减速器和变速器设计

广西工学院专用作者：潘存云教授第18章减速器和变速器§18-1减速器§18-2变速器§18-3摩擦轮传动简介广西工学院专用作者：潘存云教授功用：在机器中用来减速，也可以用来增速。齿轮减速器蜗杆减速器蜗杆－齿轮减速器行星齿轮减速器摆线针轮减速器谐波齿轮减速器§18-1减速器组成：由齿轮传动和蜗杆传动组成。类型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。广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制展开式三级圆柱齿轮减速器特点：传动效率高、工作可靠、寿命长、维护简便、因而应用很广泛。上述六种减速器已有标准系列产品，只有在选不到合适的产品时，才自行设计制造减速器。一、齿轮减速器类型：潘存云教授研制单级圆柱齿轮减速器潘存云教授研制展开式双级圆柱齿轮减速器广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制分流式双级圆柱齿轮减速器潘存云教授研制两级锥齿轮—圆柱齿轮减速器分流式三级圆柱齿轮减速器同轴式双级圆柱齿轮减速器分流式双级圆柱齿轮减速器潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制单级锥齿轮减速器潘存云教授研制广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制产品实例：展开式三级圆柱齿轮减速器广西工学院专用作者：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S潘存云教授研制S潘存云教授研制潘存云教授研制SS特点：结构紧凑、传动比大、工作平稳、噪声较小、传动效率低。二、蜗杆减速器类型：其中S——低速级，f——高速级下蜗杆式上蜗杆式侧蜗杆式fff双级蜗杆减速器fS广西工学院专用作者：潘存云教授三维模型：蜗杆减速器广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制特点：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。三、蜗杆—齿轮减速器类型：f潘存云教授研制Sff潘存云教授研制S广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制产品实例：蜗杆—齿轮减速器广西工学院专用作者：潘存云教授§18-2变速器１．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纵机构分级进行变速，有级变速器的类型见下页。功用：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间的传动比。类型有级变速器无级变速器广西工学院专用作者：潘存云教授I——主动轴II——从动轴滑移齿轮变速器潘存云教授研制III离合器式齿轮变速器潘存云教授研制III潘存云教授研制塔轮变速器III潘存云教授研制拉键式变速器III塔轮变速器滑移齿轮变速器拉键式变速器离合器式齿轮变速器有级变速的器类型广西工学院专用作者：潘存云教授２．无级变速器滚轮——平板式变速器钢球无级变速器菱锥无级变速器宽V带无级变速器类型实现无级变速的方法机械无级变速电气无级变速电气无级变速可控硅调速变频调速——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进行改变。工作原理：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。类型：本章介绍的内容广西工学院专用作者：潘存云教授主动轮III从动平盘弹簧v=ω2r2=r1ω1(1)滚轮——平板式变速器接触点的速度：组成：主动轮、从动盘、弹簧。工作原理：调整主动轮的位置，就改变了r2的大小，从而实现无级变速。潘存云教授研制III主动轮从动平盘弹簧r1r2特点：①结构简单、制造方便；②因为存在较大相对滑动，故磨损严重，传递功率不大。传动比：i12=ω1/ω2=r2/r1单击动画广西工学院专用作者：潘存云教授(2)钢球无级变速器传动比：i12=R2r1/R1r2组成：锥轮、钢球（通常为6个）、支承轴。工作原理：调整支承轴的倾角，可改变钢球的传动半径r1和r2，从而实现无级变速。特点：①结构简单、传动平稳，相对滑动小，结构紧凑；②要求钢球加工精度高。钢球支承轴从动锥轮主动锥轮=r1/r2因为R1=R2III潘存云教授研制IIIr1R1r2R2实际上是两对摩擦轮传动广西工学院专用作者：潘存云教授(3)菱锥无级变速器传动比：i12=r1R2/R1r2组成：主动轮、从动轮、锥菱、支承架。工作原理：调整支架的水平位置，可改变菱锥的传动半径r1和r2，从而实现无级变速。从动轮主动轮III菱锥支承架潘存云教授研制支承架从动轮菱锥r1r2R1R2广西工学院专用作者：潘存云教授宽V带(4)宽V带无级变速器传动比：i12=r2/r1组成：固定锥轮、活动锥轮、宽V带。工作原理：同步调整活动锥轮的轴向位置，可改变锥轮的传动半径r1和r2，从而实现无级变速。固定锥轮III活动锥轮潘存云教授研制IIIr2r1广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制产品实例：机械式无级变速器机械——电器组合式无级变速器变频器减速器广西工学院专用作者：潘存云教授缺点：▲不能保证精确的传动比机械无级变速器的优点：▲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机器▲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▲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广西工学院专用作者：潘存云教授3．汽车变速器简介汽车变速器是一种典型的机械式有级变速器。应用实例：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：四个前进挡，一个倒挡，一个空挡位置。潘存云教授研制潘存云教授研制输入轴4挡3挡2挡倒挡1挡输出轴广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制空挡离合器1离合器2换挡手柄广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制第一挡：i1=3.455输出轴反向旋转广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制第二挡：i2=1.944广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制第三挡：i3=1.286广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制第四挡：i3=0.909广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制倒挡iR=3.167输出轴同向旋转←A向倒挡齿轮广西工学院专用作者：潘存云教授潘存云教授研制圆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，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：§18-3摩擦轮传动简介潘存云教授研制F圆柱平摩擦轮传动圆柱槽摩擦轮传动a潘存云教授研制D2D1FpFp中间为空挡正转潘存云教授研制潘存云教授研制反转广西工学院专用作者：潘存云教授摩擦轮传动基本型式的演化：潘存云教授研制潘存云教授研制增速减速广西工学院专用作者：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。主要失效形式是对摩擦轮材料的主要要求是：１.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。摩擦轮传动常用的材料副、工作条件、性能数据及使用场合见下页表。２.弹性模量大，以便减小弹性滑动和功率损耗；３.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。接触疲劳过度磨损打滑广西工学院专用作者：潘存云教授摩擦轮传动常用的材料机械性能摩擦轮传动材料副工作条件摩擦系数f许用接触应力[σp]/MPa许用线性载荷[q]/(N/mm)适用场合钢--钢0.1~0.21.2~1.5HBS—铸铁-钢或铸铁0.1~0.151.5σBb—淬火钢-淬火钢油中0.03~0.0525~30HRC—夹布胶木-钢或铸铁皮革-铸铁木材-铸铁橡胶-铸铁无润滑0.2~0.25—40~800.25~0.35—20~300.4~0.5—5~150.45~0.6—10~30传动空间较小，转速较高，功率较大工作频繁传动空间较大，功率、转速一般，开式传动传动功率较小，转速较低，间歇工作注：σBb为铸铁的弯曲疲劳极限，单位为MPa广西工学院专用作者：潘存云教授圆柱平摩擦轮传动的计算公式传动类型计算项目计算公式说明法向压紧力Fp按接触疲劳强度计算中心距a按许用线性载荷计算中心距aF——传递的圆周力NF——摩擦系数；K——载荷系数i——减速传动比；E——综合弹性模量MPa；2E1E2K=———E1+E2P1---主动轴传动功率kW；φa---轮宽系数，φa=b/a,常取0.2-0.4;n2---从动轮转数r/min；正号用于外接触，负号用于内接触；KP11290a=(i±1)3E——(——)2φafn2i[σH]KP1(i±1)a=3090—————φafn2i[q]KFFp=——f圆柱平面摩擦轮传动广西工学院专用作者：潘存云教授传动类型计算项目计算公式说明径向压紧力Fp按接触疲劳强度计算中心距a/mm按许用线性载荷计算中心距a/mmβ——槽轮夹角之半，常取15˚z——摩擦轮槽数；[轮槽接触部位深h≤0.04D1,D1为小轮节圆直径，即接触线长l=hcosβ;接触部位最小槽宽δ=3mm(钢)，5mm(铸铁)；径向间隙c≈2mmKP11615a=(i±1)E——(——)2(i±1)fzn2i[σH]KP1a=7590(i±1)—————fzn2i[q]KFFp=——sinβf圆柱槽摩擦轮传动圆柱槽摩擦轮传动的计算公式3广西工学院专用作者：潘存云教授圆锥摩擦轮传动的计算公式传动类型计算项目计算公式说明轴向压紧力Fp按接触疲劳强度计算锥距R/mm按许用线性载荷计算锥距R/mmδ1——小轮锥顶半角δ2——大轮锥顶半角φR——轮宽系数，φR=B/R,常取0.2-0.4;KFFp1=——sinδ1f圆锥摩擦轮传动KFFp2=——sinδ2f注：1）侵入油中的金属摩擦轮传动如处于不稳定载荷下工作时，式中[σH]的应改用KH[σH],为接触疲劳寿命系数。2）侵入油中工作的闭式摩擦轮传动还应进行热平衡计算。