機(jī)械設(shè)計(jì)(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(diǎn)

減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置。它用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作要求。在某些場(chǎng)合也用來(lái)增速，稱為增速裝置。減速器在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用極為廣泛。

1.減速器的分類

按照傳動(dòng)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(lái)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(lái)的圓錐—圓柱齒輪減速器。

按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)不同，減速器可分為單級(jí)減速器和多級(jí)減速器。

二級(jí)和二級(jí)以上的圓柱齒輪減速器按照傳動(dòng)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(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)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(diǎn)及應(yīng)用

常用減速器的形式、特點(diǎn)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(guó)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(shí)，可根據(jù)工作要求所需傳遞的功率、轉(zhuǎn)速、中心距、傳動(dòng)比及傳動(dòng)的布置要求，查產(chǎn)品目錄或有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)選定。

關(guān)于減速器的基本參數(shù)、傳動(dòng)比的分配、結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑及密封等有關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題可參閱與《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材配套的《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，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(jí)斜齒圓柱齒輪減速器的典型結(jié)構(gòu)。

二級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器除傳動(dòng)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(guò)大而影響傳動(dòng)質(zhì)量，為此常在箱體外設(shè)置加強(qiáng)肋。一般箱體用中等強(qiáng)度的灰鑄鐵鑄成，重型減速器用高強(qiáng)度鑄鐵或鑄鋼。用鋼板焊接成的箱體應(yīng)用愈來(lái)愈多。圖16-3二級(jí)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(jì)手冊(cè)。16.2變速器

16.2.1有級(jí)變速器

1.塔輪變速器

如圖16-4(a)所示，兩個(gè)塔形帶輪分別固定在軸Ⅰ、Ⅱ上，傳動(dòng)帶可在帶輪上移換三個(gè)不同位置。由于兩個(gè)塔形帶輪對(duì)應(yīng)各級(jí)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(shí)，通過(guò)移換帶的位置可使軸Ⅱ得到三級(jí)不同的轉(zhuǎn)速。這種變速器較多采用平帶傳動(dòng)，也可用V帶傳動(dòng)。其特點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸較大，變速不方便。圖16-4各式有級(jí)變速器

2.滑移齒輪變速器

如圖16-4(b)所示，三個(gè)齒輪固聯(lián)在軸Ⅰ上，一個(gè)三聯(lián)齒輪由導(dǎo)向花鍵聯(lián)接在軸Ⅱ上。這個(gè)三聯(lián)齒輪可移換左、中、右三個(gè)位置，使傳動(dòng)比不同的三對(duì)齒輪分別嚙合，因而主動(dòng)軸Ⅰ轉(zhuǎn)速不變時(shí)，從動(dòng)軸Ⅱ可得到三級(jí)不同的轉(zhuǎn)速。這種變速器變速方便，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)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(gè)齒輪與空套在軸Ⅱ上的兩個(gè)齒輪保持經(jīng)常嚙合。軸Ⅱ上裝有牙嵌式離合器，軸上兩個(gè)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(dòng)并與齒輪接合時(shí)，齒輪才通過(guò)離合器帶動(dòng)軸Ⅱ同步回轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)軸Ⅰ以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸Ⅱ可獲得兩種不同的轉(zhuǎn)速。

這種變速器的最大特點(diǎn)是可以采用斜齒輪或人字齒輪，使傳動(dòng)平穩(wěn)。若采用摩擦式離合器，則可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速。其缺點(diǎn)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(gè)齒輪固定在軸Ⅰ上，另四個(gè)齒輪空套在軸Ⅱ上，兩組齒輪成對(duì)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(dòng)到不同位置時(shí)，可使某一齒輪與軸Ⅱ上對(duì)應(yīng)的齒輪傳遞載荷，從而變換軸Ⅰ、Ⅱ間的傳動(dòng)比，使軸Ⅱ得到不同的轉(zhuǎn)速。這種變速器的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)比較緊湊，但拉鍵的強(qiáng)度、剛度通常較低，因此不能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。16.2.2無(wú)級(jí)變速器

無(wú)級(jí)變速器能夠根據(jù)工作需要連續(xù)平穩(wěn)地改變傳動(dòng)速度?，F(xiàn)代的無(wú)級(jí)變速器有機(jī)械的、電力的和流體的三類。中小功率的傳動(dòng)常選用機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器，它具有恒功率特性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、成本較低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器(簡(jiǎn)稱無(wú)級(jí)變速器)中的摩擦無(wú)級(jí)變速器。

1.摩擦無(wú)級(jí)變速器的原理圖16-5所示為一圓盤式摩擦無(wú)級(jí)變速器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。設(shè)兩輪直徑分別為D1和D2，主動(dòng)輪可以在其軸上一定范圍內(nèi)沿軸線作左右移動(dòng)，則其傳動(dòng)比為

當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1一定時(shí)，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2可隨主動(dòng)輪在軸上的位置不同(即D2不同)而改變。這樣，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速就可在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。圖16-5圓盤式摩擦無(wú)級(jí)變速器如果主動(dòng)輪可以經(jīng)過(guò)從動(dòng)輪軸線，并繼續(xù)左移，則從動(dòng)輪不但可以改變轉(zhuǎn)速，而且可以改變轉(zhuǎn)向。但從動(dòng)輪在靠近其中心線處和主動(dòng)輪接觸時(shí)，直徑D2變得很小，接近于零，傳動(dòng)比就會(huì)變得很大，這在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)，所以直徑D2實(shí)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(dòng)輪就不能帶動(dòng)從動(dòng)輪，而將在輪面上打滑并發(fā)生嚴(yán)重的磨損。

2.常用的摩擦無(wú)級(jí)變速器

摩擦無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)變速器的基本形式。這些無(wú)級(jí)變速器都是通過(guò)改變接觸點(diǎn)(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(dòng)比連續(xù)可調(diào)。

3.無(wú)級(jí)變速器的主要性能指標(biāo)

衡量機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器性能的主要指標(biāo)有：

1)調(diào)速范圍

無(wú)級(jí)變速器主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1一定時(shí)，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速可以按工作需要在一定范圍(n2min～n2max)內(nèi)變化。

由無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)變速器，主動(dòng)輪直徑D1一定，從動(dòng)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(wú)級(jí)變速器的主要性能指標(biāo)之一，也是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。

2)調(diào)速特性

無(wú)級(jí)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(jī)械特性。

圖16-6中的圓盤式無(wú)級(jí)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(dòng)(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(jì)算時(shí)不計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，載荷變化對(duì)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(dòng)機(jī)的全部功率。圖16-6圓盤式無(wú)級(jí)變速器的輸出特性若以輪2主動(dòng)(見圖16-6(b))，其角速度ω2為常數(shù)，則輪1從動(dòng),其角速度ω1為變量。此時(shí)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(fù)載轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)速就會(huì)立即下降，甚至引起打滑和運(yùn)轉(zhuǎn)中斷，不能充分利用原動(dòng)機(jī)的輸入功率。

在