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1、9-2 自行车变速轴的拆装和结构分析 一 实验目的 了解和熟悉自行车变速轴的原理和结构，加深巩固行星齿轮机构的理论和计算方法 二 实验内容与要求 1按正确程序拆装自行车变速轴；通过观察变速轴内部的各种结构；了解行星齿轮、 离合机构、棘轮机构、弹簧、联接装置以及轴承组合等机械零部件的结构形状；分析它 们的组合原理及功能。在了解结构原理的同时学习设计方法。 2测定行星齿轮机构的主要参数，绘出传动简图并计算其速比。按指导教师指定的要 求对主要零部件进行载荷分析、失效分析和强度分析，培养自己对机械结构的分析能力 3选择具有典型形状的零件进行测绘，并按标准制图要求绘出零件图。进一步的要 求，可按比例绘出
2、完整的变速轴装配图。 三 实验设备的原理与构造 （一）实验设备和工具 自行车变速轴一套，拆装工具一套，测量工具一套。 （二）自行车变速轴概述 自行车变速轴是用在自行车上的一种变换速度的装置。骑自行车爬坡或逆风行驶时，总希望能 蹬得轻松省力些；而在平直的路面上行驶时，又希望能蹬得慢而走得快。为了达到这些要求，在有 的自行车上就装上了这种变速装置。目前带变速装置的自行车有两种形式：一种是通过倒链机构来 变换链条的位置（俗称外变速），使其与不同齿数的链轮相啮合，以达到变换速比的目的；另一种 就是利用行星齿轮机构制成的变速轴（俗称内变速），它是通过变换机构中的输入构件和输出构件 的形式；从而达到改变速
3、比的目的 常见的自行车内变速轴有 二、三、四等几种形式；常见倒链机构即外变速轴有六、十二、十 八等多种变速形式。 (三 ) 实验原理 采用行星齿轮机构原理而制造的自行车变速轴。它的特点是结构紧凑，效率高、变速轻 便、灵活。无需担心链条的脱落和泥土及灰尘对机构的侵入。它是通过变换行星轮系中的行星轮 座和内齿轮相互间的主、被动形式来达到变更速比的目的。图 9 1 是变速轴（行星齿轮机 构）的工作原理图。 图 9-2是变速轴（行星齿轮机构）三种速度的传动简图。 1.行星齿轮组按 B 方向作主动旋转时，由于行星齿轮（ Z=14）与内齿轮（ Z=45）和固定的 中心齿轮（ Z=15）同时相啮合，所以行星
4、齿轮组在朝 B 方向转动的同时，行星齿轮自身还沿着 C 方向进行自转。这样，行星齿轮组每旋转一周。被动内齿轮则朝 A方向转动了（ 45+15） = 60 齿。内齿轮本身只有 45个齿，因此多转了 15齿；即增速。 2内齿轮（ Z=45）按 A 方向作主动旋 转时，原理同上；要使被动行星齿轮组 旋转一周的话；则，内齿轮必须多转 15 个齿才能达到；因此是减速。 内齿（Z=45）行星齿轮（Z=14)中心齿轮（Z=15)ABC禧玛诺内三速变速轴的工作原理图右外棘爪（29 ）中心齿轮（4）行星齿轮（5）左棘爪（3 5）内齿轮（6）图 9 1 工作原理图 图 9-2 变速轴三种速度的传动简图 (四 )
5、传动简图 本次实验所拆装的自行车变速轴结构如 图 9 4所示。 1增速 行星轮座（系杆） 5 为主动，内齿轮 6 为被动。 2等速 当行星齿轮机构不起作用时，传动轴挡 14 通过二套棘轮机构 10、 29 直接传给外壳。 3减速 内齿轮 6 为主动，行星轮座（系杆） 5 为被动。 四 实验步骤 1. 尚未拆开前，先改变调速杆的位置，体会一下三种速度变化的过程。 2. 自行车变速轴拆卸步骤参照 图 9 3 和 图 9-4进行 3讨论分析各零部件的作用和功能，仔细观察结构和各部件的装配关系。 4测量行星齿轮机构各零件的主要参数和尺寸，并将结果填入实验报告表内。 5测绘其它零件如离合滑块、传动轴挡、
6、中心齿轮轴、棘爪、外壳等。根据所测的尺寸绘出行 星轮系或离合滑块等其他有关局部结构的零件和装配图。 6 按 9 4 结构装配图将变速轴上的各零件装配复原，同时调整好各部件相互间的间隙。（注 意：调节间隙的关键零件是左右轴挡 16，次序为先左后右。）并进行三种变速的测定，观 察和记录小链轮与壳体的速比 I 。 7参考 图 9 4 所绘的自行车内三飞（禧玛诺）零件装配图，绘制出变速轴的装配图，比例自 定。绘图工作可以在课后完成。（只能参考、不可照抄）根据 图 9 3自行车内三飞零件装 配图上的序号，参照 表 9 1自行车变速轴的零件目录；可以找到各零件的名称、数量、材 料等资料 8 图 9-5为象
7、牌三速变速轴的结构图， 表 9-2为三速变速轴的零件、目录表，仅供参考。 图 9-3 机构组合次序示意图 图 4 自行车内三飞（禧玛诺）零件装配图序号 名 称 数量 材 料 备 注 1 六角螺母 2 20 镀锌 2 垫圈 4 Q235 镀锌 3 轴挡圈 1 65Mn 淬火 4 中心齿轮轴 1 40Cr 调质 5 行星轮座 1 45 6 内齿轮 1 20CrMnTi 渗碳淬火 7 离合滑块 1 20CrMnTi 渗碳淬火 8 连接销 1 45 9 外壳（花鼓） 1 Q235 表面涂铬 10 右内棘爪 2 45 淬火 11 滚珠轴承（ A） 1套 GCr15 淬火 12 小链轮（ Z=14） 1
8、20CrMnTi 渗碳淬火 13 调节螺母 1 Q235 变速器上用 14 传动轴挡 1 20CrMnTi 渗碳淬火 15 滚珠轴承（ B） 2套 GCr15 淬火 16 轴挡（左右各一） 2 20CrMnTi 渗碳淬火 17 右扁螺母 1 20 镀锌 18 变速钢丝 1 65Mn 1.2变速器上用 19 调速杆 1 20 镀锌 20 变速器 1套 21 防尘盖 2 橡胶 22 弹簧 1 65Mn 淬火 23 固定圈 1 65Mn 淬火 24 密封圈 1 Q235 25 防尘圈 1 聚丙烯（ PP） 26 右弹簧圈 1 65Mn 淬火 27 右定位环 1 65Mn 淬火 28 棘爪销 2 45
9、 29 右外棘爪 2 45 淬火 30 棘爪弹簧 2 65Mn 淬火 31 方弹簧 1 65Mn 淬火 32 左定位环 1 65Mn 淬火 33 行星轮销轴 4 45 淬火 34 行星齿轮 4 20CrMnTi 渗碳淬火 35 左棘爪 2 45 淬火 36 左弹簧圈 1 65Mn 淬火 37 左扁螺母 1 20 镀锌 图 9-5 (象牌 )三速变速轴的结构图 表 9-2 三速变速轴零件目录表 序号 名 称 数量 材 料 备 注 1 右螺母 1 Q235 2 后轴棍 1 45 3 六角螺母 2 Q235 4 弹簧 1 65Mn 5 轴挡 2 20CrMnTi 渗碳淬火 6 钢球 6 20 GCr
10、15 7 锁圈 1 65Mn 8 小链轮 Z=18 1 20CrMnTi 渗碳淬火 9 传动轴挡 1 20CrMnTi 渗碳淬火 10 弹簧 1 65Mn 11 棘爪弹簧 4 65Mn 12 右棘爪（千斤 II） 2 15 渗碳淬火 13 活动花键（十字拨块） 1 20CrMnTi 渗碳淬火 14 内齿轮 1 20CrMnTi 渗碳淬火 15 油杯 1 16 行星轮座（齿轮座） 1 20 17 左棘爪 1 20 18 轴壳 1 Q235 19 中心齿轮 1 20CrMnTi 渗碳淬火 20 螺母 M10 2 Q235 21 垫圈 10 2 Q235 22 薄垫圈 10 2 Q235 23 左棘
11、爪（千斤 I） 2 15 渗碳淬火 24 左棘爪销 2 15 25 中心齿轮销 1 15 26 行星齿轮销 4 20Cr 渗碳淬火 27 行星齿轮 4 20CrMnTi 渗碳淬火 28 花键套筒 1 15 渗碳淬火 29 联接销 1 45 30 右棘爪销 2 15 31 联接销定位圈 1 Q235 32 右棘轮 1 20 33 钢球 4 29 34 大防尘盖 1 Q235 35 弹簧定位圈 1 Q235 36 衬圈 2 15 37 小防尘盖 2 15 38 拉链螺钉 1 Q235 39 拉链 1 Q235 4.各实验区按键图如 图 9.38所示 N1-主动带轮转速 N2-从动带轮转速 M1-主动带轮转矩 M2-从动带轮转矩 P1 p8-油膜压力 P负 -负载压力 Mf-摩擦力矩 N-主轴转速 1 10 -1到 10螺栓应变值 （三）工具 扳手、内六角扳手、螺丝刀、直尺、橡皮锤等。 图 9-38 控制箱外形
