机械设计课件第18章减速器和变速器

1、昆明大学专用 作者： 潘存云教授 第第18章章 减速器和变速器减速器和变速器 18-1 减速器减速器 18-2 变速器变速器18-3 摩擦轮传动简介摩擦轮传动简介 昆明大学专用 作者： 潘存云教授 功用：功用：在机器中用来减速，也可以用来增速。在机器中用来减速，也可以用来增速。 齿轮减速器齿轮减速器 蜗杆减速器蜗杆减速器 蜗杆齿轮减速器蜗杆齿轮减速器 行星齿轮减速器行星齿轮减速器 摆线针轮减速器摆线针轮减速器 谐波齿轮减速器谐波齿轮减速器 18-1 减速器减速器 组成：组成：由齿轮传动和蜗杆传动组成。由齿轮传动和蜗杆传动组成。类型类型 除了部分旋转类机械如鼓风机、水泵等直接由原除了部分旋转类机

2、械如鼓风机、水泵等直接由原动机驱动之外、绝大多数的工作机械其工作部分的转动机驱动之外、绝大多数的工作机械其工作部分的转速与原动机的转速不一致，因此，需要协调原动机与速与原动机的转速不一致，因此，需要协调原动机与工作机之间的速度。工作机之间的速度。 昆明大学专用 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开式三级圆展开式三级圆柱齿轮减速器柱齿轮减速器特点：特点：传动效率高、工作可靠、寿命长、维护简便、传动效率高、工作可靠、寿命长、维护简便、 因而应用很广泛。因而应用很广泛。上述六种减速器已有标准系列产品，只有在选不上述六种减速器已有标准系列产品，只有在选不到合

3、适的产品时，才自行设计制造减速器。到合适的产品时，才自行设计制造减速器。 一、齿轮减速器一、齿轮减速器类型：类型：单级圆柱齿单级圆柱齿轮减速器轮减速器展开式双级圆展开式双级圆柱齿轮减速器柱齿轮减速器昆明大学专用 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双级圆分流式双级圆柱齿轮减速器柱齿轮减速器两级圆锥齿轮两级圆锥齿轮圆柱齿轮减速器圆柱齿轮减速器分流式三级圆分流式三级圆柱齿轮减速器柱齿轮减速器同轴式双级圆同轴式双级圆柱齿轮减速器柱齿轮减速器分流式双级圆分流式双级圆柱齿轮减速器柱齿轮减速器单级圆锥齿单级圆锥齿轮减速器轮减速器昆明

4、大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制产品实例：产品实例：展开式三级圆柱齿轮减速器展开式三级圆柱齿轮减速器昆明大学专用 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特点：特点：结构紧凑、传动比大、工作平稳、噪声较小、结构紧凑、传动比大、工作平稳、噪声较小、 传动效率低。传动效率低。二、蜗杆减速器二、蜗杆减速器类型：类型：其中：其中： S-S-低速级；低速级； f 高速级高速级下蜗杆式下蜗杆式上蜗杆式上蜗杆式侧蜗杆式侧蜗杆式fff双级蜗杆减速器双级蜗杆减速器fS昆明大学专用 作者： 潘存云教授 三维模型：三维模型：蜗杆减速

5、器蜗杆减速器昆明大学专用 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点：特点：兼有两者的传动特点，通常把蜗杆传动作为高兼有两者的传动特点，通常把蜗杆传动作为高 速级，因为在高速时，蜗杆传动的效率较高。速级，因为在高速时，蜗杆传动的效率较高。三、蜗杆三、蜗杆齿轮减速器齿轮减速器类型：类型：fSfSf昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制产品实例：产品实例：蜗杆蜗杆-齿轮减速器齿轮减速器昆明大学专用 作者： 潘存云教授 18-2 变变 速速 器器有级变速器有级变速器有级变速器的传动只能按既定的设计要求通过操有级变速器的传动只能按既定的设计要求通过操纵机构分级进行变速

6、，有级变速器的类型见下页。纵机构分级进行变速，有级变速器的类型见下页。 功用：功用：根据需要能随时改变传动比。根据需要能随时改变传动比。 减速器的传动比是固定的，但在工程实际中，有减速器的传动比是固定的，但在工程实际中，有些工作机往往需要在几种不同的转速下工作，这就需些工作机往往需要在几种不同的转速下工作，这就需要根据使用要求在工作中随时调整原动机与工作机之要根据使用要求在工作中随时调整原动机与工作机之间的传动比。间的传动比。类型：类型：有级变速器有级变速器无级变速器无级变速器昆明大学专用 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主动轴；主动轴；II-I

7、I-从动轴从动轴滑移齿轮变速器滑移齿轮变速器I III II离合器式齿轮变速器离合器式齿轮变速器 I III II塔轮变速器塔轮变速器I III II拉键式变速器拉键式变速器I III II塔轮变速器塔轮变速器 滑移齿轮变速器滑移齿轮变速器 拉键式变速器拉键式变速器 离合器式齿轮变速器离合器式齿轮变速器 有级变速有级变速的器类型的器类型昆明大学专用 作者： 潘存云教授 无级变速器无级变速器滚轮滚轮-平板式变速器平板式变速器 钢球无级变速器钢球无级变速器 菱锥无级变速器菱锥无级变速器 宽宽V V带无级变速器带无级变速器 类类型型实现无级变实现无级变速的方法：速的方法：机械无级变速机械无级变速电气

8、无级变速电气无级变速电气无级变速电气无级变速可控硅调速；可控硅调速；变频调速；变频调速；-压动机调速；压动机调速； 无级变速器的传动比在设计预定的范围内无级地无级变速器的传动比在设计预定的范围内无级地进行改变。进行改变。工作原理：工作原理： 依靠摩擦传动，改变主动件和从动件的输出半径，依靠摩擦传动，改变主动件和从动件的输出半径，实现传动比的无变化。实现传动比的无变化。类型：类型：本章介绍的内容昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制主动轮主动轮I III从动平盘从动平盘弹簧弹簧 v =2 r2 = r1 1 1) 1) 滚轮滚轮-平板式变速器平板式变速器 接触点的速度：接触点的速度：

9、组成：组成： 主动轮、从动盘、弹簧。主动轮、从动盘、弹簧。 工作原理：工作原理： 调整主动轮的位置，就调整主动轮的位置，就改变了改变了r2 的大小，从而实的大小，从而实现无级变速。现无级变速。 I III主动轮主动轮从动平盘从动平盘弹簧弹簧 r1r2特点：特点： 1 1）结构简单、制造方便；结构简单、制造方便； 2 2）因为存在较大相对滑动，故磨损严重，传递功因为存在较大相对滑动，故磨损严重，传递功 率不大。率不大。 传动比：传动比： i12 =1 / 2 =r2 / r1 单击动画昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制2) 2) 钢球无级变速器钢球无级变速器 传动比：传动比： i1

10、2 = R2 r1 / R1 r2 组成：组成：锥轮、钢球（通常为锥轮、钢球（通常为6 6个）、支承轴。个）、支承轴。 工作原理：工作原理： 调整支承轴的倾角，可调整支承轴的倾角，可改变钢球的传动半径改变钢球的传动半径r1和和r2 ，从而实现无级变速。从而实现无级变速。 特点：特点： 1 1）结构简单、传动平稳，相对滑动小，结构紧凑；结构简单、传动平稳，相对滑动小，结构紧凑； 2 2）要求钢球加工精度高。要求钢球加工精度高。钢球钢球 支承轴支承轴从动锥轮从动锥轮主动锥轮主动锥轮= r1 / r2 因为R1=R2 I IIII IIIr1 R1 r2 R2实际上是两对摩擦轮传动昆明大学专用 作者

11、： 潘存云教授 潘存云教授研制3) 3) 菱锥无级变速器菱锥无级变速器 传动比：传动比： i12 = r1 R2 / R1 r2 组成：组成：主动轮、从动轮、锥菱、支承架。主动轮、从动轮、锥菱、支承架。 工作原理：工作原理： 调整支架的水平位置，调整支架的水平位置，可改变菱锥的传动半径可改变菱锥的传动半径r1和和r2 ，从而实现无级变速。，从而实现无级变速。 从动轮从动轮主动轮主动轮I III菱锥菱锥支承架支承架支承架支承架从动轮从动轮 菱锥菱锥r1r2R1R2昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制宽宽V V带带4) 4) 宽宽V V带无级变速器带无级变速器 传动比：传动比： i12

12、 = r2 / r1 组成：组成：固定锥轮、活动锥轮、宽固定锥轮、活动锥轮、宽V V带。带。 工作原理：工作原理： 同步调整活动锥轮的轴同步调整活动锥轮的轴向位置，可改变锥轮的传向位置，可改变锥轮的传动半径动半径r1和和r2 ，从而实现无，从而实现无级变速。级变速。 固定锥轮固定锥轮III活动锥轮活动锥轮IIIr2r1昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制产品实例：产品实例：机械式无级变速器机械式无级变速器机械机械-电器组合式无级变速器电器组合式无级变速器变频器变频器减速器减速器昆明大学专用 作者： 潘存云教授 缺点：缺点： 不能保证精确的传动比；不能保证精确的传动比；

13、机械无级变速器的优点：机械无级变速器的优点：结构简单；结构简单；过载时可利用摩擦传动元件间的打滑而避免损坏过载时可利用摩擦传动元件间的打滑而避免损坏 机器；机器；运转平稳、无噪声，可用于较高转速的传动；易运转平稳、无噪声，可用于较高转速的传动；易 于平缓连续的变速。于平缓连续的变速。 承受过载和冲击能力差，传递大功率时结构尺寸过大；承受过载和冲击能力差，传递大功率时结构尺寸过大；轴和轴承上的载荷较大。轴和轴承上的载荷较大。昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制3 3汽车汽车变速器简介变速器简介 汽车变速器是一种典型的机械式有汽车变速器是一种典型的机械式有级变速器。级变速器。应用实例：

14、应用实例： 桑塔纳轿车变速器。桑塔纳轿车变速器。汽车发动机（活塞式内燃机）的扭矩和转速变化范围较小，无法适应实际使用的要求，因此，需在汽车的传动系统中设置变速器。它有：四个前进档，它有：四个前进档， 一个倒档，一个倒档， 一个空档位置。一个空档位置。潘存云教授研制输入轴输入轴 4 4档档 3 3档档 2 2档档 倒档倒档 1 1档档输出轴输出轴昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制空空 档档离合器离合器1 1离合器离合器2 2换档手柄换档手柄 昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制第一档：第一档：i i1 1=3.455 =3.455 输出轴反向旋转输出轴反向

15、旋转 昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制第二档：第二档：i i2 2=1.944 =1.944 昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制第三档：第三档：i i3 3=1.286 =1.286 昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制第四档：第四档：i i3 3=0.909 =0.909 昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制倒档倒档 i iR R=3.167=3.167输出轴同向旋转输出轴同向旋转AA向向 倒档齿轮倒档齿轮昆明大学专用 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圆锥摩擦轮传动圆

16、锥摩擦轮传动摩擦轮传动除了在机械无级变速器中广泛采用外，摩擦轮传动除了在机械无级变速器中广泛采用外，在锻压、起重、运输、机床、仪表等设备中也常用到，在锻压、起重、运输、机床、仪表等设备中也常用到，其基本型式见下图：其基本型式见下图：18-3 摩擦轮传动简介摩擦轮传动简介F圆柱平摩擦轮传动圆柱平摩擦轮传动圆柱槽摩圆柱槽摩擦轮传动擦轮传动aD2D1FpFp中间为空档正转 潘存云教授研制反转 昆明大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制摩擦轮传动基本型式的演化摩擦轮传动基本型式的演化 ：增速增速减速减速昆明大学专用 作者： 潘存云教授 摩擦轮传动靠摩擦传递运动，接触处不可避免地摩擦

17、轮传动靠摩擦传递运动，接触处不可避免地要产生弹性滑动，有的传递型式还要产生几何滑动，要产生弹性滑动，有的传递型式还要产生几何滑动，过载时会出现打滑。过载时会出现打滑。 主要失效形式是：主要失效形式是：对摩擦轮材料的主要要求是：对摩擦轮材料的主要要求是： . 接触疲劳强度高，耐磨性好、以便延长工作寿命；接触疲劳强度高，耐磨性好、以便延长工作寿命；摩擦轮传动的计算公式见后续表。摩擦轮传动的计算公式见后续表。 摩擦轮传动常用的材料副、工作条件、性能数据摩擦轮传动常用的材料副、工作条件、性能数据及使用场合见下页表。及使用场合见下页表。 . 弹性模量大，以便减小弹性滑动和功率损耗；弹性模量大，以便减小弹

18、性滑动和功率损耗；. 摩擦系数大，以便在满足所需要摩擦力的前提下，摩擦系数大，以便在满足所需要摩擦力的前提下， 降低压紧力；降低压紧力； 接触疲劳接触疲劳过度磨损过度磨损打滑打滑昆明大学专用 作者： 潘存云教授 摩擦轮传动常用的材料机械性能摩擦轮传动常用的材料机械性能 摩擦轮传动材料副摩擦轮传动材料副工作工作条件条件摩擦系数摩擦系数f许用接触应力许用接触应力p /MPa许用线性载荷许用线性载荷q /(N/mm)适用场合适用场合钢钢-钢钢 0.10.2 1.21.5HBS -铸铁铸铁-钢或铸铁钢或铸铁 0.10.15 1.5 Bb -淬火钢淬火钢-淬火钢淬火钢 油中油中 0.030.05 2530HRC -夹布胶木夹布胶木-钢或铸铁钢或铸铁皮革皮革-铸铁铸铁木材木材-铸铁铸铁橡胶橡胶-铸铁铸铁无润滑无润滑0.20.25 - 4080 0.250.35 - 2030 0.40.5 - 515 0.