05章运动系统-6讲

1先进设计系统第5章运动系统先进设计系统机械系统设计第1章绪论第2章系统原理第3章设计原理第4章动力系统第5章运动系统第6章操纵系统第7章控制系统第8章……2先进设计系统第5章运动系统第5章运动系统5.5传动系统的功能与组成5.6传动系统的选型设计5.7有级变速传动系统的运动设计5.8有级变速传动系统的结构设计5.9无级变速传动系统的类型与设计★3先进设计系统第5章运动系统5.5传动系统的功能与组成5.5.1传动系统的功能5.5.2传动系统的组成5.5.3变速装置5.5.4起停和换向装置5.5.5制动装置5.5.6安全保护装置4先进设计系统第5章运动系统5.5.1传动系统的功能传动系统：将动力机的运动和动力传递给执行系统的中间装置。动力机的性能一般不能满足执行机构的要求：①动力机输出等速回转运动，而执行机构需要各种运动形式；②执行机构所要求的速度、转矩或力，与动力机不一致；③一个动力机要带动多干个运动形式和速度都不同的执行机构。传动系统的功能：连接动力机与执行机构，并把动力机的运动和动力经适当变换，以满足执行机构的作业要求。若动力机性能符合执行机构要求，则传动系统可省略。5先进设计系统第5章运动系统5.5.2传动系统的组成传动系统的组成:所有传动链及它们之间的相互联系。传动链：组成传动联系的一系列传动件。⑴变速装置⑵起停和换向装置⑶制动装置⑷安全保护装置6先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置变速装置作用：改变动力机的输出转速和转矩以适应执行机构的需要。常用的变速装置有以下几种：(1)交换齿轮变速机构(2)滑移齿轮变速机构(3)离合器变速机构(4)啮合器变速机构7先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置（续1）1.交换齿轮变速机构(1)优点：①结构简单，不需要变速操纵机构，轴向尺寸小，变速箱的结构紧凑；②与滑移齿轮变速相比，实现同样的变速级数所用的齿轮数量少。⑵缺点：①更换齿轮时费时费力；②悬臂安装且侧隙较大，刚性和润滑条件较差需专门保管。⑶适用：不需要经常变速的机械，例：各种自动和半自动机械。图5-1传动路线：电动机→z22→z44→轴Ⅱ→A→B→轴Ⅲ(得不同转速)→z23→z36→z20→z65→轴Ⅴ(内孔是花键孔)→执行机构。图5-1交换齿轮变速箱结构图AB8先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置（续2）⒉滑移齿轮变速机构⑴优点：①能传递较大的转矩和较高的转速，②变速较方便，③串联几个变速组可实现较多变速级数，④无常啮合空转齿轮,空载功率损失较小。⑵缺点：①不能在运转中变速；②因滑移而用直齿，传动不够平稳，③轴向尺寸比较大。⑶例：图5-2。电动机→z1→z2→轴Ⅰ三联滑移齿轮→轴Ⅱ→轴Ⅲ双联滑移齿轮，得到6级转速。图5-26级变速的变速箱结构图9先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置（续3）⒉滑移齿轮变速机构⑷滑移齿轮的结构：图5-3，高于7级精度的淬火齿轮，一般需经剃齿、珩齿或磨齿加工才能达到精度。①整体式：在插齿、剃齿、珩齿时，两个齿轮间应留有足够宽的空刀槽，磨齿时则要更大些，这将导致齿轮的轴向尺寸加大。②组合式：轴向尺寸就较为紧凑，但增加了齿轮的切削加工。图5-3滑移齿轮的结构图(a)整体式双联滑移齿轮(b)整体式三联滑移齿轮(c)组合式双联滑移齿轮(d)组合式三联滑移齿轮10先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置⒊离合器变速机构☆牙嵌式和齿式离合器：属于刚性传动，①传动比准确，②可传递较大的转矩，③不能在运转中变速。☆摩擦片式离合器：操纵方式：机械，液压，电磁。☆摩擦片式离合器变速机构优点：①可在运转中变速，齿轮不必移动；②可用斜齿或人字齿，使传动平稳；③摩擦片结合平稳，无冲击；④可起到过载保护作用。缺点：①结构较复杂，传递大转矩时体积较大②传动比不准确。③齿轮始终啮合，磨损较大，有空转损失，传动效率较低。④是一个热源和噪声源。适用：自动或半自动机械中。11先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置⒊离合器变速机构M1M2M3M4z54z25z48z34z18z75z52z66例：图5-4采用电磁离合器变速机构的变速箱结构图带传动→z18→z54→Ⅳ→Ⅴ得到4级转速①Ⅳ+z48→z52→Ⅴ，M2和M3接合，M1和M4脱开；②Ⅳ+z34→z66→Ⅴ，M2和M1接合，M1和M3脱开；③Ⅳ+z25→z75→Ⅴ，M1和M3接合，M2和M4脱开；④Ⅳ+z25→z75+Ⅴ+z52→z48+Ⅳ+z34→z66→Ⅴ，M1和M4接合，M2和M3脱开。①②③都是正向传动路线，④是一条折回传动路线。12先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置⒋啮合器变速机构：普通，同步⑴啮合器变速机构能满足的要求：①运转平稳，多采用常啮合斜齿传动；②在运转中变速；③传递较大转矩。啮合器广泛用于行走机械的变速箱汽车、拖拉机、叉车、挖掘机等。13先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置（续6）⒋啮合器变速机构：普通，同步⑵普通啮合器的工作原理图5-5。齿轮2、4均空套在1上，齿环3、5分别与齿轮2、4固联，中间齿轮6与1固联，6与3、5的几何尺寸均相同。7是有内齿轮的滑移套，7的内齿轮几何尺寸同6、3及5。图5-12a：7在中位，2及4均空转，二者不传动；图5-12b：7左移，将6与3接合，使2与1相连而传动。7右移，可使4与1相连而传动。图5-5普通啮合器的工作原理图1－传动轴；2、4－空套齿轮；3、5－齿环；6－中间齿轮；7－啮合套34765(a)啮合套未接合34765(b)啮合套向左接合14先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置⒋啮合器变速机构普通啮合器：①结构简单，②轴向尺寸稍大，③变速过程中顶齿现象不可避免，故换档不轻便，④噪声较大。⑶改善啮合过程顶齿现象的措施：间隔短齿：图5-6，将两侧齿环1的齿都间隔地缩短一个长度a，这样就便于轮齿插入齿槽，当啮合套与齿环2的转速一致后，整个齿长便推入齿槽。通常a值为2mm左右。图5-6具有间隔短齿的啮合器结构1－齿环；2－啮合套15先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置⒋啮合器变速机构(４)防止啮合套自动脱档的措施：①加宽式结构：图5-7a。加宽式就是把啮合套的齿宽加大，使其在变速结束后，啮合套的齿端超出齿环2~3mm。由于载荷集中于啮合套中部，减小了轮齿的扭转变形和非操纵轴向分力，有利于防止啮合套因振动和非操纵轴向力作用下自动脱档，但不十分可靠。②切槽式结构，图5-7b。在啮合套2的齿环中部切一环槽，在中间齿轮3的齿环上切两条槽，轮齿在轴向就分成三段，中间段的齿厚比两边齿厚一般减薄0.4~0.6mm，变速结束后使厚齿段位于啮合套2的环槽位置。这样就使啮合套在工作过程中厚齿段形成每边0.2~0.3mm的档肩，可有效地防止啮合套自动脱档。图5-7防止啮合套自动脱档的结构措施1－齿环；2－啮合套；3－中间齿轮(b)切槽式(a)加宽式2~312316先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置（续9）⒋啮合器变速机构⑷同步啮合器的工作原理变速时先使将要啮合的一对齿轮的圆周速度相等，再使它们进入啮合，即先同步后变速，可减轻轮齿产生冲击，使变速过程平稳。图5-8，套筒6具有内花键孔和外花键齿，它可在8上移动，6的外花键齿与啮合套4的内花键啮合，6的左右侧各镶有衬套2和5。4通过3带动6一起左右移动。图示为4处于空档位置。4右移与左移相同。4左移，通过3带动6一起左移，使左侧2的内锥面与左齿环1的外锥面接触，作用在4上的操纵力使两个锥面互相压紧，由此产生的摩擦力使空套的1与6、4同步旋转。适当加大操纵力，使4克服弹簧力将3压下后继续左移，使4与空套的1相啮合，变速过程结束。12345678图5-8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17先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置⒋啮合器变速机构例：图5-9，变速箱3采用啮合器变速机构，输出轴可实现前进五档、倒退四档的变速。主传动路线是：6→5→4→3→z17→z18→2→z19→z20→z21→z22→驱动链轮z23，带动履带。7、8和9的动力，均由发动机出轴齿轮z24(兼作飞轮)处接出，这些泵的工作不受3换档和松开5的影响。变速箱3中各档转速的传动路线：前进方向：1档(a空档、b上移、d下移)：z1→z2→z3→z4→z9→z102档(a空档、b上移、d上移)：z1→z2→z3→z4→z8→z113档(a空档、b上移、c下移)：z1→z2→z3→z4→z7→z124档(a空档、b上移、c上移)：z1→z2→z3→z4→z6→z145档(a上移，b、c、d空档)：z15→z13倒退方向：1档(a空档、b下移、d下移)：z16→z5→z9→z102档(a空档、b下移、d上移)：z16→z5→z8→z113档(a空档、b下移、c下移)：z16→z5→z7→z124档(a空档、b下移、c上移)：z16→z5→z6→z14图5-9T180履带推土机传动系统图1－轮边减速器；2－转向离合器；3－变速箱；4－联轴器；5－主离合器；6－发动机；7－转向油泵；8－主离合器助力液压泵；9－工作装置液压泵；a、b、c、d－啮合套Z2318先进设计系统第5章运动系统5.5.3变速装置⒋啮合器变速机构例：图5-9，变速箱3采用啮合器变速机构，输出轴可实现前进五档、倒退四档的变速。图5-9T180履带推土机传动系统图1－轮边减速器；2－转向离合器；3－变速箱；a、b、c、d－啮合套Z2319先进设计系统第5章运动系统图5-10T180履带推土机变速箱结构图钢垫片前进倒退5.5.3变速装置（续11）⒋啮合器变速机构结构特点：图5-10。①采用啮合器变速与常啮合斜齿轮传动。②各轴的轴向定位均采用一端定位，Ⅰ及Ⅱ的轴承外环用弹性档圈定位，Ⅲ的轴承外环用圆柱销定位。各轴均采用渐开线花键轴；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。④各轴前轴端采用多个O型橡胶密封圈和油封密封；⑤轴Ⅲ的轴向位置用钢垫片调整，保证锥齿轮位置。21先进设计系统第5章运动系统5.5.4起停和换向装置⒈对起停和换向装置的基本要求：起停和换向方便省力，操作安全可靠，结构简单，能传递足够的动力。⒉机械对起停和换向要求的几种情况：⑴不需要换向且起停不频繁：许多自动机属于这种工况。例：图5-11电阻帽自动机，分配轴不需反转，机器连续运行很长时间不需停车。1→2→11→3→4+5+6+9运动。678910543211112图5-11电阻帽自动机传动系统图1－电动机；2－带式无级变速机构；3－分配轴；4、9－压帽机构凸轮；5－电阻送料机构凸轮；6－夹紧机构凸轮；7－电阻帽；8－电阻坯件；10－蜗轮；11－蜗杆；12－调速手轮22先进设计系统第5章运动系统5.5.4起停和换向装置⑵需要换向但不频繁：例：图5-12龙门起重机上各个执行件都要作正反两个方向的运动，因为工作行程的时间较长，故换向不频繁。若两个方向都是工作行程，则速度一般应相同；若反方向为非工作行程，则反向速度应大于正向速度。⑶换向和起停频繁：例：普通车床上车削螺纹，主轴和刀架频繁地正、反向运行。升降大车运行小车运行行走轮图5-12龙门起重机的主要运动简图23先进设计系统第5章运动系统5.5.4起停和换向装置⒊起停和换向装置的结构⑴齿轮－摩擦离合器换向机构图5-13传动原理：z1和z3均空套在轴Ⅰ上，摩擦离合器向左接合时，通过z2传动至轴Ⅱ；摩擦离合器向右接合时，通过z0、z4传动轴Ⅱ实现反转；摩擦离合器处于中间位置时，轴Ⅱ不转。这样就可实现轴Ⅱ的起停和换向。起停用的摩擦离合器可以是机械的、液压的和电磁的。图5-13齿轮－摩擦离合器换向机构传动原理图ⅠⅡ24先进设计系统第5章运动系统5.5.4起停和换向装置图5-14钢球压紧式摩擦离合器1－左螺母；2－左压紧套；3－锥面套筒；4－钢球；5－右压紧套；6－右螺母；