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1、,机械设计基础,刘赛堂 李永敏 主编,第16章 减速器和变速器,1.减速器的作用 2.减速器和变速器的类型、特点及应用 3.变速器变速的原理 4.摩擦轮传动,知识点：,16.1 减速器,除了部分旋转类机械如鼓风机、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。 减速器是指原动机与工作机之间建立的闭式传动装置，是由齿轮传动或蜗杆传动以及由齿轮传动和蜗杆传动组合而成的部件。它在机械传动中用来降低转速并相应的增大扭矩。在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。 减速器是一种典型的机械基础部件，减速器由于其结构紧凑,效率
2、较高,传递运动准确可靠,使用维护简单方便的特点，在现代机器中应用广泛。 减速器的种类很多。按其传动及结构特点，大致可分为五类：齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器和谐波齿轮减速器。 上述五种减速器已有标准系列产品，使用时只需结合所需传动功率、转速、传动比、工作条件和机器的总体布置等具体要求，从产品目录或有关手册中选择即可。只有在选不到合适的产品时，才自行设计制造减速器。 本节主要介绍齿轮减速器和蜗杆减速器。,16.1 减速器,16.1.1 齿轮减速器,主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器。齿轮减速器按齿轮的级数可分为单级、两级、三级和多级的；按其轴在空间
3、的相互配置方式可分为立式和卧式的；按运动简图的特点分为展开式、同轴式(又称回归式)和分流式。 (1)圆柱齿轮减速器 单级圆柱齿轮减速器如图16.1(a)最大传动比i一般为810，以避免轮廓尺寸过大；当传动比i10时，应采用两级的圆柱齿轮减速器。 两级圆柱齿轮减速器应用最广，常用于i=850以及高、低速级的中心距总和a=2504000mm的情况下。其运动简图可以是展开式、同轴式或分流式的。 展开式两级圆柱齿轮减速器图16.1(b)是两级减速器中最简单、应用最广泛的一种。一般用在中心距总和a1700mm的情况下。,1.齿轮减速器的分类,图16.1 齿轮减速器,16.1 减速器,齿轮减速器的特点是效
4、率高，工作可靠，寿命长，维护简单，因而应用范围很广。,2.齿轮减速器的特点,16.1 减速器,16.1.2 蜗杆减速器,蜗杆减速器有单级蜗杆减速器和两级蜗杆减速器两种。其中应用最广的是单级蜗杆减速器。 单级蜗杆减速器根据蜗杆的位置可分为上置式蜗杆图16.2(a)、下置式蜗杆图16.2(b)及侧蜗杆图16.2(c)三种，其传动比范围一般为i=1070。 设计时蜗杆配置方案的选取，应视传动装置组合的方便与否而定。应尽可能选用下置式蜗杆的结构，以便于解决润滑和冷却问题。当蜗杆的圆周速度vs45m/s时，为了减少搅油和飞溅时损耗的功率，可采用上置式蜗杆的结构。 两级蜗杆减速器图16.2(d)应用较少，
5、因其结构紧凑，常用于传动比很大的地方(一般i=1004000)，但其效率较低。,1.蜗杆减速器分类,图16.2 蜗杆减速器,16.1 减速器,蜗杆减速器的优点是在外廓尺寸不大的情况下可以获得很大的传动比，同时工作平稳、噪声较小；但传动效率较低。,2.蜗杆减速器特点,16.1 减速器,16.1.3 蜗杆-齿轮减速器,蜗杆-齿轮减速器图16.3(a)通常将蜗杆传动作为高速级，因为高速时蜗杆的传动效率较高。它适用的传动比范围为50130，最大可达250。至于把圆柱齿轮传动作为高速级的，称为齿轮-蜗杆减速器图16.3(b)，这种减速器应用较少，传动比可达150左右。,图16.3 蜗杆-齿轮减速器,16
6、.1 减速器,16.1.4 减速器传动比的分配,由于单级齿轮减速器的传动比最大不超过10，当总传动比要求超过此值时，应采用二级或多级减速器。此时就应考虑各级传动比的合理分配问题，否则将影响到减速器外形尺寸的大小、承载能力能否充分发挥等。根据使用要求的不同，可按下列原则分配传动比。 1)使各级传动的承载能力接近于相等。 2)使减速器的外廓尺寸和质量最小。 3)使传动具有最小的转动惯量。 4)使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等。,16.1.5 减速器的结构,主要由齿轮(或蜗杆)、轴、轴承、箱体等组成。箱体必须有足够的刚度，为保证箱体的刚度及散热，常在箱体外壁上制有加强肋。为方便减速器的制造、装配
7、及使用，还需在减速器上设置一系列附件，如检查孔、透气孔、油标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。详情可参见机械设计基础课程设计。,16.2 变速器,前节所述的减速器，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，如汽车要根据具体情况改变行车速度；机床要根据被加工零件的具体情况调整主轴的转速，以达到有利的切削速度。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间的传动比。 变速器是能随时改变输出轴和输入轴之间传动比的传动装置，又称变速箱。变速器广泛用于机床、车辆和其他需要变速的机器上。机床主轴常装在变速器内，所以又叫主轴箱，其结构紧凑，便于集中操作。在机床上用以改
8、变进给量的变速器称为进给箱。汽车变速器是通过改变传动比从而改变汽车的输出转矩，以适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。 变速器可分为有级变速器（或分级变速器）和无级变速器两大类。,16.2.1 有级变速器,有级变速器的传动比只能按既定的设计要求通过操纵机构分级进行改变。类型有塔轮变速器、滑移齿轮变速器、离合器式齿轮变速器和拉键式变速器。 有级变速器的主要类型、工作原理和特点列于表16.1中。,16.2 变速器,16.2 变速器,16.2 变速器,16.2.2 无级变速器,无级变速器的传动比可以在设计预定的范围内无级地进行改变。为了获得合
9、适的工作速度，机器通常应用在一定范围内任意调整其转速，这就需要使用无级变速器。实现无级变速的方法有机械的、电气的和液动的。这里只介绍机械无级变速器。 机械无级变速器主要是依靠摩擦轮(或摩擦盘、球、环等)传动原理，通过改变主动件和从动件的传动半径，使输出轴的转速无级地变化。机械式无级变速器的类型、工作原理和特点见表16.2。,16.2 变速器,16.2 变速器,16.2.3 摩擦轮传动,摩擦轮传动是利用两轮直接接触所产生的摩擦力来传递运动和动力的一种机械传动。该种传动容易实现无级变速，除了在机械无级变速器中广泛应用外，在锻压、起重、运输、机床、仪表等设备中也常用到。 摩擦轮传动结构简单,传动平稳
10、,传动比调节方便,过载时能产生打滑而避免损坏装置，但传动比不准确、效率低、磨损大，而且通常轴上受力大，所以主要用于传递动力不大或需要无级调速的情况。摩擦轮传动传递的功率可从很小到数百千瓦，常用的多在10千瓦左右；传动比可达15，常用的一般小于5。 常用摩擦传动机构的结构形式主要有圆柱平摩擦、圆柱槽摩擦、圆锥摩擦、滚轮圆盘摩擦、滚轮圆锥摩擦等类型。,圆柱平摩擦传动机构分为外切和内切两种类型，如图16.4(a)所示为外切式。这种传动结构简单，制造容易，但压紧力大，宜用于小功率传动。,1.圆柱平摩擦传动机构,如图16.4(b)所示为圆柱摩擦传动机构，这种传动机构的压紧力较圆柱平摩擦传动机构小，当槽角
11、=15时，约为平摩擦传动机构的30%。在相同径向压力的条件下，槽摩擦轮传动可以产生较大的摩擦力，比平摩擦轮具有较高的传动能力，但槽轮易于磨损，故效率较低，对加工和安装要求较高。该机构适用于绞车驱动装置等机械中。,2.圆柱槽摩擦传动机构,16.2 变速器,如图16.4(c)所示，圆锥摩擦传动机构可传递两相交轴之间的运动，两轮锥面相切。此种形式结构简单，易于制造，但安装要求较高。常用于摩擦压力机中。,3.圆锥摩擦传动机构,图16.4 摩擦轮传动的基本形式,16.2 变速器,摩擦轮传动除了上面三种基本形式之外，还有在此基础上的某些变种，如图16.5(a)、(b)所示。,4.摩擦轮传动基本形式的变种,
12、图16.5 摩擦轮传动基本形式的变种,1.减速器和变速器是各类机器中的重要组成部分，其中减速器用来协调原动机和工作机之间的速度。减速器的作用是减速增扭，有时也可用来增速；变速器在机器工作过程中通过随时改变传动比来实现机器的速度变化。 2.减速器按其传动及结构特点，大致可分为五类：齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器和谐波齿轮减速器。重点是齿轮减速器和蜗杆减速器。 3.变速器是能随时改变传动比的传动机构。它一般是一台机器整个传动系统的一部分，很少作为独立的传动装置使用，所以也常称其为变速机构。变速器可分为有级变速器(或分级变速器)和无级变速器两大类。以有级变速为重点。 4.摩擦
13、轮传动是利用两轮直接接触所产生的摩擦力来传递运动和动力的一种机械传动，该种传动容易实现无级变速。常用摩擦传动机构的结构形式主要有：圆柱平摩擦、圆柱槽摩擦、圆锥摩擦及以上三种基本形式的变种。,小 结,16.2 变速器,1.减速器的作用是什么？ 2.在圆锥-圆柱齿轮减速器中，哪种齿轮传动应位于高速级?为什么? 3.在单级蜗杆减速器中，在什么情况下应选用上置式蜗杆结构?在什么情况下应选用下置式蜗杆结构?为什么? 4.在蜗杆传动和齿轮传动组成的减速器中，通常什么传动应位于高速级?为什么? 5.有级变速器有哪几种？ 6.机械式无级变速器是如何实现无级变速的?能否保证传动比为定值? 7.变速器的功用是什么？是如何分类的？ 8.选用减速器要考虑哪些因素？ 9.摩擦轮传动的优点是什么？为什么现实生活中少用摩擦轮传动？,习 题,16.2 变速器,谢谢观赏,,Thank You !,
