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1.變換擋位 改變發(fā)動機(jī)與驅(qū)動輪間的傳動比，使 機(jī)械的牽引力和行駛速度適應(yīng)各種工況的需要。 2.實(shí)現(xiàn)倒擋 使機(jī)械實(shí)現(xiàn)后退行駛。 3.實(shí)現(xiàn)空擋 使發(fā)動機(jī)和傳動系保持分離，機(jī)器較 長時間停車。 4.使發(fā)動機(jī)處在最佳工作狀態(tài),（一）變速箱的功用,一、概述,（1）人力換擋（機(jī)械換擋） （2）動力換擋 采用換擋離合器將變速箱中的某兩個換擋元件接合，或采用換擋制動器將某一換擋元件制動實(shí)現(xiàn)換擋的，由于其換擋動作是通過液壓系統(tǒng)借助發(fā)動機(jī)的動力實(shí)現(xiàn)的，所以稱為動力換擋變速箱。,（二）變速箱的類型,1.按換擋方式分,（變速箱的類型）,（1）定軸式（軸線固定式） 人力換擋和動力換擋 （2）行星式（軸線旋轉(zhuǎn)式） 動力換擋,2.按輪系形式分,人力換擋變速箱、定軸式動力換擋變速箱和行星式動力換擋變速箱。,,3.工程機(jī)械變速箱類型,二、人力換擋變速箱,1.移動式齒輪換擋,（一）換擋基本原理,,雙聯(lián)齒輪向右移動，Z1與Z2嚙合，則：,此時，,（1）工作原理,雙聯(lián)齒輪向左移動，Z3與Z4嚙合，則：,此時，,顯然，,,圖示狀態(tài)，Z1、Z2、Z3、Z4均不互相嚙合，軸Ⅰ與軸Ⅱ的轉(zhuǎn)動間沒有關(guān)系，變速箱為空擋狀態(tài)。,（2）特點(diǎn),行進(jìn)中換擋時兩齒輪嚙入時的線速度不同（不同步），使換擋較困難，齒輪易損壞。 換擋時齒輪移動距離較長。 采用斜齒輪幾乎不能換擋，傳力不平穩(wěn)。 零部件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高。 常用于小型機(jī)械（如拖拉機(jī)）和不太常用的擋位（如汽車倒擋）。,,2. 嚙合套換擋,,嚙合套A向右移動，軸Ⅰ 的動力通過嚙合套傳到齒輪Z1實(shí)現(xiàn)Ⅰ擋。,（1）工作原理,,圖示狀態(tài)，嚙合套A隨軸Ⅰ轉(zhuǎn)動，但齒輪Z1與齒 輪Z3在軸Ⅰ空轉(zhuǎn)，變速箱為空擋狀態(tài)。,嚙合套A向左移動，軸Ⅰ 的動力通過嚙合套傳到齒輪Z3實(shí)現(xiàn)Ⅱ擋。,（2）特點(diǎn),換擋時嚙合套的一圈內(nèi)齒與齒輪的一圈外齒同時嚙合，傳動強(qiáng)度比移動齒輪式大，嚙合套的移動距離比前述齒輪小，也提高了換擋時的抗沖擊能力。 變速箱齒輪為常嚙合，可采用斜齒輪，傳力平穩(wěn)。 未傳動的齒輪工作時在軸上空轉(zhuǎn)，其潤滑問題需充分考慮。 常用于轉(zhuǎn)矩較大，對換擋過程無嚴(yán)格要求的機(jī)械，如推土機(jī)等。,,3. 同步器換擋,同步器可看作是嚙合套的改進(jìn)，其基本原理是掛擋前先利用摩擦力使兩個元件同步，然后進(jìn)行換擋。 廣泛應(yīng)用于汽車等高速機(jī)械。,,1.平面三軸變速箱,（二）基本類型,輸入軸、中間軸和輸出軸在同一平面內(nèi)。 變速箱有五個前進(jìn)擋和一個倒退擋：二、三、四、五擋采用同步器換擋；倒擋和一擋采用移動齒輪換擋。,平面三軸變速箱廣泛應(yīng)用于倒退不太頻繁的機(jī)械（如汽車），也可用于液壓驅(qū)動的傳動系中（如穩(wěn)定土拌合機(jī)）。,（平面三軸變速箱）,2.空間三軸變速箱,,輸入軸、中間軸和輸出軸呈三角形布置。 五個前進(jìn)擋和四個倒退擋，由于發(fā)動機(jī)功率較大，全部采用嚙合套換擋。,動力傳遞路線（表4-1） 空間三軸變速箱在倒退頻繁的機(jī)械（如推土機(jī)）上使用的較多。,,（空間三軸變速箱）,4-8,1.換擋機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)換擋，由 變速桿1、換向滑桿 （撥叉軸）6和撥叉 7等組成。,（三）操縱機(jī)構(gòu),,4-9,,2.鎖止機(jī)構(gòu),（1）鎖定機(jī)構(gòu) 鎖銷，保證不會自動脫擋。,（2）互鎖機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向框板，防止同時掛兩個擋。,（3）聯(lián)鎖機(jī)構(gòu) 帶銑槽的鎖軸，防止離合器未分離而換擋。,（四）特點(diǎn),1.需切斷動力后再換擋，換擋時間較長。 2.傳遞力矩不能太大，擋位不能太多。 3.對提高作業(yè)效率和減輕司機(jī)勞動強(qiáng)度不利。 4.結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，常與主離合器配合使用。,（五）使用保養(yǎng)和故障排除,換擋時應(yīng)使離合器完全分離； 換入擋后應(yīng)平穩(wěn)接合離合器； 低擋換高擋應(yīng)順序加擋，輪式機(jī)械應(yīng)適應(yīng)車速； 高擋換低擋應(yīng)與車速、車況、路況適應(yīng)，運(yùn)行換擋要根據(jù)車速、車況、路況控制好空油，必要時可以越級減擋 有直接擋的機(jī)械，一般應(yīng)多用直接擋以油門控制車速 機(jī)械未完全停車前，不要反向換入倒擋。,1. 使用要點(diǎn),（1）注意潤滑，定期檢查油面，定期更換齒輪油或機(jī)油，經(jīng)常檢查油塞是否緊固，是否有漏油現(xiàn)象； （2）注意各軸，不應(yīng)有軸向松動，必要時調(diào)整各軸軸承。,2. 保養(yǎng)要點(diǎn),（1）齒輪有強(qiáng)烈的聲響； （2）換擋困難； （3）跳擋； （4）漏油。,3. 常見的故障,,4-10,三、定軸式動力換擋變速箱,如圖b為定軸式動力換擋變速箱的換擋離合器與齒輪：換擋離合器接合，則齒輪與軸一起旋轉(zhuǎn)；換擋離合器分離，則齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。 如圖a，W90-3裝載機(jī)變速箱原理圖。,,1.W90-3裝載機(jī)變速箱,動力傳遞路線（表4-2）,,4-2,（1）組成 空間六軸。 （2）傳動路線 以前進(jìn)1擋為例： 輸入軸→Z1/Z2→Z7/Z8 →Z10/Z11→輸出軸,2.ZLM50裝載機(jī)變速箱,（3）傳動比,3.RM80清篩機(jī)變速箱,3. 特 點(diǎn),（1）可在不切斷動力（甚至在大載荷）情況下?lián)Q擋。 （2）可減輕司機(jī)操作強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。 （3）與液力變矩器配合使用，可保護(hù)發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)。 （4）與人力換擋變速箱相比，傳動效率較低。 （5）采用旋轉(zhuǎn)接頭引入液壓油，帶來密封問題。,,四、行星式動力換擋變速器,1.簡單行星排動力換擋變速箱,圖4-12 簡單行星排動力換擋變速箱簡圖 1-太陽輪；2-齒圈；3-行星架；4-行星輪；5-制動器；6-行星輪軸,,（2）行星排轉(zhuǎn)速方程式 nt+knq - (1+k)nj = 0 （3）二自由度行星排 固定某一元件（如采用制動器），行星排成為一自由度系統(tǒng)，即可由轉(zhuǎn)速方程式確定行星排傳動比。 六種傳動方案。,圖4-13 簡單行星排的傳動方案,,,（1）三基本元件 太陽輪t、行星架j、齒圈q。,簡單行星排六種方案傳動比 表4-3,（4）結(jié)論 簡單行星排變速箱可得到6種傳動方案，但其傳動比受k的限制，尚不能滿足工程機(jī)械的要求。因此行星變速箱通常由幾個簡單行星排組合而成。,,2.CL7鏟運(yùn)機(jī)行星變速箱,圖4-14 CL7鏟運(yùn)機(jī)變速箱傳動簡圖,,（1）變速箱組成 a.前行星變速箱 第一行星排。 b.后行星變速箱 第二、三、四行星排。 （2）自由度和擋數(shù)分析 a.前行星變速箱 兩個操縱元件，可實(shí)現(xiàn)兩個擋。 b.后行星變速箱 ①結(jié)構(gòu)分析：五個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件（B、C、D、E、2）。 ②自由度分析：Y = m – p = 5 – 3 = 2（m、p分別為旋轉(zhuǎn)構(gòu)件數(shù)和行星排數(shù)）。 ③擋數(shù)分析：二自由度，四操縱元件，可實(shí)現(xiàn)四個擋。,,（3）計(jì)算各擋速比,前行星排轉(zhuǎn)速方程式為： na + k1nb - (1+k1) n1= 0 (k1=59/23) ①接合離合器L1 na=n1，i=n1/nb=1，為直接擋。 ②接合制動器Z1 na=0，i=n1/nb=k1/(k1+1)=0.72,,a.前行星變速箱速比計(jì)算,各行星排轉(zhuǎn)速方程式 nb + k2nd - (1+k2)nc = 0(k2=59/31) （a） nb + k3nc - (1+k3)n2 = 0(k3=59/21) （b） nc + k4ne - (1+k4)n2 = 0(k4=59/31) （c） ①接合離合器L2 nb=nc，代入(b)得：i=nb/n2=1 ②接合制動器Z2 nd=0，由(a)得：nb= (1+k2)nc ，代入(b)得: i=nb/n2=(1+k2)(1+k3)/(k2+k3+1)=1.94,,,b.后行星變速箱速比計(jì)算,③接合制動器Z3 nc=0，代入(b)得：i=nb/n2=k3+1=3.84 ④接合制動器Z4 ne=0，由(c)得：nc= (1+k4)n2 ，代入(b)得 ： i=nb/n2=1-k3k4= - 4.35,,,（4）變速箱總速比（表4-4） i=i前i后,CL7型鏟運(yùn)機(jī)變速箱的總傳動比 表4-4,,圖4-15 ZL50裝載機(jī)變速箱傳動簡圖 1-泵輪；2Ⅰ-一級渦輪；2Ⅱ-二級渦輪；3-導(dǎo)輪；4-單向離合器；5-換擋制動器Ⅰ；6-換擋制動器Ⅱ；7-換擋離合器；8-轉(zhuǎn)向泵；9-自由輪,3.ZL50裝載機(jī)行星變速箱,,結(jié)論 雙渦輪液力變矩器相當(dāng)于兩擋自動變速箱，可相應(yīng)減少變速箱擋數(shù)，以簡化變速箱結(jié)構(gòu)。,（1）雙渦輪液力變矩器,高速輕載時 超越離合器分離， 2Ⅱ單獨(dú)傳遞動力。 低速重載時 超越離合器接合， 2Ⅰ和2Ⅱ共同傳遞動力。,,（2）行星變速機(jī)構(gòu),行星變速機(jī)構(gòu)由兩個相同的簡單行星排組成。 兩太陽輪制成一體，與變速箱輸入軸和換擋離合器主動軸相連。 左齒圈、右行星架和離合器被動鼓連成一體，行星變速機(jī)構(gòu)的輸出軸。 左行星架和右齒圈上分別設(shè)倒擋制動器5和一擋制動器6。 兩行星排間有四個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，二自由度變速箱；三個操縱元件可實(shí)現(xiàn)三個擋位。,,（3）變速箱速比計(jì)算,行星排轉(zhuǎn)速方程式為： nt + knq - (1+k) nj= 0 ①接合制動器6，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)一擋 i1′= 1 + k 高速輕載 i1 = iAi1′ (ZC/ZD) 低速重載 i1 = iA-Bi1′(ZC/ZD),,,②接合離合器7，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)二擋 i2′ = 1 高速輕載 i2 = iAi2′ (ZC/ZD) 低速重載 i2 = iA-Bi2′(ZC/ZD) ③接合制動器5，實(shí)現(xiàn)倒擋 i倒′ = -k 高速輕載 i倒 = iAi倒′(ZC/ZD) 低速重載 i倒 = iA-Bi倒′(ZC/ZD),,,（4）“三合一”機(jī)構(gòu),組成 嚙合套X和齒輪E、F、G、H等。 工作原理 將嚙合套X接合，則車輪帶動變速箱輸出軸轉(zhuǎn)動，通過齒輪E、F、自由輪9傳給齒輪G、H，帶動轉(zhuǎn)向泵8和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動，從而解決了發(fā)動機(jī)熄火后不能拖起動、拖轉(zhuǎn)向和拖行時制動的問題。 發(fā)動機(jī)起動后，轉(zhuǎn)速很快升高，動力傳到不能反向傳動的自由輪9時便被切斷，以防止“三合一”機(jī)構(gòu)被損壞；發(fā)動機(jī)起動后同時也應(yīng)即行摘開嚙合套X。,,4. 特 點(diǎn),幾個齒輪同時傳遞動力，可采用小模數(shù)齒輪 。 零件受力平衡，軸承、軸、殼體等受力較小，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小 。 結(jié)構(gòu)剛度大，齒輪接觸良好，使用壽命長。 換擋主要采用制動器、固定油缸和固定密封，避免了大量的旋轉(zhuǎn)油缸和旋轉(zhuǎn)密封，操縱系統(tǒng)可靠性提高。 制動布置于變速箱外周，尺寸大，工作容量大。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多，制造困難。,,復(fù)習(xí)思考題,1. 試述變速箱的功用。 2. 變速箱有哪些類型？各有什么特點(diǎn)？試各舉一例說 明各種變速箱的動力傳遞路線分析及其傳動比計(jì)算。 3. 人力換擋變速箱有哪些換擋方式？各種換擋方式有 何特點(diǎn)？ 4. 試述變速箱擋位、傳動比、轉(zhuǎn)速、扭矩之間的關(guān)系。,