第 18 章减速器和变速器

新疆大学专用作者：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


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。


潘存云教授研制

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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：

单级圆柱齿轮减速器

展开式双级圆柱齿轮减速器


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分流式双级圆柱齿轮减速器

两级圆锥齿轮—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

单级圆锥齿轮减速器



产品实例：

展开式三级圆柱齿轮减速器



潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制


潘存云教授研制S

SSS

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

f

f

f

双级蜗杆减速器

f S


三维模型：

蜗杆减速器





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

Sf

Sf



产品实例：

蜗杆 -- 齿轮减速器


§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





I— 主动轴；II---- 从动轴

滑移齿轮变速器

I

II

离合器式齿轮变速器

I

II

塔轮变速器

I

II

拉键式变速器

I

II

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


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



主动轮

I

II

从动平盘弹簧 v =ω2 r2 = r1 ω1

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。 I

II

主动轮

从动平盘弹簧

r1

r2

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



2) 钢球无级变速器

传动比： i12 = R2 r1 / R1 r2

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=R2

III

III

r1

R1

r2

R2

实际上是两对摩擦轮传动



3) 菱锥无级变速器

传动比： i12 = r1 R2 / R1 r2

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

支承架支承架

从动轮菱锥

r1

r2

R1

R2



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

I

II

活动锥轮

I

II r2

r1




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


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。



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：四个前进档，一个倒档，一个空档位置。


输入轴 4 档3档 2档倒档 1档

输出轴




空档

离合器 1

离合器 2

换档手柄



第一档： i1=3.455

输出轴反向旋转



第二档： i2=1.944




第三档： i3=1.286



第四档： i3=0.909




倒档 iR=3.167

输出轴同向旋转

←A向

倒档齿轮






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

F

圆柱平摩擦轮传动圆柱槽摩擦轮传动

a

D2

D1Fp

Fp 中间为空档正转


反转




摩擦轮传动基本型式的演化：

增速减速


　　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


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 0.1~0.2 1.2~1.5HBS --

铸铁 - 钢或铸铁 0.1~0.15 1.5 σBb --

淬火钢 -淬火钢油中 0.03~0.05 25~30HRC --

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 -- 40~80

0.25~0.35 -- 20~30

0.4~0.5 -- 5~15

0.45~0.6 -- 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


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 a

F— 传递的圆周力 N

F--- 摩擦系数； K---载荷系数

i— 减速传动比；E---综合弹性模量 MPa ； 2E1E2 K=——— E1+E2

P1--- 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；

KP1 1290a = (i±1) 3 E—— ( ——)2

φa f n2 i[σH]

KP1 (i±1) a = 3090 ————— φafn2 i[q]

KFFp = —— f圆

柱平面摩擦轮传动


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/ mm

β—槽轮夹角之半，常取 15˚

z— 摩擦轮槽数；[ 轮槽接触部位深 h≤0.04D

1, D1 为小轮节圆直径，即接触线长 l=hcos β;接触部位最小槽宽 δ=3 mm(钢 ) ，5 mm(铸铁 ) ；径向间隙c≈ 2 mm

KP1 1615a = (i±1) 3 E—— ( ——)2 (i±1) fzn2 i[σH]

KP1 a = 7590 (i±1) ————— fzn2 i[q]

KFFp = ——sinβ f圆

柱槽摩擦轮传动

圆柱槽摩擦轮传动的计算公式


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/ mm

δ1— 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 = ——sinδ1 f

圆锥摩擦轮传动

KFFp2 = ——sinδ2 f

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 [σ

H]

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。

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