傳動系統(tǒng)設計20123課件

第五章傳動系統(tǒng)設計

第一節(jié)傳動系統(tǒng)的功能和要求

傳動系統(tǒng)是位于動力機與執(zhí)行機構(或執(zhí)行構件)之間的中間裝置，它的作用是將動力機的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(執(zhí)行構件)。7654321DV圖5-1起重機的機構運動簡圖1-減速器2-制動器3-電動機4-聯軸器5-卷筒6-鋼絲繩7-吊鉤

圖5-1所示的起重機中，電動機3為動力機；卷筒5、鋼絲繩67為執(zhí)行機構；而制動器2、減速器1及聯軸器4組成了傳動系統(tǒng)，它的功能是將電動機3輸出的回轉運動和轉矩改變后傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的卷筒5。

傳動系統(tǒng)是由運動鏈及相應的聯系裝置組成的。前述起重機的傳動系統(tǒng)是由兩級齒輪傳動及聯系裝置—制動器、聯軸器組成。

一、傳動系統(tǒng)的功能1、改變動力機輸出的運動形式或轉速，以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的要求。

動力機輸出的一般是等速連續(xù)的回轉運動，而執(zhí)行系統(tǒng)的運動形式是多種多樣的，有回轉運動和直線運動，連續(xù)運動和間歇運動。當兩者的運動形式不相同時，要求傳動系統(tǒng)能改變動力機輸出的運動形式，以滿足執(zhí)行機構的要求。當兩者運動形式相同時，還有轉速、轉矩是否相同的問題，這就要求傳動系統(tǒng)起減速增矩或增速減矩的作用。2、調節(jié)動力機輸出的速度、轉矩或力，以滿足執(zhí)行機構的要求。

執(zhí)行系統(tǒng)有時要求在不同的速度、轉矩或力下工作，直接改變動力機的速度、轉矩或力不可能或不經濟，就要用傳動系統(tǒng)來實現這一要求。

傳動系統(tǒng)是機械系統(tǒng)的重要組成部分，傳動系統(tǒng)的優(yōu)劣將直接影響到機械系統(tǒng)的性能和經濟性。有一些機器的動力機與執(zhí)行機構直接聯接，如風扇、水泵等。但大多數機器，在動力機與執(zhí)行機構間設有傳動系統(tǒng)。3、分配動力機輸出的運動和動力，以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的要求。

有時要用一個動力機驅動若干個位置、運動形式或速度不相同的執(zhí)行機構，要靠傳動系統(tǒng)把運動或動力分配到各執(zhí)行機構。二、對傳動系統(tǒng)的要求1)考慮動力機與執(zhí)行系統(tǒng)的匹配，使它們的機械特性相適應，并使兩者的工作點接近各自的最佳工況點且工作平穩(wěn)。式中：是電動機輸出軸的角加速度。

2)滿足執(zhí)行機構在起動、制動、調速、反向和空載等方面的要求。

※起動力矩一般大于正常穩(wěn)定運轉的力矩。如起重機，起動力矩除要克服提升重物的阻力矩外，還應使重物及一切運動構件產生加速度。

設機械系統(tǒng)折算到電動機軸上的總轉動慣量為Jtot，起動力矩為Md，正常運轉時折算到電動機軸上的阻力矩為MZ，則有：

異步電動機的起動力矩為Mst，Mst=λstMN，式中的λst為起動轉矩倍數，MN為額定轉矩，MN=9549PN/nN。

若Mst<Md

，就不能負載起動。這時如果在傳動系統(tǒng)中設置離合器，讓電動機帶動傳動系統(tǒng)在空載下起動，等運轉正常后，再通過離合器與執(zhí)行系統(tǒng)聯接，帶負載運轉。另外也可以在傳動系統(tǒng)中設變速裝置，先使執(zhí)行系統(tǒng)在速度較低時起動；運轉平穩(wěn)后，再變到正常速度。若Mst≥

Md

，可以實現負載起動；※有些執(zhí)行系統(tǒng)運轉到一定位置后，要求馬上制動。如起重機，重物吊到一定高度后要制動。這就要求傳動系統(tǒng)中要有離合器和制動器?！攬?zhí)行系統(tǒng)要求隨著工作狀況的變化而發(fā)生變化時，如果選用的是不可調速的電動機，傳動系統(tǒng)就要設計成可調速的。如汽車、拖拉機、機床上都有調速裝置。※當執(zhí)行系統(tǒng)有正行程和反行程時，傳動系統(tǒng)要考慮反轉問題。如小型起重機反向是靠改變電動機轉向實現的，但汽車、拖拉機上的反向是靠傳動系統(tǒng)完成的，這時傳動系統(tǒng)中就要有可反向的裝置?！鶄鲃酉到y(tǒng)應能滿足系統(tǒng)空載時執(zhí)行系統(tǒng)有比工作時較高的速度要求。以四工位專用機床為例，當鉆頭還沒有接近工件時，進刀機構應使鉆頭快進，速度應比鉆削加工時大一些。

3)傳動系統(tǒng)的運動鏈應盡量短。

傳動系統(tǒng)的運動鏈短，可減輕重量，降低制造費用；可提高傳動精度、效率以及系統(tǒng)的剛度和可靠性。

為縮短運動鏈，應力求采用構件數目少和運動副少的機構。以P107圖5-1所示的起重機為例，若傳動系統(tǒng)的速比i=70，它就不能僅僅采用圖示的兩級圓柱齒輪減速器。因為兩圓柱齒輪減速器適用速比范圍為：i=8~40，顯然不能滿足要求。此時可采用的傳動方案有：①采用V帶-兩級圓柱齒輪減速系統(tǒng)，適用的速比范圍為：②兩級圓柱齒輪-開式齒輪減速系統(tǒng)，適用的速比范圍為：③齒輪-蝸桿減速系統(tǒng)，適用的速比為：6)對傳動系統(tǒng)要有安全防護措施。

要有能保護傳動系統(tǒng)各構件安全工作的措施，如汽車變速箱的操縱桿上要設置聯鎖裝置，不允許同時掛兩個檔的現象出現。在傳動系統(tǒng)的適當部位，要設保護操作者安全的裝置，如轉動零件上加防護罩。

第二節(jié)傳動系統(tǒng)的類型及其選擇可以按不同方法對傳動系統(tǒng)分類。一、按傳動比變化情況分類

按傳動比變化情況傳動系統(tǒng)可分為：固定傳動比傳動和可調傳動比傳動。可調傳動比傳動又可分為：有級變速傳動、無級變速傳動和周期性變速傳動。

(一)固定傳動比傳動系統(tǒng)

當執(zhí)行機構或執(zhí)行構件在一個確定的轉速或速度下工作時，可選用固定傳動比傳動系統(tǒng)。如P107圖5-1所示的起重機就采用了定傳動比的二級圓柱齒輪減速器進行傳動。

固定傳動比傳動系統(tǒng)又可分為減速傳動和增速傳動兩種情況。若執(zhí)行構件的轉速低于動力機轉速，用減速傳動系統(tǒng)；若執(zhí)行構件轉速高于動力機轉速，用增速傳動系統(tǒng)。(二)可調傳動比的傳動系統(tǒng)

車床在切削工件時，應根據工件的材料和硬度、切削量、刀具的性能以及對精度和表面精糙度的要求來選擇切削速度；駕駛拖拉機從事農田作業(yè)時，應根據作業(yè)項目、土地情況、作物情況，選擇拖拉機的行駛速度。對這一類的機械系統(tǒng)，就應采用可調傳動比的傳動系統(tǒng)。(1)有級變速傳動系統(tǒng)

轉速只能在一定的范圍里選用某幾個數值。當變速級數較少或不用頻繁變速時可采用交換帶輪、鏈輪、齒輪的辦法實現變速，如機床上的掛輪裝置。當變速級數較多或要求變速頻繁時多采用變速齒輪傳動，如汽車、拖拉機上就是采用變速齒輪傳動實現變速。常見的可調傳動比的傳動系統(tǒng)：

液力無級變速器機械無級變速器液力變矩器無級變速傳動系統(tǒng)摩擦傳動無級變速器嚙合傳動無級變速器液力耦合器(2)無級變速傳動系統(tǒng)轉速可在一定范圍里連續(xù)變化。常用的無級變速裝置有：采用周期性變速傳動的作用：

①滿足執(zhí)行機構的要求。如紡織機械中采用非圓齒輪傳動，可以周期性地改變徑紗和緯紗的密度，從而織出有一定花紋的紡織品。滾筒式平板印刷機，采用非圓齒輪傳動，調節(jié)送紙速度。

②改善執(zhí)行機構的運動及動力特性。如將非圓齒輪傳動與連桿機構或槽輪機構相組合，改善輸出運動的特性，減小沖擊。

例如下圖所示的組合機構可以使滑塊空回行程的時間縮短，工作行程的時間增長，表現出較為明顯的急回特性，同時還可以使機構在工作行程時速度較為均勻。二、按驅動形式分類

傳動系統(tǒng)按驅動形式可分為：獨立驅動系統(tǒng)、集中驅動系統(tǒng)、聯合驅動系統(tǒng)。(一)獨立驅動的傳動系統(tǒng)

每個執(zhí)行機構都用一個動力機驅動的傳動系統(tǒng)叫獨立驅動的傳動系統(tǒng)。在下面3種情況下，采用獨立驅動傳動系統(tǒng):

如圖P107圖5-2所示的“曲柄壓力機—沖床”,只有一個由構件2、3、4及機架10組成的曲柄滑塊機構的執(zhí)行系統(tǒng)。

采用一個電動機9獨立驅動的傳動系統(tǒng)。

傳動系統(tǒng)由齒輪8、7組成的齒輪傳動、離合器6、制動器5組成。

雙搖桿機構1-11-12-10可控制離合器6，曲柄滑塊機構運轉時，先松開制動器5，再接合離合器6；停車時，先使離合器5分離，再使制動器6制動。

①只有一個執(zhí)行機構的系統(tǒng)—即單一型執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)。1112③數控機械的傳動系統(tǒng)

數控機械一般有多個執(zhí)行機構，以圖示立式加工中心為例:有5個執(zhí)行機構完成下面5個動作：1裝有刀具的主軸旋轉；2裝有工件的工作臺縱向運動；3裝有工件的工作臺橫向運動；4主軸箱鉛垂方向的升降運動；5刀庫的旋轉運動和機械手抓取、安裝、放回刀具的運動。為了保證這5個執(zhí)行機構的動作保持嚴格的順序，協調進行，采用數字指令自動控制,每個執(zhí)行機構由各自的電動機單獨驅動。主軸箱工作臺刀庫主軸(二)集中驅動的傳動系統(tǒng)是指用一個動力機，經傳動系統(tǒng)驅動若干個執(zhí)行機構協同工作。①各執(zhí)行構件間有一定的傳動比要求的系統(tǒng)(相互聯系性執(zhí)行系統(tǒng))

P108圖5-4所示的絲杠車床，車床主軸用電動機經V帶傳動和蝸桿傳動驅動；再經二級齒輪傳動和螺旋傳動，驅動刀架運動。在下面3種情況下，常采用這種驅動方案：

ABCDABCD車床主軸的轉速nw與刀架絲杠的轉速n間的關系，直接影響加工精度，所以在車床主軸與絲杠間不能采用傳動比不穩(wěn)定的傳動形式，如帶傳動、摩擦輪傳動等。

當用該車床加工高精度螺紋時，要用到兩個執(zhí)行系統(tǒng)：車床主軸和刀架。車床主軸的轉速nw與螺旋傳動絲杠的轉速n間有一定的關系。

圖中是利用設置在機床主軸和絲杠間的二級圓柱齒輪傳動，通過A、B、C、D四個齒輪的齒數來滿足上述關系，從而來保證產品的加工質量。卸下壓好的工件電阻坯件8電阻帽7就位壓頭13壓緊工件8焊接壓頭14、15將7壓向8壓頭14、15壓頭13松開各執(zhí)行機構間有嚴格的作業(yè)順序：131415

電阻壓帽機傳動系統(tǒng)：動力機為電動機1，經帶式無級變速器2和蝸桿傳動10、11將運動和動力傳到分配軸3上，在分配軸3上有4個凸輪：◆凸輪5驅動一個執(zhí)行構件將電阻坯料8和電阻帽7送到作業(yè)工位；◆凸輪6驅動壓頭13將電阻坯料8壓緊；◆凸輪4、9通過連桿機構和壓頭14、15將電阻帽7壓到電阻坯料8上。③其他采用集中驅動的系統(tǒng)◆一些中小機械，有多個距離較近的執(zhí)行構件，它們需要的驅動功率不大，當用一個動力機驅動，傳動系統(tǒng)也不復雜，也采用集中驅動。如小型磨粉機，有進料輥、磨輥、篩子、風扇、輸送帶等多個執(zhí)行構件，用一個動力機集中驅動?！魴C械系統(tǒng)上只有一個動力機。以汽車為例，它只有一個動力機—內燃機，但有多個執(zhí)行構件，如車輪、配氣氣門、高壓油泵的柱塞、冷卻風扇和水泵，潤滑系統(tǒng)的機油泵、照明系統(tǒng)的發(fā)電機、氣泵、空調系統(tǒng)的壓縮機等，這些執(zhí)行構件都要由內燃機驅動。P109圖5-6所示鉆機傳動系統(tǒng)也屬于一個動力機集中驅動的傳動系統(tǒng)。三、按工作原理分類

按工作原理不同，傳動系統(tǒng)可分為：機械傳動系統(tǒng)、流體傳動系統(tǒng)和電傳動系統(tǒng)。

機械傳動和流體傳動在傳動過程中，保持機械能形式不變。電傳動過程中有電能和機械能的轉換。機械傳動傳動嚙合傳動摩擦傳動撓性件摩擦傳動（如帶傳動）摩擦輪傳動摩擦式無級變速傳動圓錐齒輪傳動圓柱齒輪傳動非圓齒輪傳動蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動錐蝸桿傳動撓性嚙合傳動鏈傳動同步齒形帶傳動電力傳動直流電傳動交流電傳動流體傳動液力傳動液壓傳動液體傳動氣體傳動螺旋傳動滾動摩擦螺旋傳動滑動摩擦螺旋傳動靜壓潤滑螺旋傳動齒輪傳動各類傳動的特點見P110~P111表5-1?！鶎ψ兯傺b置的要求：

(1)能傳遞足夠的功率和轉矩。與固定傳動比系統(tǒng)不同，要按不同情況決定零件的載荷。所以，要對傳動系統(tǒng)各構件進行承載能力的計算?！魣?zhí)行系統(tǒng)具有恒轉矩的機械特性，執(zhí)行系統(tǒng)可能傳遞不同功率，應按最大功率決定變速裝置的承載能力?！魣?zhí)行系統(tǒng)具有恒功率的機械特性，執(zhí)行系統(tǒng)可傳遞不同轉矩，應按最大轉矩決定變速裝置的承載能力?！魣?zhí)行系統(tǒng)有多個轉矩和轉速時，應按最大轉矩進行承載能力計算，按最高轉速進行精度設計。

(2)具有較高的傳動效率。

(3)滿足速度和轉矩范圍的要求，對有級變速裝置還要求滿足執(zhí)行機構要求的級數。(4)體積和質量盡可能小。(5)工作平穩(wěn)、噪聲、振動較小。(6)結構簡單、制造、裝配和維修工藝性好。(7)潤滑、密封、散熱良好。(8)無漏油、漏氣、漏水現象發(fā)生。※變速裝置、減速裝置在運動鏈中位置的決定

對汽車、拖拉機這一類的機械系統(tǒng)，對傳動系統(tǒng)有兩方面的要求：一是傳動系統(tǒng)的傳動比較大(動力機—內燃機輸出轉速較高，而執(zhí)行構件—車輪轉速較慢)；二是變速范圍Rmax較大(車輪的最高轉速和最低轉速相差較大)。這時傳動系統(tǒng)由變速裝置和減速裝置組成。存在一個問題：怎樣決定變速裝置和減速裝置在運動鏈中位置，有如下兩種方案：方案1：動力機變速裝置減速裝置執(zhí)行機構方案2：減速裝置1動力機變速裝置減速裝置2執(zhí)行機構

由于變速裝置接近動力機，轉速較高，轉矩較小，變速裝置中傳動零件尺寸較小，重量較輕，變速操縱的力較小；但由于變速裝置轉速高，在變速時容易引起沖擊、振動和噪聲。

方案1：動力機變速裝置減速裝置執(zhí)行機構方案2：減速裝置1動力機變速裝置減速裝置2執(zhí)行機構

在動力機與變速裝置間加了減速裝置1，它可降低變速裝置輸入轉速，減小變速引起的沖擊、振動和噪聲。但由于轉速降低、轉矩就會加大，變速裝置中傳動零件的尺寸、重量加大，變速操縱力加大。

方案1常用于動力機輸出轉速較低的場合，而方案2用于動力機輸出轉速較高的場合。常用的變速裝置有以下幾類：(一)交換齒輪變速機構

圖5-8所示交換齒輪變速箱，動力從電動機由Ⅰ軸輸入箱體，轉速為n1，經過Z22、Z44齒輪減速，從Ⅱ軸將動力輸出箱體。箱體外懸臂布置交換齒輪ZA、ZB，動力又從Ⅲ軸輸入箱體，后經Z23、Z36以及Z20、Z65兩對齒輪減速，最后從Ⅴ軸輸出，轉速為n2。速比為：

在保證ZA+ZB=Z∑為常數的情況下，改變交換齒輪ZA、ZB的齒數就可達到變速的目的。

交換齒輪裝在Ⅱ、Ⅲ軸之間，而不裝在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ軸間，是由于Ⅱ、Ⅲ軸轉速較高，轉矩較小，可減小變換齒輪ZA、ZB的尺寸和重量。中心距:交換齒輪變速裝置的優(yōu)點：結構簡單，不需要變速操縱機構,經濟性較好。缺點：(1)裝拆交換齒輪ZA、ZB，操作麻煩，只能用在不經常變速的情況下；(3)變速范圍和變速級數受限制。

(2)交換齒輪ZA、ZB在箱體外通常懸臂布置，支承剛度差，密封和潤滑條件差；適用于不經常變速的機械.思考題：1、簡述傳動系統(tǒng)的功能和要求，以P107圖5-1說明怎樣使動力機與執(zhí)行機構匹配，舉例說明怎樣通過傳動系統(tǒng)滿足對機械系統(tǒng)起動、制動、反向及空載等方面的要求。2、對傳動系統(tǒng)按驅動形式分類。舉例說明什么叫獨立驅動，集中驅動和聯合驅動的傳動系統(tǒng)，并說明什么情況下采用這些傳動系統(tǒng)。(二)滑移齒輪變速機構圖5-9是6級滑移齒輪變速機構。

動力由電動機經齒輪Z1、Z2減速輸入到Ⅰ軸；Ⅰ軸上有一個3聯滑移齒輪，齒數分別為Z3'、Z3''、Z3'''，它們分別可和Ⅱ軸上的齒輪Z4'、Z4''、Z4'''相嚙合;

齒輪Z4'和Z5'是雙聯齒輪，它與軸Ⅱ用花鍵聯接，不能滑移，齒輪Z4''、Z4'''用平鍵和Ⅱ軸聯接;Ⅲ軸上有一個2聯滑移齒輪Z6'、Z6''

，它們分別可和齒輪Z4''、Z5'嚙合。Z3'Z3''Z3'''Z4'Z4''Z4'''Z6'Z6''Z5'(1)3聯齒輪右移，2聯齒輪右移(2)3聯齒輪右移，2聯齒輪左移(3)3聯齒輪左移，2聯齒輪右移

(6)3聯齒輪居中，2聯齒輪左移(4)3聯齒輪左移，2聯齒輪左移(5)3聯齒輪居中，2聯齒輪右移滑移齒輪變速機構可從Ⅲ軸輸出6個轉速：

多聯齒輪有兩種結構：整體式和組合式。整體式如P113圖5-10a)和b）所示，組合式如圖c)和d)所示。缺點：在切齒和磨齒時需要有一定寬度的退刀槽，軸向尺寸B較大。

整體式的優(yōu)點：結構簡單，剛度較好，容易加工，精度較高；組合式的特點與整體式剛好相反。

設計多聯齒輪時應注意：(1)能傳遞較大的轉矩和較高的轉速；(2)可在較大的變速范圍里實現較多的變速級數；(3)沒有常嚙合的空轉齒輪，空載功率損失較小。（與離合器變速機構相比）

滑移齒輪變速機構的優(yōu)點：滑移齒輪變速機構的缺點：

(1)不能在轉動中變速或換向,要用離合器停下來。(2)為便于嚙合，多采用直齒圓柱齒輪傳動，傳動不平穩(wěn)、承載能力差；(3)軸向尺寸較大。(1)要有齒端倒角或倒圓以便輪齒順利嚙入；(2)要有凹槽，以便用拔叉使其軸向移動；(三)離合器變速機構

離合器變速機構是靠離合器的接合與分離來實現不同齒輪副的嚙合。最簡單的離合器變速機構見下圖。

動力從Ⅰ軸輸入，Ⅰ軸上活套著兩個齒輪Z1、Z1'，M1和M2分別和Ⅰ軸用花鍵實現動聯接；動力從Ⅱ軸輸出，Ⅱ軸上固聯著兩個齒輪Z2、Z2'，它們分別和Ⅰ軸上的齒輪Z1、Z1'嚙合。M1M2Z1Z2Z2'Z1'n2n1ⅠⅡ

這個離合器變速機構有3個運動狀態(tài)：(1)空轉運動狀態(tài)：左離合器M1分離，右離合器M2分離，軸Ⅱ不轉；(2)以轉速n2轉動狀態(tài)：M1接合，M2分離，軸Ⅱ轉速：(3)以n'2轉速轉動狀態(tài)：M1分離，M2接合，軸Ⅱ轉速：

常用的離合器按工作原理分有兩種形式：嚙合式離合器和摩擦式離合器。

嚙合式離合器又可分為牙嵌式離合器和齒式離合器，它們屬于剛性傳動，傳動比準確可傳遞較大轉矩，傳動效率高，外形尺寸小，但不能實現運轉中離合。因此，不能發(fā)揮離合器變速機構的優(yōu)越性。

離

合

動聯接（花鍵導鍵）動聯接（空套）嚙合離合器

摩擦式離合器可在運轉中離合，而且離合平穩(wěn)，有過載保護作用。但傳動比不準確，有彈性滑動和打滑現象，傳動效率低、會產生摩擦熱，傳遞相同功率，摩擦離合器比嚙合離合器尺寸大，結構復雜。

離

合摩擦離合器按操縱方式分類有3種形式：機械操縱式、液壓操縱式、電磁操縱式。

機械操縱式離合器結構簡單，但液壓操縱離合器和電磁操縱離合器便于實現自動化。

圖5-11為電磁控制摩擦離合器變速箱的簡圖。

動力從V帶軸輸入，經Z18、Z54齒輪減速，使Ⅳ軸轉動。Ⅳ軸上有兩個電磁控制摩擦離合器M1和M2。M1的主動盤與軸Ⅳ用花鍵動聯接，從動盤與齒輪Z25固聯，齒輪Z25與軸Ⅳ空套。M2的主動盤與Ⅳ軸用花鍵動聯接，從動盤與齒輪Z48、Z34固聯，齒輪Z48、Z34與軸Ⅳ空套。V軸上的齒輪Z75、Z52、Z66分別與Ⅳ軸的齒輪Z25、Z48、Z34嚙合。Z75、Z52、Z66三齒輪空套在V軸上，Z75、Z52齒輪與離合器M3的主動盤固聯，離合器M3的從動盤與軸V用花鍵動聯接。齒輪Z66與離合器M4的主動盤固聯，離合器M4的從動盤與軸V用花鍵動聯接。

此變速裝置可實現4個速比：一般規(guī)定,變速器編號時各檔:

i1>i2>i3>i41234離合狀態(tài)M2、M3接合M1、M4分離M2、M4接合M1、M3分離M1、M3接合M2、M4分離M1、M4接合M2、M3分離變速箱速比

離合器變速機構可以克服滑移齒輪變速機構的缺點：如(1)可實現在運轉中變速(采用摩擦離合器)；(2)變速過程中齒輪不用軸向移動，就可實現變速，因此，可采用斜齒圓柱齒輪傳動，傳動平穩(wěn)；(3)軸向尺寸較小(離合器摩擦片間隙大大小于齒輪寬度)。

但離合器變速機構中各齒輪副處于常嚙合狀態(tài)，磨損較大，有空轉損失，傳動效率較低。n1<n2<n3<n4

(四)嚙合器變速機構◆普通嚙合器工作原理見P115圖5-12。嚙合器可分為普通嚙合器和同步嚙合器。1、嚙合器工作原理及結構

主動軸1上空套著雙聯齒輪2、3及5、4；中間齒輪6與主動軸1固聯；嚙合套7上有內齒，其模數和齒數與外齒輪3、5、6相同，通過內齒可和齒輪3、6、5嚙合。它們之間相當于漸開線花鍵聯接。

嚙合套7有3個位置，可實現3個運動狀態(tài)：(1)嚙合套7位于中間位置，見圖a)。嚙合套7內齒只與齒輪6嚙合，軸1與齒輪2、4不接合，齒輪2、4均在軸1上空轉，不實現運動和動力的傳遞；

(2)嚙合套7位于左邊位置，見圖b)。嚙合套7內齒同時與齒輪3、6嚙合，使得齒輪2與軸1相連接而傳遞運動和動力，其速比為：(3)嚙合套7位于右邊位置，嚙合套7內齒同時與齒輪5、6嚙合，使得齒輪5與軸1相連接而傳遞運動和動力，速比為：

普通嚙合器有2個缺點：

(1)當移動嚙合套時（如從中間位置向左移動，這時嚙合套7與齒輪3轉速不同），會發(fā)生頂齒現象；

(2)嚙合套7同時與兩個齒輪嚙合時，會因振動及非操縱軸向力作用而自動退出從而導致脫檔。

防止頂齒現象發(fā)生的辦法可見P115圖5-13。圖5-13具有間隔短齒的嚙合器結構1－齒環(huán)；2－嚙合套

將兩側齒環(huán)的齒間隔地縮短一個長度a，a≈2mm，以便于移動嚙合套時，輪齒先插入齒環(huán)的齒槽間隙較大的一部分，當嚙合套與齒環(huán)速度一致后，再將整個齒長插入齒槽中。

防止脫檔現象發(fā)生的辦法可見圖5-14。a)圖是加寬式結構，把嚙合套2的齒寬加大，嚙合套的齒寬超過齒環(huán)2~3mm，這樣載荷集中在嚙合套齒的中部，可減小輪齒的扭轉變形和非操縱軸向力，有利于防止自動脫檔。b)圖5-14防止嚙合套自動脫檔的結構措施a)加寬式b)切槽式1－齒環(huán)；2－嚙合套；3－中間齒輪

普通嚙合器結構簡單，但軸向尺寸較大，而且換檔時有不同步的現象發(fā)生，頂齒是不可避免的。因此換檔不輕便，噪聲較大。

也可采用圖5-14b)所示的切槽式結構。在嚙合套2的齒中部切一個環(huán)槽，在中間齒輪3的齒環(huán)上切2道槽，齒輪3的輪齒在軸向被分成了3段，中間段的齒厚比兩邊段減薄了0.4～0.6mm。中間齒輪3與嚙合套嚙合后，形成了0.2~0.3mm的凸肩，防止嚙合套自動脫檔?！敉絿Ш掀鞯墓ぷ髟恚篜116圖5-15。

同步嚙合器由空套在軸上的左右環(huán)1和7、與軸用花鍵動聯接的套筒6和嚙合套4組成。在套筒6和左、右齒環(huán)1、7之間設計了一個可配合的圓錐副2、5；在嚙合套4與套筒6間設置了一個彈簧控制的銷釘3聯接。

圖5-15錐形常壓式同步嚙合器結構1－左齒環(huán)2、5－內錐面減摩襯套3－定位銷4－嚙合套6－套筒7－右齒環(huán)8－花鍵軸同步嚙合器的工作步驟：①同步過程：嚙合套4左移，在銷釘3作用下，套筒6一同左移，內外圓錐面接觸，在摩擦力作用下，左齒環(huán)1與套筒6、嚙合套4一同同步運轉，此時是摩擦傳動。②嚙合過程：實現同步運轉后，繼續(xù)左移嚙合套4，由于彈簧受壓縮，銷釘3壓入套筒6孔中，套筒6不移動，嚙合套4的內齒同時與套筒6、左齒環(huán)1的外齒嚙合，完成嚙合過程。

同步嚙合器可以實現先同步后嚙合，即先摩擦傳動，后嚙合傳動。先同步后變速，可減小變速過程中的沖擊，因此變速過程平穩(wěn)。在中小型汽車上和許多需要頻繁變速的地方，多采用同步嚙合變速器。

在套筒6的內圓錐面上裝有摩擦材料，可以加大摩擦系數，又耐磨損。2、嚙合器齒輪模數的確定3、嚙合器的強度計算自學嚙合器變速的實例：P117圖5-16是T180履帶式推土機的傳動系統(tǒng)圖。P118圖5-17是該推土機變速箱結構，變速箱采用嚙合器變速裝置。原理圖見下頁:

T180履帶式推土機傳動系統(tǒng)由主離器5、制動器、聯軸器4、變速箱3、錐齒輪傳動，轉向離合器2以及最終傳動（兩級齒輪傳動)1組成。傳動系統(tǒng)把發(fā)動機6和驅動履帶的鏈輪聯接起來。

變速箱3有3根軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中Ⅰ是輸入軸，Ⅲ是輸出軸，Ⅱ是中間軸；8對16個斜齒圓柱齒輪組成的常嚙合式齒輪傳動；a、b、c、d4個嚙合套，其中a是單作用式，b、c、d是雙作用式。b嚙合套控制正反轉，b嚙合套與a、c、d3個嚙合套可構成5個前進檔，4個后退檔。Z1Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16abdⅠⅡⅢcZ2方向b嚙合器檔位傳動路線前進b上移1檔(a、c空檔，b上移，d下移)Z1—Z2—Z3—Z4Z9—Z102檔(a、c空檔，b上移，d上移)Z8—Z113檔(a、d空檔，b上移，c下移)Z7—Z124檔(a、d空檔，b上移，c上移)Z6—Z14b空檔5檔(a上移、b、c、d空檔)Z15—Z13后退b下移1檔(a、c空檔，b下移，d下移)Z16—Z5Z9—Z102檔(a、c空檔，b下移，d上移)Z8—Z113檔(a、d空檔，b下移，c下移)Z7—Z124檔(a、d空檔，b下移，c上移)Z6—Z14Z1Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16abdⅠⅡⅢcZ2發(fā)動機6主離合器5制動器聯軸器4變速箱3錐齒輪傳動轉向離合器最終傳動1驅動鏈輪Z1Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16abdⅠⅡⅢcZ2

從變速箱結構圖可看出其結構設計上的5個特點：①采用嚙合器變速和常嚙合斜齒輪傳動，工作較平穩(wěn)，噪聲小，軸向尺寸緊湊，換檔輕便，沖擊小，無須停車換檔；②各軸的軸向定位采用一端定位，以消除熱膨脹引起的附加應力。前支承均為雙列向心球面滾子軸承，能承受由斜齒輪引起的軸向力。后支承為單列向心短圓柱滾子軸承，可以軸向游動。軸Ⅰ及軸Ⅱ的圓柱滾子軸承外環(huán)用彈性檔圈定位，軸Ⅲ的圓柱滾子軸承外環(huán)用圓柱銷定位。各軸均采用漸開線花鍵軸，聯接強度高，工藝性及對中性好；

③空套齒輪的內孔均配一個雙金屬滑動軸承，并采用強制潤滑。潤滑油從油泵輸出后經濾油器、冷卻器后，從變速箱前端蓋進入各軸中心孔，流到各軸承進行循環(huán)潤滑；

④各軸的前軸端采用多個O型橡膠密封圈和油封密封，密封性能好；⑤軸Ⅲ的軸向位置用鋼墊片進行調整，以保證錐齒輪的正確嚙合位置。

不同機械對起停和換向的要求不同，通常有下面三種情況：二、起停和換向裝置(1)不需要換向且起停不頻繁。

如P102圖4-18鉚釘冷鐓機，工作過程中，主軸1不需要反轉，因此傳動系統(tǒng)不用設置換向裝置。鉚釘冷鐓機一經調整試車合格，就可以投入正常工作，起動以后，連續(xù)長時間運行，不需要經常停車。作用:控制執(zhí)行機構的起動、停車,改變運動方向.對起停換向裝置的基本要求:操縱方便省力,安全可靠,結構簡單,能傳遞足夠的動力.

如P109圖5-6所示的鉆機，鉆桿在工作過程中需作往復移動，主行程是鉆孔，鉆桿一邊轉動，一邊向下移動；反行程是提升鉆具，鉆桿向上移動。控制鉆桿移動的主卷揚機4就應能正反轉，要有換向裝置，但該裝置使用不頻繁。P108圖5-3所示的龍門起重機，小車行走和大車行走2個執(zhí)行機構都要正反轉，但由于每個方向工作時間較長，換向不頻繁。(3)換向起停頻繁

如P107起重機、P108絲杠車床。執(zhí)行機構和執(zhí)行構件要頻繁正轉和反轉，要頻繁起動和停車。對于這種換向起停頻繁的機械系統(tǒng)，在傳動系統(tǒng)里應設置換向和起停裝置,以控制執(zhí)行系統(tǒng)改變運動方向，并實現起動和停車。(一)起停和換向裝置方案的選擇

(2)需要換向，但不頻繁。

起停和換向裝置可分為兩大類：(1)靠按鈕或操縱桿直接控制動力機實現起停和換向。如P107圖5-1的起重機，就是用按鈕控制交流異步電動機的起停和換向的。(2)用離合器和換向器實現傳動系統(tǒng)的起停和換向，不必改變動力機的運動狀態(tài)。如P117圖5-16的履帶式推土機靠主離合器5控制傳動系統(tǒng)起停，靠嚙合器b控制傳動系統(tǒng)正反轉，從而控制執(zhí)行機構的運動狀態(tài)。

(1)執(zhí)行機構要求起停和換向的頻繁程度；(2)動力機的類型和功率的大小。在選擇起停和換向裝置的方案時，應考慮的因素：按動力機類型的不同，進行起動和換向裝置方案的選擇。1、動力機為電動機

對以電動機為動力機的機械系統(tǒng)，可以采用如下兩種起停和換向裝置方案：(1)控制電動機起停和換向

適用于起停和換向不頻繁的電動機，或起停和換向頻繁的小功率的電動機。優(yōu)點：操作方便,機械結構簡單。

為了避免起停和換向時因產生過大的沖擊而損壞傳動零件，此時在電動機與傳動系統(tǒng)的輸入軸間應選用彈性聯軸器。圖5-1的起重機，在電動機和減速器輸入軸間安裝的制動器，實際上是一個可制動的彈性聯軸器，這種聯軸器具有緩沖減振的作用。

(2)用離合器、嚙合器起停和換向適用于中等以上功率,起停和換向頻繁的傳動系統(tǒng)。

如圖P107圖5-2所示的曲軸壓力機，該系統(tǒng)只需要設置起停裝置而不需要換向裝置。當壓力機需要起停時，可通過控制安裝在大齒輪7與制動器5之間的離合器6來實現系統(tǒng)的起停功能。這樣電動機9，齒輪8、7都不需要起停。當離合器轉速較高時，可采用摩擦離合器，當離合器轉速較低時，可選牙嵌式離合器或其它形式的嚙合式離合器。

如P108圖5-4絲杠車床，與車床絲杠嚙合的螺母設計成可開合的螺母，通過螺母的開合狀態(tài)的改變，在電動機始終轉動的情況下，來控制絲杠轉還是不轉從而實現系統(tǒng)的起停；靠改變電動機轉向，從而改變絲杠轉向，控制刀架向前還是向后。

2、動力機為內燃機

內燃機不能帶負載起動，不能頻繁起動，更不能反轉。因此必須在傳動系統(tǒng)里設置起停和換向裝置。P117圖5-16所示的履帶式推土機，用主離合器5實現起停，用嚙合器b實現換向。起停、換向裝置在傳動系統(tǒng)的位置：發(fā)動機6主離合器5制動器聯軸器4變速箱3錐齒輪傳動轉向離合器最終傳動1驅動鏈輪

在P117圖5-16，主離器5設置在發(fā)動機6與變速箱3之間，這樣離合器傳遞的轉矩小，離合器尺寸較小，離合器分離時，其后的構件都不動.但P107圖5-2所示的曲軸壓力機，離合器6則是設在減速齒輪傳動后，原因是齒輪7的轉動慣量比較大，起到飛輪作用，離合器安裝在它的后面，齒輪7就不用作頻繁起動。

大齒輪7一直轉著可以儲能,若頻繁起停則能量損失較大.起停、換向機構，可以設置在傳動系統(tǒng)轉速較高的軸上，也可設置在轉速較低的軸上，要視具體情況而定。▲在傳動系統(tǒng)轉速較高的軸上：傳動轉矩較小，設計出的裝置尺寸較??；

缺點：(2)由于運動鏈中運動副有間隙，起停換向時運動鏈太長會引起較大的沖擊。

(1)裝置后面?zhèn)鲃恿慵^多，能量損失較大；▲設在傳動系統(tǒng)轉速較低的軸上，情況剛好相反。

對運動零件較少，慣性較小的運動鏈，起停換向裝置宜設在靠近動力機的高速軸上。反之宜放在靠近執(zhí)行機構的低速軸上。

(二)起停和換向裝置的結構(自學)

三、制動裝置

圖5-1所示的起重機中，當重物升到一定高度時，如采用給電動機斷電的方法，使機器停止運轉，由于所有運動構件都有慣性，運轉不能立即停止。停車前運動構件的速度越高，運動構件的慣性參數越大，從斷電到停車的時間越長。為節(jié)省停車時間，提高工作效率，對起停頻繁或運動構件慣性參數較大，運動速度較高的傳動系統(tǒng)，應設置制動裝置。如在P107圖5-1的起重機中，在電動機和減速箱間則設有制動器2。

制動裝置還可用于機械一旦發(fā)生事故或遇到危險情況緊急停車，或使運動構件可靠地停在某一位置的情況。汽車拖拉機上的制動裝置就起這方面的作用。

在傳動系統(tǒng)同時裝有起停裝置和制動裝置時，兩個裝置應協調工作。

以汽車為例，要制動時，首先要使離合器分離，切斷動力，然后用制動器制動；反過來，汽車要行走時，應先將制動器放開，然后再使離合器接合，接通動力使汽車起步。

對制動器的基本要求是：工作可靠，操縱方便，制動平穩(wěn)且時間較短，結構簡單，尺寸小，磨損小，散熱良好。

用電動機作動力機時，可以利用給電動機接入反向電流的方法制動（反接制動），這種方法操縱方便，制動時間比較短。但由于制動電流較大，對電動機和電網有影響；電動機有反轉的趨勢，使電動機軸和傳動系統(tǒng)受較大的慣性沖擊，對傳動系統(tǒng)及電動機軸有影響。

所以這種方法只能用于傳動系統(tǒng)慣性較小(慣性參數小、運動速度小)、電動機功率較小，制動不頻繁的場合。

制動器在運動鏈中的位置：為減小制動力矩,減小制動器的尺寸,提高制動的平穩(wěn)性,通常將制動器在安裝在傳動鏈的高速軸上.對于傳動鏈較長,慣性較大,及工作載荷變動較大的機械,為減小制動時的沖擊力,并兼顧制動的平穩(wěn)性,可將制動器安裝在靠近執(zhí)行機構且轉速較高的傳動軸上.對于大型設備或重要的安全制動器,則應將制動器安裝在靠近執(zhí)行機構的低速軸上.

各種制動器的類型、結構特性、使用場合、相關的設計要點、工作能力的參數確定和設計過程在P123~P125有比較詳細的介紹。（自學）四、安全保護裝置

對于工作載荷變化頻繁，載荷變化幅度較大，工作過程中有短時過載發(fā)生的機械系統(tǒng)，應在運動鏈中設置過載保護裝置，以免突發(fā)事件發(fā)生時損壞機械系統(tǒng)的有關零件。如靠摩擦力工作的帶傳動、摩擦離合器本身就有過載保護作用。P129~P131有銷釘安全聯軸器，鋼珠安全離合器、摩擦安全離合器的介紹。（自學）安全裝置在運動鏈中的位置：

安全裝置在轉速較高的傳動件上，結構尺寸可小一些，安全裝置裝在靠近執(zhí)行機構的傳動構件上，一旦發(fā)生過載，執(zhí)行機構就能迅速地停止運動。綜合以上兩點，安全裝置應裝在靠近執(zhí)行機構且轉速較高的構件上。

設置有過載保護裝置的機械系統(tǒng)，在確定各零件的計算載荷時，可按過載保護裝置的動作載荷進行計算。如果運動鏈中沒有這類裝置，為了保護運動鏈中其它構件不損壞，應設置安全離合器或安全銷等過載保護裝置。當運動鏈傳遞的載荷超過規(guī)定值時，安全保護裝置中的聯接件被剪斷，而使運動鏈斷開，運動不能傳遞。思考題：3、對P113圖5-9和P114圖5-11、P117圖5-16作出機構運動簡圖，說明其屬于什么變速機構，通過什么方法可以實現幾個速度，有什么優(yōu)缺點？4、分析P107圖5-2曲柄壓力機和P117圖5-16推土機離合器在運動鏈中的位置不同的原因。對P107圖5-1起重機為什么沒有離合器？第四節(jié)傳動系統(tǒng)的運動設計一、有級變速傳動系統(tǒng)的運動設計

有級變速傳動通常由變速齒輪傳動或變速帶傳動組成，在一定變速范圍里，可輸出有限級數的轉速。最簡單最基本的有級變速裝置是兩軸變速傳動裝置，它可實現2~4級變速。當要求的變速級多于4級時，可采用兩個或兩個以上的兩軸變速機構串聯的方法，組合成多軸變速裝置。(一)兩軸變速傳動的運動設計1、塔輪傳動

塔輪傳動采用帶傳動或鏈傳動。如P131圖5-30所示的塔輪傳動，可實現3級變速?？梢詫崿F3個傳動比：軸Ⅰ為輸入軸，軸Ⅱ為輸出軸。軸Ⅰ上固聯著直徑為D1、D2、D3的3個帶輪；軸Ⅱ上固聯著直徑為D4、D5、D6的3個帶輪。D1與D4組成傳動：D2與D5組成傳動：D3與D6組成傳動：若主動軸Ⅰ轉速為n0，被動軸Ⅱ可輸出3個轉速：如要求被動軸Ⅱ輸出的轉速按等比級數排列，即或

按照這樣的要求選擇帶輪直徑或鏈輪齒數,要求帶或鏈的長度相差不多.變速自行車上所使用的塔輪鏈傳動，就可以實現有級地變速。塔輪傳動裝置尺寸較大,結構簡單.2、滑移齒輪傳動

如圖5-31所示，兩個軸上各布置2個齒輪，其中一個軸上是可移的雙聯齒輪，另一個軸上是不可移的固定齒輪，可實現2級變速；如果在兩個軸上分別布置有可移的三聯齒輪和三個不可移的固定齒輪，可實現3級變速。圖5-31窄式滑移齒輪軸向排列長度式中：為公比。進行滑移齒輪變速傳動設計時應注意以下4點：(1)各級速比應按等比級數排列。以3級變速為例，各級速比為：且則(2)對單級傳動比的最大值或最小值要加以限制。減速時限制最大傳動比：增速時限制最小傳動比：直齒輪傳動：斜齒輪傳動：防止被動齒輪直徑過大而使變速箱尺寸過大.增速傳動會放大傳動誤差,為避免放大誤差及保證傳動平穩(wěn),限制最小傳動比.這時變速組的變速范圍滿足：是變速組能實現的最大變速范圍；—被動軸的最高轉速和最低轉速；，—變速組中最大速比和最小速比。，(3)滑移齒輪應放在高速軸上。

轉矩小，需要的尺寸小，重量輕，操縱力小,移動起來比較方便。(對2軸滑移齒輪裝置)(4)滑移齒輪結構設計時應注意的一些問題：

為防止變速過程中軸向移動滑移齒輪時出現運動干涉和兩對齒輪同時嚙合的情況，在結構設計上應采取以下措施：▲三聯移動齒輪應使大齒輪在中間，小齒輪在兩邊；▲三聯移動齒輪和二聯移動齒輪中，小齒輪的齒寬要大于大齒輪。(小齒輪嚙合時大齒輪不碰)▲采用圖5-31所示的窄式滑移齒輪，雙聯齒輪軸向尺寸應保證L>4b，三聯齒輪應保證L>7b；采用圖5-32所示的寬式滑移齒輪，雙聯齒輪軸向尺寸應保證L>6b，三聯齒輪應保證L>11b。

對于變速組內各對轉動副的傳動比關系，可以用轉速圖更形象、更清晰地加以表示。

設有一兩軸三聯齒輪變速組，三聯齒輪在高速軸Ⅰ上，齒數分別為Z1、Z2、Z3（Z1<Z2<Z3），高速軸轉速為n0；被動軸Ⅱ上有三個不滑移的固聯齒輪，它們的齒數分別為Z4、Z5、Z6（Z4>Z5>Z6）。n0Z2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡ該系統(tǒng)可實現3個傳動比：若假設Z6=Z3可輸出3個轉速：則i3=1，n3=n0可畫出如下圖所示的變速裝置的轉速圖：n1n2n3ⅡⅠn0n0Z2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡ轉速圖可表示如下一些內容：◆距離相等的一組豎線表示變速組中各傳動軸。

本變速組中只有兩根軸，因此有兩根豎線。左邊的一根為主動軸Ⅰ，右邊的一根為從動軸Ⅱ。Ⅰ、Ⅱ順序按照從動力機到執(zhí)行機構的順序排列。

本變速組有3個轉速，故有3條水平線。從下到上的各線，轉速依次升高，越在下的線，轉速越低?！艟嚯x相等的一組橫線代表轉速線。

主動軸Ⅰ與最高水平線的交點為n0，表示主動軸的轉速為n0

；被動軸Ⅱ與3根水平線的交點分別為n1、n2、n3(從下向上)，分別表示軸Ⅱ有3個轉速，且滿足n1<n2<n3。輸出軸的轉速按照公比為φ的等比級數排列，所以相鄰兩水平線（轉速線）相差為公比φ

，如兩轉速線相隔了x個間隔，則它們的轉速就相差了φ

x倍。如n2與n1相隔了一個間隔，則n2=φ

n1；而n3與n1相隔了2個間隔，則n3=φ

2

n1?！舾鬏S與相應轉速線的交點(用小圓表示)表示相應的轉速。n1n2n3ⅡⅠn0

連線斜度越大，表示速比越大(越小)。如在豎直方向，連線向下傾斜了x個格，則該連線表示的傳動副的速比為i=φx；如連線向上揚了x格，該連線表示的傳動副的速比為i=1/φ

x。水平線表示該傳動副速比i=1?！粝噜弮奢S相應轉速點的連線，表示一對齒輪副的傳動比，連線向下傾斜，表示減速；連線向上揚，表示增速。n1n2n3ⅡⅠn0要會畫轉速圖!

例5-1已知電動機轉速nm=1460r/min，執(zhí)行構件要求的3個速度分別為：95r/min、150r/min、236r/min，速度按等比級數排列，公比φ

=1.58。試確定合理的轉速圖方案。

解：

電動機輸出轉速nm=1460r/min，執(zhí)行構件最低轉速n1=95r/min，傳動系統(tǒng)的最大傳動比：變速范圍：(2)確定傳動方案

執(zhí)行構件要求有3個轉速：n1、n2、n3，可以用一個2軸3聯滑移齒輪變速組來實現。但該變速組的最大單級傳動比imax≤4，不能滿足要求，故在傳動系統(tǒng)中要設有定傳動比的減速傳動。(1)計算最大傳動比和變速范圍可提出兩個傳動系統(tǒng)的設計方案：電動機2軸3聯滑移齒輪變速組定傳動比齒輪傳動執(zhí)行系統(tǒng)高速處低速處方案1：方案2：電動機2軸3聯滑移齒輪變速組定傳動比V帶傳動執(zhí)行系統(tǒng)高速處中速處低速處定傳動比齒輪傳動nmZ2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Ⅲn(3)確定各對傳動副的傳動比方案1：2軸3聯移動齒輪變速組與一對定傳動比齒輪傳動組合。公比φ的確定：i1=φ

3，i2=φ

2

，i3=φ取2軸3聯移動齒輪變速組3個速比為：取定傳動比齒輪副的傳動比：

i4=i1=φ

3則傳動系統(tǒng)的最大傳動比：

應根據教材P42所列出的標準公比：1.06，1.12，1.41，1.58，1.78，2.0將計算出的公比φ圓整為標準公比。imax=15.368各級傳動比確定：執(zhí)行構件的轉速：與所要求轉速很接近。95r/min150r/min236r/mini1=φ

3，i2=φ

2

，i3=φ

i4=i1=φ

3ⅠⅢⅡnm=1460r/min95r/min150r/min236r/mini1i2i3i4繪制轉速圖：

方案2：定傳動比V帶傳動、2軸3聯移動齒輪變速組和定傳動比齒輪傳動組合。

Z2Z1Z3Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢnⅣ選取V帶傳動的傳動比：選取2軸3聯移動齒輪變速組傳動比：選取定傳動比齒輪傳動速比：則各級傳動比確定：（2軸3聯移動齒輪變速組）ⅠⅢⅡⅣn2=150r/minn3=236r/minnm=1460r/minn1=95r/mini′i1i2i3i4變速裝置的轉速圖：與方案1相比方案2的優(yōu)點：◆帶傳動有過載保護作用；◆2軸3聯移動齒輪變速組輸入轉速較低，有利減小變速時的沖擊、振動和噪聲；方案2缺點：由于有帶傳動，外形尺寸較大，傳動效率比較低，有打滑，傳動比不準確?！?軸3聯移動齒輪變速組的最大速比，有較大減小，可減?、?、Ⅲ軸中心距。3、折回機構傳動

折回機構傳動見圖5-35。軸Ⅰ為輸入軸，滑移齒輪Z1與Ⅰ軸用花鍵實現動聯接；雙聯齒輪Z4、Z5空套在Ⅰ軸上，滑移齒輪Z1與雙聯齒輪Z4、Z5間有摩擦離合器M1(也可改為嚙合離合器)。

在輸出軸Ⅱ上空套著雙聯齒輪Z2、Z3，滑移齒輪Z6與軸Ⅱ用花鍵實現動聯接，雙聯齒輪Z2、Z3與滑移齒輪Z6間有摩擦離合器M2。

這個傳動機構通過改變各離合器的狀態(tài)可實現4個傳動比，輸出4個轉速。M1M2離合器M1分離、離合器M2分離：Z1Z2Z3Z4Z5Z6離合器M1接合、離合器M2分離：Z5Z6M1M2離合器M1分離、離合器M2接合：Z1Z2（

Z3，Z5）

Z6離合器M1接合、離合器M2接合：Z4Z3M1M2M1M2減速增速M1M2

折回機構傳動，有3對齒輪副，其中從齒輪Z4到齒輪Z3的傳動叫正向傳動，它是增速的；從齒輪Z3到齒輪Z4的傳動叫反向傳動，反向傳動是減速的。

折回機構傳動有一個正向傳動副，它的速比較小，甚至可實現增速傳動，因此可得到較大的調速范圍。上例中調速范圍Rmax=22.4，Rmax=i1/i4=11.2/0.5=22.4，而滑移齒輪變速傳動的調速范圍為Rmax=8~10。P114圖5-11所示的變速箱采用了折回機構傳動。其中齒輪Z52、Z48組成正、反向傳動副。M2、M3接合，M1、M4脫開M2、M4接合，M1、M3脫開M1、M3接合，M2、M4脫開M1、M4接合，M2、M3脫開變速箱傳動比離合器狀態(tài)離合器變速機構傳動路線

4、背輪機構傳動

圖示的背輪機構有3根軸，但其中輸入軸Ⅰ和輸出軸Ⅲ同軸線，因此背輪機構傳動屬于二軸變速傳動。

輸入軸Ⅰ上用花鍵動聯接齒輪Z1；中間軸Ⅱ上固聯著兩個齒輪Z2和Z3；輸出軸Ⅲ上固聯著懸輪Z4；齒輪Z1與齒輪Z4間有單作用離合器M。

當離合器M分離時，動力從齒輪Z1傳到齒輪Z2，又從齒輪Z3傳到齒輪Z4，輸出的轉速為n1，速比：當離合器M接合時，動力從Ⅰ軸直接傳到Ⅲ軸，輸出的轉速為n2，i2=1。

利用圖示的二軸背輪傳動機構，可實現2個傳動比：

圖5-37是三級背輪機構，可實現3個傳動比。

背輪機構的最大調速范圍為：Rmax=16，比一般滑移齒輪變速機構的調速范圍Rmax=8~10大得多，所以背輪機構應用廣泛。

圖5-38所示的16T汽車起重機變速箱就應用了背輪機構。其中輸入軸3與輸出軸6共線，主動軸Ⅰ(3)上固聯有齒輪Z4，它與中間軸Ⅱ(1)上固聯的齒輪Z9

處于常嚙合；中間軸Ⅱ(1)上還固聯著其他4個齒輪Z10、Z11、Z12、Z13；輸出軸Ⅲ(6)上空套著3個齒輪Z5、Z6、Z7，齒輪Z8與軸用花鍵動聯接；嚙合套4位于齒輪Z4、Z5之間，嚙合套5位于齒輪Z6、Z7之間。Ⅰ（3）Z9Z5Z6Z4Ⅱ（1）Z7Z8Ⅲ（6）Z10Z11Z12Z1345滑移齒輪Z8右移嚙合套5右移嚙合套5左移嚙合套4右移嚙合套4左移Ⅰ（3）Z9Z5Z6Z4Ⅱ（1）Z7Z8Ⅲ（6）Z10Z11Z12Z1345這個機構可實現5個傳動比：Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z312

圖5-39為輪胎式壓路機的變速傳動圖，它也采用了背輪機構。動力由發(fā)動機1經主離合器2傳給變速箱3的Ⅰ軸，Ⅰ軸上固聯著齒輪Z1；中間軸Ⅱ上固聯著4個齒輪：Z2、Z3、Z5、Z7；軸Ⅲ上用花鍵聯接1個雙聯齒輪Z6、Z8，它們可軸向移動，齒輪Z4與軸Ⅲ動聯接，齒輪Z4左移，可與齒輪Z1用內、外花鍵聯接。這個傳動機構可實現4個速比。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z312雙聯齒輪右移雙聯齒輪左移Z4右移Z4左移5、離合器變速傳動圖示的是可實現兩級變速并可換向的離合器變速傳動。

Z1Z4ⅠⅢⅡMZ2Z3Z5

輸入軸Ⅰ上空套著齒輪Z1和Z3，兩個齒輪之間在軸Ⅰ上安裝有雙向作用的離合器M。離合器的主動摩擦片與軸Ⅰ固聯，被動摩擦片分別與齒輪Z1、Z3固聯。

被動軸Ⅱ上固聯著兩個齒輪Z2和Z4，齒輪Z2與齒輪Z1嚙合；齒輪Z4通過惰輪Z5與齒輪Z3嚙合。離合器變速傳動可實現兩個傳動比：▲齒輪Z1右移，齒輪Z3在圖示位置：▲齒輪Z1在圖示位置，齒輪Z3左移：Z1Z4ⅠⅢⅡMZ2Z3Z5

注意：由于離合器間隙較小，齒寬較大，當齒輪Z1、齒輪Z3軸向移動時，雖然離合器接合，但不改變它們與齒輪Z2、Z5的嚙合狀態(tài)。這種離合器變速傳動在內燃叉車上使用，見P136圖5-40。

也可用兩個單作用離合器實現兩級變速傳動，見P136圖5-41。這時會有四種布置方案：◆方案1：見a)圖。單作用離合器M1和M2都布置在主動軸Ⅰ上，可實現2個傳動比：▲M1接合，M2分離：齒輪Z3的轉速：

這時離合器M2主動、被動摩擦片間相對轉速為：nZ3-nⅠ=8nⅠ-nⅠ=7nⅠ，使齒輪與離合器的磨損及噪聲加劇，空載損失加大，這稱為超速現象。

注意：※無論離合器接合還是分離，齒輪Z1與Z2，齒輪Z3、Z4都嚙合，因此它們都轉動?！鵝1+Z2=Z3+Z4。▲M1分離，M2接合：

◆方案2：見b)圖。離合器M1和M2都布置在被動軸Ⅱ上，可實現與方案1相同的兩個傳動比，但不會出現超速現象。如M1接合，M2分離：而此時，M2離合器中主、被動摩擦片的轉速差大大減小：

◆方案3：見c)圖。離合器M1裝在被動軸Ⅱ上，主動摩擦片與小齒輪Z2相聯，離合器M2裝在主動軸Ⅰ上，被動摩擦片與小齒輪Z3相聯，該方案也可實現上述的2個傳動比，但較方案1和方案2，傳動裝置的軸向尺寸減小，但是該方案也會出現超速現象。

例如當離合器M1接合，離合器M2分離時，主被動摩擦片間的相對轉速為7nⅠ。◆方案4：見d)圖。離合器M1裝在主動軸Ⅰ上，主動摩擦片與大齒輪Z1相聯，離合器M2裝在被動軸Ⅱ上，被動摩擦片與大齒輪Z4聯接。該方案可實現上述兩個傳動比，軸向尺寸可減小，并且不會出現超速現象。6、交換齒輪變速傳動

采用如圖齒輪傳動，交換主動輪和從動輪的相互關系就可以實現變速傳動。采用標準齒輪傳動時：

如采用一對Z1=40，Z2=60的齒輪，就可得到兩個傳動比和轉速：n0aZ2Z1其轉速圖為：n0n2n1i1i2若中心距a=150mm，齒輪模數m=3mm

為了充分利用齒輪，使一對齒輪對換位置后可以得到兩個傳動比，因此在轉速圖上，交換齒輪變速組的傳動比連線應對稱分布。

如用變換齒輪傳動實現4個傳動比，且轉速圖對稱布置(見圖5-42a)，需要兩對交換齒輪。如取公比則：設4個傳動比按等比級數排列，公比為φ

，則4個傳動比為：這樣一對齒輪的齒數為：另一對齒輪的齒數為：

利用這兩對齒輪就可實現的4個傳動比（對前面所給定的估算值進行修正后的傳動比）：轉速圖如圖a)所示：n0n3n2n1n4a)

如果轉速圖不對稱布置，如圖5-42b)，就要有3對齒輪。這樣4個傳動比可取為：3對齒輪的齒數為：第一對齒輪的齒數：第二對齒輪的齒數：第三對齒輪的齒數：n0n3n2n1n4b)可實現的4個傳動比為：轉速圖如圖b)所示：思考題：6、為P132例5-1制定傳動方案，確定各級傳動比，畫出轉速圖，比較傳動方案。7、畫出P135圖5-38，16噸汽車起重機變速箱的機構簡圖，說明其屬于那種二軸變速機構傳動，求出其5個傳動比并說明實現5個傳動比是嚙合套與齒輪的位置。(二)多軸變速傳動的運動設計

二軸變速傳動的變速組數受到限制。如采用P132圖5-31、圖5-32所示的滑移齒輪傳動，對于2聯滑移齒輪傳動，變速級數Z′=2，對于3聯滑移齒輪傳動，變速級數Z′=3

。如要求變速級數Z′=6

，仍采用二軸變速傳動，就要在一根軸上裝2個3聯滑移齒輪。從結構設計上考慮：采用窄式滑移齒輪，l>7b，采用寬式滑移齒輪，l>11b，其結果使軸的跨度較大，軸就可能出現了剛度和強度不能滿足要求的問題。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8Z1Z2Z3Z9Z10Z11Z12L>7b(11b)lL>7b(11b)其對應的變速級數為：C=C1×C2=3×3=9

圖5-35所示的折回傳動中，在兩根軸上各裝了3個齒輪和一個離合器，可實現4個傳動比，若要加大變速級數，軸上裝的齒輪數和離合器數目還會增加，同樣會出現軸過長的問題。

圖5-38所示的背輪機構傳動中，中間軸上有6個齒輪，輸出軸上有5個齒輪和2個滑移套，其可實現5級變速。若想再增加變速級數，還要在軸上增加齒輪和滑移套，也存在軸長度過大的問題。結論：當變速級數Z′大于一定值時，就不能采用二軸變速傳動。

當要求變速級數多于5級時，一般不采用二軸變速傳動裝置，而將若干個二軸變速傳動裝置串聯起來，組成多軸變速傳動。

除通用金屬切削機床的變速級數較多外，其它各類機械的變速級數不超過6級，采用由2個二軸變速傳動裝置組合成的三軸變速傳動裝置就可以解決問題。以6級變速傳動為例，介紹多軸變速傳動系統(tǒng)運動設計的方法。

組成多軸變速傳動的二軸變速傳動裝置的變速級數分別為C1，C2，…，Cn，則多軸變速傳動裝置的變速級數為C=C1C2.….Cn。

實現6級變速傳動，可采用滑移齒輪變速機構。只需將一個3聯滑移齒輪變速組和一個2聯滑移齒輪變速組串聯起來即可。1、設計步驟(1)確定傳動順序

如采用2個二軸滑移齒輪變速傳動機構串聯來實現6級變速。這時有P137圖5-43所示的兩個方案。確定3聯齒輪變速組和2聯齒輪變速組的順序。以6級變速傳動為例，介紹多軸變速傳動系統(tǒng)運動設計的方法。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z3Z9Z10Z5=Z6Z7=Z8n0◆方案1：3聯滑移齒輪放在輸入軸Ⅰ上，把2聯滑移齒放在中間軸Ⅱ上，這種傳動順序叫：6=3×2傳動(前面數字表示高速級移動齒輪數)。其中高速級：i1=φ

，i2=1，i3=1/φ

，而低速級：i1′=φ

3，

i2′=1n0n4n3n2n1n5n6i1i2i3i′1i′2◆方案2：把2聯滑移齒輪放在輸入軸Ⅰ上，把3聯滑移齒輪放在中間軸Ⅱ上，這種傳動順序叫：6=2×3傳動。Z5Z6Z4ⅠⅡZ7Z8ⅢZ1Z2Z3Z9Z10Z1=Z2Z9=Z10n0其中高速級：i1=φ

3

，i2=1，而低速級：

i1′=φ，i2′=1，i3′=1/φn4n3n2n1n5n6i1i2i′3i′1i′2

對于減速傳動，傳動順序應是前多后少，這樣高速軸上