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1、第二章 结构设计中常用的典型机构,本章主要介绍机械系统中常用的典型机构。 重点内容：离合器、换向装置、变速装置、操纵机构、制动装置 难点内容：操纵机构、制动装置,各种机械设备，尽管其结构、特点、功用各不相同，但有一共同点，就是都要输出必需的运动和动力。,因此，各种设备都是由：如开停装置、换向装置、变速装置、操纵机构等组成。,如果把这些装置及机构视为“积木块”，则任何机械设备都可以看成是这些积木块的不同组合及搭配。,本章将介绍一些常用典型机构及装置。,第一节 离合器,一、概述,离合器的作用是使同轴线的两轴、或轴与该轴上的空套传动件，如齿轮、皮带轮等，根据工作需要随时接通或分离，以实现设备的启停、
2、变速、换向及过载保护。,离合器种类 ：,按其结构、功能的不同,啮合式离合器,摩擦式离合器,超越式离合器,安全离合器,按其操作方式的不同 ：操纵式（机械、气动、液压、电磁操纵式）和自动离合器,大多数离合器已标准化、系列化，使用时可按需要选择合适的类型、型号和尺寸,离合器工作原理,二、啮合式离合器,工作原理：由两个半离合器组成，利用两个半离合器的齿爪相互啮合传递运动和转矩。按其结构的不同，又可分为牙嵌式和齿轮式,图a为牙嵌式离合器结构,与齿轮成为一体的半离合器1空套于轴4，其右端面有齿爪，可与半离合器2左端面的齿爪相啮合,半离合器2用花键或滑键与轴4相连，利用拨叉可使之向左移动，进入结合状态，从而
3、带动齿轮1与轴4同步旋转；右移脱开齿爪，则齿轮空转。,图c、图d为内齿式离合器 一对齿数和模数相等的内啮合齿轮,外齿轮1用花键与轴连接，并可向右滑移与内齿轮2的内齿啮合，将空套齿轮与轴连接、传递运动。齿轮1向左滑动时则脱开啮合，断开其运动联系。,啮合式离合器,优点：结构简单、紧凑，接合后不会产生滑动，可传递较大扭矩且传动比准确,缺点：但齿爪不易在运动中啮合，一般只能在停转或相对转速较低时接合，故操作不便 。,应用：用于要求保持严格运动关系，或速度较低的传动链中。,三、摩擦式离合器,工作原理：利用相互压紧的两个摩擦元件接触面之间的摩擦力传递运动和扭矩。,摩擦元件的结构形式很多，有片式、锥式。其中
4、片式又分为单片式与多片式两种。,结构组成：由两组形式不同的摩擦片和一个压紧机构组成,齿轮套筒2空套在轴1上，外摩擦片4见图c的外径上有三或四个均布凸齿，插在齿轮套筒2上相应的轴向槽中，用其内孔空套在花键轴1上。,内摩擦片5的形状如图d所示，为外圆、内花键孔，与花键轴配合，并可沿花键轴轴向滑动，其外径略小于套筒2的内径,外摩擦片总是与齿轮2一起转动，而内摩擦片总与轴1一起转动,工作原理：当压紧机构带动压紧套向左移动，将内外摩擦片相互压紧时，则轴1的运动靠摩擦片之间的摩擦力，通过外摩擦片传给齿轮2，将运动接通。,因靠摩擦片之间的摩擦力传递扭矩，所以离合器传递扭矩的大小取决于压紧块的压紧力、摩擦片间
5、的摩擦系数、摩擦片的作用半径以及摩擦面对数。,压紧装置由滑套9、钢球8、压紧套7及螺母套6组成,接通运动：操纵滑套9左移时，其左端内锥面将通过钢球使压紧套7左移，并带动螺母套6左移将内外摩擦片压紧 。,一般多片式摩擦离合器是人力通过操纵机构，移动压紧装置，改变离合器的工作状态的,有时为了实现远程操纵或顺序控制而采用液压、气动或电磁力驱动、压紧摩擦片,液压摩擦离合器工作原理：,内外摩擦片的压紧力由液压缸的活塞2左移提供。当液压油缸右腔接通低压油路时，活塞在弹簧力作用下右移，松开内外摩擦片,摩擦式离合器 优点：,1、靠摩擦力传递运动和扭矩，过载时离合器接合面产生打滑，能避免损坏零件，起到安全保护作
6、用,2、且摩擦片的接合及分离动作是逐步完成的，连续且平稳，无冲击，可以在运转中进行,缺点：因摩擦片的打滑不能保证准确的传动比，且传递的扭矩不可过大,传递大扭矩：要增大摩擦片的工作半径，增加摩擦片数，因而具有较大的结构尺寸,摩擦式离合器应用：广泛用于需要频繁启动、制动或速度大小及方向频繁变换的传动中。,摩擦式离合器,四、超越离合器,定义：属于非外力操纵的离合器，应用：在有快慢两个动力源交替传动的轴上，可以实现输出轴快慢运动的自动转换 。,解释：即当有快慢两种动力源同时输入时，离合器可以不断开慢速运动而自动接通快速运动，使其超越慢速运动；而当快速运动停止后，又自动恢复慢速运动,种类：常用的有滚柱式
7、单向超越离合器，带拨爪的单向超越离合器和双向超越离合器等。,结构组成：星形体4，带外套m的齿轮2，滚柱3及弹簧销7,滚柱式单向超越离合器,外套齿轮2空套在轴上，通过齿轮1输入慢速运动；星形体4用键固定在轴上，由快速电机D通过齿轮6输入快速运动。三个滚柱3分别在由星形体4和齿轮套m所形成的三个楔形空间内，靠弹簧力与星形体4和齿轮套m接触。,当仅有慢速运动由轴通过齿轮1传至齿轮2（逆时针转动）时，套m与滚柱3之间的摩擦力使滚柱滚向楔缝窄处，将m与星形体楔成一体，带动星形体逆时针转动，并通过轴上的键将运动传给轴。,工作原理：,工作原理：,当慢速运动没有停止，又启动了快速电机时，齿轮6通过齿轮5将逆时
8、针方向快速运动传给轴，使星形体逆时针方向快转，滚柱3则反向滚动，压缩弹簧，齿轮套m与星形体脱开，分别以各自不同转速，互不干涉地同向旋转,工作原理：,当快速电机停止转动时，弹簧销将滚柱推向楔缝窄处，又将m与星形体4楔紧，慢速运动重新接通。,这种离合器只能自动转换逆时针方向的快慢速运动，故称单向超越离合器。,带拨爪的单向超越离合器 可以自动转换单一方向的慢速运动和双向的快速运动,与单向超越离合器的区别： 齿轮5空套在轴上，其快速运动不直接传给星形体4，而是经齿轮5左侧的三个伸入星形体楔缝中的拨爪传动,带拨爪的单向超越离合器工作原理：,齿轮5逆时针转动时，由拨爪直接带动星形体实现逆时针快转，齿轮5顺
9、时针转动时，拨爪n则通过滚柱3推星形体，实现顺时针快转。在这两种情况下都可使滚柱与齿轮套m脱开。,双向超越离合器：能实现正反两个方向的快慢速运动的自动转换。其原理同带拨爪的单向超载离合器一样,超越离合器正常工作,超越离合器快速超越,五、安全离合器,作用：提供过载保护，即当机床过载或出现故障时能自动断开运动而保护零件不受损坏，也是一种非外力操纵式离合器,工作原理： 半离合器5和6的相对端面为相吻合的螺旋齿面 5空套在轴上，6与 轴用花键连接,正常工作时，在弹簧7的弹力作用下，5、6的齿面紧密啮合，成为一体，同步旋转，传递运动,机床过载或出现故障时，半离合器6停转，但整个传动链带动半离合器5仍在转
10、动,两螺旋齿面相对滑动，产生轴向分力,当轴向分力超过弹簧的压力时，右半离合器压缩弹簧而向右移动，与左半离合器5脱开，运动联系中断，因而不会损坏其他零件,当过载消失或故障排除后，两半离合器齿面间的轴向分力减小，右半离器被弹簧重新压紧在左半离合器齿面上，二者一起传动，运动联系恢复,牙嵌式安全离合器优缺点： 结构简单，过载时齿面打滑发出响声，可作为过载报警信号，但噪声较大，且齿面易磨损。,钢球式安全离合器,两个半离合器的齿面用弹簧将钢球顶在锥孔里相连接,优缺点：动作反应灵敏，作为安全离合器比牙嵌式可靠，过载时噪声也小。但端面锥孔口磨损快，不宜用于传递重载荷。,第二节 变速传动机构,有级变速机构：采用
11、不同的方式改变主、从动两轴间的传动比进行变速，从而使主动轴的一种转速变为从动轴的几种不同转速,无级变速机构：在输入转速不变的情况下，能实现输出轴的转速在一定范围内连续变化，以满足机器或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求,一、几种常见的有级变速传动机构,1、塔轮变速传动机构,结构特点： 两个塔形皮带轮1、3各包括三个不同直径的皮带轮，皮带轮1、3分别固定在主、从动轴和上。平皮带2绕其上,工作原理：皮带2可以在塔轮上移换三个不同位置，从而得到三种不同传动比,故当轴以一种转速转动时，轴可以得到三种不同转速,塔轮变速传动机构的变速级数取决于不同直径的带轮的数目，一般为2级或3级。,优点是结构简单，
12、传动平衡，过载时能打滑，有过载保护作用。 缺点是尺寸大，变速时换移皮带不够方便,2、滑移齿轮变速传动机构,结构特点：主动轴上固定了两个或三个齿轮，相互保持一定间距。双联或三联滑移齿轮块以花键与从动轴相连,工作原理：移动滑移齿轮块到不同的啮合位置，可以实现不同齿轮副的啮合而使轴得到2级或3级转速,滑移齿轮块结构： 整体式结构 拼装式结构,整体式结构,环形槽bk是插齿或剃齿时的退刀槽,b是拨叉槽，装拨叉拨齿轮块滑移,拼装式结构：一般用键将几个单个齿轮拼装在一起，用弹簧挡圈轴向定位,滑移齿轮块上的齿轮数，最好不超过3，否则在滑移时会引起滑移齿轮与固定齿轮的齿顶相碰。,滑移齿轮变速传动机构优点：结构紧
13、凑，传动比准确，变速传动方便，传动效率高，应用广泛。 缺点是不能在运动中变速。,3、离合器变速传动机构,结构特点：由离合器和齿轮组成，固定在轴上的齿轮 分别与空套在轴上的齿轮 始终保持啮合，但不能将轴的运动直接传给,工作原理：只有当与轴花键连接的双向离合器M（牙嵌式或摩擦式）左移或右移，与齿轮 接合时，才能将运动接通,离合器有左、右两个啮合位置，得到两种不同传动比 ，变速级数为2,图b是由两个双向离合器及六个空套齿轮组成,离合器M1和M2的啮合位置有四种不同组合，有四种不同的传动比,图c为一种单回曲机构,结构特点：从动轴和主动轴同轴线布置,工作原理：合上离合器M，将轴的运动直接传给轴,脱开离合
14、器M，经 啮合将运动传给轴,这种单回曲机构也称背轮机构。背轮机构有两级传动比,离合器变速传动机构 优点:变速方便，利用摩擦离合器可以在运动中变速，易于实现自动化。变速时，齿轮不移动，故可采用斜齿轮使传动平衡。在齿轮尺寸较大时，操纵离合器移动比操纵齿轮移动省力。 缺点:各对齿轮始终处于啮合状态，易磨损，传动效率低，结构复杂，尺寸大。,4、挂轮变速传动机构,图a为一对挂轮变速传动机构,工作原理：轴、轴上装有一对可以拆卸更换的齿轮A（称挂轮或交换齿轮、配换齿轮）和B，从设备备有的齿轮中挑选不同的齿数的两个挂轮换装在轴和轴上，就得到不同的传动比,变速级数取决于备有齿轮中能相互啮合且满足中心距要求的齿轮
15、副的对数。在齿数模数相同时，要求配换的各对挂轮的齿数和应相等,图c采用的是两对挂轮,结构特点：挂轮a和d分别装在位置固定的轴和轴上，齿轮c和b用平键连在一起，空套在挂轮架上可以调整位置的中间轴5上,图c采用的是两对挂轮,工作原理：轴的运动由齿轮a和b啮合传入，c和b同步旋转，并通过c和d啮合传给轴。,怎样实现变速？,挂轮架7可以绕轴 摆动，调整一定角 度以保证c与d的啮 合。调整好后，由 穿在弧形槽中的螺 钉6固定在机体上,a、b中心距改变时： 中间轴5用螺钉和垫片固定在挂轮架7的直槽中，可在直槽中上下移动，以保证a和b的啮合,挂轮变速传动机构 优点：结构简单、紧凑。由于用作主、从动轮的齿轮可
16、以颠倒其位置，所以用较少的齿轮可获得较多的变速级数。 缺点：变速麻烦，调整齿轮费时费力,应用：主要用于不需要经常变速的场合。 如加工齿轮的插齿机。,5、摆移齿轮变速传动机构,结构特点：轴上固定地安装着若干个模数相同、齿数不等的齿轮，称为塔齿轮 。为了将轴的运动传给轴，设置了一个中间齿轮4,齿轮4空套在销轴3上，销轴3固定在摆动架1上。摆动架可随齿轮2、4轴向移动且绕轴摆动一定角度，以保证齿轮2能与塔齿轮5上每一个齿轮啮合而得到若干不同传动比。销子6起固定和锁紧作用,变速工作原理： 变速时先拔出定位销6，转动摆动架1使齿轮4与塔齿轮脱开啮合，然后轴向移动摆动架至所需齿轮的啮合位置，再将定位销插入相应的定位孔中即可。,6、拉键变速传动机构,结构特点：一组塔齿轮固定在轴上，数目相等的另一级塔齿轮空套在轴上，两组齿轮如终保持啮合。轴内孔装有一拉键机构。,工作原理：操纵手柄可驱动齿轮5带动拉杆4左右移动，在弹簧1的作用下
