docx

　　2023年12月广西马山县纪委监委机关面向社会公开招考基层廉洁监督员及防贫监测员笔试近6年高频考题难、易错点荟萃答案带详解附后.docx

　　2023年12月广东广州市增城区招考聘用教师(上海设点)92人笔试近6年高频考题难、易错点荟萃答案带详解附后.docx

　　2023年12月广东省茂名市电白区赴高校现场公开招聘62名教师314笔试近6年高频考题难、易错点荟萃答案带详解附后.docx

　　原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者