1、華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 第第18章減速器和變速器章減速器和變速器 18-1減速器減速器 18-2變速器變速器18-3摩擦輪傳動簡介摩擦輪傳動簡介 華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 功用：功用：在機器中用來減速，也可以用來增速。在機器中用來減速，也可以用來增速。 齒輪減速器齒輪減速器 蝸桿減速器蝸桿減速器 蝸桿齒輪減速器蝸桿齒輪減速器 行星齒輪減速器行星齒輪減速器 擺線針輪減速器擺線針輪減速器 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器 18-1減速器減速器 組成：組成：由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。類型類型 除了部分旋轉類機械如鼓風機、水泵等直接由原除了部分旋

2、轉類機械如鼓風機、水泵等直接由原動機驅動之外、絕大多數的工作機械其工作部分的轉動機驅動之外、絕大多數的工作機械其工作部分的轉速與原動機的轉速不一致，因此，需要協調原動機與速與原動機的轉速不一致，因此，需要協調原動機與工作機之間的速度。工作機之間的速度。 華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制潘存云教授研制展開式三級圓展開式三級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器特點：特點：傳動效率高、工作可靠、壽命長、維護簡便、傳動效率高、工作可靠、壽命長、維護簡便、 因而應用很廣泛。因而應用很廣泛。上述六種減速器已有標準系列產品，只有在選不上述六種減速器已有標準系列產品，只有在選不到合適的產品時，才

3、自行設計制造減速器。到合適的產品時，才自行設計制造減速器。 一、齒輪減速器一、齒輪減速器類型：類型：潘存云教授研制單級圓柱齒單級圓柱齒輪減速器輪減速器潘存云教授研制展開式雙級圓展開式雙級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制分流式雙級圓分流式雙級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器潘存云教授研制兩級錐齒輪兩級錐齒輪圓柱齒輪減速器圓柱齒輪減速器分流式三級圓分流式三級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器同軸式雙級圓同軸式雙級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器分流式雙級圓分流式雙級圓柱齒輪減速器柱齒輪減速器潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制單級錐齒輪單級錐齒輪減速器減速器潘存

4、云教授研制華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制產品實例：產品實例：展開式三級圓柱齒輪減速器展開式三級圓柱齒輪減速器華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 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特點：特點：結構緊湊、傳動比大、工作平穩、噪聲較小、結構緊湊、傳動比大、工作平穩、噪聲較小、 傳動效率低。傳動效率低。二、蝸桿減速器二、蝸桿減速器類型：類型：其中其中 S S低速級，低速級， f 高速級高速級下蝸桿式下蝸桿式上蝸桿式上蝸桿式側蝸桿式側蝸桿式fff雙級蝸桿減速器雙級蝸桿減速器fS華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教

5、授 三維模型：三維模型：蝸桿減速器蝸桿減速器華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制特點：特點：兼有兩者的傳動特點，通常把蝸桿傳動作為高兼有兩者的傳動特點，通常把蝸桿傳動作為高 速級，因為在高速時，蝸桿傳動的效率較高。速級，因為在高速時，蝸桿傳動的效率較高。三、蝸桿三、蝸桿齒輪減速器齒輪減速器類型：類型：f潘存云教授研制Sff潘存云教授研制S華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制產品實例：產品實例：蝸桿蝸桿齒輪減速器齒輪減速器華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 18-2 變變 速速 器器有級變速器有級變速器有級變速器的傳動只能按既定的設計要求通過操有級變

6、速器的傳動只能按既定的設計要求通過操縱機構分級進行變速，有級變速器的類型見下頁。縱機構分級進行變速，有級變速器的類型見下頁。 功用：功用：根據需要能隨時改變傳動比。根據需要能隨時改變傳動比。 減速器的傳動比是固定的，但在工程實際中，有減速器的傳動比是固定的，但在工程實際中，有些工作機往往需要在幾種不同的轉速下工作，這就需些工作機往往需要在幾種不同的轉速下工作，這就需要根據使用要求在工作中隨時調整原動機與工作機之要根據使用要求在工作中隨時調整原動機與工作機之間的傳動比。間的傳動比。類型類型有級變速器有級變速器無級變速器無級變速器華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 I I主動軸主動軸II I

7、I從動軸從動軸滑移齒輪變速器滑移齒輪變速器潘存云教授研制I III II離合器式齒輪變速器離合器式齒輪變速器 潘存云教授研制I III II潘存云教授研制塔輪變速器塔輪變速器I III II潘存云教授研制拉鍵式變速器拉鍵式變速器I III II塔輪變速器塔輪變速器 滑移齒輪變速器滑移齒輪變速器 拉鍵式變速器拉鍵式變速器 離合器式齒輪變速器離合器式齒輪變速器 有級變速有級變速的器類型的器類型華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 無級變速器無級變速器滾輪滾輪平板式變速器平板式變速器 鋼球無級變速器鋼球無級變速器 菱錐無級變速器菱錐無級變速器 寬寬V V帶無級變速器帶無級變速器 類類型型實現無級

8、變實現無級變速的方法速的方法機械無級變速機械無級變速電氣無級變速電氣無級變速電氣無級變速電氣無級變速可控硅調速可控硅調速變頻調速變頻調速壓動機調速壓動機調速 無級變速器的傳動比在設計預定的范圍內無級地無級變速器的傳動比在設計預定的范圍內無級地進行改變。進行改變。工作原理：工作原理： 依靠摩擦傳動，改變主動件和從動件的輸出半徑，依靠摩擦傳動，改變主動件和從動件的輸出半徑，實現傳動比的無變化。實現傳動比的無變化。類型：類型：本章介紹的內容華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 主動輪主動輪I III從動平盤從動平盤彈簧彈簧 v =2 r2 = r1 1 (1) (1) 滾輪滾輪平板式變速器平板式

9、變速器 接觸點的速度：接觸點的速度： 組成：組成： 主動輪、從動盤、彈簧。主動輪、從動盤、彈簧。 工作原理：工作原理： 調整主動輪的位置，就調整主動輪的位置，就改變了改變了r2 的大小，從而實的大小，從而實現無級變速。現無級變速。 潘存云教授研制I III主動輪主動輪從動平盤從動平盤彈簧彈簧 r1r2特點：特點： 結構簡單、制造方便；結構簡單、制造方便； 因為存在較大相對滑動，故磨損嚴重，傳遞功率因為存在較大相對滑動，故磨損嚴重，傳遞功率 不大。不大。 傳動比：傳動比： i12 =1 / 2 =r2 / r1 單擊動畫華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 (2) (2) 鋼球無級變速器鋼球

10、無級變速器 傳動比：傳動比： i12 = R2 r1 / R1 r2 組成：組成：錐輪、鋼球（通常為錐輪、鋼球（通常為6 6個）、支承軸。個）、支承軸。 工作原理：工作原理： 調整支承軸的傾角，可調整支承軸的傾角，可改變鋼球的傳動半徑改變鋼球的傳動半徑r1和和r2 ，從而實現無級變速。從而實現無級變速。 特點：特點： 結構簡單、傳動平穩，相對滑動小，結構緊湊；結構簡單、傳動平穩，相對滑動小，結構緊湊； 要求鋼球加工精度高。要求鋼球加工精度高。鋼球鋼球 支承軸支承軸從動錐輪從動錐輪主動錐輪主動錐輪= r1 / r2 因為R1=R2 I III潘存云教授研制I IIIr1 R1 r2 R2實際上是

11、兩對摩擦輪傳動華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 (3) (3) 菱錐無級變速器菱錐無級變速器 傳動比：傳動比： i12 = r1 R2 / R1 r2 組成：組成：主動輪、從動輪、錐菱、支承架。主動輪、從動輪、錐菱、支承架。 工作原理：工作原理： 調整支架的水平位置，調整支架的水平位置，可改變菱錐的傳動半徑可改變菱錐的傳動半徑r1和和r2 ，從而實現無級變速。，從而實現無級變速。 從動輪從動輪主動輪主動輪I III菱錐菱錐支承架支承架潘存云教授研制支承架支承架從動輪從動輪 菱錐菱錐r1r2R1R2華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 寬寬V V帶帶(4) (4) 寬寬V V帶無級變

12、速器帶無級變速器 傳動比：傳動比： i12 = r2 / r1 組成：組成：固定錐輪、活動錐輪、寬固定錐輪、活動錐輪、寬V V帶。帶。 工作原理：工作原理： 同步調整活動錐輪的軸同步調整活動錐輪的軸向位置，可改變錐輪的傳向位置，可改變錐輪的傳動半徑動半徑r1和和r2 ，從而實現無，從而實現無級變速。級變速。 固定錐輪固定錐輪III活動錐輪活動錐輪潘存云教授研制IIIr2r1華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制潘存云教授研制產品實例：產品實例：機械式無級變速器機械式無級變速器機械機械電器組合式無級變速器電器組合式無級變速器變頻器變頻器減速器減速器華中科技大學武昌分校 作者：

13、孫立鵬教授 缺點：缺點： 不能保證精確的傳動比不能保證精確的傳動比機械無級變速器的優點：機械無級變速器的優點：結構簡單結構簡單過載時可利用摩擦傳動元件間的打滑而避免損壞過載時可利用摩擦傳動元件間的打滑而避免損壞 機器機器運轉平穩、無噪聲，可用于較高轉速的傳動；易運轉平穩、無噪聲，可用于較高轉速的傳動；易 于平緩連續的變速于平緩連續的變速 承受過載和沖擊能力差，傳遞大功率時結構尺寸過大承受過載和沖擊能力差，傳遞大功率時結構尺寸過大 軸和軸承上的載荷較大軸和軸承上的載荷較大華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 3 3汽車汽車變速器簡介變速器簡介 汽車變速器是一種典型的機械式有汽車變速器是一種典

14、型的機械式有級變速器。級變速器。應用實例：應用實例： 桑塔納轎車變速器。桑塔納轎車變速器。汽車發動機（活塞式內燃機）的扭矩和轉速變化范圍較小，無法適應實際使用的要求，因此，需在汽車的傳動系統中設置變速器。它有：四個前進擋，它有：四個前進擋， 一個倒擋，一個倒擋， 一個空擋位置。一個空擋位置。潘存云教授研制潘存云教授研制輸入軸輸入軸 4 4擋擋 3 3擋擋 2 2擋擋 倒擋倒擋 1 1擋擋輸出軸輸出軸華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制潘存云教授研制空空 擋擋離合器離合器1 1離合器離合器2 2換擋手柄換擋手柄 華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制第一擋：

15、第一擋：i i1 1=3.455 =3.455 輸出軸反向旋轉輸出軸反向旋轉 華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制第二擋：第二擋：i i2 2=1.944 =1.944 華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制潘存云教授研制第三擋：第三擋：i i3 3=1.286 =1.286 華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制第四擋：第四擋：i i3 3=0.909 =0.909 華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 潘存云教授研制潘存云教授研制倒擋倒擋 i iR R輸出軸同向旋轉輸出軸同向旋轉AA向向 倒擋齒輪倒擋齒輪華中科技大學武昌分校 作者

16、： 孫立鵬教授 潘存云教授研制圓錐摩擦輪傳動圓錐摩擦輪傳動摩擦輪傳動除了在機械無級變速器中廣泛采用外，摩擦輪傳動除了在機械無級變速器中廣泛采用外，在鍛壓、起重、運輸、機床、儀表等設備中也常用到，在鍛壓、起重、運輸、機床、儀表等設備中也常用到，其基本型式見下圖：其基本型式見下圖：18-3摩擦輪傳動簡摩擦輪傳動簡介介潘存云教授研制F圓柱平摩擦輪傳動圓柱平摩擦輪傳動圓柱槽摩圓柱槽摩擦輪傳動擦輪傳動a潘存云教授研制D2D1FpFp中間為空擋正轉 潘存云教授研制潘存云教授研制反轉 華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 摩擦輪傳動基本型式的演化摩擦輪傳動基本型式的演化 ：潘存云教授研制潘存云教授研制增

17、速增速減速減速華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 摩擦輪傳動靠摩擦傳遞運動，接觸處不可避免地摩擦輪傳動靠摩擦傳遞運動，接觸處不可避免地要產生彈性滑動，有的傳遞型式還要產生幾何滑動，要產生彈性滑動，有的傳遞型式還要產生幾何滑動，過載時會出現打滑。過載時會出現打滑。 主要失效形式是主要失效形式是對摩擦輪材料的主要要求是：對摩擦輪材料的主要要求是： . 接觸疲勞強度高，耐磨性好、以便延長工作壽命；接觸疲勞強度高，耐磨性好、以便延長工作壽命；摩擦輪傳動的計算公式見后續表。摩擦輪傳動的計算公式見后續表。 摩擦輪傳動常用的材料副、工作條件、性能數據摩擦輪傳動常用的材料副、工作條件、性能數據及使用場合

18、見下頁表。及使用場合見下頁表。 . 彈性模量大，以便減小彈性滑動和功率損耗；彈性模量大，以便減小彈性滑動和功率損耗；. 摩擦系數大，以便在滿足所需要摩擦力的前提下，摩擦系數大，以便在滿足所需要摩擦力的前提下， 降低壓緊力。降低壓緊力。 接觸疲勞接觸疲勞過度磨損過度磨損打滑打滑華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 摩擦輪傳動常用的材料機械性能摩擦輪傳動常用的材料機械性能 摩擦輪傳動材料副摩擦輪傳動材料副工作工作條件條件摩擦系數摩擦系數f許用接觸應力許用接觸應力p /MPa許用線性載荷許用線性載荷q /(N/mm)適用場合適用場合鋼鋼-鋼鋼 0.10.2 1.21.5HBS 鑄鐵鑄鐵-鋼或鑄鐵

19、鋼或鑄鐵 0.10.15 1.5 Bb 淬火鋼淬火鋼-淬火鋼淬火鋼 油中油中 0.030.05 2530HRC 夾布膠木夾布膠木-鋼或鑄鐵鋼或鑄鐵皮革皮革-鑄鐵鑄鐵木材木材-鑄鐵鑄鐵橡膠橡膠-鑄鐵鑄鐵無潤滑無潤滑0.20.25 4080 0.250.35 2030 0.40.5 515 0.450.6 1030 傳動空間較小，傳動空間較小，轉速較高，功率轉速較高，功率較大工作頻繁較大工作頻繁傳動空間較大，傳動空間較大，功率、轉速一般，功率、轉速一般，開式傳動開式傳動傳動功率較小，傳動功率較小，轉速較低，間歇轉速較低，間歇工作工作注：注：Bb為鑄鐵的彎曲疲勞極限，單位為為鑄鐵的彎曲疲勞極限，單位

20、為MPa華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 圓柱平摩擦輪傳動的計算公式圓柱平摩擦輪傳動的計算公式 傳動傳動類型類型計算項目計算項目 計算公式計算公式 說說 明明 法向壓緊力法向壓緊力Fp按接觸疲勞按接觸疲勞強度計算中強度計算中心距心距a按許用線性按許用線性載荷計算中載荷計算中心距心距aF 傳遞的圓周力傳遞的圓周力 NF 摩擦系數；摩擦系數；K 載荷系數載荷系數i 減速傳動比；減速傳動比；E 綜合彈性模量綜合彈性模量 MPa； 2E1E2 K= E1+E2P1-主動軸傳動功率主動軸傳動功率 kW；a-輪寬系數，輪寬系數， a =b/a, 常取常取0.2-0.4;n2-從動輪轉數從動輪轉數 r/min；正號用于外接觸，正號用于外接觸，負號用于內接觸；負號用于內接觸； KP1 1290a = (i1) 3 E ( )2 a f n2 iH KP1 (i1) a = 3090 afn2 iq KFFp = f圓圓柱柱平平面面摩摩擦擦輪輪傳傳動動華中科技大學武昌分校 作者： 孫立鵬教授 傳動傳動類型類型計算項目計算項目 計算公式計算公式 說說 明明 徑向壓緊力徑向壓緊力Fp按接觸疲勞強按接觸疲勞強度計算中心距度計算中心距a/mm按許用線性載按許用線性載荷計算中心距