機械設計課件第18章減速器和變速器

1、昆明大學專用 作者： 潘存云教授 第第18章章 減速器和變速器減速器和變速器 18-1 減速器減速器 18-2 變速器變速器18-3 摩擦輪傳動簡介摩擦輪傳動簡介 昆明大學專用 作者： 潘存云教授 功用：功用：在機器中用來減速，也可以用來增速。在機器中用來減速，也可以用來增速。 齒輪減速器齒輪減速器 蝸桿減速器蝸桿減速器 蝸桿齒輪減速器蝸桿齒輪減速器 行星齒輪減速器行星齒輪減速器 擺線針輪減速器擺線針輪減速器 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器 18-1 減速器減速器 組成：組成：由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。類型類型 除了部分旋轉類機械如鼓風機、水泵等直接由原除了部分旋轉類機

2、械如鼓風機、水泵等直接由原動機驅動之外、絕大多數(shù)的工作機械其工作部分的轉動機驅動之外、絕大多數(shù)的工作機械其工作部分的轉速與原動機的轉速不一致，因此，需要協(xié)調原動機與速與原動機的轉速不一致，因此，需要協(xié)調原動機與工作機之間的速度。工作機之間的速度。 昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制展開式三級圓展開式三級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器特點：特點：傳動效率高、工作可靠、壽命長、維護簡便、傳動效率高、工作可靠、壽命長、維護簡便、 因而應用很廣泛。因而應用很廣泛。上述六種減速器已有標準系列產品，只有在選不上述六種減速器已有標準系列產品，只有在選不到合

3、適的產品時，才自行設計制造減速器。到合適的產品時，才自行設計制造減速器。 一、齒輪減速器一、齒輪減速器類型：類型：單級圓柱齒單級圓柱齒輪減速器輪減速器展開式雙級圓展開式雙級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制分流式雙級圓分流式雙級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器兩級圓錐齒輪兩級圓錐齒輪圓柱齒輪減速器圓柱齒輪減速器分流式三級圓分流式三級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器同軸式雙級圓同軸式雙級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器分流式雙級圓分流式雙級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器單級圓錐齒單級圓錐齒輪減速器輪減速器昆明

4、大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制產品實例：產品實例：展開式三級圓柱齒輪減速器展開式三級圓柱齒輪減速器昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制SSSS特點：特點：結構緊湊、傳動比大、工作平穩(wěn)、噪聲較小、結構緊湊、傳動比大、工作平穩(wěn)、噪聲較小、 傳動效率低。傳動效率低。二、蝸桿減速器二、蝸桿減速器類型：類型：其中：其中： S-S-低速級；低速級； f 高速級高速級下蝸桿式下蝸桿式上蝸桿式上蝸桿式側蝸桿式側蝸桿式fff雙級蝸桿減速器雙級蝸桿減速器fS昆明大學專用 作者： 潘存云教授 三維模型：三維模型：蝸桿減速

5、器蝸桿減速器昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制特點：特點：兼有兩者的傳動特點，通常把蝸桿傳動作為高兼有兩者的傳動特點，通常把蝸桿傳動作為高 速級，因為在高速時，蝸桿傳動的效率較高。速級，因為在高速時，蝸桿傳動的效率較高。三、蝸桿三、蝸桿齒輪減速器齒輪減速器類型：類型：fSfSf昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制產品實例：產品實例：蝸桿蝸桿-齒輪減速器齒輪減速器昆明大學專用 作者： 潘存云教授 18-2 變變 速速 器器有級變速器有級變速器有級變速器的傳動只能按既定的設計要求通過操有級變速器的傳動只能按既定的設計要求通過操縱機構分級進行變速

6、，有級變速器的類型見下頁?？v機構分級進行變速，有級變速器的類型見下頁。 功用：功用：根據(jù)需要能隨時改變傳動比。根據(jù)需要能隨時改變傳動比。 減速器的傳動比是固定的，但在工程實際中，有減速器的傳動比是固定的，但在工程實際中，有些工作機往往需要在幾種不同的轉速下工作，這就需些工作機往往需要在幾種不同的轉速下工作，這就需要根據(jù)使用要求在工作中隨時調整原動機與工作機之要根據(jù)使用要求在工作中隨時調整原動機與工作機之間的傳動比。間的傳動比。類型：類型：有級變速器有級變速器無級變速器無級變速器昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制II主動軸；主動軸；II-I

7、I-從動軸從動軸滑移齒輪變速器滑移齒輪變速器I III II離合器式齒輪變速器離合器式齒輪變速器 I III II塔輪變速器塔輪變速器I III II拉鍵式變速器拉鍵式變速器I III II塔輪變速器塔輪變速器 滑移齒輪變速器滑移齒輪變速器 拉鍵式變速器拉鍵式變速器 離合器式齒輪變速器離合器式齒輪變速器 有級變速有級變速的器類型的器類型昆明大學專用 作者： 潘存云教授 無級變速器無級變速器滾輪滾輪-平板式變速器平板式變速器 鋼球無級變速器鋼球無級變速器 菱錐無級變速器菱錐無級變速器 寬寬V V帶無級變速器帶無級變速器 類類型型實現(xiàn)無級變實現(xiàn)無級變速的方法：速的方法：機械無級變速機械無級變速電氣

8、無級變速電氣無級變速電氣無級變速電氣無級變速可控硅調速；可控硅調速；變頻調速；變頻調速；-壓動機調速；壓動機調速； 無級變速器的傳動比在設計預定的范圍內無級地無級變速器的傳動比在設計預定的范圍內無級地進行改變。進行改變。工作原理：工作原理： 依靠摩擦傳動，改變主動件和從動件的輸出半徑，依靠摩擦傳動，改變主動件和從動件的輸出半徑，實現(xiàn)傳動比的無變化。實現(xiàn)傳動比的無變化。類型：類型：本章介紹的內容昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制主動輪主動輪I III從動平盤從動平盤彈簧彈簧 v =2 r2 = r1 1 1) 1) 滾輪滾輪-平板式變速器平板式變速器 接觸點的速度：接觸點的速度：

9、組成：組成： 主動輪、從動盤、彈簧。主動輪、從動盤、彈簧。 工作原理：工作原理： 調整主動輪的位置，就調整主動輪的位置，就改變了改變了r2 的大小，從而實的大小，從而實現(xiàn)無級變速?，F(xiàn)無級變速。 I III主動輪主動輪從動平盤從動平盤彈簧彈簧 r1r2特點：特點： 1 1）結構簡單、制造方便；結構簡單、制造方便； 2 2）因為存在較大相對滑動，故磨損嚴重，傳遞功因為存在較大相對滑動，故磨損嚴重，傳遞功 率不大。率不大。 傳動比：傳動比： i12 =1 / 2 =r2 / r1 單擊動畫昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制2) 2) 鋼球無級變速器鋼球無級變速器 傳動比：傳動比： i1

10、2 = R2 r1 / R1 r2 組成：組成：錐輪、鋼球（通常為錐輪、鋼球（通常為6 6個）、支承軸。個）、支承軸。 工作原理：工作原理： 調整支承軸的傾角，可調整支承軸的傾角，可改變鋼球的傳動半徑改變鋼球的傳動半徑r1和和r2 ，從而實現(xiàn)無級變速。從而實現(xiàn)無級變速。 特點：特點： 1 1）結構簡單、傳動平穩(wěn)，相對滑動小，結構緊湊；結構簡單、傳動平穩(wěn)，相對滑動小，結構緊湊； 2 2）要求鋼球加工精度高。要求鋼球加工精度高。鋼球鋼球 支承軸支承軸從動錐輪從動錐輪主動錐輪主動錐輪= r1 / r2 因為R1=R2 I IIII IIIr1 R1 r2 R2實際上是兩對摩擦輪傳動昆明大學專用 作者

11、： 潘存云教授 潘存云教授研制3) 3) 菱錐無級變速器菱錐無級變速器 傳動比：傳動比： i12 = r1 R2 / R1 r2 組成：組成：主動輪、從動輪、錐菱、支承架。主動輪、從動輪、錐菱、支承架。 工作原理：工作原理： 調整支架的水平位置，調整支架的水平位置，可改變菱錐的傳動半徑可改變菱錐的傳動半徑r1和和r2 ，從而實現(xiàn)無級變速。，從而實現(xiàn)無級變速。 從動輪從動輪主動輪主動輪I III菱錐菱錐支承架支承架支承架支承架從動輪從動輪 菱錐菱錐r1r2R1R2昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制寬寬V V帶帶4) 4) 寬寬V V帶無級變速器帶無級變速器 傳動比：傳動比： i12

12、 = r2 / r1 組成：組成：固定錐輪、活動錐輪、寬固定錐輪、活動錐輪、寬V V帶。帶。 工作原理：工作原理： 同步調整活動錐輪的軸同步調整活動錐輪的軸向位置，可改變錐輪的傳向位置，可改變錐輪的傳動半徑動半徑r1和和r2 ，從而實現(xiàn)無，從而實現(xiàn)無級變速。級變速。 固定錐輪固定錐輪III活動錐輪活動錐輪IIIr2r1昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制產品實例：產品實例：機械式無級變速器機械式無級變速器機械機械-電器組合式無級變速器電器組合式無級變速器變頻器變頻器減速器減速器昆明大學專用 作者： 潘存云教授 缺點：缺點： 不能保證精確的傳動比；不能保證精確的傳動比；

13、機械無級變速器的優(yōu)點：機械無級變速器的優(yōu)點：結構簡單；結構簡單；過載時可利用摩擦傳動元件間的打滑而避免損壞過載時可利用摩擦傳動元件間的打滑而避免損壞 機器；機器；運轉平穩(wěn)、無噪聲，可用于較高轉速的傳動；易運轉平穩(wěn)、無噪聲，可用于較高轉速的傳動；易 于平緩連續(xù)的變速。于平緩連續(xù)的變速。 承受過載和沖擊能力差，傳遞大功率時結構尺寸過大；承受過載和沖擊能力差，傳遞大功率時結構尺寸過大；軸和軸承上的載荷較大。軸和軸承上的載荷較大。昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制3 3汽車汽車變速器簡介變速器簡介 汽車變速器是一種典型的機械式有汽車變速器是一種典型的機械式有級變速器。級變速器。應用實例：

14、應用實例： 桑塔納轎車變速器。桑塔納轎車變速器。汽車發(fā)動機（活塞式內燃機）的扭矩和轉速變化范圍較小，無法適應實際使用的要求，因此，需在汽車的傳動系統(tǒng)中設置變速器。它有：四個前進檔，它有：四個前進檔， 一個倒檔，一個倒檔， 一個空檔位置。一個空檔位置。潘存云教授研制輸入軸輸入軸 4 4檔檔 3 3檔檔 2 2檔檔 倒檔倒檔 1 1檔檔輸出軸輸出軸昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制空空 檔檔離合器離合器1 1離合器離合器2 2換檔手柄換檔手柄 昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制第一檔：第一檔：i i1 1=3.455 =3.455 輸出軸反向旋轉輸出軸反向

15、旋轉 昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制第二檔：第二檔：i i2 2=1.944 =1.944 昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制第三檔：第三檔：i i3 3=1.286 =1.286 昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制第四檔：第四檔：i i3 3=0.909 =0.909 昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制倒檔倒檔 i iR R=3.167=3.167輸出軸同向旋轉輸出軸同向旋轉AA向向 倒檔齒輪倒檔齒輪昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制圓錐摩擦輪傳動圓

16、錐摩擦輪傳動摩擦輪傳動除了在機械無級變速器中廣泛采用外，摩擦輪傳動除了在機械無級變速器中廣泛采用外，在鍛壓、起重、運輸、機床、儀表等設備中也常用到，在鍛壓、起重、運輸、機床、儀表等設備中也常用到，其基本型式見下圖：其基本型式見下圖：18-3 摩擦輪傳動簡介摩擦輪傳動簡介F圓柱平摩擦輪傳動圓柱平摩擦輪傳動圓柱槽摩圓柱槽摩擦輪傳動擦輪傳動aD2D1FpFp中間為空檔正轉 潘存云教授研制反轉 昆明大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制摩擦輪傳動基本型式的演化摩擦輪傳動基本型式的演化 ：增速增速減速減速昆明大學專用 作者： 潘存云教授 摩擦輪傳動靠摩擦傳遞運動，接觸處不可避免地摩擦

17、輪傳動靠摩擦傳遞運動，接觸處不可避免地要產生彈性滑動，有的傳遞型式還要產生幾何滑動，要產生彈性滑動，有的傳遞型式還要產生幾何滑動，過載時會出現(xiàn)打滑。過載時會出現(xiàn)打滑。 主要失效形式是：主要失效形式是：對摩擦輪材料的主要要求是：對摩擦輪材料的主要要求是： . 接觸疲勞強度高，耐磨性好、以便延長工作壽命；接觸疲勞強度高，耐磨性好、以便延長工作壽命；摩擦輪傳動的計算公式見后續(xù)表。摩擦輪傳動的計算公式見后續(xù)表。 摩擦輪傳動常用的材料副、工作條件、性能數(shù)據(jù)摩擦輪傳動常用的材料副、工作條件、性能數(shù)據(jù)及使用場合見下頁表。及使用場合見下頁表。 . 彈性模量大，以便減小彈性滑動和功率損耗；彈性模量大，以便減小彈

18、性滑動和功率損耗；. 摩擦系數(shù)大，以便在滿足所需要摩擦力的前提下，摩擦系數(shù)大，以便在滿足所需要摩擦力的前提下， 降低壓緊力；降低壓緊力； 接觸疲勞接觸疲勞過度磨損過度磨損打滑打滑昆明大學專用 作者： 潘存云教授 摩擦輪傳動常用的材料機械性能摩擦輪傳動常用的材料機械性能 摩擦輪傳動材料副摩擦輪傳動材料副工作工作條件條件摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f許用接觸應力許用接觸應力p /MPa許用線性載荷許用線性載荷q /(N/mm)適用場合適用場合鋼鋼-鋼鋼 0.10.2 1.21.5HBS -鑄鐵鑄鐵-鋼或鑄鐵鋼或鑄鐵 0.10.15 1.5 Bb -淬火鋼淬火鋼-淬火鋼淬火鋼 油中油中 0.030.05 2530HRC -夾布膠木夾布膠木-鋼或鑄鐵鋼或鑄鐵皮革皮革-鑄鐵鑄鐵木材木材-鑄鐵鑄鐵橡膠橡膠-鑄鐵鑄鐵無潤滑無潤滑0.20.25 - 4080 0.250.35 - 2030 0.40.5 - 515 0.