第五章传动系统设计

第五章传动系统设计

§5-1传动系统的功能和要求

传动系统是位于动力机与执行机构（或执行构件）之间的中间装置，它的作用是将动力机的运动和动力传递给执行机构（执行构件）。

传动系统是由运动链及相应的联系装置组成的。

传动系统是机械系统的重要组成部分，传动系统的优劣将直接影响到机械系统的性能和经济性。有一些机器的动力机与执行机构直接联接，如风扇、水泵等。但大多数机器，在动力机与执行机构间设有传动系统。

制动器2、减速器1及联轴器4组成了传动系统。7654321DV图5-1起重机的机构运动简图1-减速器2-制动器3-电动机4-联轴器5-卷筒6-钢丝绳7-吊钩电动机3为动力机；卷筒5、钢丝绳6和吊钩7为执行机构。

一、传动系统的功能1、改变动力机输出的运动形式或转速，以满足执行系统的要求。

动力机输出的一般是等速连续的回转运动，而执行系统的运动形式是多种多样的。当两者的运动形式不相同时，要求传动系统能够改变动力机输出的运动形式，以满足执行机构的要求。当两者运动形式相同时，还有转速、转矩是否相同的问题，这就要求传动系统具有减速增矩或增速减矩的作用。2、调节动力机输出的速度、转矩或力，以满足执行机构的要求。

执行系统有时要求在不同的速度、转矩或力下工作，直接改变动力机的速度、转矩或力不可能或不经济，就要用传动系统来实现这一要求。3、分配动力机输出的运动和动力，以满足执行系统的要求。

有时要用一个动力机驱动若干个位置、运动形式或速度不相同的执行机构，要靠传动系统把运动或动力分配到各执行机构。二、对传动系统的要求1）考虑动力机与执行系统的匹配，使它们的机械特性相适应，并使两者的工作点接近各自的最佳工况点且工作平稳。

以起重机为例，动力机为三相交流异步电动机，它的固有机械特性如图a)所示。起重机具有恒转矩的机械特性，如图b)所示。两者匹配后，希望电动机在固有机械特性的HB段接近额定点B处工作，而起重机卷筒上的转矩为MW，转速为nW，在W点工作。a）nMnWMWMZWb）要实现上述要求，就要靠传动系统。BW2）满足执行机构在起动、制动、调速、反向和空载等方面的要求。

※系统在起动时，起动力矩一般大于正常稳定运转的力矩。如起重机，起动力矩除要克服提升重物的阻力矩外，还应使重物及一切运动构件产生加速度。

设机械系统折算到电动机轴上起动力矩为Md：

异步电动机的起动力矩为Mst，Mst=λstMN。若Mst<Md

，就不能负载起动。若Mst≥

Md

，可以实现负载起动；

可以在传动系统中设置离合器，让电动机带动传动系统在空载下起动，等运转正常后，再通过离合器与执行系统联接，带负载运转。也可以在传动系统中设变速装置，先使执行系统在速度较低时起动；运转运转平稳后，再变到正常速度。※有些执行系统运转到一定位置后，要求马上制动，这就要求传动系统中要有离合器和制动器。※当执行系统要求随着工作状况的变化而发生变化时，如果选用的是不可调速的电动机，传动系统就要设计成可调速的。如汽车、拖拉机、机床上都有调速装置。※当执行系统有正行程和反行程时，传动系统要考虑反转问题。如小型起重机反向是靠改变电动机转向实现的，但汽车、拖拉机上的反向是靠传动系统完成的，这时传动系统中就要有可反向的装置。※传动系统应能满足系统空载时执行系统有比工作时较高的速度要求。以四工位专用机床为例，当钻头还没有接近工件时，进刀机构应使钻头快进，速度应比钻削加工时大一些。

3）传动系统的运动链应尽量短。

传动系统的运动链短，可以减轻重量，降低制造费用；也可以提高传动系统的精度、效率、刚度和可靠性。

为缩短运动链，应力求采用构件数目少和运动副少的机构。①采用V带-两级圆柱齿轮减速系统，适用的速比范围为：②两极圆柱齿轮-开式齿轮减速系统，适用的速比范围为：③齿轮-蜗杆减速系统，适用的速比为：以P107图5-1所示的起重机为例，若传动系统的速比i=70，它就不能仅仅采用图示的两级圆柱齿轮减速器。因为两级圆柱齿轮减速器适用速比范围为：i=8~40，显然不能满足要求。此时可以采用的传动方案有以下5种：④两级行星齿轮减速系统，适用的速比范围：i=10~80⑤摆线针轮减速系统，适用的速比范围：i=11~87

从缩短运动链的角度出发，采用摆线针轮减速系统最好，其次是两级行星齿轮减速系统和齿轮-蜗杆减速系统。

4）传动系统应布置紧凑，有较小的外廓尺寸和重量。

有一些机械系统对尺寸和重量有较严格的要求，当要求传动比较大时，选用可实现较大传动比的行星齿轮传动、摆线针轮传动、谐波传动，它们与其它传动形式相比，可以大大减小传动系统的尺寸和重量。

5）当机械系统的载荷频繁变化，而且有较大过载时，传动系统中要设置过载保护装置。

传动系统中的过载保护装置，可以减小传动系统和执行系统中各构件的计算载荷，使这些构件的尺寸和重量减小，从而提高系统的可靠度。6）对传动系统要有安全防护措施。

要有能保护传动系统各构件安全工作的措施，如汽车变速箱的操纵杆上要设置联锁装置，不允许同时挂两个档的现象出现。同时，在传动系统的适当部位，要设置保护操作者安全的装置，如转动零件上加防护罩。

§5-2传动系统的类型及其选择可以按不同方法对传动系统分类。一、按传动比变化情况分类：

按传动比变化情况传动系统可分为：固定传动比传动系统和可调传动比传动系统。可调传动比传动又可分为：有级变速传动系统、无级变速传动系统和周期性变速传动系统。

(一)固定传动比传动系统

执行机构或执行构件在一个确定的转速或速度下工作。如P107图5-1所示的起重机就采用了定传动比的二级圆柱齿轮减速器进行传动。

固定传动比传动系统又可分为减速传动和增速传动两种情况。若执行构件的转速低于动力机转速，用减速传动系统；若执行构件转速高于动力机转速，用增速传动系统。(二)可调传动比的传动系统

车床在切削工件时，应根据工件的材料和硬度、切削量、刀具的性能以及对精度和表面精糙度的要求来选择切削速度，对这一类的机械系统，就应采用可调传动比的传动系统。（1）有级变速传动系统

转速只能在一定的范围里选用某几个数值。常见的可调传动比的传动系统：

当变速级数较少或不用频繁变速时可采用交换带轮、链轮、齿轮的办法实现变速，如机床上的挂轮装置。

当变速级数较多或要求变速频繁时多采用变速齿轮传动，如汽车、拖拉机上就是采用变速齿轮传动实现变速。执行机构或执行构件在多个转速或速度下工作。液力无级变速器机械无级变速器液力变矩器无极变速传动系统摩擦传动无级变速器啮合传动无级变速器液力耦合器（2）无级变速传动系统转速可在一定范围里连续变化。常用的无级变速装置有：（3）周期性变速传动系统

执行机构(或执行构件)的速度按周期性的规律变化，输出的角速度ω2是输入角速度ω1的周期性函数，即ω2=f(ω1)是周期性函数。

采用周期性变速传动的作用：

①满足执行机构的要求。

②改善执行机构的运动及动力特性。

图示的组合机构可以使滑块空回行程的时间缩短，工作行程的时间增长，表现出较为明显的急回特性，同时还可以使机构在工作行程时速度较为均匀。如将非圆齿轮传动与连杆机构或槽轮机构相组合，改善输出运动的特性，减小冲击。如纺织机械中采用非圆齿轮传动，可以周期性地改变径纱和纬纱的密度，从而织出有一定花纹的纺织品。滚筒式平板印刷机，采用非圆齿轮传动，调节送纸速度。二、按驱动形式分类：

传动系统按驱动形式可分为：独立驱动传动系统、集中驱动传动系统和联合驱动传动系统。(一)独立驱动的传动系统

每个执行机构都用一个动力机驱动的传动系统叫独立驱动的传动系统。

如图P107图5-2所示的“曲柄压力机—冲床”只有一个由构件2、3、4及机架10组成的曲柄滑块机构的执行系统，因此采用了一个电动机9独立驱动的传动系统。

①只有一个执行机构的系统—即单一型的系统。1112在下面3种情况下，采用独立驱动传动系统：

②有多个运动不相关的执行机构的系统—即相互独立型的系统。

龙门起重机中有3个执行机构完成3个动作：大车行走、小车行走和物料升降。

龙门起重机中的这3个动作互不相关，各自独立，同时3个执行机构相矩较远，用3个电动机独立驱动3个执行机构。可以使传动系统大大简化，运动链缩短，同时也可以使系统的安装、调整、维护、操纵更为方便。③数控机械系统。

数控机械一般有多个执行机构，图示立式加工中心，有5个执行机构完成下面5个动作：①装有刀具的主轴旋转；②装有工件的工作台纵向运动；③装有工件的工作台横向运动；④主轴箱铅垂方向的升降运动；⑤刀库的旋转运动和机械手抓取、安装、放回刀具的运动。主轴箱工作台刀库主轴为了保证这5个执行机构的动作能够协调进行，每个执行机构由各自的电动机单独驱动。(二)集中驱动的传动系统

集中驱动的传动系统是指用一个动力机，经传动系统驱动若干个执行机械协同工作。①各执行构件间有一定的传动比要求的传动系统。

P108图5-4所示的丝杠车床，车床主轴用电动机经V带传动和蜗杆传动驱动；再经二级齿轮传动和螺旋传动，驱动刀架运动。在下面3种情况下，常采用这种驱动方案：

ABCDABCD

由上述式子可以看出，车床主轴的转速nw与刀架丝杠的转速n间的关系，直接影响加工精度，所以在车床主轴与丝杠间不能采用传动比不稳定的传动形式，如带传动、摩擦轮传动、摩擦离合器等。

当用该车床加工高精度螺纹时，要用到两个执行系统：车床主轴和刀架。车床主轴的转速nw与螺旋传动丝杠的转速n间有一定的关系。利用设置在机床主轴和丝杠间的二级圆柱齿轮传动，通过A、B、C、D四个齿轮的齿数来满足上述关系，从而来保证产品的加工质量。ABCD②各执行构件间有动作顺序要求。

当执行系统中有多个执行机构和执行构件，并且相互间的动作有严格的时间和空间联系时，常采用集中驱动的传动系统。用传动系统把动力机输出的运动和动力按顺序分配到不同位置的执行构件上，使其协调工作。电阻压帽自动机传动系统该机器有4个执行机构：

（1）将电阻坯8和电阻帽7送上工位的机构(图中没有画出)；

（2）将电阻坯件压紧的机构，凸轮6和压头13组成的凸轮机构；

（3）分别将左、右电阻帽7压向电阻坯件8的机构，由凸轮4、9和推杆14、15组成的凸轮机构。131514卸下压好的工件电阻坯件8电阻帽7就位压头13压紧工件8焊接压头14、15将7压向8压头14、15压头13松开各执行机构间有严格的作业顺序：131415

电阻压帽机传动系统：动力机为电动机1，经带式无级变速器2和蜗杆传动10、11将运动和动力传到分配轴3上，在分配轴3上有4个凸轮：◆凸轮5驱动一个执行构件将电阻坯料8和电阻帽7送到作业工位；◆凸轮6驱动压头13将电阻坯料8压紧；◆凸轮4、9通过连杆机构和压头14、15将电阻帽7压到电阻坯料8上。③必须用一个动力机集中驱动的传动系统。有两种情况必须采用一个动力机集中驱动的传动系统：

◆一些中小机械，有多个距离较近的执行构件，它们需要的驱动功率不大，当用一个动力机驱动，传动系统也不复杂，也采用集中驱动。如小型磨粉机，有进料辊、磨辊、筛子、风扇、输送带等多个执行构件，用一个动力机集中驱动。◆机械系统上只有一个动力机。以汽车为例，它只有一个动力机一内燃机，但有多个执行构件，如车轮、配气气门、高压油泵的柱塞、冷却风扇和水泵，润滑系统的机油泵、照明系统的发电机、气泵、空调系统的压缩机等，这些执行构件都要由内燃机驱动。P109图5-6所示钻机传动系统也属于一个动力机集中驱动的传动系统。用多台动力机驱动一个执行机构的传动系统。(三)联合驱动的传动系统

低速、重载、大功率、执行机构少而惯性较大的机械，一般需要的驱动功率较大。为减小每一台动力机的功率，减小传动件的负载，便于起动，采用多台动力机联合驱动的传动系统。

P110图5-7为双输入轴圆弧齿轮减速器，由两个动力机从两个输入轴输入动力，在减速器里将动力合并，从一个输出轴输出，输出功率可大于1000KW。在矿井提升机中可用到这种减速器。图5-7双输入轴圆弧齿轮减速器结构图三、按工作原理分类：

按工作原理不同，传动系统可分为：机械传动系统、流体传动系统和电传动系统。

机械传动和流体传动在传动过程中，保持机械能形式不变。电传动过程中有电能和机械能的转换。机械传动传动啮合传动摩擦传动挠性件摩擦传动（带传动）摩擦轮传动摩擦式无极变速传动圆锥齿轮传动圆柱齿轮传动非圆齿轮传动蜗杆传动环面蜗杆传动圆柱蜗杆传动锥蜗杆传动挠性啮合传动链传动同步齿形带传动电力传动直流电传动交流电传动流体传动液力传动液压传动液体传动气体传动螺旋传动滚动摩擦螺旋传动滑动摩擦螺旋传动静压润滑螺旋传动齿轮传动各类传动的特点见P110~P111表5-1。四、传动类型的选择应综合考虑以下因素选择适合的传动类型及其组合(8方面因素)：1、执行系统的工作状况；2、动力机的机械特性和调速性能；3、对传动比的要求，包括传动比的大小、范围及准确程度；4、对传动系统尺寸、重量、布置的要求；5、工作环境的要求，如温湿度、易燃、易爆要求，环境粉尘情况等；6、经济性要求，如可靠性、寿命、传动效率、制造费用、运转费用、维修费用等；7、操纵与控制方式要求，如从自动化程度上讲有人工控制和自动控制；从控制方式上讲，有单机控制和多机联动，这些都对传动类型的选择有影响。8、其他要求，如现场技术条件(能源条件及制造能力)，标准件的选用及保护等方面的要求。这些对传动类型的选择也有影响。传动系统包括：变速装置、起停和换向装置、制动装置、安全装置等。§5-3传动系统的组成一、变速装置

其作用是把动力机输出的转速和转矩，变成执行机构需要的转速和转矩。

多数机械系统，在使用时可根据动力机转速和执行构件的转速，选减速或增速的传动系统。选择时应优先选用标准减速器。但如果机械系统中的执行系统要求不同转速或转矩，应采用可变传动比的传动系统—变速装置。

在《机械系统设计》课程里将学习变速装置—可变传动比传动系统的设计。※机械系统对变速装置的要求：

(1)能传递足够的功率和转矩。◆执行系统具有恒转矩的机械特性，执行系统可能传递不同功率，应按最大功率决定变速装置的承载能力。◆执行系统具有恒功率的机械特性，执行系统可传递不同转矩，应按最大转矩决定变速装置的承载能力。◆执行系统有多个转矩和转速时，应按最大转矩进行承载能力计算，按最高转速进行精度设计。

(2)具有较高的传动效率。

(3)满足速度和转矩范围的要求，对有级变速装置还要求满足执行机构要求的级数。(4)体积和质量尽可能小。(5)工作平稳、噪声、振动较小。

与固定传动比系统不同，要按不同情况决定零件的载荷。所以，要对传动系统各构件进行承载能力的计算。(6)结构简单、制造、装配和维修工艺性好。(7)润滑、密封、散热良好。(8)防止漏油、漏气、漏水现象发生。※变速装置、减速装置在运动链中位置的决定

对汽车、拖拉机这一类的机械系统，对传动系统有两方面的要求：方案1：动力机变速装置减速装置执行机构方案2：减速装置1动力机变速装置减速装置2执行机构

一是传动系统的传动比较大(动力机—内燃机输出转速较高，而执行构件—车轮转速较慢)；二是变速范围Rmax较大(车轮的最高转速和最低转速相差较大)。

这时传动系统必然由变速装置和减速装置组成。这时就存在一个问题：怎样决定变速装置和减速装置在运动链中位置，有如下两种方案：

方案1：由于变速装置接近动力机，转速较高，转矩较小，变速装置中传动零件尺寸较小，重量较轻，变速操纵的力较小；但由于变速装置转速高，在变速时容易引起冲击、振动和噪声。

方案1：动力机变速装置减速装置执行机构方案2：减速装置1动力机变速装置减速装置2执行机构

方案2：在方案1的动力机与变速装置间加了减速装置1，它可降低变速装置输入转速，减小变速引起的冲击、振动和噪声。但由于转速降低、转矩就会加大，变速装置中传动零件的尺寸、重量加大，变速操纵力加大。

方案1常用于动力机输出转速较低的场合，而方案2用于动力机输出转速较高的场合。常用的变速装置有以下几类：（一）交换齿轮变速机构(一)交换齿轮变速机构

图5-8所示交换齿轮变速箱，动力从电动机由Ⅰ轴输入箱体，转速为n1，经过Z22、Z44齿轮减速，从Ⅱ轴将动力输出箱体。箱体外悬臂布置交换齿轮ZA、ZB，动力又从Ⅲ轴输入箱体，后经Z23、Z36以及Z20、Z65两对齿轮减速，最后从Ⅴ轴输出，转速为n2。速比为：

在保证ZA+ZB=Z∑为常数的情况下，改变交换齿轮ZA、ZB的齿数就可达到变速的目的。

交换齿轮装在Ⅱ、Ⅲ轴之间，不装在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ轴间，由于Ⅱ、Ⅲ轴转速较高，转矩较小，可减小变换齿轮ZA、ZB的尺寸和重量。交换齿轮变速装置的优点：结构简单，经济性较好。缺点：（1）装拆交换齿轮ZA、ZB，操作麻烦，只能用在不经常变速的情况下；（3）变速范围和变速级数受限制。

（2）交换齿轮ZA、ZB在箱体外悬臂布置，支承刚度差，密封和润滑条件差；（二）滑移齿轮变速机构图5-9是6级滑移齿轮变速机构。

动力由电动机经齿轮Z1、Z2减速输入到Ⅰ轴；Ⅰ轴上有一个3联滑移齿轮，齿数分别为Z3'、Z3''、Z3'''，它们分别可和Ⅱ轴上的齿轮Z4'、Z4''、Z4'''相啮合，齿轮Z4'和Z5'是双联齿轮，它与轴Ⅱ用花键联接，不能滑移，齿轮Z4''、Z4'''用平键和Ⅱ轴联接，Ⅲ轴上有一个2联滑移齿轮Z6'、Z6''

，它们分别可和齿轮Z4''、Z5'啮合。Z3'Z3''Z3'''Z4'Z4''Z4'''Z6'Z6''Z5'（1）3联齿轮右移，2联齿轮右移（2）3联齿轮右移，2联齿轮左移（3）3联齿轮左移，2联齿轮右移

（6）3联齿轮居中，2联齿轮左移（4）3联齿轮左移，2联齿轮左移（5）3联齿轮居中，2联齿轮右移假设系统中电动机轴的输入转速为n１，滑移齿轮变速机构可从Ⅲ轴输出6个不同的转速n3

：

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

多联齿轮有两种结构：整体式和组合式。整体式如P113图5-10a)和b）所示，组合式如图c)和d)所示。组合式的特点与整体式刚好相反。

缺点：在切齿和磨齿时需要有一定宽度的退刀槽，轴向尺寸B较大。

设计多联齿轮时应注意：（1）要有齿端倒角或倒圆以便轮齿顺利啮入；整体式的优点：结构简单，刚度较好，容易加工，精度较高；（2）要有凹槽，以便用拔叉使其轴向移动；（1）能传递较大的转矩和较高的转速；滑移齿轮变速机构的优点：滑移齿轮变速机构的缺点：

（1）不能在转动中变速；（2）可在较大的变速范围里实现较多的变速级数；（3）没有带啮合的空转齿轮，空载功率损失较小。

（2）为便于啮合，多采用直齿圆柱轮传动，传动不平稳；（3）轴向尺寸较大。(三)离合器变速机构

滑移齿轮变速机构是靠轴向移动滑移齿轮来实现不同齿轮副的啮合，而离合器变速机构是靠离合器的接合与分离来实现不同齿轮副的啮合。

常用的离合器按工作原理分有两种形式：啮合式离合器和摩擦式离合器。

啮合式离合器又可分为牙嵌式离合器和齿式离合器。它们属于刚性传动，传动比准确，可传递较大转矩，传动效率高，外形尺寸小，但不能实现运转中离合。

离

合

动联接（花键导键）动联接（滚动、滑动）啮合式离合器

离

合摩擦式离合器按操纵方式分类有3种形式：机械操纵式、液压操纵式、电磁操纵式。

机械操纵式离合器结构简单，但液压操纵离合器和电磁操纵离合器便于实现自动化。

摩擦式离合器可在运转中离合，而且离合平稳，有过载保护作用。

传动比不准确，有弹性滑动和打滑现象，传动效率低、会产生摩擦热，传递相同功率，摩擦离合器比啮合离合器尺寸大，结构复杂。最简单的离合器变速机构见下图。

动力从Ⅰ轴输入，Ⅰ轴上活套着两个齿轮Z1、Z1'，两个离合器M1、M2分别和Ⅰ轴用花键实现动联接；动力从Ⅱ轴输出，Ⅱ轴上固联着两个齿轮Z2、Z2'，它们分别和Ⅰ轴上的齿轮Z1、Z1'啮合。M1M2Z1Z2Z2'Z1'n2n1ⅠⅡ

这个离合器变速机构有3个运动状态：

（1）空转运动状态：左离合器M1分离，右离合器M2分离，轴Ⅱ不转；

（2）以转速n2转动状态：M1接合，M2分离，轴Ⅱ转速：（3）以n'2转速转动状态：M1分离，M2接合，轴Ⅱ转速：

图5-11电磁控制摩擦离合器变速箱中，通过Ⅳ轴上所安装的两个电磁控制的摩擦离合器M1、M2和V轴上所安装的两个电磁控制的摩擦离合器M3、M4就可以实现变速的目的。

动力从带传动轴输入，经Z18、Z54齿轮减速，使Ⅳ轴转动。Ⅳ轴上有两个电磁控制摩擦离合器M1和M2。M1的主动盘与轴Ⅳ用花键动联接，从动盘与空套在轴Ⅳ上的齿轮Z25固联。M2的主动盘与Ⅳ轴用花键动联接，从动盘与空套在轴Ⅳ上的齿轮Z48、Z34固联。V轴上空套着齿轮Z75、Z52、Z66，其分别与Ⅳ轴的齿轮Z25、Z48、Z34啮合。Z75、Z52齿轮与离合器M3的主动盘固联，离合器M3的从动盘与轴V用花键动联接。齿轮Z66与离合器M4的主动盘固联，离合器M4的从动盘与轴V用花键动联接。

此变速装置可实现4个速比：规定：i1>i2>i3>i41234离合状态M2、M3接合M1、M4分离M2、M4接合M1、M3分离M1、M3接合M2、M4分离M1、M4接合M2、M3分离变速箱速比

离合器变速机构可以克服滑移齿轮变速机构的缺点：如（1）可实现在运转中变速(采用摩擦离合器)；（2）变速过程中齿轮不用轴向移动，就可实现变速，因此，可采用斜齿圆柱齿轮传动，传动平稳；（3）轴向尺寸较小(离合器摩擦片间隙大大小于齿轮宽度)。

但离合器变速机构中各齿轮副处于常啮合状态，磨损较大，有空转损失，传动效率较低。n1<n2<n3<n4

(四)啮合器变速机构◆普通啮合器工作原理见P115图5-12。啮合器可分为普通啮合器和同步啮合器。1、啮合器工作原理及结构

主动轴1上空套着双联齿轮2、3及4、5；中间齿轮6与主动轴1固联；啮合套7上有内齿，其模数和齿数与外齿轮3、5、6相同，通过内齿可和齿轮3、5、6啮合。它们之间相当于渐开线花键联接。

啮合套7有3个位置，可实现3个运动状态：

（1）啮合套7位于中间位置，见图a)。啮合套7内齿只与齿轮6啮合，轴1与齿轮2、4不接合，齿轮2、4均在轴1上空转，不实现运动和动力的传递；

（2）啮合套7位于左边位置，见图b)。啮合套7内齿同时与齿轮3、6啮合，使得齿轮2与轴1相连接而传递运动和动力，其速比为：

（3）啮合套7位于右边位置，啮合套7内齿同时与齿轮5、6啮合，使得齿轮5与轴1相连接而传递运动和动力，速比为：

普通啮合器有2个缺点：（1）当移动啮合套时（如从中间位置向左移动，这时啮合套7与齿轮3转速不同），会发生顶齿现象；（2）啮合套7同时与两个齿轮啮合时，会因振动及非操纵轴向力作用而自动退出从而导致脱档。

防止顶齿现象发生的办法可见P115图5-13。防止顶齿现象发生的办法可见P115图5-13。图5-13具有间隔短齿的啮合器结构1－齿环；2－啮合套

将两侧齿环的齿间隔地缩短一个长度a，a≈2mm，以便于移动啮合套时，轮齿先插入齿环的齿槽间隙较大的一部分，当啮合套与齿环速度一致后，再将整个齿长插入齿槽中。

防止脱档现象发生的办法可见图5-14a)图是加宽式结构，把啮合套2的齿宽加大，啮合套的齿宽超过齿环2~3mm，这样载荷集中在啮合套齿的中部，可减小轮齿的扭转变形和非操纵轴向力，有利于防止自动脱档。加宽式结构防止啮合套自动脱档1－齿环；2－啮合套；3－中间齿轮

普通啮合器结构简单，但轴向尺寸较大，而且换档时有不同步的现象发生，顶齿是不可避免的。因此，换档不方便，噪声较大。

也可采用图5-14b)所示的切槽式结构。在啮合套2的齿中部切一个环槽，在中间齿轮3的齿环上切2道槽，齿轮3的轮齿在轴向被分成了3段，中间段的齿厚比两边段减薄了0.4～0.6mm。中间齿轮3与啮合套啮合后，形成了0.2~0.3mm的凸肩，防止啮合套自动脱档。切槽式结构防止啮合套自动脱档1－齿环；2－啮合套；3－中间齿轮◆同步啮合器的工作原理：P116图5-15。

同步啮合器由空套在轴上的左右环1和7、与轴用花键动联接的套筒6和啮合套4组成。在套筒6和左、右齿环1、7之间设计了一个可配合的圆锥副2、5；在啮合套4与套筒6间设置了一个弹簧控制的销钉3联接。

图5-15锥形常压式同步啮合器结构1－左齿环2、5－内锥面减摩衬套3－定位销4－啮合套6－套筒7－右齿环8－花键轴同步啮合器的工作步骤：①同步过程：啮合套4左移，在销钉3作用下，套筒6一同左移，内外圆锥面接触，在摩擦力作用下，左齿环1与套筒6、啮合套4一同同步运转，此时是摩擦传动。同步啮合器的工作步骤：②啮合过程：实现同步运转后，继续左移啮合套4，由于弹簧受压缩，销钉3压入套筒6孔中，套筒6不移动，啮合套4的内齿同时与套筒6、左齿环1的外齿啮合，完成啮合过程。

同步啮合器可以实现先同步后啮合，即先摩擦传动，后啮合传动。2、啮合器齿轮模数的确定3、啮合器的强度计算自学

同步啮合器可减小变速过程中的冲击，因此变速过程平稳。在中小型汽车和许多需要频繁变速的地方，采用同步啮合变速器。

啮合器变速机构的实例：P117图5-16是T180履带式推土机的传动系统图。

T180履带式推土机传动系统由主离器5、制动器、联轴器4、变速箱3、锥齿轮传动，转向离合器2以及最终传动（两级齿轮传动)1组成。传动系统把发动机6和驱动履带的链轮联接起来。

发动机6主离合器5制动器联轴器4变速箱3锥齿轮传动转向离合器2最终传动1驱动链轮

P118图5-17是该推土机变速箱结构，变速箱采用啮合器变速装置。变速箱3有3根轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ是输入轴，Ⅲ是输出轴，Ⅱ是中间轴；8对16个斜齿圆柱齿轮组成的常啮合式齿轮传动；a、b、c、d4个啮合套，其中a是单作用式，b、c、d是双作用式。b啮合套控制正反转，b啮合套与a、c、d3个啮合套可构成5个前进档，4个后退档。Z1Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16abdⅠⅡⅢcZ2方向b啮合器档位传动路线前进b上移1档(a、c空档，b上移，d下移)Z1—Z2—Z3—Z4Z9—Z102档(a、c空档，b上移，d上移)Z8—Z113档(a、d空档，b上移，c下移)Z7—Z124档(a、d空档，b上移，c上移)Z6—Z14b空档5档(a上移、b、c、d空档)Z15—Z13后退b下移1档(a、c空档，b下移，d下移)Z16—Z5Z9—Z102档(a、c空档，b下移，d上移)Z8—Z113档(a、d空档，b下移，c下移)Z7—Z124档(a、d空档，b下移，c上移)Z6—Z14Z1Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16abdⅠⅡⅢcZ2从变速箱结构图可看出其结构设计上的5个特点：①常啮合斜齿轮传动，工作较平稳，噪声小，轴向尺寸紧凑，换档轻便，冲击小，无须停车换档；②各轴轴向定位采用一端定位，以消除热膨胀引起的附加应力。前支承均为双列向心球面滚子轴承，能承受由斜齿轮引起的轴向力。后支承为单列向心短圆柱滚子轴承，可以轴向游动。轴Ⅰ及轴Ⅱ的圆柱滚子轴承外环用弹性档圈定位，轴Ⅲ的圆柱滚子轴承外环用圆柱销定位。各轴均采用渐开线花键轴，联接强度高，工艺性及对中性好；

③空套齿轮的内孔均配一个双金属滑动轴承，并采用强制润滑。润滑油从油泵输出后经滤油器、冷却器后，从变速箱前端盖进入各轴中心孔，流到各轴承进行循环润滑；

④各轴的前轴端采用多个O型橡胶密封圈和油封密封，密封性能好；⑤轴Ⅲ的轴向位置用钢垫片进行调整，以保证锥齿轮的正确啮合位置。

不同机械对起停和换向的要求不同，通常有下面三种情况：二、起停和换向装置(1)不需要换向且起停不频繁。如P102图4-18铆钉冷镦机，工作过程中，主轴1不需要反转，因此传动系统不用设置换向装置。铆钉冷镦机一经调整试车合格，就可以投入正常工作，起动以后，连续长时间运行，不需要经常停车。如P109图5-6所示的钻机，钻杆在工作过程中需作往复移动，主行程是钻孔，钻杆一边转动，一边向下移动；反行程是提升钻具，钻杆向上移动。控制钻杆移动的主卷扬机4就应能正反转，要有换向装置，但该装置使用不频繁。P108图5-3所示的龙门起重机，小车行走和大车行走2个执行机构都要正反转，但由于每个方向工作时间较长，换向不频繁。(3)换向、起停频繁。如P107起重机、P108丝杠车床。执行机构和执行构件要频繁正转和反转，要频繁起动和停车。对于这种换向起停频繁的机械系统，在传动系统里应设置换向和起停装置。这些装置的作用是控制执行系统改变运动方向，并实现起动和停车。

(2)需要换向，但不频繁。(一)起停和换向装置方案的选择起停和换向装置可分为两大类：

（1）靠按钮或操纵杆直接控制动力机实现起停和换向。

（2）用离合器和换向器实现传动系统的起停和换向，不必改变动力机的运动状态。（1）执行机构要求起停和换向的频繁程度；在选择起停和换向装置的方案时，应考虑的因素：（2）动力机的类型和功率的大小。如P117图5-16的履带式推土机靠主离合器5控制传动系统起停，靠啮合器b控制传动系统正反转，从而控制执行机构的运动状态。

如P107图5-1的起重机，就是用按钮控制交流异步电动机的起停和换向。1、动力机为电动机

对以电动机为动力机的机械系统，可以采用如下两种起停和换向装置方案：（1）控制电动机来实现系统的起停和换向

适用于起停和换向不频繁的电动机，或起停和换向频繁的小功率的电动机。方案的优点：结构简单，操作方便。

为了避免起停和换向时因产生过大的冲击而损坏传动零件，此时在电动机与传动系统的输入轴间应选用弹性联轴器。图5-1的起重机，在电动机和减速器输入轴间安装的制动器，实际上是一个可制动的弹性联轴器，这种联轴器具有缓冲减振的作用。

（2）通过离合器、啮合器实现系统的起停和换向适用于中等以上功率电动机带动的，起停和换向频繁的传动系统。

如图P107图5-2所示的曲轴压力机，该系统只需要设置起停装置而不需要换向装置。当压力机需要起停时，可通过控制安装在大齿轮7与制动器5之间的离合器6来实现系统的起停功能。这样电动机9，齿轮8、7都不需要起停。当离合器转速较高时，可采用摩擦离合器，当离合器转速较低时，可选牙嵌式离合器或其它形式的啮合式离合器。

如P108图5-4丝杠车床，与车床丝杠啮合的螺母设计成可开合的螺母，通过螺母的开合状态的改变，在电动机始终转动的情况下，来控制丝杠转还是不转从而实现系统的起停；靠改变电动机转向，从而改变丝杠转向，控制刀架向前还是向后运动。

2、动力机为内燃机

内燃机不能负载起动，不能频繁起动，更不能反转。因此，必须在传动系统里设置起停和换向装置。P117图5-16所示的履带式推土机，用主离合器5实现起停，用啮合器b实现换向。

◆实现起停功能的离合器在传动系统的位置：控制机械系统起停的离合器应设置在转速较高的轴上。发动机6主离合器5制动器联轴器4变速箱3锥齿轮传动转向离合器最终传动1驱动链轮

在P117图5-16，主离器5设置在发动机6与变速箱3之间，这样离合器传递的转矩小，离合器尺寸较小，离合器分离时，其后的构件都不动。

但P107图5-2所示的曲轴压力机，离合器6则是设在减速齿轮传动后，原因是齿轮7的转动惯量比较大，起到飞轮作用，离合器安装在它的后面，齿轮7就不用作频繁起动。

◆换向机构在传动系统的位置：控制执行系统正反转的换向机构，可以设置在传动系统转速较高的轴上，也可设置在转速较低的轴上，要视具体情况而定。▲换向装置设在传动系统转速较高的轴上：换向装置传动转矩较小，设计出的换向装置尺寸较小；

缺点：（2）由于运动链中运动副有间隙，换向时会引起较大的冲击。

（1）换向装置后面传动零件较多，换向时能量损失较大；▲换向装置设在传动系统转速较低的轴上，情况刚好相反。

对运动零件较少，惯性较小的运动链，换向装置应设在靠近动力机的高速轴上。反之换向装置应放在靠近执行机构的低速轴上。

（二）起停和换向装置的结构（自学）三、制动装置在P107图5-1的起重机中，在电动机和减速箱间则设有制动器2。

制动装置还可用于机械一旦发生事故或遇到危险情况紧急停车，或使运动构件可靠地停在某一位置的情况。汽车拖拉机上的制动装置就起这方面的作用。

1、制动器制动对制动器的基本要求是：工作可靠，操纵方便，制动平稳且时间较短，结构简单，尺寸小，磨损小，散热良好。

起重机中，当重物升到一定高度时，如采用给电动机断电的方法，使机器停止运转，由于所有运动构件都有惯性，运转不能立即停止。停车前运动构件的速度越高，运动构件的惯性参数越大，从断电到停车的时间越长。为节省停车时间，提高工作效率，对起停频繁或运动构件惯性参数较大，运动速度较高的传动系统，应设置制动装置。在传动系统同时装有起停装置和制动装置时，两个装置应协调工作。

根据工作原理，制动器可分为：摩擦式和非摩擦式两大类。摩擦式制动器又可分为：带式、外抱块式、内张蹄式和盘式。非摩擦式制动器可分为：磁粉式、磁涡流式和水涡流式。

各种制动器的结构特性、使用场合、相关的设计要点、工作能力的参数确定和设计过程在P123~P125有比较详细的介绍。（自学）在传动系统同时装有起停装置和制动装置时，两个装置应协调工作。以汽车为例，要制动时，首先要使离合器分离，切断动力，然后用制动器制动；反过来，汽车要行走时，应先将制动器放开，然后再使离合器接合，接通动力使汽车起步。制动器在运动链中的位置：①在转速较高处。如P107图5-1的起重机中。优点：制动力矩小，制动器尺寸小，重量轻，操纵力小，制动平稳。

缺点：要制动的构件和运动副较多，这些构件有较大的惯性，运动副有间隙，制动时产生冲击，制动效果差，反应不灵敏。②在转速较低处。

如P117推力机。优缺点刚好相反。

2、反接制动

用电动机作动力机时，可以利用给电动机接入反向电流的方法制动（反接制动），这种方法操纵方便，制动时间比较短。但由于制动电流较大，对电动机和电网有影响；电动机有反转的趋势，使电动机轴和传动系统受较大的惯性冲击，对传动系统及电动机轴有影响。所以这种方法只能用于传动系统惯性较小(惯性参数小、运动速度小)或电动机功率较小，转速较低的情况。

四、安全保护装置

对于工作载荷变化频繁，载荷变化幅度较大，工作过程中有短时过载发生的机械系统，应在运动链中设置过载保护装置，以免突发事件发生时损坏机械系统及零件。如靠摩擦力工作的带传动、摩擦离合器本身就有过载保护作用。P129~P131有销钉安全联轴器、钢珠安全离合器、摩擦安全离合器的介绍。安全装置在运动链中的位置：

安全装置在转速较高的传动件上，结构尺寸可小一些，安全装置装在靠近执行机构的传动构件上，一旦发生过载，执行机构就能迅速地停止运动。综合以上两点，安全装置应装在靠近执行机构且转速较高的构件上。§5-4传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的设计

有级变速传动通常由变速齿轮传动、变速链传动和变速带传动组成，在一定变速范围里，可输出有限级数的转速。

最简单最基本的有级变速装置是两轴变速传动装置，可采用两个或两个以上的两轴变速机构串联的方法，组合成多轴变速装置。（一）两轴变速传动的运动设计1、塔轮传动如P131图5-30的塔轮传动，其采用的是带（链）传动。轴Ⅰ为输入轴，轴Ⅱ为输出轴。轴Ⅰ上固联着直径为D1、D2、D3的3个带轮；轴Ⅱ上固联着直径为D4、D5、D6的3个带轮。

利用该传动可以实现3个传动比：D1与D4组成传动：D2与D5组成传动：D3与D6组成传动：可以按照“各轮的直径要保证所需传动带的长度基本相等”的原则由传动比求出各带轮的直径。变速自行车上所使用的塔轮链传动，就可以实现有级地变速。2、滑移齿轮传动

如图5-31所示，两个轴上各布置2个齿轮，其中一个轴上是可移动的双联齿轮，另一个轴上是不可移动的固定齿轮，利用该滑移齿轮传动可以实现2级变速；如果在两个轴上分别布置有可移动的三联齿轮和三个不可移动的固定齿轮，可实现3级变速。图5-31窄式滑移齿轮轴向排列长度式中：为公比。进行滑移齿轮变速传动设计时应注意以下4点：◆各级速比应按等比级数排列。以3级变速为例，各级速比为：且则◆对单级传动比的最大值或最小值加以限制。减速时限制最大传动比：增速时限制最小传动比：直齿轮传动：斜齿轮传动：变速组的变速范围应满足：是变速组能实现的最大变速范围；—被动轴的最高转速和最低转速；，—变速组中最大速比和最小速比。，◆滑移齿轮应放在高速轴上。

对减速传动，高速轴是主动轴，主动齿轮比被动齿轮尺寸小，重量轻，移动起来比较方便。

限制最大最小单级传动比和最大变速范围是为了使相啮合的两齿轮直径不要相差太大，变速箱尺寸不要过大。◆为防止变速过程中轴向移动滑移齿轮时出现运动干涉和两对齿轮同时啮合的情况，在结构设计上应采取相应的一些措施：▲三联移动齿轮应使大齿轮在中间，小齿轮在两边；▲三联移动齿轮和二联移动齿轮中，小齿轮的齿宽要大于大齿轮。▲采用图5-31所示的窄式滑移齿轮，双联齿轮轴向尺寸应保证L>4b，三联齿轮应保证L>7b；采用图5-32所示的宽式滑移齿轮，双联齿轮轴向尺寸应保证L>6b，三联齿轮应保证L>11b。

对于变速组内各对转动副的传动比关系，可以用转速图更形象、更清晰地加以表示。

设有一两轴三联齿轮变速组，三联齿轮在高速轴Ⅰ上，齿数分别为Z1、Z2、Z3（Z1<Z2<Z3），高速轴转速为n0；被动轴Ⅱ上有三个不滑移的固联齿轮，它们的齿数分别为Z4、Z5、Z6（Z4>Z5>Z6）。n0Z2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡ该系统可实现3个传动比：令Z6=Z3可输出3个转速：则i3=1，n3=n0可画出如下图所示的变速装置的转速图：n1n2n3ⅡⅠn0转速线轴线两轴三联齿轮变速组的转速图转速图可表示如下一些内容：◆距离相等的一组竖线表示变速组中各传动轴。

本变速组中只有两根轴，因此有两根竖线。左边的一根为主动轴Ⅰ，右边的一根为从动轴Ⅱ。Ⅰ、Ⅱ顺序按照从动力机到执行机构的顺序排列。

本变速组有3个转速，故有3条水平线。从下到上的各线，转速依次升高，越在下的线，转速越低。◆距离相等的一组横线代表转速线。

主动轴Ⅰ与最高水平线的交点为n0，表示主动轴的转速为n0

；被动轴Ⅱ与3根水平线的交点分别为n1、n2、n3(从下向上)，分别表示轴Ⅱ有3个转速，且满足n1<n2<n3。◆各轴与相应转速线的交点(用小圆表示)表示相应的转速。n1n2n3ⅡⅠn0

输出轴的转速按公比为φ的等比级数排列，所以相邻两转速线相差为公比φ

，如两转速线相隔了x个间隔，则它们的转速就相差了φx倍。如n2与n1相隔了一个间隔，则n2=φn1；而n3与n1相隔了2个间隔，则n3=φ2

n1。

连线斜度越大，表示速比越大(越小)。如在竖直方向，连线向下倾斜了x个格，则该连线表示的传动副的速比为i=φx；如连线向上扬了x格，该连线表示的传动副的速比为i=1/φ

x。水平线表示该传动副速比i=1。◆相邻两轴相应转速点的连线，表示一对齿轮副的传动比，连线向下倾斜，表示减速；连线向上扬，表示增速。n1n2n3ⅡⅠn0

例5-1已知电动机转速nm=1460r/min，执行构件要求的3个速度分别为：95r/min、150r/min、236r/min，速度按等比级数排列，公比φ

=1.58。试确定合理的转速图方案。

解：

电动机输出转速nm=1460r/min，执行构件最低转速n1=95r/min，传动系统的最大传动比：变速范围：（2）确定传动方案

执行构件要求有3个转速：n1、n2、n3，可以用一个2轴3联滑移齿轮变速组来实现，但该变速组的最大单级传动比imax≤4，不能满足要求，故在传动系统中要增设有定传动比的减速传动。（1）计算最大传动比和变速范围可提出两个传动系统的设计方案：

动力机电动机2轴3联滑移齿轮变速组定传动比齿轮传动执行系统高速处低速处方案1：方案2：动力机电动机2轴3联滑移齿轮变速组定传动比V带传动执行系统高速处中速处低速处定传动比齿轮传动nmZ2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Ⅲn（3）确定各对传动副的传动比方案1：2轴3联移动齿轮变速组与一对定传动比齿轮传动组合。公比的确定：取2轴3联移动齿轮变速组3个速比为：取定传动比齿轮副的传动比：

则传动系统的最大传动比：

根据教材P42所列出的标准公比：1.06，1.12，1.26，1.41，1.58，1.78，2.0将计算出的公比圆整为标准公比。imax=15.368各级传动比确定：执行构件的转速：与所要求转速接近。

95r/min150r/min236r/minⅠⅢⅡnm=1460r/min95r/min150r/min236r/mini1i2i3i4绘制转速图：nmZ2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Ⅲn

方案2：定传动比V带传动、2轴3联移动齿轮变速组和定传动比齿轮传动组合。

Z2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢnⅣ与方案1相比方案2的优点：◆带传动有过载保护作用；◆2轴3联移动齿轮变速组输入转速较低，有利减小变速时的冲击、振动和噪声；方案2缺点：由于有带传动，外形尺寸较大，传动效率比较低。◆2轴3联移动齿轮变速组的最大速比，有较大减小，可减小Ⅱ、Ⅲ轴中心距。3、折回机构传动

折回机构传动见图5-35。轴Ⅰ为输入轴，滑移齿轮Z1与Ⅰ轴用花键实现动联接；双联齿轮Z4、Z5空套在Ⅰ轴上，滑移齿轮Z1与双联齿轮Z4、Z5间有摩擦离合器M1(也可改为啮合离合器)。

在输出轴Ⅱ上空套着双联齿轮Z2、Z3，滑移齿轮Z6与轴Ⅱ用花键实现动联接，双联齿轮Z2、Z3与滑移齿轮Z6间有摩擦离合器M2。

这个传动机构通过改变各离合器的状态可实现4个传动比，输出4个转速。M1M2离合器M1分离、离合器M2分离：Z1Z2Z3Z4Z5Z6离合器M1接合、离合器M2分离：Z5Z6M1M2离合器M1分离、离合器M2接合：Z1Z2（

Z3，Z5）

Z6离合器M1接合、离合器M2接合：Z4Z3M1M2M1M2减速增速M1M2

折回机构传动，有3对齿轮副，其中从齿轮Z4到齿轮Z3的传动叫正向传动，它是增速的；从齿轮Z3到齿轮Z4的传动叫反向传动，反向传动是减速的。

折回机构传动有一个正向传动副，它的速比较小，甚至可实现增速传动，因此可得到较大的调速范围。上例中调速范围Rmax=22.4，Rmax=i1/i4=11.2/0.5=22.4，而滑移齿轮变速传动的调速范围为Rmax=8~10。P114图5-11所示的变速箱采用了折回机构传动。

其中齿轮Z52、Z48组成正、反向传动副。M2、M3接合，M1、M4脱开M2、M4接合，M1、M3脱开M1、M3接合，M2、M4脱开M1、M4接合，M2、M3脱开变速箱传动比离合器状态离合器变速机构传动路线

4、背轮机构传动

图示的背轮机构有3根轴，但其中输入轴Ⅰ和输出轴Ⅲ同轴线，因此，背轮机构传动属于二轴变速传动。

输入轴Ⅰ上用花键动联接齿轮Z1；中间轴Ⅱ上固联着两个齿轮Z2和Z3；输出轴Ⅲ上固联着悬轮Z4；齿轮Z1与齿轮Z4间有单作用离合器M。

当离合器M分离时，动力从齿轮Z1传到齿轮Z2，又从齿轮Z3传到齿轮Z4，输出的转速为n1，速比：当离合器M接合时，动力从Ⅰ轴直接传到Ⅲ轴，输出的转速为n2，i2=1。

利用图示的二轴背轮传动机构，可实现2个传动比：

图5-37是三级背轮机构，可实现3个传动比。

背轮机构的最大调速范围为：Rmax=16，比一般滑移齿轮变速机构的调速范围Rmax=8~10大得多，所以背轮机构应用广泛。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z312

图5-39为轮胎式压路机的变速传动图，它采用了背轮机构。动力由发动机1经主离合器2传给变速箱3的Ⅰ轴，Ⅰ轴上固联着齿轮Z1；中间轴Ⅱ上固联着4个齿轮：Z2、Z3、Z5、Z7；轴Ⅲ上用花键联接1个双联齿轮Z6、Z8，它们可轴向移动，齿轮Z4与轴Ⅲ动联接，齿轮Z4左移，可与齿轮Z1用内、外花键联接。这个传动机构可实现4个速比。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z312双联齿轮右移双联齿轮左移Z4右移Z4左移5、离合器变速传动图示的是可实现两级变速并可换向的离合器变速传动。

Z1Z4ⅠⅢⅡMZ2Z3Z5

输入轴Ⅰ上空套着齿轮Z1和Z3，两个齿轮之间在轴Ⅰ上安装有双向作用的离合器M。离合器的主动摩擦片与轴Ⅰ固联，被动摩擦片分别与齿轮Z1、Z3固联。

被动轴Ⅱ上固联着两个齿轮Z2和Z4，齿轮Z2与齿轮Z1啮合；齿轮Z4通过惰轮Z5与齿轮Z3啮合。离合器变速传动可实现两个传动比：▲齿轮Z1右移，齿轮Z3在图示位置：▲齿轮Z1在图示位置，齿轮Z3左移：Z1Z4ⅠⅢⅡMZ2Z3Z5

注意：由于离合器间隙较小，齿宽较大，当齿轮Z1、齿轮Z3轴向移动时，虽然离合器接合，但不改变它们与齿轮Z2、Z5的啮合状态。这种离合器变速传动在内燃叉车上使用，见P136图5-40。

也可用两个单作用离合器实现两级变速传动，见P136图5-41。这时会有四种布置方案：◆方案1：见a)图。单作用离合器M1和M2都布置在主动轴Ⅰ上，可实现2个传动比：▲M1接合，M2分离：齿轮Z3的转速：

这时离合器M2主动、被动摩擦片间相对转速为：nZ3-nⅠ=8nⅠ-nⅠ=7nⅠ，使齿轮与离合器的磨损及噪声加剧，空载损失加大，这称为超速现象。

注意：※无论离合器接合还是分离，齿轮Z1与Z2，齿轮Z3、Z4都啮合，因此它们都转动。※Z1+Z2=Z3+Z4。▲M1分离，M2接合：

◆方案2：见b)图。离合器M1和M2都布置在被动轴Ⅱ上，可实现与方案1相同的两个传动比，但不会出现超速现象。如M1接合，M2分离：而此时，M2离合器中主、被动摩擦片的转速差大大减小：

◆方案3：见c)图。离合器M1装在被动轴Ⅱ上，主动摩擦片与小齿轮Z2相联，离合器M2装在主动轴Ⅰ上，被动摩擦片与小齿轮Z3相联，该方案也可实现上述的2个传动比，但较方案1和方案2，传动装置的轴向尺寸减小，但是该方案也会出现超速现象。

例如当离合器M1接合，离合器M2分离时，主被动摩擦片间的相对转速为7nⅠ。◆方案4：见d)图。离合器M1装在主动轴Ⅰ上，主动摩擦片与大齿轮Z1相联，离合器M2装在被动轴Ⅱ上，被动摩擦片与大齿轮Z4联接。该方案可实现上述两个传动比，轴向尺寸可减小，并且不会出现超速现象。6、变换齿轮变速传动

采用如图齿轮传动，交换主动轮和从动轮的相互关系就可以实现变速传动。采用标准齿轮传动时：

如采用一对Z1=40，Z2=60的齿轮，就可得到两个传动比和转速：n0aZ2Z1其转速图为：n0n2n1i1i2若中心距a=150mm，齿轮模数m=3mm

为了充分利用齿轮，使一对齿轮对换位置后可以得到两个传动比，因此在转速图上，交换齿轮变速组的传动比连线应对称分布。

如用变换齿轮传动实现4个传动比，且转速图对称布置(见图5-42a)，需要两对交换齿轮。如取公比则：设4个传动比按等比级数排列，公比为φ

，则4个传动比为：这样一对齿轮的齿数为：另一对齿轮的齿数为：

利用这两对齿轮就可实现的4个传动比（对前面所给定的估算值进行修正后的传动比）：转速图如图a)所示：n0n3n2n1n4a)

如果转速图不对称布置，如图5-42b)，就要有3对齿轮。这样4个传动比可取为：3对齿轮的齿数为：第一对齿轮的齿数：第二对齿轮的齿数：第三对齿轮的齿数：n0n3n2n1n4b)可实现的4个传动比为：转速图如图b)所示：(二)多轴变速传动的运动设计

二轴变速传动的变速组数受到限制。如采用P132图5-31、图5-32所示的滑移齿轮传动，对于2联滑移齿轮传动，变速级数Z′=2，对于3联滑移齿轮传动，变速级数Z′=3

。如要求变速级数Z′=6

，仍采用二轴变速传动，就要在一根轴上装2个3联滑移齿轮。从结构设计上考虑：采用窄式滑移齿轮，l>7b，采用宽式滑移齿轮，l>11b，其结果使轴的跨度较大，轴就可能出现刚度和强度不能满足要求的问题。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Z1Z2Z3Z9Z10Z11Z12L>7b(11b)lL>7b(11b)其对应的变速级数为：C=C1×C2=3×3=9图5-35所示的折回传动中，在两根轴上各装了3个齿轮和一个离合器，可实现4个传动比，若要加大变速级数，轴上装的齿轮数和离合器数目还会增加，同样会出现轴过长的问题。图5-38所示的背轮机构传动中，中间轴上有6个齿轮，输出轴上有5个齿轮和2个滑移套，其可实现5级变速。若想再增加变速级数，还要在轴上增加齿轮和滑移套，也存在轴长度过大的问题。结论：当变速级数Z′大于一定值时，就不能采用二轴变速传动。当要求变速级数多于5级时，一般不采用二轴变速传动装置，而将若干个二轴变速传动装置串联起来，组成多轴变速传动。除通用金属切削机床的变速级数较多外，其它各类机械的变速级数不超过6级，采用由2个二轴变速传动装置组合成的三轴变速传动装置就可以解决问题。以6级变速传动为例，介绍多轴变速传动系统运动设计的方法。组成多轴变速传动的二轴变速传动装置的变速级数分别为C1，C2，…，Cn，则多轴变速传动装置的变速级数为C=C1C2.….Cn。实现6级变速传动，可采用滑移齿轮变速机构，只需将一个3联滑移齿轮变速组和一个2联滑移齿轮变速组串联起来即可。1、设计步骤(1)确定传动顺序：如采用2个二轴滑移齿轮变速传动机构串联来实现6级变速。这时有P137图5-43所示的两个方案。确定3联齿轮变速组和2联齿轮变速组的顺序。以6级变速传动为例，介绍多轴变速传动系统运动设计的方法。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z3Z9Z10Z5=Z6Z7=Z8n0◆方案1：3联滑移齿轮放在输入轴Ⅰ上，把2联滑移齿放在中间轴Ⅱ上，这种传动顺序叫：6=3×2传动(前面数字表示高速级移动齿轮数)。其中高速级：i1=φ

，i2=1，i3=1/φ

，而低速级：i1′=φ

3，

i2′=1n0