機械設(shè)計(王寧俠)第16章

第16章減速器和變速器16.1減速器16.2變速器習(xí)題

16.1減速器

16.1.1減速器的類型及特點

減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。它用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作要求。在某些場合也用來增速，稱為增速裝置。減速器在現(xiàn)代機械設(shè)備中應(yīng)用極為廣泛。

1.減速器的分類

按照傳動類型不同，減速器可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器以及由它們互相組合起來的減速器。

按照齒輪的外形不同，減速器可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和它們組合起來的圓錐—圓柱齒輪減速器。

按照傳動的級數(shù)不同，減速器可分為單級減速器和多級減速器。

二級和二級以上的圓柱齒輪減速器按照傳動的布置形式可分為展開式、分流式和同軸式減速器，見圖16-1。

按照軸的安裝方式不同，減速器可分為臥式和立式減速器，見圖16-2。圖16-1二級圓柱齒輪減速器的傳動布置形式圖16-2齒輪減速器軸線布置形式

2.常用減速器的形式、特點及應(yīng)用

常用減速器的形式、特點及應(yīng)用如表16-1所示。齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器等我國已有標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。選用標(biāo)準(zhǔn)減速器時，可根據(jù)工作要求所需傳遞的功率、轉(zhuǎn)速、中心距、傳動比及傳動的布置要求，查產(chǎn)品目錄或有關(guān)設(shè)計手冊選定。

關(guān)于減速器的基本參數(shù)、傳動比的分配、結(jié)構(gòu)、潤滑及密封等有關(guān)設(shè)計問題可參閱與《機械設(shè)計》教材配套的《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》，或其他有關(guān)資料。16.1.2齒輪減速器的結(jié)構(gòu)

各種形式的減速器，其結(jié)構(gòu)有許多相似之處。圖16-3為二級斜齒圓柱齒輪減速器的典型結(jié)構(gòu)。

二級斜齒圓柱齒輪減速器除傳動件(齒輪或蝸桿、蝸輪)、軸和軸承之外，最主要的零件是箱體，其上的軸承孔必須精確加工。箱體還必須有足夠的剛度，以免受載后變形過大而影響傳動質(zhì)量，為此常在箱體外設(shè)置加強肋。一般箱體用中等強度的灰鑄鐵鑄成，重型減速器用高強度鑄鐵或鑄鋼。用鋼板焊接成的箱體應(yīng)用愈來愈多。圖16-3二級斜齒圓柱齒輪減速器為滿足某些需要，減速器上還設(shè)有一些附件：保證上、下箱體準(zhǔn)確定位的定位銷；為了便于檢查齒輪嚙合情況和注油而設(shè)的窺視孔；還有油面指示器(油標(biāo))、通氣器、油塞、吊鉤等。減速器的主要尺寸和性能參數(shù)可參考有關(guān)設(shè)計手冊。16.2變速器

16.2.1有級變速器

1.塔輪變速器

如圖16-4(a)所示，兩個塔形帶輪分別固定在軸Ⅰ、Ⅱ上，傳動帶可在帶輪上移換三個不同位置。由于兩個塔形帶輪對應(yīng)各級的直徑比值不同，因此當(dāng)軸Ⅰ以固定不變的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，通過移換帶的位置可使軸Ⅱ得到三級不同的轉(zhuǎn)速。這種變速器較多采用平帶傳動，也可用V帶傳動。其特點是傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸較大，變速不方便。圖16-4各式有級變速器

2.滑移齒輪變速器

如圖16-4(b)所示，三個齒輪固聯(lián)在軸Ⅰ上，一個三聯(lián)齒輪由導(dǎo)向花鍵聯(lián)接在軸Ⅱ上。這個三聯(lián)齒輪可移換左、中、右三個位置，使傳動比不同的三對齒輪分別嚙合，因而主動軸Ⅰ轉(zhuǎn)速不變時，從動軸Ⅱ可得到三級不同的轉(zhuǎn)速。這種變速器變速方便，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，應(yīng)用廣泛。顯然，這種變速器中不可用斜齒輪。

3.離合器式齒輪變速器

如圖16-4(c)所示，固定在軸Ⅰ上的兩個齒輪與空套在軸Ⅱ上的兩個齒輪保持經(jīng)常嚙合。軸Ⅱ上裝有牙嵌式離合器，軸上兩個齒輪靠離合器一側(cè)的端面上有能與離合器牙齒相嚙合的齒形。當(dāng)離合器向左或向右移動并與齒輪接合時，齒輪才通過離合器帶動軸Ⅱ同步回轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)軸Ⅰ以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，軸Ⅱ可獲得兩種不同的轉(zhuǎn)速。

這種變速器的最大特點是可以采用斜齒輪或人字齒輪，使傳動平穩(wěn)。若采用摩擦式離合器，則可在運轉(zhuǎn)中變速。其缺點是齒輪處于常嚙合狀態(tài)，磨損較快，離合器所占空間較大。

4.拉鍵式變速器

如圖16-4(d)所示，有四個齒輪固定在軸Ⅰ上，另四個齒輪空套在軸Ⅱ上，兩組齒輪成對地處于常嚙合狀態(tài)。軸Ⅱ上裝有拉鍵，當(dāng)拉鍵沿軸向移動到不同位置時，可使某一齒輪與軸Ⅱ上對應(yīng)的齒輪傳遞載荷，從而變換軸Ⅰ、Ⅱ間的傳動比，使軸Ⅱ得到不同的轉(zhuǎn)速。這種變速器的特點是，結(jié)構(gòu)比較緊湊，但拉鍵的強度、剛度通常較低，因此不能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。16.2.2無級變速器

無級變速器能夠根據(jù)工作需要連續(xù)平穩(wěn)地改變傳動速度。現(xiàn)代的無級變速器有機械的、電力的和流體的三類。中小功率的傳動常選用機械式無級變速器，它具有恒功率特性好、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、成本較低、適應(yīng)性強等特點。本節(jié)將簡要介紹機械式無級變速器(簡稱無級變速器)中的摩擦無級變速器。

1.摩擦無級變速器的原理圖16-5所示為一圓盤式摩擦無級變速器的運動簡圖。設(shè)兩輪直徑分別為D1和D2，主動輪可以在其軸上一定范圍內(nèi)沿軸線作左右移動，則其傳動比為

當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)速n1一定時，從動輪轉(zhuǎn)速n2可隨主動輪在軸上的位置不同(即D2不同)而改變。這樣，從動輪轉(zhuǎn)速就可在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，從而實現(xiàn)無級變速。圖16-5圓盤式摩擦無級變速器如果主動輪可以經(jīng)過從動輪軸線，并繼續(xù)左移，則從動輪不但可以改變轉(zhuǎn)速，而且可以改變轉(zhuǎn)向。但從動輪在靠近其中心線處和主動輪接觸時，直徑D2變得很小，接近于零，傳動比就會變得很大，這在實際中很難實現(xiàn)，所以直徑D2實際上受到某一最小值D2min的限制。

設(shè)兩輪的壓緊力為FQ，輪面間的摩擦系數(shù)為f，則接觸處最大摩擦力為Ff=FQ，所能傳遞的最大圓周力F必須滿足：

F≤FQ

否則，主動輪就不能帶動從動輪，而將在輪面上打滑并發(fā)生嚴重的磨損。

2.常用的摩擦無級變速器

摩擦無級變速器的結(jié)構(gòu)形式很多，有些已有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品可供選用。表16-2列舉了常用的摩擦無級變速器的基本形式。這些無級變速器都是通過改變接觸點(區(qū))到兩輪回轉(zhuǎn)軸線的距離，從而改變兩輪的回轉(zhuǎn)半徑，使傳動比連續(xù)可調(diào)。

3.無級變速器的主要性能指標(biāo)

衡量機械式無級變速器性能的主要指標(biāo)有：

1)調(diào)速范圍

無級變速器主動軸轉(zhuǎn)速n1一定時，從動軸轉(zhuǎn)速可以按工作需要在一定范圍(n2min～n2max)內(nèi)變化。

由無級變速器的結(jié)構(gòu)尺寸可以求得n2max和n2min。如圖16-5所示的圓盤式無級變速器，主動輪直徑D1一定，從動輪直徑D2在一定范圍(D2min～D2max)內(nèi)變化，則

把n2max與n2min的比值R稱為調(diào)速范圍，即

調(diào)速范圍是無級變速器的主要性能指標(biāo)之一，也是重要的設(shè)計參數(shù)。

2)調(diào)速特性

無級變速器在輸入轉(zhuǎn)速一定的情況下，其輸出軸的轉(zhuǎn)矩T(或功率P)與其轉(zhuǎn)速ω的關(guān)系稱為機械特性。

圖16-6中的圓盤式無級變速器，若輪2與輪1間的壓力FQ保持不變，則兩輪之間的摩擦力為常值。若輪1主動(見圖16-6(a))，輸入轉(zhuǎn)矩T1為定值，則輸出轉(zhuǎn)矩T2將隨直徑D2的變化而變化，即

若計算時不計摩擦損失，則輸出軸功率為

由此得到圖16-6(c)所示的恒功率輸出特性。在低速運轉(zhuǎn)時，載荷變化對轉(zhuǎn)速的影響小，工作中有很高的穩(wěn)定性，能充分利用原動機的全部功率。圖16-6圓盤式無級變速器的輸出特性若以輪2主動(見圖16-6(b))，其角速度ω2為常數(shù)，則輪1從動,其角速度ω1為變量。此時輸出轉(zhuǎn)矩=常量,而輸出功率P1=T1ω1=變量，由此可得圖16-6(d)所示的恒轉(zhuǎn)矩輸出特性。如果輸出轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)速就會立即下降，甚至引起打滑和運轉(zhuǎn)中斷，不能充分利用原動機的輸入功率。

在