第五章傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第五章傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

§5-1傳動系統(tǒng)的功能和要求

傳動系統(tǒng)是位于動力機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或執(zhí)行構(gòu)件）之間的中間裝置，它的作用是將動力機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行構(gòu)件）。

傳動系統(tǒng)是由運(yùn)動鏈及相應(yīng)的聯(lián)系裝置組成的。

傳動系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分，傳動系統(tǒng)的優(yōu)劣將直接影響到機(jī)械系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)性。有一些機(jī)器的動力機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接聯(lián)接，如風(fēng)扇、水泵等。但大多數(shù)機(jī)器，在動力機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)間設(shè)有傳動系統(tǒng)。

制動器2、減速器1及聯(lián)軸器4組成了傳動系統(tǒng)。7654321DV圖5-1起重機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1-減速器2-制動器3-電動機(jī)4-聯(lián)軸器5-卷筒6-鋼絲繩7-吊鉤電動機(jī)3為動力機(jī)；卷筒5、鋼絲繩6和吊鉤7為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

一、傳動系統(tǒng)的功能1、改變動力機(jī)輸出的運(yùn)動形式或轉(zhuǎn)速，以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的要求。

動力機(jī)輸出的一般是等速連續(xù)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，而執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動形式是多種多樣的。當(dāng)兩者的運(yùn)動形式不相同時，要求傳動系統(tǒng)能夠改變動力機(jī)輸出的運(yùn)動形式，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求。當(dāng)兩者運(yùn)動形式相同時，還有轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩是否相同的問題，這就要求傳動系統(tǒng)具有減速增矩或增速減矩的作用。2、調(diào)節(jié)動力機(jī)輸出的速度、轉(zhuǎn)矩或力，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求。

執(zhí)行系統(tǒng)有時要求在不同的速度、轉(zhuǎn)矩或力下工作，直接改變動力機(jī)的速度、轉(zhuǎn)矩或力不可能或不經(jīng)濟(jì)，就要用傳動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這一要求。3、分配動力機(jī)輸出的運(yùn)動和動力，以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的要求。

有時要用一個動力機(jī)驅(qū)動若干個位置、運(yùn)動形式或速度不相同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要靠傳動系統(tǒng)把運(yùn)動或動力分配到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。二、對傳動系統(tǒng)的要求1）考慮動力機(jī)與執(zhí)行系統(tǒng)的匹配，使它們的機(jī)械特性相適應(yīng)，并使兩者的工作點(diǎn)接近各自的最佳工況點(diǎn)且工作平穩(wěn)。

以起重機(jī)為例，動力機(jī)為三相交流異步電動機(jī)，它的固有機(jī)械特性如圖a)所示。起重機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性，如圖b)所示。兩者匹配后，希望電動機(jī)在固有機(jī)械特性的HB段接近額定點(diǎn)B處工作，而起重機(jī)卷筒上的轉(zhuǎn)矩為MW，轉(zhuǎn)速為nW，在W點(diǎn)工作。a）nMnWMWMZWb）要實(shí)現(xiàn)上述要求，就要靠傳動系統(tǒng)。BW2）滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)在起動、制動、調(diào)速、反向和空載等方面的要求。

※系統(tǒng)在起動時，起動力矩一般大于正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的力矩。如起重機(jī)，起動力矩除要克服提升重物的阻力矩外，還應(yīng)使重物及一切運(yùn)動構(gòu)件產(chǎn)生加速度。

設(shè)機(jī)械系統(tǒng)折算到電動機(jī)軸上起動力矩為Md：

異步電動機(jī)的起動力矩為Mst，Mst=λstMN。若Mst<Md

，就不能負(fù)載起動。若Mst≥

Md

，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載起動；

可以在傳動系統(tǒng)中設(shè)置離合器，讓電動機(jī)帶動傳動系統(tǒng)在空載下起動，等運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再通過離合器與執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)接，帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。也可以在傳動系統(tǒng)中設(shè)變速裝置，先使執(zhí)行系統(tǒng)在速度較低時起動；運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，再變到正常速度?！行﹫?zhí)行系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)到一定位置后，要求馬上制動，這就要求傳動系統(tǒng)中要有離合器和制動器?！?dāng)執(zhí)行系統(tǒng)要求隨著工作狀況的變化而發(fā)生變化時，如果選用的是不可調(diào)速的電動機(jī)，傳動系統(tǒng)就要設(shè)計(jì)成可調(diào)速的。如汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床上都有調(diào)速裝置。※當(dāng)執(zhí)行系統(tǒng)有正行程和反行程時，傳動系統(tǒng)要考慮反轉(zhuǎn)問題。如小型起重機(jī)反向是靠改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)的，但汽車、拖拉機(jī)上的反向是靠傳動系統(tǒng)完成的，這時傳動系統(tǒng)中就要有可反向的裝置?！鶄鲃酉到y(tǒng)應(yīng)能滿足系統(tǒng)空載時執(zhí)行系統(tǒng)有比工作時較高的速度要求。以四工位專用機(jī)床為例，當(dāng)鉆頭還沒有接近工件時，進(jìn)刀機(jī)構(gòu)應(yīng)使鉆頭快進(jìn)，速度應(yīng)比鉆削加工時大一些。

3）傳動系統(tǒng)的運(yùn)動鏈應(yīng)盡量短。

傳動系統(tǒng)的運(yùn)動鏈短，可以減輕重量，降低制造費(fèi)用；也可以提高傳動系統(tǒng)的精度、效率、剛度和可靠性。

為縮短運(yùn)動鏈，應(yīng)力求采用構(gòu)件數(shù)目少和運(yùn)動副少的機(jī)構(gòu)。①采用V帶-兩級圓柱齒輪減速系統(tǒng)，適用的速比范圍為：②兩極圓柱齒輪-開式齒輪減速系統(tǒng)，適用的速比范圍為：③齒輪-蝸桿減速系統(tǒng)，適用的速比為：以P107圖5-1所示的起重機(jī)為例，若傳動系統(tǒng)的速比i=70，它就不能僅僅采用圖示的兩級圓柱齒輪減速器。因?yàn)閮杉増A柱齒輪減速器適用速比范圍為：i=8~40，顯然不能滿足要求。此時可以采用的傳動方案有以下5種：④兩級行星齒輪減速系統(tǒng)，適用的速比范圍：i=10~80⑤擺線針輪減速系統(tǒng)，適用的速比范圍：i=11~87

從縮短運(yùn)動鏈的角度出發(fā)，采用擺線針輪減速系統(tǒng)最好，其次是兩級行星齒輪減速系統(tǒng)和齒輪-蝸桿減速系統(tǒng)。

4）傳動系統(tǒng)應(yīng)布置緊湊，有較小的外廓尺寸和重量。

有一些機(jī)械系統(tǒng)對尺寸和重量有較嚴(yán)格的要求，當(dāng)要求傳動比較大時，選用可實(shí)現(xiàn)較大傳動比的行星齒輪傳動、擺線針輪傳動、諧波傳動，它們與其它傳動形式相比，可以大大減小傳動系統(tǒng)的尺寸和重量。

5）當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)的載荷頻繁變化，而且有較大過載時，傳動系統(tǒng)中要設(shè)置過載保護(hù)裝置。

傳動系統(tǒng)中的過載保護(hù)裝置，可以減小傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)中各構(gòu)件的計(jì)算載荷，使這些構(gòu)件的尺寸和重量減小，從而提高系統(tǒng)的可靠度。6）對傳動系統(tǒng)要有安全防護(hù)措施。

要有能保護(hù)傳動系統(tǒng)各構(gòu)件安全工作的措施，如汽車變速箱的操縱桿上要設(shè)置聯(lián)鎖裝置，不允許同時掛兩個檔的現(xiàn)象出現(xiàn)。同時，在傳動系統(tǒng)的適當(dāng)部位，要設(shè)置保護(hù)操作者安全的裝置，如轉(zhuǎn)動零件上加防護(hù)罩。

§5-2傳動系統(tǒng)的類型及其選擇可以按不同方法對傳動系統(tǒng)分類。一、按傳動比變化情況分類：

按傳動比變化情況傳動系統(tǒng)可分為：固定傳動比傳動系統(tǒng)和可調(diào)傳動比傳動系統(tǒng)?？烧{(diào)傳動比傳動又可分為：有級變速傳動系統(tǒng)、無級變速傳動系統(tǒng)和周期性變速傳動系統(tǒng)。

(一)固定傳動比傳動系統(tǒng)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件在一個確定的轉(zhuǎn)速或速度下工作。如P107圖5-1所示的起重機(jī)就采用了定傳動比的二級圓柱齒輪減速器進(jìn)行傳動。

固定傳動比傳動系統(tǒng)又可分為減速傳動和增速傳動兩種情況。若執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速低于動力機(jī)轉(zhuǎn)速，用減速傳動系統(tǒng)；若執(zhí)行構(gòu)件轉(zhuǎn)速高于動力機(jī)轉(zhuǎn)速，用增速傳動系統(tǒng)。(二)可調(diào)傳動比的傳動系統(tǒng)

車床在切削工件時，應(yīng)根據(jù)工件的材料和硬度、切削量、刀具的性能以及對精度和表面精糙度的要求來選擇切削速度，對這一類的機(jī)械系統(tǒng)，就應(yīng)采用可調(diào)傳動比的傳動系統(tǒng)。（1）有級變速傳動系統(tǒng)

轉(zhuǎn)速只能在一定的范圍里選用某幾個數(shù)值。常見的可調(diào)傳動比的傳動系統(tǒng)：

當(dāng)變速級數(shù)較少或不用頻繁變速時可采用交換帶輪、鏈輪、齒輪的辦法實(shí)現(xiàn)變速，如機(jī)床上的掛輪裝置。

當(dāng)變速級數(shù)較多或要求變速頻繁時多采用變速齒輪傳動，如汽車、拖拉機(jī)上就是采用變速齒輪傳動實(shí)現(xiàn)變速。執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件在多個轉(zhuǎn)速或速度下工作。液力無級變速器機(jī)械無級變速器液力變矩器無極變速傳動系統(tǒng)摩擦傳動無級變速器嚙合傳動無級變速器液力耦合器（2）無級變速傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速可在一定范圍里連續(xù)變化。常用的無級變速裝置有：（3）周期性變速傳動系統(tǒng)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)(或執(zhí)行構(gòu)件)的速度按周期性的規(guī)律變化，輸出的角速度ω2是輸入角速度ω1的周期性函數(shù)，即ω2=f(ω1)是周期性函數(shù)。

采用周期性變速傳動的作用：

①滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求。

②改善執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及動力特性。

圖示的組合機(jī)構(gòu)可以使滑塊空回行程的時間縮短，工作行程的時間增長，表現(xiàn)出較為明顯的急回特性，同時還可以使機(jī)構(gòu)在工作行程時速度較為均勻。如將非圓齒輪傳動與連桿機(jī)構(gòu)或槽輪機(jī)構(gòu)相組合，改善輸出運(yùn)動的特性，減小沖擊。如紡織機(jī)械中采用非圓齒輪傳動，可以周期性地改變徑紗和緯紗的密度，從而織出有一定花紋的紡織品。滾筒式平板印刷機(jī)，采用非圓齒輪傳動，調(diào)節(jié)送紙速度。二、按驅(qū)動形式分類：

傳動系統(tǒng)按驅(qū)動形式可分為：獨(dú)立驅(qū)動傳動系統(tǒng)、集中驅(qū)動傳動系統(tǒng)和聯(lián)合驅(qū)動傳動系統(tǒng)。(一)獨(dú)立驅(qū)動的傳動系統(tǒng)

每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)都用一個動力機(jī)驅(qū)動的傳動系統(tǒng)叫獨(dú)立驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。

如圖P107圖5-2所示的“曲柄壓力機(jī)—沖床”只有一個由構(gòu)件2、3、4及機(jī)架10組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行系統(tǒng)，因此采用了一個電動機(jī)9獨(dú)立驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。

①只有一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)—即單一型的系統(tǒng)。1112在下面3種情況下，采用獨(dú)立驅(qū)動傳動系統(tǒng)：

②有多個運(yùn)動不相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)—即相互獨(dú)立型的系統(tǒng)。

龍門起重機(jī)中有3個執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成3個動作：大車行走、小車行走和物料升降。

龍門起重機(jī)中的這3個動作互不相關(guān)，各自獨(dú)立，同時3個執(zhí)行機(jī)構(gòu)相矩較遠(yuǎn)，用3個電動機(jī)獨(dú)立驅(qū)動3個執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？梢允箓鲃酉到y(tǒng)大大簡化，運(yùn)動鏈縮短，同時也可以使系統(tǒng)的安裝、調(diào)整、維護(hù)、操縱更為方便。③數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)。

數(shù)控機(jī)械一般有多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，圖示立式加工中心，有5個執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成下面5個動作：①裝有刀具的主軸旋轉(zhuǎn)；②裝有工件的工作臺縱向運(yùn)動；③裝有工件的工作臺橫向運(yùn)動；④主軸箱鉛垂方向的升降運(yùn)動；⑤刀庫的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和機(jī)械手抓取、安裝、放回刀具的運(yùn)動。主軸箱工作臺刀庫主軸為了保證這5個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作能夠協(xié)調(diào)進(jìn)行，每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)由各自的電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動。(二)集中驅(qū)動的傳動系統(tǒng)

集中驅(qū)動的傳動系統(tǒng)是指用一個動力機(jī)，經(jīng)傳動系統(tǒng)驅(qū)動若干個執(zhí)行機(jī)械協(xié)同工作。①各執(zhí)行構(gòu)件間有一定的傳動比要求的傳動系統(tǒng)。

P108圖5-4所示的絲杠車床，車床主軸用電動機(jī)經(jīng)V帶傳動和蝸桿傳動驅(qū)動；再經(jīng)二級齒輪傳動和螺旋傳動，驅(qū)動刀架運(yùn)動。在下面3種情況下，常采用這種驅(qū)動方案：

ABCDABCD

由上述式子可以看出，車床主軸的轉(zhuǎn)速nw與刀架絲杠的轉(zhuǎn)速n間的關(guān)系，直接影響加工精度，所以在車床主軸與絲杠間不能采用傳動比不穩(wěn)定的傳動形式，如帶傳動、摩擦輪傳動、摩擦離合器等。

當(dāng)用該車床加工高精度螺紋時，要用到兩個執(zhí)行系統(tǒng)：車床主軸和刀架。車床主軸的轉(zhuǎn)速nw與螺旋傳動絲杠的轉(zhuǎn)速n間有一定的關(guān)系。利用設(shè)置在機(jī)床主軸和絲杠間的二級圓柱齒輪傳動，通過A、B、C、D四個齒輪的齒數(shù)來滿足上述關(guān)系，從而來保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。ABCD②各執(zhí)行構(gòu)件間有動作順序要求。

當(dāng)執(zhí)行系統(tǒng)中有多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件，并且相互間的動作有嚴(yán)格的時間和空間聯(lián)系時，常采用集中驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。用傳動系統(tǒng)把動力機(jī)輸出的運(yùn)動和動力按順序分配到不同位置的執(zhí)行構(gòu)件上，使其協(xié)調(diào)工作。電阻壓帽自動機(jī)傳動系統(tǒng)該機(jī)器有4個執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

（1）將電阻坯8和電阻帽7送上工位的機(jī)構(gòu)(圖中沒有畫出)；

（2）將電阻坯件壓緊的機(jī)構(gòu)，凸輪6和壓頭13組成的凸輪機(jī)構(gòu)；

（3）分別將左、右電阻帽7壓向電阻坯件8的機(jī)構(gòu)，由凸輪4、9和推桿14、15組成的凸輪機(jī)構(gòu)。131514卸下壓好的工件電阻坯件8電阻帽7就位壓頭13壓緊工件8焊接壓頭14、15將7壓向8壓頭14、15壓頭13松開各執(zhí)行機(jī)構(gòu)間有嚴(yán)格的作業(yè)順序：131415

電阻壓帽機(jī)傳動系統(tǒng)：動力機(jī)為電動機(jī)1，經(jīng)帶式無級變速器2和蝸桿傳動10、11將運(yùn)動和動力傳到分配軸3上，在分配軸3上有4個凸輪：◆凸輪5驅(qū)動一個執(zhí)行構(gòu)件將電阻坯料8和電阻帽7送到作業(yè)工位；◆凸輪6驅(qū)動壓頭13將電阻坯料8壓緊；◆凸輪4、9通過連桿機(jī)構(gòu)和壓頭14、15將電阻帽7壓到電阻坯料8上。③必須用一個動力機(jī)集中驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。有兩種情況必須采用一個動力機(jī)集中驅(qū)動的傳動系統(tǒng)：

◆一些中小機(jī)械，有多個距離較近的執(zhí)行構(gòu)件，它們需要的驅(qū)動功率不大，當(dāng)用一個動力機(jī)驅(qū)動，傳動系統(tǒng)也不復(fù)雜，也采用集中驅(qū)動。如小型磨粉機(jī)，有進(jìn)料輥、磨輥、篩子、風(fēng)扇、輸送帶等多個執(zhí)行構(gòu)件，用一個動力機(jī)集中驅(qū)動?！魴C(jī)械系統(tǒng)上只有一個動力機(jī)。以汽車為例，它只有一個動力機(jī)一內(nèi)燃機(jī)，但有多個執(zhí)行構(gòu)件，如車輪、配氣氣門、高壓油泵的柱塞、冷卻風(fēng)扇和水泵，潤滑系統(tǒng)的機(jī)油泵、照明系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、氣泵、空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)等，這些執(zhí)行構(gòu)件都要由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動。P109圖5-6所示鉆機(jī)傳動系統(tǒng)也屬于一個動力機(jī)集中驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。用多臺動力機(jī)驅(qū)動一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)。(三)聯(lián)合驅(qū)動的傳動系統(tǒng)

低速、重載、大功率、執(zhí)行機(jī)構(gòu)少而慣性較大的機(jī)械，一般需要的驅(qū)動功率較大。為減小每一臺動力機(jī)的功率，減小傳動件的負(fù)載，便于起動，采用多臺動力機(jī)聯(lián)合驅(qū)動的傳動系統(tǒng)。

P110圖5-7為雙輸入軸圓弧齒輪減速器，由兩個動力機(jī)從兩個輸入軸輸入動力，在減速器里將動力合并，從一個輸出軸輸出，輸出功率可大于1000KW。在礦井提升機(jī)中可用到這種減速器。圖5-7雙輸入軸圓弧齒輪減速器結(jié)構(gòu)圖三、按工作原理分類：

按工作原理不同，傳動系統(tǒng)可分為：機(jī)械傳動系統(tǒng)、流體傳動系統(tǒng)和電傳動系統(tǒng)。

機(jī)械傳動和流體傳動在傳動過程中，保持機(jī)械能形式不變。電傳動過程中有電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。機(jī)械傳動傳動嚙合傳動摩擦傳動撓性件摩擦傳動（帶傳動）摩擦輪傳動摩擦式無極變速傳動圓錐齒輪傳動圓柱齒輪傳動非圓齒輪傳動蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動錐蝸桿傳動撓性嚙合傳動鏈傳動同步齒形帶傳動電力傳動直流電傳動交流電傳動流體傳動液力傳動液壓傳動液體傳動氣體傳動螺旋傳動滾動摩擦螺旋傳動滑動摩擦螺旋傳動靜壓潤滑螺旋傳動齒輪傳動各類傳動的特點(diǎn)見P110~P111表5-1。四、傳動類型的選擇應(yīng)綜合考慮以下因素選擇適合的傳動類型及其組合(8方面因素)：1、執(zhí)行系統(tǒng)的工作狀況；2、動力機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速性能；3、對傳動比的要求，包括傳動比的大小、范圍及準(zhǔn)確程度；4、對傳動系統(tǒng)尺寸、重量、布置的要求；5、工作環(huán)境的要求，如溫濕度、易燃、易爆要求，環(huán)境粉塵情況等；6、經(jīng)濟(jì)性要求，如可靠性、壽命、傳動效率、制造費(fèi)用、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、維修費(fèi)用等；7、操縱與控制方式要求，如從自動化程度上講有人工控制和自動控制；從控制方式上講，有單機(jī)控制和多機(jī)聯(lián)動，這些都對傳動類型的選擇有影響。8、其他要求，如現(xiàn)場技術(shù)條件(能源條件及制造能力)，標(biāo)準(zhǔn)件的選用及保護(hù)等方面的要求。這些對傳動類型的選擇也有影響。傳動系統(tǒng)包括：變速裝置、起停和換向裝置、制動裝置、安全裝置等?！?-3傳動系統(tǒng)的組成一、變速裝置

其作用是把動力機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

多數(shù)機(jī)械系統(tǒng)，在使用時可根據(jù)動力機(jī)轉(zhuǎn)速和執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速，選減速或增速的傳動系統(tǒng)。選擇時應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)減速器。但如果機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行系統(tǒng)要求不同轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩，應(yīng)采用可變傳動比的傳動系統(tǒng)—變速裝置。

在《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程里將學(xué)習(xí)變速裝置—可變傳動比傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。※機(jī)械系統(tǒng)對變速裝置的要求：

(1)能傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩?！魣?zhí)行系統(tǒng)具有恒轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性，執(zhí)行系統(tǒng)可能傳遞不同功率，應(yīng)按最大功率決定變速裝置的承載能力?！魣?zhí)行系統(tǒng)具有恒功率的機(jī)械特性，執(zhí)行系統(tǒng)可傳遞不同轉(zhuǎn)矩，應(yīng)按最大轉(zhuǎn)矩決定變速裝置的承載能力?！魣?zhí)行系統(tǒng)有多個轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速時，應(yīng)按最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行承載能力計(jì)算，按最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行精度設(shè)計(jì)。

(2)具有較高的傳動效率。

(3)滿足速度和轉(zhuǎn)矩范圍的要求，對有級變速裝置還要求滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求的級數(shù)。(4)體積和質(zhì)量盡可能小。(5)工作平穩(wěn)、噪聲、振動較小。

與固定傳動比系統(tǒng)不同，要按不同情況決定零件的載荷。所以，要對傳動系統(tǒng)各構(gòu)件進(jìn)行承載能力的計(jì)算。(6)結(jié)構(gòu)簡單、制造、裝配和維修工藝性好。(7)潤滑、密封、散熱良好。(8)防止漏油、漏氣、漏水現(xiàn)象發(fā)生。※變速裝置、減速裝置在運(yùn)動鏈中位置的決定

對汽車、拖拉機(jī)這一類的機(jī)械系統(tǒng)，對傳動系統(tǒng)有兩方面的要求：方案1：動力機(jī)變速裝置減速裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案2：減速裝置1動力機(jī)變速裝置減速裝置2執(zhí)行機(jī)構(gòu)

一是傳動系統(tǒng)的傳動比較大(動力機(jī)—內(nèi)燃機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較高，而執(zhí)行構(gòu)件—車輪轉(zhuǎn)速較慢)；二是變速范圍Rmax較大(車輪的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速相差較大)。

這時傳動系統(tǒng)必然由變速裝置和減速裝置組成。這時就存在一個問題：怎樣決定變速裝置和減速裝置在運(yùn)動鏈中位置，有如下兩種方案：

方案1：由于變速裝置接近動力機(jī)，轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，變速裝置中傳動零件尺寸較小，重量較輕，變速操縱的力較小；但由于變速裝置轉(zhuǎn)速高，在變速時容易引起沖擊、振動和噪聲。

方案1：動力機(jī)變速裝置減速裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案2：減速裝置1動力機(jī)變速裝置減速裝置2執(zhí)行機(jī)構(gòu)

方案2：在方案1的動力機(jī)與變速裝置間加了減速裝置1，它可降低變速裝置輸入轉(zhuǎn)速，減小變速引起的沖擊、振動和噪聲。但由于轉(zhuǎn)速降低、轉(zhuǎn)矩就會加大，變速裝置中傳動零件的尺寸、重量加大，變速操縱力加大。

方案1常用于動力機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較低的場合，而方案2用于動力機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較高的場合。常用的變速裝置有以下幾類：（一）交換齒輪變速機(jī)構(gòu)(一)交換齒輪變速機(jī)構(gòu)

圖5-8所示交換齒輪變速箱，動力從電動機(jī)由Ⅰ軸輸入箱體，轉(zhuǎn)速為n1，經(jīng)過Z22、Z44齒輪減速，從Ⅱ軸將動力輸出箱體。箱體外懸臂布置交換齒輪ZA、ZB，動力又從Ⅲ軸輸入箱體，后經(jīng)Z23、Z36以及Z20、Z65兩對齒輪減速，最后從Ⅴ軸輸出，轉(zhuǎn)速為n2。速比為：

在保證ZA+ZB=Z∑為常數(shù)的情況下，改變交換齒輪ZA、ZB的齒數(shù)就可達(dá)到變速的目的。

交換齒輪裝在Ⅱ、Ⅲ軸之間，不裝在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ軸間，由于Ⅱ、Ⅲ軸轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，可減小變換齒輪ZA、ZB的尺寸和重量。交換齒輪變速裝置的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)性較好。缺點(diǎn)：（1）裝拆交換齒輪ZA、ZB，操作麻煩，只能用在不經(jīng)常變速的情況下；（3）變速范圍和變速級數(shù)受限制。

（2）交換齒輪ZA、ZB在箱體外懸臂布置，支承剛度差，密封和潤滑條件差；（二）滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)圖5-9是6級滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。

動力由電動機(jī)經(jīng)齒輪Z1、Z2減速輸入到Ⅰ軸；Ⅰ軸上有一個3聯(lián)滑移齒輪，齒數(shù)分別為Z3'、Z3''、Z3'''，它們分別可和Ⅱ軸上的齒輪Z4'、Z4''、Z4'''相嚙合，齒輪Z4'和Z5'是雙聯(lián)齒輪，它與軸Ⅱ用花鍵聯(lián)接，不能滑移，齒輪Z4''、Z4'''用平鍵和Ⅱ軸聯(lián)接，Ⅲ軸上有一個2聯(lián)滑移齒輪Z6'、Z6''

，它們分別可和齒輪Z4''、Z5'嚙合。Z3'Z3''Z3'''Z4'Z4''Z4'''Z6'Z6''Z5'（1）3聯(lián)齒輪右移，2聯(lián)齒輪右移（2）3聯(lián)齒輪右移，2聯(lián)齒輪左移（3）3聯(lián)齒輪左移，2聯(lián)齒輪右移

（6）3聯(lián)齒輪居中，2聯(lián)齒輪左移（4）3聯(lián)齒輪左移，2聯(lián)齒輪左移（5）3聯(lián)齒輪居中，2聯(lián)齒輪右移假設(shè)系統(tǒng)中電動機(jī)軸的輸入轉(zhuǎn)速為n１，滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)可從Ⅲ軸輸出6個不同的轉(zhuǎn)速n3

：

Z3'Z3''Z3'''Z4'Z4''Z4'''Z6'Z6''Z5'

多聯(lián)齒輪有兩種結(jié)構(gòu)：整體式和組合式。整體式如P113圖5-10a)和b）所示，組合式如圖c)和d)所示。組合式的特點(diǎn)與整體式剛好相反。

缺點(diǎn)：在切齒和磨齒時需要有一定寬度的退刀槽，軸向尺寸B較大。

設(shè)計(jì)多聯(lián)齒輪時應(yīng)注意：（1）要有齒端倒角或倒圓以便輪齒順利嚙入；整體式的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，剛度較好，容易加工，精度較高；（2）要有凹槽，以便用拔叉使其軸向移動；（1）能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩和較高的轉(zhuǎn)速；滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：

（1）不能在轉(zhuǎn)動中變速；（2）可在較大的變速范圍里實(shí)現(xiàn)較多的變速級數(shù)；（3）沒有帶嚙合的空轉(zhuǎn)齒輪，空載功率損失較小。

（2）為便于嚙合，多采用直齒圓柱輪傳動，傳動不平穩(wěn)；（3）軸向尺寸較大。(三)離合器變速機(jī)構(gòu)

滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)是靠軸向移動滑移齒輪來實(shí)現(xiàn)不同齒輪副的嚙合，而離合器變速機(jī)構(gòu)是靠離合器的接合與分離來實(shí)現(xiàn)不同齒輪副的嚙合。

常用的離合器按工作原理分有兩種形式：嚙合式離合器和摩擦式離合器。

嚙合式離合器又可分為牙嵌式離合器和齒式離合器。它們屬于剛性傳動，傳動比準(zhǔn)確，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，傳動效率高，外形尺寸小，但不能實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)中離合。

離

合

動聯(lián)接（花鍵導(dǎo)鍵）動聯(lián)接（滾動、滑動）嚙合式離合器

離

合摩擦式離合器按操縱方式分類有3種形式：機(jī)械操縱式、液壓操縱式、電磁操縱式。

機(jī)械操縱式離合器結(jié)構(gòu)簡單，但液壓操縱離合器和電磁操縱離合器便于實(shí)現(xiàn)自動化。

摩擦式離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中離合，而且離合平穩(wěn)，有過載保護(hù)作用。

傳動比不準(zhǔn)確，有彈性滑動和打滑現(xiàn)象，傳動效率低、會產(chǎn)生摩擦熱，傳遞相同功率，摩擦離合器比嚙合離合器尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。最簡單的離合器變速機(jī)構(gòu)見下圖。

動力從Ⅰ軸輸入，Ⅰ軸上活套著兩個齒輪Z1、Z1'，兩個離合器M1、M2分別和Ⅰ軸用花鍵實(shí)現(xiàn)動聯(lián)接；動力從Ⅱ軸輸出，Ⅱ軸上固聯(lián)著兩個齒輪Z2、Z2'，它們分別和Ⅰ軸上的齒輪Z1、Z1'嚙合。M1M2Z1Z2Z2'Z1'n2n1ⅠⅡ

這個離合器變速機(jī)構(gòu)有3個運(yùn)動狀態(tài)：

（1）空轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)：左離合器M1分離，右離合器M2分離，軸Ⅱ不轉(zhuǎn)；

（2）以轉(zhuǎn)速n2轉(zhuǎn)動狀態(tài)：M1接合，M2分離，軸Ⅱ轉(zhuǎn)速：（3）以n'2轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動狀態(tài)：M1分離，M2接合，軸Ⅱ轉(zhuǎn)速：

圖5-11電磁控制摩擦離合器變速箱中，通過Ⅳ軸上所安裝的兩個電磁控制的摩擦離合器M1、M2和V軸上所安裝的兩個電磁控制的摩擦離合器M3、M4就可以實(shí)現(xiàn)變速的目的。

動力從帶傳動軸輸入，經(jīng)Z18、Z54齒輪減速，使Ⅳ軸轉(zhuǎn)動。Ⅳ軸上有兩個電磁控制摩擦離合器M1和M2。M1的主動盤與軸Ⅳ用花鍵動聯(lián)接，從動盤與空套在軸Ⅳ上的齒輪Z25固聯(lián)。M2的主動盤與Ⅳ軸用花鍵動聯(lián)接，從動盤與空套在軸Ⅳ上的齒輪Z48、Z34固聯(lián)。V軸上空套著齒輪Z75、Z52、Z66，其分別與Ⅳ軸的齒輪Z25、Z48、Z34嚙合。Z75、Z52齒輪與離合器M3的主動盤固聯(lián)，離合器M3的從動盤與軸V用花鍵動聯(lián)接。齒輪Z66與離合器M4的主動盤固聯(lián)，離合器M4的從動盤與軸V用花鍵動聯(lián)接。

此變速裝置可實(shí)現(xiàn)4個速比：規(guī)定：i1>i2>i3>i41234離合狀態(tài)M2、M3接合M1、M4分離M2、M4接合M1、M3分離M1、M3接合M2、M4分離M1、M4接合M2、M3分離變速箱速比

離合器變速機(jī)構(gòu)可以克服滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：如（1）可實(shí)現(xiàn)在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速(采用摩擦離合器)；（2）變速過程中齒輪不用軸向移動，就可實(shí)現(xiàn)變速，因此，可采用斜齒圓柱齒輪傳動，傳動平穩(wěn)；（3）軸向尺寸較小(離合器摩擦片間隙大大小于齒輪寬度)。

但離合器變速機(jī)構(gòu)中各齒輪副處于常嚙合狀態(tài)，磨損較大，有空轉(zhuǎn)損失，傳動效率較低。n1<n2<n3<n4

(四)嚙合器變速機(jī)構(gòu)◆普通嚙合器工作原理見P115圖5-12。嚙合器可分為普通嚙合器和同步嚙合器。1、嚙合器工作原理及結(jié)構(gòu)

主動軸1上空套著雙聯(lián)齒輪2、3及4、5；中間齒輪6與主動軸1固聯(lián)；嚙合套7上有內(nèi)齒，其模數(shù)和齒數(shù)與外齒輪3、5、6相同，通過內(nèi)齒可和齒輪3、5、6嚙合。它們之間相當(dāng)于漸開線花鍵聯(lián)接。

嚙合套7有3個位置，可實(shí)現(xiàn)3個運(yùn)動狀態(tài)：

（1）嚙合套7位于中間位置，見圖a)。嚙合套7內(nèi)齒只與齒輪6嚙合，軸1與齒輪2、4不接合，齒輪2、4均在軸1上空轉(zhuǎn)，不實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和動力的傳遞；

（2）嚙合套7位于左邊位置，見圖b)。嚙合套7內(nèi)齒同時與齒輪3、6嚙合，使得齒輪2與軸1相連接而傳遞運(yùn)動和動力，其速比為：

（3）嚙合套7位于右邊位置，嚙合套7內(nèi)齒同時與齒輪5、6嚙合，使得齒輪5與軸1相連接而傳遞運(yùn)動和動力，速比為：

普通嚙合器有2個缺點(diǎn)：（1）當(dāng)移動嚙合套時（如從中間位置向左移動，這時嚙合套7與齒輪3轉(zhuǎn)速不同），會發(fā)生頂齒現(xiàn)象；（2）嚙合套7同時與兩個齒輪嚙合時，會因振動及非操縱軸向力作用而自動退出從而導(dǎo)致脫檔。

防止頂齒現(xiàn)象發(fā)生的辦法可見P115圖5-13。防止頂齒現(xiàn)象發(fā)生的辦法可見P115圖5-13。圖5-13具有間隔短齒的嚙合器結(jié)構(gòu)1－齒環(huán)；2－嚙合套

將兩側(cè)齒環(huán)的齒間隔地縮短一個長度a，a≈2mm，以便于移動嚙合套時，輪齒先插入齒環(huán)的齒槽間隙較大的一部分，當(dāng)嚙合套與齒環(huán)速度一致后，再將整個齒長插入齒槽中。

防止脫檔現(xiàn)象發(fā)生的辦法可見圖5-14a)圖是加寬式結(jié)構(gòu)，把嚙合套2的齒寬加大，嚙合套的齒寬超過齒環(huán)2~3mm，這樣載荷集中在嚙合套齒的中部，可減小輪齒的扭轉(zhuǎn)變形和非操縱軸向力，有利于防止自動脫檔。加寬式結(jié)構(gòu)防止嚙合套自動脫檔1－齒環(huán)；2－嚙合套；3－中間齒輪

普通嚙合器結(jié)構(gòu)簡單，但軸向尺寸較大，而且換檔時有不同步的現(xiàn)象發(fā)生，頂齒是不可避免的。因此，換檔不方便，噪聲較大。

也可采用圖5-14b)所示的切槽式結(jié)構(gòu)。在嚙合套2的齒中部切一個環(huán)槽，在中間齒輪3的齒環(huán)上切2道槽，齒輪3的輪齒在軸向被分成了3段，中間段的齒厚比兩邊段減薄了0.4～0.6mm。中間齒輪3與嚙合套嚙合后，形成了0.2~0.3mm的凸肩，防止嚙合套自動脫檔。切槽式結(jié)構(gòu)防止嚙合套自動脫檔1－齒環(huán)；2－嚙合套；3－中間齒輪◆同步嚙合器的工作原理：P116圖5-15。

同步嚙合器由空套在軸上的左右環(huán)1和7、與軸用花鍵動聯(lián)接的套筒6和嚙合套4組成。在套筒6和左、右齒環(huán)1、7之間設(shè)計(jì)了一個可配合的圓錐副2、5；在嚙合套4與套筒6間設(shè)置了一個彈簧控制的銷釘3聯(lián)接。

圖5-15錐形常壓式同步嚙合器結(jié)構(gòu)1－左齒環(huán)2、5－內(nèi)錐面減摩襯套3－定位銷4－嚙合套6－套筒7－右齒環(huán)8－花鍵軸同步嚙合器的工作步驟：①同步過程：嚙合套4左移，在銷釘3作用下，套筒6一同左移，內(nèi)外圓錐面接觸，在摩擦力作用下，左齒環(huán)1與套筒6、嚙合套4一同同步運(yùn)轉(zhuǎn)，此時是摩擦傳動。同步嚙合器的工作步驟：②嚙合過程：實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)轉(zhuǎn)后，繼續(xù)左移嚙合套4，由于彈簧受壓縮，銷釘3壓入套筒6孔中，套筒6不移動，嚙合套4的內(nèi)齒同時與套筒6、左齒環(huán)1的外齒嚙合，完成嚙合過程。

同步嚙合器可以實(shí)現(xiàn)先同步后嚙合，即先摩擦傳動，后嚙合傳動。2、嚙合器齒輪模數(shù)的確定3、嚙合器的強(qiáng)度計(jì)算自學(xué)

同步嚙合器可減小變速過程中的沖擊，因此變速過程平穩(wěn)。在中小型汽車和許多需要頻繁變速的地方，采用同步嚙合變速器。

嚙合器變速機(jī)構(gòu)的實(shí)例：P117圖5-16是T180履帶式推土機(jī)的傳動系統(tǒng)圖。

T180履帶式推土機(jī)傳動系統(tǒng)由主離器5、制動器、聯(lián)軸器4、變速箱3、錐齒輪傳動，轉(zhuǎn)向離合器2以及最終傳動（兩級齒輪傳動)1組成。傳動系統(tǒng)把發(fā)動機(jī)6和驅(qū)動履帶的鏈輪聯(lián)接起來。

發(fā)動機(jī)6主離合器5制動器聯(lián)軸器4變速箱3錐齒輪傳動轉(zhuǎn)向離合器2最終傳動1驅(qū)動鏈輪

P118圖5-17是該推土機(jī)變速箱結(jié)構(gòu)，變速箱采用嚙合器變速裝置。變速箱3有3根軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ是輸入軸，Ⅲ是輸出軸，Ⅱ是中間軸；8對16個斜齒圓柱齒輪組成的常嚙合式齒輪傳動；a、b、c、d4個嚙合套，其中a是單作用式，b、c、d是雙作用式。b嚙合套控制正反轉(zhuǎn)，b嚙合套與a、c、d3個嚙合套可構(gòu)成5個前進(jìn)檔，4個后退檔。Z1Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16abdⅠⅡⅢcZ2方向b嚙合器檔位傳動路線前進(jìn)b上移1檔(a、c空檔，b上移，d下移)Z1—Z2—Z3—Z4Z9—Z102檔(a、c空檔，b上移，d上移)Z8—Z113檔(a、d空檔，b上移，c下移)Z7—Z124檔(a、d空檔，b上移，c上移)Z6—Z14b空檔5檔(a上移、b、c、d空檔)Z15—Z13后退b下移1檔(a、c空檔，b下移，d下移)Z16—Z5Z9—Z102檔(a、c空檔，b下移，d上移)Z8—Z113檔(a、d空檔，b下移，c下移)Z7—Z124檔(a、d空檔，b下移，c上移)Z6—Z14Z1Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16abdⅠⅡⅢcZ2從變速箱結(jié)構(gòu)圖可看出其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的5個特點(diǎn)：①常嚙合斜齒輪傳動，工作較平穩(wěn)，噪聲小，軸向尺寸緊湊，換檔輕便，沖擊小，無須停車換檔；②各軸軸向定位采用一端定位，以消除熱膨脹引起的附加應(yīng)力。前支承均為雙列向心球面滾子軸承，能承受由斜齒輪引起的軸向力。后支承為單列向心短圓柱滾子軸承，可以軸向游動。軸Ⅰ及軸Ⅱ的圓柱滾子軸承外環(huán)用彈性檔圈定位，軸Ⅲ的圓柱滾子軸承外環(huán)用圓柱銷定位。各軸均采用漸開線花鍵軸，聯(lián)接強(qiáng)度高，工藝性及對中性好；

③空套齒輪的內(nèi)孔均配一個雙金屬滑動軸承，并采用強(qiáng)制潤滑。潤滑油從油泵輸出后經(jīng)濾油器、冷卻器后，從變速箱前端蓋進(jìn)入各軸中心孔，流到各軸承進(jìn)行循環(huán)潤滑；

④各軸的前軸端采用多個O型橡膠密封圈和油封密封，密封性能好；⑤軸Ⅲ的軸向位置用鋼墊片進(jìn)行調(diào)整，以保證錐齒輪的正確嚙合位置。

不同機(jī)械對起停和換向的要求不同，通常有下面三種情況：二、起停和換向裝置(1)不需要換向且起停不頻繁。如P102圖4-18鉚釘冷鐓機(jī)，工作過程中，主軸1不需要反轉(zhuǎn)，因此傳動系統(tǒng)不用設(shè)置換向裝置。鉚釘冷鐓機(jī)一經(jīng)調(diào)整試車合格，就可以投入正常工作，起動以后，連續(xù)長時間運(yùn)行，不需要經(jīng)常停車。如P109圖5-6所示的鉆機(jī)，鉆桿在工作過程中需作往復(fù)移動，主行程是鉆孔，鉆桿一邊轉(zhuǎn)動，一邊向下移動；反行程是提升鉆具，鉆桿向上移動?？刂沏@桿移動的主卷揚(yáng)機(jī)4就應(yīng)能正反轉(zhuǎn)，要有換向裝置，但該裝置使用不頻繁。P108圖5-3所示的龍門起重機(jī)，小車行走和大車行走2個執(zhí)行機(jī)構(gòu)都要正反轉(zhuǎn)，但由于每個方向工作時間較長，換向不頻繁。(3)換向、起停頻繁。如P107起重機(jī)、P108絲杠車床。執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件要頻繁正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，要頻繁起動和停車。對于這種換向起停頻繁的機(jī)械系統(tǒng)，在傳動系統(tǒng)里應(yīng)設(shè)置換向和起停裝置。這些裝置的作用是控制執(zhí)行系統(tǒng)改變運(yùn)動方向，并實(shí)現(xiàn)起動和停車。

(2)需要換向，但不頻繁。(一)起停和換向裝置方案的選擇起停和換向裝置可分為兩大類：

（1）靠按鈕或操縱桿直接控制動力機(jī)實(shí)現(xiàn)起停和換向。

（2）用離合器和換向器實(shí)現(xiàn)傳動系統(tǒng)的起停和換向，不必改變動力機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)。（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求起停和換向的頻繁程度；在選擇起停和換向裝置的方案時，應(yīng)考慮的因素：（2）動力機(jī)的類型和功率的大小。如P117圖5-16的履帶式推土機(jī)靠主離合器5控制傳動系統(tǒng)起停，靠嚙合器b控制傳動系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀態(tài)。

如P107圖5-1的起重機(jī)，就是用按鈕控制交流異步電動機(jī)的起停和換向。1、動力機(jī)為電動機(jī)

對以電動機(jī)為動力機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)，可以采用如下兩種起停和換向裝置方案：（1）控制電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的起停和換向

適用于起停和換向不頻繁的電動機(jī)，或起停和換向頻繁的小功率的電動機(jī)。方案的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

為了避免起停和換向時因產(chǎn)生過大的沖擊而損壞傳動零件，此時在電動機(jī)與傳動系統(tǒng)的輸入軸間應(yīng)選用彈性聯(lián)軸器。圖5-1的起重機(jī)，在電動機(jī)和減速器輸入軸間安裝的制動器，實(shí)際上是一個可制動的彈性聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器具有緩沖減振的作用。

（2）通過離合器、嚙合器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的起停和換向適用于中等以上功率電動機(jī)帶動的，起停和換向頻繁的傳動系統(tǒng)。

如圖P107圖5-2所示的曲軸壓力機(jī)，該系統(tǒng)只需要設(shè)置起停裝置而不需要換向裝置。當(dāng)壓力機(jī)需要起停時，可通過控制安裝在大齒輪7與制動器5之間的離合器6來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的起停功能。這樣電動機(jī)9，齒輪8、7都不需要起停。當(dāng)離合器轉(zhuǎn)速較高時，可采用摩擦離合器，當(dāng)離合器轉(zhuǎn)速較低時，可選牙嵌式離合器或其它形式的嚙合式離合器。

如P108圖5-4絲杠車床，與車床絲杠嚙合的螺母設(shè)計(jì)成可開合的螺母，通過螺母的開合狀態(tài)的改變，在電動機(jī)始終轉(zhuǎn)動的情況下，來控制絲杠轉(zhuǎn)還是不轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的起停；靠改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向，從而改變絲杠轉(zhuǎn)向，控制刀架向前還是向后運(yùn)動。

2、動力機(jī)為內(nèi)燃機(jī)

內(nèi)燃機(jī)不能負(fù)載起動，不能頻繁起動，更不能反轉(zhuǎn)。因此，必須在傳動系統(tǒng)里設(shè)置起停和換向裝置。P117圖5-16所示的履帶式推土機(jī)，用主離合器5實(shí)現(xiàn)起停，用嚙合器b實(shí)現(xiàn)換向。

◆實(shí)現(xiàn)起停功能的離合器在傳動系統(tǒng)的位置：控制機(jī)械系統(tǒng)起停的離合器應(yīng)設(shè)置在轉(zhuǎn)速較高的軸上。發(fā)動機(jī)6主離合器5制動器聯(lián)軸器4變速箱3錐齒輪傳動轉(zhuǎn)向離合器最終傳動1驅(qū)動鏈輪

在P117圖5-16，主離器5設(shè)置在發(fā)動機(jī)6與變速箱3之間，這樣離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩小，離合器尺寸較小，離合器分離時，其后的構(gòu)件都不動。

但P107圖5-2所示的曲軸壓力機(jī)，離合器6則是設(shè)在減速齒輪傳動后，原因是齒輪7的轉(zhuǎn)動慣量比較大，起到飛輪作用，離合器安裝在它的后面，齒輪7就不用作頻繁起動。

◆換向機(jī)構(gòu)在傳動系統(tǒng)的位置：控制執(zhí)行系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的換向機(jī)構(gòu)，可以設(shè)置在傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速較高的軸上，也可設(shè)置在轉(zhuǎn)速較低的軸上，要視具體情況而定?！鴵Q向裝置設(shè)在傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速較高的軸上：換向裝置傳動轉(zhuǎn)矩較小，設(shè)計(jì)出的換向裝置尺寸較小；

缺點(diǎn)：（2）由于運(yùn)動鏈中運(yùn)動副有間隙，換向時會引起較大的沖擊。

（1）換向裝置后面?zhèn)鲃恿慵^多，換向時能量損失較大；▲換向裝置設(shè)在傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速較低的軸上，情況剛好相反。

對運(yùn)動零件較少，慣性較小的運(yùn)動鏈，換向裝置應(yīng)設(shè)在靠近動力機(jī)的高速軸上。反之換向裝置應(yīng)放在靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)的低速軸上。

（二）起停和換向裝置的結(jié)構(gòu)（自學(xué)）三、制動裝置在P107圖5-1的起重機(jī)中，在電動機(jī)和減速箱間則設(shè)有制動器2。

制動裝置還可用于機(jī)械一旦發(fā)生事故或遇到危險情況緊急停車，或使運(yùn)動構(gòu)件可靠地停在某一位置的情況。汽車拖拉機(jī)上的制動裝置就起這方面的作用。

1、制動器制動對制動器的基本要求是：工作可靠，操縱方便，制動平穩(wěn)且時間較短，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，磨損小，散熱良好。

起重機(jī)中，當(dāng)重物升到一定高度時，如采用給電動機(jī)斷電的方法，使機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，由于所有運(yùn)動構(gòu)件都有慣性，運(yùn)轉(zhuǎn)不能立即停止。停車前運(yùn)動構(gòu)件的速度越高，運(yùn)動構(gòu)件的慣性參數(shù)越大，從斷電到停車的時間越長。為節(jié)省停車時間，提高工作效率，對起停頻繁或運(yùn)動構(gòu)件慣性參數(shù)較大，運(yùn)動速度較高的傳動系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置制動裝置。在傳動系統(tǒng)同時裝有起停裝置和制動裝置時，兩個裝置應(yīng)協(xié)調(diào)工作。

根據(jù)工作原理，制動器可分為：摩擦式和非摩擦式兩大類。摩擦式制動器又可分為：帶式、外抱塊式、內(nèi)張?zhí)闶胶捅P式。非摩擦式制動器可分為：磁粉式、磁渦流式和水渦流式。

各種制動器的結(jié)構(gòu)特性、使用場合、相關(guān)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、工作能力的參數(shù)確定和設(shè)計(jì)過程在P123~P125有比較詳細(xì)的介紹。（自學(xué)）在傳動系統(tǒng)同時裝有起停裝置和制動裝置時，兩個裝置應(yīng)協(xié)調(diào)工作。以汽車為例，要制動時，首先要使離合器分離，切斷動力，然后用制動器制動；反過來，汽車要行走時，應(yīng)先將制動器放開，然后再使離合器接合，接通動力使汽車起步。制動器在運(yùn)動鏈中的位置：①在轉(zhuǎn)速較高處。如P107圖5-1的起重機(jī)中。優(yōu)點(diǎn)：制動力矩小，制動器尺寸小，重量輕，操縱力小，制動平穩(wěn)。

缺點(diǎn)：要制動的構(gòu)件和運(yùn)動副較多，這些構(gòu)件有較大的慣性，運(yùn)動副有間隙，制動時產(chǎn)生沖擊，制動效果差，反應(yīng)不靈敏。②在轉(zhuǎn)速較低處。

如P117推力機(jī)。優(yōu)缺點(diǎn)剛好相反。

2、反接制動

用電動機(jī)作動力機(jī)時，可以利用給電動機(jī)接入反向電流的方法制動（反接制動），這種方法操縱方便，制動時間比較短。但由于制動電流較大，對電動機(jī)和電網(wǎng)有影響；電動機(jī)有反轉(zhuǎn)的趨勢，使電動機(jī)軸和傳動系統(tǒng)受較大的慣性沖擊，對傳動系統(tǒng)及電動機(jī)軸有影響。所以這種方法只能用于傳動系統(tǒng)慣性較小(慣性參數(shù)小、運(yùn)動速度小)或電動機(jī)功率較小，轉(zhuǎn)速較低的情況。

四、安全保護(hù)裝置

對于工作載荷變化頻繁，載荷變化幅度較大，工作過程中有短時過載發(fā)生的機(jī)械系統(tǒng)，應(yīng)在運(yùn)動鏈中設(shè)置過載保護(hù)裝置，以免突發(fā)事件發(fā)生時損壞機(jī)械系統(tǒng)及零件。如靠摩擦力工作的帶傳動、摩擦離合器本身就有過載保護(hù)作用。P129~P131有銷釘安全聯(lián)軸器、鋼珠安全離合器、摩擦安全離合器的介紹。安全裝置在運(yùn)動鏈中的位置：

安全裝置在轉(zhuǎn)速較高的傳動件上，結(jié)構(gòu)尺寸可小一些，安全裝置裝在靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動構(gòu)件上，一旦發(fā)生過載，執(zhí)行機(jī)構(gòu)就能迅速地停止運(yùn)動。綜合以上兩點(diǎn)，安全裝置應(yīng)裝在靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)且轉(zhuǎn)速較高的構(gòu)件上?！?-4傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計(jì)一、有級變速傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

有級變速傳動通常由變速齒輪傳動、變速鏈傳動和變速帶傳動組成，在一定變速范圍里，可輸出有限級數(shù)的轉(zhuǎn)速。

最簡單最基本的有級變速裝置是兩軸變速傳動裝置，可采用兩個或兩個以上的兩軸變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)的方法，組合成多軸變速裝置。（一）兩軸變速傳動的運(yùn)動設(shè)計(jì)1、塔輪傳動如P131圖5-30的塔輪傳動，其采用的是帶（鏈）傳動。軸Ⅰ為輸入軸，軸Ⅱ?yàn)檩敵鲚S。軸Ⅰ上固聯(lián)著直徑為D1、D2、D3的3個帶輪；軸Ⅱ上固聯(lián)著直徑為D4、D5、D6的3個帶輪。

利用該傳動可以實(shí)現(xiàn)3個傳動比：D1與D4組成傳動：D2與D5組成傳動：D3與D6組成傳動：可以按照“各輪的直徑要保證所需傳動帶的長度基本相等”的原則由傳動比求出各帶輪的直徑。變速自行車上所使用的塔輪鏈傳動，就可以實(shí)現(xiàn)有級地變速。2、滑移齒輪傳動

如圖5-31所示，兩個軸上各布置2個齒輪，其中一個軸上是可移動的雙聯(lián)齒輪，另一個軸上是不可移動的固定齒輪，利用該滑移齒輪傳動可以實(shí)現(xiàn)2級變速；如果在兩個軸上分別布置有可移動的三聯(lián)齒輪和三個不可移動的固定齒輪，可實(shí)現(xiàn)3級變速。圖5-31窄式滑移齒輪軸向排列長度式中：為公比。進(jìn)行滑移齒輪變速傳動設(shè)計(jì)時應(yīng)注意以下4點(diǎn)：◆各級速比應(yīng)按等比級數(shù)排列。以3級變速為例，各級速比為：且則◆對單級傳動比的最大值或最小值加以限制。減速時限制最大傳動比：增速時限制最小傳動比：直齒輪傳動：斜齒輪傳動：變速組的變速范圍應(yīng)滿足：是變速組能實(shí)現(xiàn)的最大變速范圍；—被動軸的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速；，—變速組中最大速比和最小速比。，◆滑移齒輪應(yīng)放在高速軸上。

對減速傳動，高速軸是主動軸，主動齒輪比被動齒輪尺寸小，重量輕，移動起來比較方便。

限制最大最小單級傳動比和最大變速范圍是為了使相嚙合的兩齒輪直徑不要相差太大，變速箱尺寸不要過大?！魹榉乐棺兯龠^程中軸向移動滑移齒輪時出現(xiàn)運(yùn)動干涉和兩對齒輪同時嚙合的情況，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)采取相應(yīng)的一些措施：▲三聯(lián)移動齒輪應(yīng)使大齒輪在中間，小齒輪在兩邊；▲三聯(lián)移動齒輪和二聯(lián)移動齒輪中，小齒輪的齒寬要大于大齒輪。▲采用圖5-31所示的窄式滑移齒輪，雙聯(lián)齒輪軸向尺寸應(yīng)保證L>4b，三聯(lián)齒輪應(yīng)保證L>7b；采用圖5-32所示的寬式滑移齒輪，雙聯(lián)齒輪軸向尺寸應(yīng)保證L>6b，三聯(lián)齒輪應(yīng)保證L>11b。

對于變速組內(nèi)各對轉(zhuǎn)動副的傳動比關(guān)系，可以用轉(zhuǎn)速圖更形象、更清晰地加以表示。

設(shè)有一兩軸三聯(lián)齒輪變速組，三聯(lián)齒輪在高速軸Ⅰ上，齒數(shù)分別為Z1、Z2、Z3（Z1<Z2<Z3），高速軸轉(zhuǎn)速為n0；被動軸Ⅱ上有三個不滑移的固聯(lián)齒輪，它們的齒數(shù)分別為Z4、Z5、Z6（Z4>Z5>Z6）。n0Z2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡ該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)3個傳動比：令Z6=Z3可輸出3個轉(zhuǎn)速：則i3=1，n3=n0可畫出如下圖所示的變速裝置的轉(zhuǎn)速圖：n1n2n3ⅡⅠn0轉(zhuǎn)速線軸線兩軸三聯(lián)齒輪變速組的轉(zhuǎn)速圖轉(zhuǎn)速圖可表示如下一些內(nèi)容：◆距離相等的一組豎線表示變速組中各傳動軸。

本變速組中只有兩根軸，因此有兩根豎線。左邊的一根為主動軸Ⅰ，右邊的一根為從動軸Ⅱ。Ⅰ、Ⅱ順序按照從動力機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序排列。

本變速組有3個轉(zhuǎn)速，故有3條水平線。從下到上的各線，轉(zhuǎn)速依次升高，越在下的線，轉(zhuǎn)速越低?！艟嚯x相等的一組橫線代表轉(zhuǎn)速線。

主動軸Ⅰ與最高水平線的交點(diǎn)為n0，表示主動軸的轉(zhuǎn)速為n0

；被動軸Ⅱ與3根水平線的交點(diǎn)分別為n1、n2、n3(從下向上)，分別表示軸Ⅱ有3個轉(zhuǎn)速，且滿足n1<n2<n3。◆各軸與相應(yīng)轉(zhuǎn)速線的交點(diǎn)(用小圓表示)表示相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。n1n2n3ⅡⅠn0

輸出軸的轉(zhuǎn)速按公比為φ的等比級數(shù)排列，所以相鄰兩轉(zhuǎn)速線相差為公比φ

，如兩轉(zhuǎn)速線相隔了x個間隔，則它們的轉(zhuǎn)速就相差了φx倍。如n2與n1相隔了一個間隔，則n2=φn1；而n3與n1相隔了2個間隔，則n3=φ2

n1。

連線斜度越大，表示速比越大(越小)。如在豎直方向，連線向下傾斜了x個格，則該連線表示的傳動副的速比為i=φx；如連線向上揚(yáng)了x格，該連線表示的傳動副的速比為i=1/φ

x。水平線表示該傳動副速比i=1?！粝噜弮奢S相應(yīng)轉(zhuǎn)速點(diǎn)的連線，表示一對齒輪副的傳動比，連線向下傾斜，表示減速；連線向上揚(yáng)，表示增速。n1n2n3ⅡⅠn0

例5-1已知電動機(jī)轉(zhuǎn)速nm=1460r/min，執(zhí)行構(gòu)件要求的3個速度分別為：95r/min、150r/min、236r/min，速度按等比級數(shù)排列，公比φ

=1.58。試確定合理的轉(zhuǎn)速圖方案。

解：

電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速nm=1460r/min，執(zhí)行構(gòu)件最低轉(zhuǎn)速n1=95r/min，傳動系統(tǒng)的最大傳動比：變速范圍：（2）確定傳動方案

執(zhí)行構(gòu)件要求有3個轉(zhuǎn)速：n1、n2、n3，可以用一個2軸3聯(lián)滑移齒輪變速組來實(shí)現(xiàn)，但該變速組的最大單級傳動比imax≤4，不能滿足要求，故在傳動系統(tǒng)中要增設(shè)有定傳動比的減速傳動。（1）計(jì)算最大傳動比和變速范圍可提出兩個傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案：

動力機(jī)電動機(jī)2軸3聯(lián)滑移齒輪變速組定傳動比齒輪傳動執(zhí)行系統(tǒng)高速處低速處方案1：方案2：動力機(jī)電動機(jī)2軸3聯(lián)滑移齒輪變速組定傳動比V帶傳動執(zhí)行系統(tǒng)高速處中速處低速處定傳動比齒輪傳動nmZ2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Ⅲn（3）確定各對傳動副的傳動比方案1：2軸3聯(lián)移動齒輪變速組與一對定傳動比齒輪傳動組合。公比的確定：取2軸3聯(lián)移動齒輪變速組3個速比為：取定傳動比齒輪副的傳動比：

則傳動系統(tǒng)的最大傳動比：

根據(jù)教材P42所列出的標(biāo)準(zhǔn)公比：1.06，1.12，1.26，1.41，1.58，1.78，2.0將計(jì)算出的公比圓整為標(biāo)準(zhǔn)公比。imax=15.368各級傳動比確定：執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速：與所要求轉(zhuǎn)速接近。

95r/min150r/min236r/minⅠⅢⅡnm=1460r/min95r/min150r/min236r/mini1i2i3i4繪制轉(zhuǎn)速圖：nmZ2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Ⅲn

方案2：定傳動比V帶傳動、2軸3聯(lián)移動齒輪變速組和定傳動比齒輪傳動組合。

Z2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢnⅣ與方案1相比方案2的優(yōu)點(diǎn)：◆帶傳動有過載保護(hù)作用；◆2軸3聯(lián)移動齒輪變速組輸入轉(zhuǎn)速較低，有利減小變速時的沖擊、振動和噪聲；方案2缺點(diǎn)：由于有帶傳動，外形尺寸較大，傳動效率比較低?！?軸3聯(lián)移動齒輪變速組的最大速比，有較大減小，可減?、颉ⅱ筝S中心距。3、折回機(jī)構(gòu)傳動

折回機(jī)構(gòu)傳動見圖5-35。軸Ⅰ為輸入軸，滑移齒輪Z1與Ⅰ軸用花鍵實(shí)現(xiàn)動聯(lián)接；雙聯(lián)齒輪Z4、Z5空套在Ⅰ軸上，滑移齒輪Z1與雙聯(lián)齒輪Z4、Z5間有摩擦離合器M1(也可改為嚙合離合器)。

在輸出軸Ⅱ上空套著雙聯(lián)齒輪Z2、Z3，滑移齒輪Z6與軸Ⅱ用花鍵實(shí)現(xiàn)動聯(lián)接，雙聯(lián)齒輪Z2、Z3與滑移齒輪Z6間有摩擦離合器M2。

這個傳動機(jī)構(gòu)通過改變各離合器的狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)4個傳動比，輸出4個轉(zhuǎn)速。M1M2離合器M1分離、離合器M2分離：Z1Z2Z3Z4Z5Z6離合器M1接合、離合器M2分離：Z5Z6M1M2離合器M1分離、離合器M2接合：Z1Z2（

Z3，Z5）

Z6離合器M1接合、離合器M2接合：Z4Z3M1M2M1M2減速增速M(fèi)1M2

折回機(jī)構(gòu)傳動，有3對齒輪副，其中從齒輪Z4到齒輪Z3的傳動叫正向傳動，它是增速的；從齒輪Z3到齒輪Z4的傳動叫反向傳動，反向傳動是減速的。

折回機(jī)構(gòu)傳動有一個正向傳動副，它的速比較小，甚至可實(shí)現(xiàn)增速傳動，因此可得到較大的調(diào)速范圍。上例中調(diào)速范圍Rmax=22.4，Rmax=i1/i4=11.2/0.5=22.4，而滑移齒輪變速傳動的調(diào)速范圍為Rmax=8~10。P114圖5-11所示的變速箱采用了折回機(jī)構(gòu)傳動。

其中齒輪Z52、Z48組成正、反向傳動副。M2、M3接合，M1、M4脫開M2、M4接合，M1、M3脫開M1、M3接合，M2、M4脫開M1、M4接合，M2、M3脫開變速箱傳動比離合器狀態(tài)離合器變速機(jī)構(gòu)傳動路線

4、背輪機(jī)構(gòu)傳動

圖示的背輪機(jī)構(gòu)有3根軸，但其中輸入軸Ⅰ和輸出軸Ⅲ同軸線，因此，背輪機(jī)構(gòu)傳動屬于二軸變速傳動。

輸入軸Ⅰ上用花鍵動聯(lián)接齒輪Z1；中間軸Ⅱ上固聯(lián)著兩個齒輪Z2和Z3；輸出軸Ⅲ上固聯(lián)著懸輪Z4；齒輪Z1與齒輪Z4間有單作用離合器M。

當(dāng)離合器M分離時，動力從齒輪Z1傳到齒輪Z2，又從齒輪Z3傳到齒輪Z4，輸出的轉(zhuǎn)速為n1，速比：當(dāng)離合器M接合時，動力從Ⅰ軸直接傳到Ⅲ軸，輸出的轉(zhuǎn)速為n2，i2=1。

利用圖示的二軸背輪傳動機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)2個傳動比：

圖5-37是三級背輪機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)3個傳動比。

背輪機(jī)構(gòu)的最大調(diào)速范圍為：Rmax=16，比一般滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)的調(diào)速范圍Rmax=8~10大得多，所以背輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z312

圖5-39為輪胎式壓路機(jī)的變速傳動圖，它采用了背輪機(jī)構(gòu)。動力由發(fā)動機(jī)1經(jīng)主離合器2傳給變速箱3的Ⅰ軸，Ⅰ軸上固聯(lián)著齒輪Z1；中間軸Ⅱ上固聯(lián)著4個齒輪：Z2、Z3、Z5、Z7；軸Ⅲ上用花鍵聯(lián)接1個雙聯(lián)齒輪Z6、Z8，它們可軸向移動，齒輪Z4與軸Ⅲ動聯(lián)接，齒輪Z4左移，可與齒輪Z1用內(nèi)、外花鍵聯(lián)接。這個傳動機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)4個速比。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z312雙聯(lián)齒輪右移雙聯(lián)齒輪左移Z4右移Z4左移5、離合器變速傳動圖示的是可實(shí)現(xiàn)兩級變速并可換向的離合器變速傳動。

Z1Z4ⅠⅢⅡMZ2Z3Z5

輸入軸Ⅰ上空套著齒輪Z1和Z3，兩個齒輪之間在軸Ⅰ上安裝有雙向作用的離合器M。離合器的主動摩擦片與軸Ⅰ固聯(lián)，被動摩擦片分別與齒輪Z1、Z3固聯(lián)。

被動軸Ⅱ上固聯(lián)著兩個齒輪Z2和Z4，齒輪Z2與齒輪Z1嚙合；齒輪Z4通過惰輪Z5與齒輪Z3嚙合。離合器變速傳動可實(shí)現(xiàn)兩個傳動比：▲齒輪Z1右移，齒輪Z3在圖示位置：▲齒輪Z1在圖示位置，齒輪Z3左移：Z1Z4ⅠⅢⅡMZ2Z3Z5

注意：由于離合器間隙較小，齒寬較大，當(dāng)齒輪Z1、齒輪Z3軸向移動時，雖然離合器接合，但不改變它們與齒輪Z2、Z5的嚙合狀態(tài)。這種離合器變速傳動在內(nèi)燃叉車上使用，見P136圖5-40。

也可用兩個單作用離合器實(shí)現(xiàn)兩級變速傳動，見P136圖5-41。這時會有四種布置方案：◆方案1：見a)圖。單作用離合器M1和M2都布置在主動軸Ⅰ上，可實(shí)現(xiàn)2個傳動比：▲M1接合，M2分離：齒輪Z3的轉(zhuǎn)速：

這時離合器M2主動、被動摩擦片間相對轉(zhuǎn)速為：nZ3-nⅠ=8nⅠ-nⅠ=7nⅠ，使齒輪與離合器的磨損及噪聲加劇，空載損失加大，這稱為超速現(xiàn)象。

注意：※無論離合器接合還是分離，齒輪Z1與Z2，齒輪Z3、Z4都嚙合，因此它們都轉(zhuǎn)動?！鵝1+Z2=Z3+Z4?！鳰1分離，M2接合：

◆方案2：見b)圖。離合器M1和M2都布置在被動軸Ⅱ上，可實(shí)現(xiàn)與方案1相同的兩個傳動比，但不會出現(xiàn)超速現(xiàn)象。如M1接合，M2分離：而此時，M2離合器中主、被動摩擦片的轉(zhuǎn)速差大大減?。?/p>

◆方案3：見c)圖。離合器M1裝在被動軸Ⅱ上，主動摩擦片與小齒輪Z2相聯(lián)，離合器M2裝在主動軸Ⅰ上，被動摩擦片與小齒輪Z3相聯(lián)，該方案也可實(shí)現(xiàn)上述的2個傳動比，但較方案1和方案2，傳動裝置的軸向尺寸減小，但是該方案也會出現(xiàn)超速現(xiàn)象。

例如當(dāng)離合器M1接合，離合器M2分離時，主被動摩擦片間的相對轉(zhuǎn)速為7nⅠ。◆方案4：見d)圖。離合器M1裝在主動軸Ⅰ上，主動摩擦片與大齒輪Z1相聯(lián)，離合器M2裝在被動軸Ⅱ上，被動摩擦片與大齒輪Z4聯(lián)接。該方案可實(shí)現(xiàn)上述兩個傳動比，軸向尺寸可減小，并且不會出現(xiàn)超速現(xiàn)象。6、變換齒輪變速傳動

采用如圖齒輪傳動，交換主動輪和從動輪的相互關(guān)系就可以實(shí)現(xiàn)變速傳動。采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動時：

如采用一對Z1=40，Z2=60的齒輪，就可得到兩個傳動比和轉(zhuǎn)速：n0aZ2Z1其轉(zhuǎn)速圖為：n0n2n1i1i2若中心距a=150mm，齒輪模數(shù)m=3mm

為了充分利用齒輪，使一對齒輪對換位置后可以得到兩個傳動比，因此在轉(zhuǎn)速圖上，交換齒輪變速組的傳動比連線應(yīng)對稱分布。

如用變換齒輪傳動實(shí)現(xiàn)4個傳動比，且轉(zhuǎn)速圖對稱布置(見圖5-42a)，需要兩對交換齒輪。如取公比則：設(shè)4個傳動比按等比級數(shù)排列，公比為φ

，則4個傳動比為：這樣一對齒輪的齒數(shù)為：另一對齒輪的齒數(shù)為：

利用這兩對齒輪就可實(shí)現(xiàn)的4個傳動比（對前面所給定的估算值進(jìn)行修正后的傳動比）：轉(zhuǎn)速圖如圖a)所示：n0n3n2n1n4a)

如果轉(zhuǎn)速圖不對稱布置，如圖5-42b)，就要有3對齒輪。這樣4個傳動比可取為：3對齒輪的齒數(shù)為：第一對齒輪的齒數(shù)：第二對齒輪的齒數(shù)：第三對齒輪的齒數(shù)：n0n3n2n1n4b)可實(shí)現(xiàn)的4個傳動比為：轉(zhuǎn)速圖如圖b)所示：(二)多軸變速傳動的運(yùn)動設(shè)計(jì)

二軸變速傳動的變速組數(shù)受到限制。如采用P132圖5-31、圖5-32所示的滑移齒輪傳動，對于2聯(lián)滑移齒輪傳動，變速級數(shù)Z′=2，對于3聯(lián)滑移齒輪傳動，變速級數(shù)Z′=3

。如要求變速級數(shù)Z′=6

，仍采用二軸變速傳動，就要在一根軸上裝2個3聯(lián)滑移齒輪。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮：采用窄式滑移齒輪，l>7b，采用寬式滑移齒輪，l>11b，其結(jié)果使軸的跨度較大，軸就可能出現(xiàn)剛度和強(qiáng)度不能滿足要求的問題。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Z1Z2Z3Z9Z10Z11Z12L>7b(11b)lL>7b(11b)其對應(yīng)的變速級數(shù)為：C=C1×C2=3×3=9圖5-35所示的折回傳動中，在兩根軸上各裝了3個齒輪和一個離合器，可實(shí)現(xiàn)4個傳動比，若要加大變速級數(shù)，軸上裝的齒輪數(shù)和離合器數(shù)目還會增加，同樣會出現(xiàn)軸過長的問題。圖5-38所示的背輪機(jī)構(gòu)傳動中，中間軸上有6個齒輪，輸出軸上有5個齒輪和2個滑移套，其可實(shí)現(xiàn)5級變速。若想再增加變速級數(shù)，還要在軸上增加齒輪和滑移套，也存在軸長度過大的問題。結(jié)論：當(dāng)變速級數(shù)Z′大于一定值時，就不能采用二軸變速傳動。當(dāng)要求變速級數(shù)多于5級時，一般不采用二軸變速傳動裝置，而將若干個二軸變速傳動裝置串聯(lián)起來，組成多軸變速傳動。除通用金屬切削機(jī)床的變速級數(shù)較多外，其它各類機(jī)械的變速級數(shù)不超過6級，采用由2個二軸變速傳動裝置組合成的三軸變速傳動裝置就可以解決問題。以6級變速傳動為例，介紹多軸變速傳動系統(tǒng)運(yùn)動設(shè)計(jì)的方法。組成多軸變速傳動的二軸變速傳動裝置的變速級數(shù)分別為C1，C2，…，Cn，則多軸變速傳動裝置的變速級數(shù)為C=C1C2.….Cn。實(shí)現(xiàn)6級變速傳動，可采用滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)，只需將一個3聯(lián)滑移齒輪變速組和一個2聯(lián)滑移齒輪變速組串聯(lián)起來即可。1、設(shè)計(jì)步驟(1)確定傳動順序：如采用2個二軸滑移齒輪變速傳動機(jī)構(gòu)串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)6級變速。這時有P137圖5-43所示的兩個方案。確定3聯(lián)齒輪變速組和2聯(lián)齒輪變速組的順序。以6級變速傳動為例，介紹多軸變速傳動系統(tǒng)運(yùn)動設(shè)計(jì)的方法。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z3Z9Z10Z5=Z6Z7=Z8n0◆方案1：3聯(lián)滑移齒輪放在輸入軸Ⅰ上，把2聯(lián)滑移齒放在中間軸Ⅱ上，這種傳動順序叫：6=3×2傳動(前面數(shù)字表示高速級移動齒輪數(shù))。其中高速級：i1=φ

，i2=1，i3=1/φ

，而低速級：i1′=φ

3，

i2′=1n0