机械设计(王宁侠)第16章

第16章减速器和变速器16.1减速器16.2变速器习题

16.1减速器

16.1.1减速器的类型及特点

减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。它用来降低转速和增大转矩，以满足工作要求。在某些场合也用来增速，称为增速装置。减速器在现代机械设备中应用极为广泛。

1.减速器的分类

按照传动类型不同，减速器可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器以及由它们互相组合起来的减速器。

按照齿轮的外形不同，减速器可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和它们组合起来的圆锥—圆柱齿轮减速器。

按照传动的级数不同，减速器可分为单级减速器和多级减速器。

二级和二级以上的圆柱齿轮减速器按照传动的布置形式可分为展开式、分流式和同轴式减速器，见图16-1。

按照轴的安装方式不同，减速器可分为卧式和立式减速器，见图16-2。图16-1二级圆柱齿轮减速器的传动布置形式图16-2齿轮减速器轴线布置形式

2.常用减速器的形式、特点及应用

常用减速器的形式、特点及应用如表16-1所示。齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器等我国已有标准及标准系列产品。选用标准减速器时，可根据工作要求所需传递的功率、转速、中心距、传动比及传动的布置要求，查产品目录或有关设计手册选定。

关于减速器的基本参数、传动比的分配、结构、润滑及密封等有关设计问题可参阅与《机械设计》教材配套的《机械设计课程设计手册》，或其他有关资料。16.1.2齿轮减速器的结构

各种形式的减速器，其结构有许多相似之处。图16-3为二级斜齿圆柱齿轮减速器的典型结构。

二级斜齿圆柱齿轮减速器除传动件(齿轮或蜗杆、蜗轮)、轴和轴承之外，最主要的零件是箱体，其上的轴承孔必须精确加工。箱体还必须有足够的刚度，以免受载后变形过大而影响传动质量，为此常在箱体外设置加强肋。一般箱体用中等强度的灰铸铁铸成，重型减速器用高强度铸铁或铸钢。用钢板焊接成的箱体应用愈来愈多。图16-3二级斜齿圆柱齿轮减速器为满足某些需要，减速器上还设有一些附件：保证上、下箱体准确定位的定位销；为了便于检查齿轮啮合情况和注油而设的窥视孔；还有油面指示器(油标)、通气器、油塞、吊钩等。减速器的主要尺寸和性能参数可参考有关设计手册。16.2变速器

16.2.1有级变速器

1.塔轮变速器

如图16-4(a)所示，两个塔形带轮分别固定在轴Ⅰ、Ⅱ上，传动带可在带轮上移换三个不同位置。由于两个塔形带轮对应各级的直径比值不同，因此当轴Ⅰ以固定不变的转速旋转时，通过移换带的位置可使轴Ⅱ得到三级不同的转速。这种变速器较多采用平带传动，也可用V带传动。其特点是传动平稳，结构简单，但尺寸较大，变速不方便。图16-4各式有级变速器

2.滑移齿轮变速器

如图16-4(b)所示，三个齿轮固联在轴Ⅰ上，一个三联齿轮由导向花键联接在轴Ⅱ上。这个三联齿轮可移换左、中、右三个位置，使传动比不同的三对齿轮分别啮合，因而主动轴Ⅰ转速不变时，从动轴Ⅱ可得到三级不同的转速。这种变速器变速方便，结构紧凑，传动效率高，应用广泛。显然，这种变速器中不可用斜齿轮。

3.离合器式齿轮变速器

如图16-4(c)所示，固定在轴Ⅰ上的两个齿轮与空套在轴Ⅱ上的两个齿轮保持经常啮合。轴Ⅱ上装有牙嵌式离合器，轴上两个齿轮靠离合器一侧的端面上有能与离合器牙齿相啮合的齿形。当离合器向左或向右移动并与齿轮接合时，齿轮才通过离合器带动轴Ⅱ同步回转。因此，当轴Ⅰ以固定的转速旋转时，轴Ⅱ可获得两种不同的转速。

这种变速器的最大特点是可以采用斜齿轮或人字齿轮，使传动平稳。若采用摩擦式离合器，则可在运转中变速。其缺点是齿轮处于常啮合状态，磨损较快，离合器所占空间较大。

4.拉键式变速器

如图16-4(d)所示，有四个齿轮固定在轴Ⅰ上，另四个齿轮空套在轴Ⅱ上，两组齿轮成对地处于常啮合状态。轴Ⅱ上装有拉键，当拉键沿轴向移动到不同位置时，可使某一齿轮与轴Ⅱ上对应的齿轮传递载荷，从而变换轴Ⅰ、Ⅱ间的传动比，使轴Ⅱ得到不同的转速。这种变速器的特点是，结构比较紧凑，但拉键的强度、刚度通常较低，因此不能传递较大的转矩。16.2.2无级变速器

无级变速器能够根据工作需要连续平稳地改变传动速度。现代的无级变速器有机械的、电力的和流体的三类。中小功率的传动常选用机械式无级变速器，它具有恒功率特性好、结构简单、维修方便、成本较低、适应性强等特点。本节将简要介绍机械式无级变速器(简称无级变速器)中的摩擦无级变速器。

1.摩擦无级变速器的原理图16-5所示为一圆盘式摩擦无级变速器的运动简图。设两轮直径分别为D1和D2，主动轮可以在其轴上一定范围内沿轴线作左右移动，则其传动比为

当主动轮转速n1一定时，从动轮转速n2可随主动轮在轴上的位置不同(即D2不同)而改变。这样，从动轮转速就可在一定范围内连续改变，从而实现无级变速。图16-5圆盘式摩擦无级变速器如果主动轮可以经过从动轮轴线，并继续左移，则从动轮不但可以改变转速，而且可以改变转向。但从动轮在靠近其中心线处和主动轮接触时，直径D2变得很小，接近于零，传动比就会变得很大，这在实际中很难实现，所以直径D2实际上受到某一最小值D2min的限制。

设两轮的压紧力为FQ，轮面间的摩擦系数为f，则接触处最大摩擦力为Ff=FQ，所能传递的最大圆周力F必须满足：

F≤FQ

否则，主动轮就不能带动从动轮，而将在轮面上打滑并发生严重的磨损。

2.常用的摩擦无级变速器

摩擦无级变速器的结构形式很多，有些已有标准系列产品可供选用。表16-2列举了常用的摩擦无级变速器的基本形式。这些无级变速器都是通过改变接触点(区)到两轮回转轴线的距离，从而改变两轮的回转半径，使传动比连续可调。

3.无级变速器的主要性能指标

衡量机械式无级变速器性能的主要指标有：

1)调速范围

无级变速器主动轴转速n1一定时，从动轴转速可以按工作需要在一定范围(n2min～n2max)内变化。

由无级变速器的结构尺寸可以求得n2max和n2min。如图16-5所示的圆盘式无级变速器，主动轮直径D1一定，从动轮直径D2在一定范围(D2min～D2max)内变化，则

把n2max与n2min的比值R称为调速范围，即

调速范围是无级变速器的主要性能指标之一，也是重要的设计参数。

2)调速特性

无级变速器在输入转速一定的情况下，其输出轴的转矩T(或功率P)与其转速ω的关系称为机械特性。

图16-6中的圆盘式无级变速器，若轮2与轮1间的压力FQ保持不变，则两轮之间的摩擦力为常值。若轮1主动(见图16-6(a))，输入转矩T1为定值，则输出转矩T2将随直径D2的变化而变化，即

若计算时不计摩擦损失，则输出轴功率为

由此得到图16-6(c)所示的恒功率输出特性。在低速运转时，载荷变化对转速的影响小，工作中有很高的稳定性，能充分利用原动机的全部功率。图16-6圆盘式无级变速器的输出特性若以轮2主动(见图16-6(b))，其角速度ω2为常数，则轮1从动,其角速度ω1为变量。此时输出转矩=常量,而输出功率P1=T1ω1=变量，由此可得图16-6(d)所示的恒转矩输出特性。如果输出转矩小于负载转矩，输出转速就会立即下降，甚至引起打滑和运转中断，不能充分利用原动机的输入功率。

在