变传动比转动机构

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册中》第1824页（4764字）

1．2．1 有级变速传动机构

例5．2-15 汽车变速箱

图示汽车变速箱输入轴Ⅰ与发动机相连，在轴Ⅰ和输出轴Ⅳ间利用轮系搭配不同齿数的齿轮。当用操纵杆分别移动轴Ⅳ的齿轮4和6时，即可使输出轴Ⅳ获得四种不同的转速：第一种，齿轮离合器4和B啮合，轴Ⅰ和Ⅳ连成一体，汽车以最高速行驶；第二种，A与B脱开，使轮1和2以及轮3和4啮合，输出轴减速，且与输入轴同向转动，汽车以中速行驶；第三种，A与B脱开，轮1和2以及轮5和6啮合，输出轴减速，且与输入轴同向转动，汽车以低速行驶；第四种，A与B脱开，轮1和2、轮7和8以及轮8和6相啮合，输出轴减速，且与输入轴反向转动，汽车以最低速倒车。

例5．2—16 单齿轮滑移多级变速机构

花键轴Ⅰ装有一可滑动的直齿轮A，它可与轴Ⅱ上任一等高齿锥齿轮B啮合。这些锥齿轮的齿数按等差级数变化。连接各锥齿轮的销子，如图所示，必须使所有齿轮均有一齿槽保持成直线。每片齿轮的一半齿相对另一半齿沿轴向错过一定距离，使直齿轮A能迅速和原来啮合的齿轮脱开，并滑向另一片锥齿轮。这种机构可在运转中完成变速，变速级数多而齿轮数目较少，结构简单、紧凑，刚性好，但缺点是齿不沿全齿宽啮合，磨损不均匀。

设锥齿轮片数为m，输出轴转速分别为n₁．n……、n_m，公差数为a，则

n_m=n₁+(m-1)a

如轴Ⅱ主动，转速为nⅡ，则各锥齿轮齿数为

如轴Ⅰ主动，转速为。则各锥齿轮齿数为

以上式中i=1、2……m。

例5．2-17 圆周布置的齿轮变速机构

图a)所示轴Ⅱ和Ⅷ均装有相同齿数的大、小齿轮，各轴间均以小齿轮带动大齿轮转动，但轮1与轮6不啮合。齿轮的轴向布置见图b)，运动由轴Ⅰ输入，轴Ⅸ输出。若转动手柄5使惰轮3分别与轴Ⅰ～Ⅷ的各小齿轮啮合，则从动轴Ⅸ可得到八档减速运动，单数档时与双数档时的转向相反。欲使转向恒定，齿轮需按图c)方式布置，

这种齿轮布置方式适用于轴向尺寸较小的场合。

例5．2-18 双电机行星变速机构

机构由电机Ⅰ Ⅱ带动，由与行星架X相连的齿轮5输出。其中构件4以齿数Z_A与齿数为Z₃的齿轮3外啮合，以Z_B与齿数为Z_c的齿轮C内啮合，通过控制制动轮D、E，可使行星架得到如下四种速度：

① 电机Ⅱ被制动时，行星架的转速为

式中为电机Ⅱ制动时A轮(电机Ⅰ)的转速；

， 为电机Ⅱ制动时的传动比。

② 电机Ⅰ被制动时，行星架的转速为

式中 ，为电机Ⅰ被制动时B轮的转速，其中nⅡ为电机Ⅱ的转速，，为电机Ⅰ被制动时B轮与行星架X间的传动比。

③ 电机Ⅰ、Ⅱ皆运转，A、B轮以同方向旋转时，行星架的转速为

④ 电机Ⅰ、Ⅱ皆运转，A、B轮以反方向旋转时，行星架的转速为

这种机构广泛用于小型连轧机、铸造吊车和氧气顶吹转炉的倾翻机构等。如果Ⅱ采用较小功率的直流电机，可实现以小功率控制大功率的无级变速。

例5．2-19 自行车变速轴

三速变速轴结构及变速原理如图示，采用的是2K-H负号机构。A为大轮盘，B为飞轮(即小链轮)，速度转换通过拉动变速拉链7来实现。

Ⅰ速(增速，图示位置)时，后飞轮B与四爪5固连，四爪5的四个爪嵌入十字拨块4相应的沟槽中，十字拨块4嵌入行星齿轮座6内(相当于行星齿轮机构中的系杆)。当脚蹬向前转动时，四爪5便转动十字拨块4，带动行星齿轮座6，行星齿轮2作行星运动，并驱动中心内齿轮3，通过装在3上的千斤Ⅱ推动车轮前进。

Ⅱ速(常速)时，通过手揿拨把将变速拉链7向右拉动，使十字拨块向右移动，并与行星齿轮座脱开而与中心内齿轮3啮合。此时脚蹬向前转动，就将运动直接传给中心内齿轮3，装在其上的千斤Ⅱ便推动车轮前进。与此同时，由于中心内齿轮3的运动仍会带动行星齿轮作行星运动，且将运动通过行星齿轮座传给千斤Ⅰ，但千斤Ⅰ的速度小于千斤Ⅱ，故千斤Ⅰ只能在棘轮上打滑。

Ⅲ速(减速)时，变速拉链被继续向右拉动，这时十字拨块和千斤Ⅱ位于垂直于轴线的同一平面内，十字拨块转动时碰撞千斤Ⅱ的尾部凸起(参看图A-A剖面)，将千斤Ⅱ与棘轮脱开。此时脚蹬向前转动，千斤Ⅱ不起作用，而由十字拨块将运动传给中心内齿轮，并使行星齿轮作行星运动，再通过行星齿轮座将运动传给千斤Ⅰ推动车轮向前行驶。

例5．2-20 汽车行星变速装置

该装置由三个简单的2K-H行星齿轮机构通过比较复杂的方式联接而成。当其与图中的带式制动器B₁、B₂、B₃、B₁和锥面离合器C配合使用时，可获得五种不同的速度：第一档，B₁被制动，内齿轮M、K、系杆H₂以及中心轮J都和机架固定，这时除由M、G、H₃构成的2K-H机构外，其余三组行星齿轮机构均处于空转状态；第二档，B₂被制动，使内齿轮L和机架固定，这时由构件F、L、H₂和构件G、M、H₃构成的两组2K-H机构参与运动和功率的传递，其余两组2K-H机构处于空转状态；第三档，B₃被刹住，中心轮E与机架固定，这时由构件E、K、H₁和F、L、H₂以及G、M、H₃分别组成的三组2K-H机构参与运动和功率的传递；第四档，锥面离合器C结合，中心轮E和输入轴Ⅰ的F、G成为一体，这时除最后的行星齿轮机构作空转外，前面的三个都是锁住的，因此各齿轮之间不产生任何相对运动，轴Ⅰ与轴Ⅱ也被锁成一体而成为直接传动；倒档，B_r被制动，这时内齿轮N与机架固定，参加运动和功率传递的为所剩下的G、M、H₃和JN、H₄所组成的两个行星齿轮机构。

这种结构具有结构紧凑、效率高以及能够实现差动等特点。但设计与制造要求有较高的精度和优良的装配性能，以及各行星轮承载应均匀。

1．2．2 无级变速传动机构

例5．2-21 钢球外锥轮式无级变速机构

这种机构由主动轴1通过加压盘2经钢球带动摩擦盘3同速转动，再经过一组钢球5(3～8颗)驱动从动摩擦盘7和输出轴9。调速是通过蜗杆、带有槽凸轮的蜗轮(图中未示出)使钢球5的轴4转动a角来实现的。主、从动轴上的加压机构能自动施加与载荷成正比的压紧力，使摩擦盘与传动钢球5相互压紧，确保在没有滑动的情况下传递动力。其传动比为

一般，传动比i，=1／3～3，变速范围，功率N≤0．2～11kW，效率η=1／8～0．9。其特点为体积小，结构紧凑，可增速或减速，但制造精度要求较高。输出传递动力特性基本上为恒功率。

例5．2-22 具有行星齿轮机构的齿链式无级变速传动装置

运动和动力由电机(额定功率N=2．2kW，额定转速n_电=1430r／min)经过定轴齿轮Ⅰ、Ⅱ减速后，驱动主动链盘PI，同时也驱动另一端的定轴齿轮Ⅲ、Ⅳ(齿轮V是惰轮)，于是行星齿轮机构的中心轮1开始转动；主动链盘的运动经齿链L增速或减速后带动被动链盘PⅡ转动，并经定轴齿轮Ⅵ、Ⅶ驱动行星齿轮机构的中心轮3。差动机构的这两项输入运动，经系杆H输出。在齿链式无级变速装置中加入差动机构，可扩大变速范围。例如，未加差动机构的齿链式无级变速机构的变速范围为4．54，而加入差动机构后，则可在329到0r／min的范围内变化。此外，若将机构中有关齿轮的齿数作适当的改变，还可在电机不改变转动方向的前提下，实现输出轴的正、反转和零转。

例5．2-23 连杆式脉动无级变速机构

这种机构由连杆机构与单向超越离合器组成。通过改变连杆机构中某一构件的长度。使摇杆(即超越离合器的外环)得到不同的摆角，以达到无级变速的目的。

滑动曲柄AB的曲柄销B，可以改变曲柄长度。曲柄每转一周，带动摇杆CD摆动相应的角度。改变AB的长度，摇杆CD的摆角作相应改变。当采用一个曲柄摇杆机构带动一个单向超越离合器时，其输出为间歇脉动回转，输出极不平稳。因此，为减小脉动不均匀性，通常采用多相(3～5相)并列，由数个曲柄-单向超越离合器交替重叠带动一个输出轴，以提高输出的均匀性。这种机构简单、可靠，变速性能稳定，停止和运行时均可调速。适用于中、小功率(约10kW以下)，中、低速(40～1000r／min)的减速、变速，以及对输出轴旋转均匀性要求不严的场合。

例5．2-24 液力变速机构

主动轴1带动泵轮4旋转，泵轮叶片搅动变扭器内的工作液推动输出涡轮3上的叶片，由涡轮输出扭矩。若以泵轮输入扭矩与转速为常数，则涡轮输出扭矩与其转速成反比，涡轮转速愈高，输出扭矩愈小。构件2、5为导向轮，6为超越离合器。

液力变速机构常与行星变速器串联使用也称液力变扭器，如汽车自动变速机构。除图所示的四元件式外，还有三或五元件式。其结构简单，效率高，且工作可靠，无冲击。