变速箱构造ppt课件

第第4 4章章 工程机械变速箱工程机械变速箱 主要内容主要内容4.1 概述概述4.24.2机械换档变速箱机械换档变速箱4.34.3行星齿轮式动力换档变速箱行星齿轮式动力换档变速箱4.44.4定轴式动力换档变速箱定轴式动力换档变速箱4.54.5动力换档变速箱的电液控制系统动力换档变速箱的电液控制系统实训：实训：EQ1090EQ1090变速器的拆装变速器的拆装 第第4 4章章 工程机械变速箱工程机械变速箱 学习目的学习目的掌握变速箱的功用掌握变速箱的功用熟悉机械换档与动力换档的不同熟悉机械换档与动力换档的不同分析行星齿轮式动力换档的传动方案分析行星齿轮式动力换档的传动方案结合实训结合实训EQ1090EQ1090变速器的拆装，掌握各类不同变速器的拆装，掌握各类不同变速箱的构造特点变速箱的构造特点 第第4 4章章 工程机械变速箱工程机械变速箱4.1 概述概述1.1.功用功用:减速增扭减速增扭 变换档位变换档位 实现倒档实现倒档 实现空挡实现空挡2.2.基本要求基本要求 （1）具有足够的档位和合适的传动比，使机械能在）具有足够的档位和合适的传动比，使机械能在 合适的牵引力和速度下工作，具有良好的牵引合适的牵引力和速度下工作，具有良好的牵引 性和燃料经济性以及较高的生产率。性和燃料经济性以及较高的生产率。（2）变速器应工作可靠，传动效率高，使用寿命长）变速器应工作可靠，传动效率高，使用寿命长 结构简单，维修方便。结构简单，维修方便。（3）变速器应换档轻便，不允许出现同时挂两个档）变速器应换档轻便，不允许出现同时挂两个档 或自动脱档和跳档现象。或自动脱档和跳档现象。（4）对动力换档变速还要求换档离合器结合平稳。）对动力换档变速还要求换档离合器结合平稳。3.3.变速箱的类型变速箱的类型（1 1）按传动比的变化方式划分按传动比的变化方式划分，变速器可分为，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。有级式、无级式和综合式三种。有级式变速器有级式变速器:应用最广泛。它采用齿轮传动，具应用最广泛。它采用齿轮传动，具 有若干个定值传动比。有若干个定值传动比。无级式变速器无级式变速器:一定数值范围内可按无限多级变化，一定数值范围内可按无限多级变化，有电力式和液力式（动液式）两种。有电力式和液力式（动液式）两种。综合式变速器综合式变速器:指由液力变矩器和齿轮式有级变速指由液力变矩器和齿轮式有级变速 器组成的液力机械式变速器，器组成的液力机械式变速器，3.3.变速箱的类型变速箱的类型（2 2）按操纵方式不同，变速器可分为：按操纵方式不同，变速器可分为：机械换档机械换档变速器和变速器和动力换档动力换档变速器两类。变速器两类。机械换档变速器机械换档变速器:通过操纵机构来拨动齿轮或啮合套进通过操纵机构来拨动齿轮或啮合套进 行换档。其工作原理，行换档。其工作原理，如图如图4-1所示，所示，动力换档变速器动力换档变速器:齿轮和轴的结合和分离是通过离合器齿轮和轴的结合和分离是通过离合器 离合器的分离和结合是用液压操纵的离合器的分离和结合是用液压操纵的 液压操纵的压力油由发动机带动的液液压操纵的压力油由发动机带动的液 压泵提供，离合器的结合和分离靠的压泵提供，离合器的结合和分离靠的 是发动机的动力，称为动力换档。是发动机的动力，称为动力换档。如图如图4-2所示所示3.3.变速箱的类型变速箱的类型(3)(3)按轮系形式分按轮系形式分 定轴式变速器:变速器中所有齿轮都有固定的变速器中所有齿轮都有固定的 回转轴线。回转轴线。行星式变速器:变速器中有些齿轮的轴线在空间变速器中有些齿轮的轴线在空间 旋转。这样的齿轮叫作行星轮，旋转。这样的齿轮叫作行星轮，它在空间有两个运动：绕自身轴它在空间有两个运动：绕自身轴 线的自转和随自身轴线在空间中线的自转和随自身轴线在空间中 绕公共轴线的公转。绕公共轴线的公转。因此叫这类因此叫这类 变速器为行星齿轮变速器。变速器为行星齿轮变速器。4.4.变速箱工作原理变速箱工作原理 普通齿轮式变速器是利用不同齿数的齿轮啮合传动实普通齿轮式变速器是利用不同齿数的齿轮啮合传动实现转速和转矩的改变。现转速和转矩的改变。在一对齿轮逐齿啮合传动中，相同时间内，两个齿轮在一对齿轮逐齿啮合传动中，相同时间内，两个齿轮参加啮合的齿数比定相等，故参加啮合的齿数比定相等，故 n1Z1=n2Z2。传动比传动比：i12=n1/n2 =Z2 /Z1 。即。即:输入轴转速与输入轴转速与 输出轴转速之比或被动齿轮齿数与主动齿轮齿数之比，输出轴转速之比或被动齿轮齿数与主动齿轮齿数之比，称为传动比。称为传动比。如果是多级齿轮组成的传动轮系如果是多级齿轮组成的传动轮系，其传动比为被动齿其传动比为被动齿轮齿数的连乘积与主动齿轮齿数的连乘积之比：轮齿数的连乘积与主动齿轮齿数的连乘积之比：倒档原理：倒档原理：改变齿轮传动的对数或改变行星齿轮的约改变齿轮传动的对数或改变行星齿轮的约 束元件。束元件。1 2 3.nii i ii4.24.2机械换档变速箱机械换档变速箱1.1.变速传动机构变速传动机构平面三轴式变速箱平面三轴式变速箱 这类变速箱的特点是输入轴这类变速箱的特点是输入轴1与输出轴与输出轴5布置在同布置在同一轴线上，可以获得直接档，由于输入轴一轴线上，可以获得直接档，由于输入轴1，输出轴，输出轴5和中间轴和中间轴7处在同一平面内，故称为平面三轴式变速箱处在同一平面内，故称为平面三轴式变速箱图图4-4所示为平面三轴五档变速箱结构简图。所示为平面三轴五档变速箱结构简图。图图4-4 4-4 平面三轴变速箱结构简图平面三轴变速箱结构简图1-第一轴；第一轴；2-轴承；轴承；3-接合齿圈；接合齿圈；4-同步环；同步环；5-第二轴；第二轴；6-油泵；油泵；7-中间轴；中间轴；8-接合套；接合套；9-中间轴常啮合齿轮；中间轴常啮合齿轮；10-花键毂花键毂 此变速箱有五个此变速箱有五个前进档和一个倒档。前进档和一个倒档。通过此图分析其通过此图分析其动力传递路线，总动力传递路线，总结出每个档位的工结出每个档位的工作过程和特点。作过程和特点。1.1.变速传动机构变速传动机构空间三轴式（组合式）变速箱空间三轴式（组合式）变速箱 以以T220履带推土机变速箱履带推土机变速箱为例，其结构为例，其结构如图如图4-5所所示。示。它是由箱体、齿轮、轴和轴承等零件组成的，具它是由箱体、齿轮、轴和轴承等零件组成的，具有五个前进档和四个倒档，采用啮合套换档的有五个前进档和四个倒档，采用啮合套换档的空间三空间三轴式变速箱。轴式变速箱。T220推土机变速箱共有三根轴：推土机变速箱共有三根轴：输入轴、中间轴输入轴、中间轴和输出轴和输出轴。这三根轴呈。这三根轴呈空间三角形空间三角形布置，以保证各档布置，以保证各档齿轮副的传动关系。齿轮副的传动关系。T220推土机变速箱属推土机变速箱属于组合式变速箱，其传动于组合式变速箱，其传动部分由换向与变速两部分部分由换向与变速两部分组成。组成。在分析变速传动部分时，在分析变速传动部分时，首先，应弄清箱体、轴和首先，应弄清箱体、轴和齿轮三者间的装配关系，齿轮三者间的装配关系，以便了解各档传动路线和以便了解各档传动路线和工作情况。工作情况。总结出次变速器的前进总结出次变速器的前进5个档和倒退个档和倒退4个档的传动个档的传动路线路线。图图4-5 T220推土机变速箱构造推土机变速箱构造 2.2.变速操纵机构变速操纵机构变速操纵机构包括换档机构变速操纵机构包括换档机构与锁止装置，其功能是保证与锁止装置，其功能是保证按需要顺利可靠地进行换档。按需要顺利可靠地进行换档。换档机构换档机构换档机构主要由变速杆换档机构主要由变速杆1、滑杆滑杆6、拨叉、拨叉7等组成。每等组成。每根滑杆可以控制两个不同根滑杆可以控制两个不同档位，根据档位的数目确档位，根据档位的数目确定滑杆数目。定滑杆数目。变速箱操纵机构变速箱操纵机构1-变速杆；变速杆；2-球头；球头；3-导向框板；导向框板；4-换向滑杆凹槽；换向滑杆凹槽；5-锁定销；锁定销；6-换向滑杆；换向滑杆；7-拨叉；拨叉；8-滑动齿轮；滑动齿轮；9-变速箱轴变速箱轴2.2.变速操纵机构变速操纵机构锁止装置锁止装置 锁止装置包括锁止装置包括:锁定机构锁定机构(自锁自锁)互锁机构互锁机构 倒档锁装置倒档锁装置 联锁机构联锁机构 锁定机构锁定机构(自锁自锁)挂档后应保证结合套于与挂档后应保证结合套于与 结合齿圈的全部套合（或滑动结合齿圈的全部套合（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮齿轮换档时，全齿长都进入啮合）在振动等条件影响下，操合）在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速器不自行挂纵机构应保证变速器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置。换档拨叉构中设有自锁装置。换档拨叉轴上方有三凹坑，上面有被弹轴上方有三凹坑，上面有被弹簧压紧的钢珠。当拨叉轴位置簧压紧的钢珠。当拨叉轴位置处于空档或某一档位置时，钢处于空档或某一档位置时，钢珠压在凹坑内。起到了自锁的珠压在凹坑内。起到了自锁的作用作用。互锁机构互锁机构 当中间换档当中间换档拨叉轴移动挂档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨时，另外两个拨叉轴被钢球琐住。叉轴被钢球琐住。防止同时挂上两防止同时挂上两个档而使变速器个档而使变速器卡死或损坏，起卡死或损坏，起到了互锁作用。到了互锁作用。互锁装置工作示意图互锁装置工作示意图 倒档锁装置倒档锁装置 当换档杆下端(红色的长方块部分)向倒档拨叉轴移动时，必须压缩弹簧才能进入倒档拨叉轴上的拨块槽中。防止了在汽车前进时误挂倒档，而导致零件损坏，起到了倒档锁的作用。当倒档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨叉轴被钢球琐住。联锁机构联锁机构 联锁机构是用来防止离合联锁机构是用来防止离合器未彻底分离时换档。器未彻底分离时换档。在在离合器踏板（或操纵杆）离合器踏板（或操纵杆）4上用拉杆上用拉杆3连接着摆动杠连接着摆动杠杆杆1，摆动杠杆，摆动杠杆1固定在可固定在可以转动的联锁轴以转动的联锁轴2上。联上。联锁轴锁轴2上沿轴向制有槽上沿轴向制有槽8，当离合器踏板完全踩下，当离合器踏板完全踩下，也就是离合器分离时，通也就是离合器分离时，通过拉杆推动联锁轴过拉杆推动联锁轴2，使，使其上的槽其上的槽8正好对准锁定正好对准锁定销销5的上端。此时锁定销的上端。此时锁定销5才可能被顶起，滑杆才可能被顶起，滑杆6才才可能被拨动，实现换档，可能被拨动，实现换档，如图如图4-9a所示。所示。图图4-9 变速箱联锁机构变速箱联锁机构 a）离合器分离时；）离合器分离时；b）离合器接合时）离合器接合时1-摆动杆；摆动杆；2-联锁轴；联锁轴；3-拉杆；拉杆；4-离合器踏板；离合器踏板；5-锁定销；锁定销；6-换档滑杆；换档滑杆；7-拨叉；拨叉；8-铣槽铣槽同步器 无同步器的换档过程无同步器的换档过程 低档换高档w 高档速度高档速度V2w 接合套速度接合套速度V3w 低档速度低档速度V4w 踩离合器，脱空档，踩离合器，脱空档，V3=V4（瞬（瞬时）因为时）因为V2V4,则则V2V3（不同（不同步）步），由于，由于V3下降慢（转动惯下降慢（转动惯量大），量大），V2下降快（转动惯量下降快（转动惯量小），等待一会时间，当小），等待一会时间，当V3=V2时，时，再踩离合器，挂档。再踩离合器，挂档。无同步器的换档过程无同步器的换档过程 高档换低档高档换低档w 踩离合器，脱空档，踩离合器，脱空档，V3=V2（瞬（瞬时）因为时）因为V2V4,则则V3V4（不同（不同步）步）w V3下降慢（转动惯量大）下降慢（转动惯量大）,w V4下降快（转动惯量小），下降快（转动惯量小），w 若不采取措施，若不采取措施，V3与与V4不同步差不同步差距会更大，距会更大，w 此时，应抬起离合器，加油门，此时，应抬起离合器，加油门，迅速提高迅速提高V4，当，当V3=V4时，时，w 再踩离合器，挂档。再踩离合器，挂档。归归 纳纳 无同步器换档时无同步器换档时：低档换高档低档换高档两脚离合器，中间不加油门。两脚离合器，中间不加油门。高档换低档高档换低档-两脚离合器，中间加油门。两脚离合器，中间加油门。显然，无同步器换挡时，十分复杂，跟现实中完全不显然，无同步器换挡时，十分复杂，跟现实中完全不一样。一样。2.2.变速操纵机构变速操纵机构同步器的构造及其工作原理同步器的构造及其工作原理 同步器有常压式，同步器有常压式，惯性式惯性式和自行增力式等种类。这里和自行增力式等种类。这里仅介绍目前广泛采用的仅介绍目前广泛采用的惯性式同步器惯性式同步器。惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。惯性同步器按结构又分为惯性同步器按结构又分为锁环式锁环式和和锁销式锁销式两种两种锁环式惯性同步器锁环式惯性同步器 锁锁 销销 式式 惯惯 性性 同同 步步 器器 4.34.3行星齿轮式动力换档变速箱行星齿轮式动力换档变速箱 行星齿轮式动力换档变速箱具有结构紧凑、传动行星齿轮式动力换档变速箱具有结构紧凑、传动比大、传递扭矩能力大等特点，在工程机械上得到了比大、传递扭矩能力大等特点，在工程机械上得到了广泛的应用，如广泛的应用，如ZL-40（50）装载机、采用了此种形）装载机、采用了此种形式的变速器，式的变速器，本节将以本节将以ZL-50ZL-50装载机的变速器为例进装载机的变速器为例进行介绍。本节包括以下内容：行介绍。本节包括以下内容：1.1.行星排工作原理行星排工作原理 2.2.典型行星式动力换挡变速器典型行星式动力换挡变速器1.行星排工作原理 组成组成:由太阳轮、行星轮、齿圈、行星架由太阳轮、行星轮、齿圈、行星架.联接型式联接型式:行星轮与太阳轮和齿圈啮合，起着中间轮的作用行星轮与太阳轮和齿圈啮合，起着中间轮的作用 行星轮滑套在行星架上，相互独立旋转行星轮滑套在行星架上，相互独立旋转 承担不同的传动比承担不同的传动比 单排行星齿轮机构单排行星齿轮机构 1-齿圈；齿圈；2-行星架；行星架；3-太阳轮；太阳轮；4-行星齿轮；行星齿轮；5-主动轴；主动轴；6-从动轴从动轴单行星排特性方程单行星排特性方程K是齿圈齿数与太阳轮齿数的比值，称为行星排特性参数是齿圈齿数与太阳轮齿数的比值，称为行星排特性参数 行星齿轮机构三个基本构件均可以根据传动要求，行星齿轮机构三个基本构件均可以根据传动要求，将其中任意一个构件固定将其中任意一个构件固定，使另外两构件分别与传动系，使另外两构件分别与传动系中的中的主动部件主动部件和和从动部件从动部件连接。根据不同的选择可得到连接。根据不同的选择可得到6个不同传动比的传动方案。个不同传动比的传动方案。0)1(321nKKnn123,n nn和分别表示太阳轮，齿圈和行星架的转速 6 6种不同传动比的传动方案：种不同传动比的传动方案：（1）齿圈固定，太阳轮为主动件，行星架为从动件 （2）齿圈固定，行星架为主动件，太阳轮为从动件 （3）太阳轮固定，齿圈为主动件，行星架为从动件 （4）太阳轮固定，行星架为主动件，齿圈为从动件 （5）行星架固定，太阳轮为主动件，齿圈为从动件 （6）行星架固定，齿圈为主动件，太阳轮为从动件 2.2.典型行星式动力换档变速箱特点典型行星式动力换档变速箱特点 ZL50DZL50D装载机装载机是我国装载机系列中的主要机种，系是我国装载机系列中的主要机种，系列中其它机种的结构与之相似列中其它机种的结构与之相似 该变速箱配用的液力变矩器具有一级、二级两个涡该变速箱配用的液力变矩器具有一级、二级两个涡轮（称双涡轮液力变矩器）轮（称双涡轮液力变矩器）用二根相互套装在一起的并与齿轮做成一体的一级、用二根相互套装在一起的并与齿轮做成一体的一级、二级输出齿轮（轴），将动力通过常啮齿轮副传给变二级输出齿轮（轴），将动力通过常啮齿轮副传给变速箱。速箱。ZL50D装载机的行星变速箱，具有两个前进档和一装载机的行星变速箱，具有两个前进档和一个倒档。个倒档。档位实现过程前进一档前进一档 当接合制动器当接合制动器9时，时，实现前进一档传动实现前进一档传动 前进二档（直接档）前进二档（直接档）当闭锁离合器当闭锁离合器12接合时，接合时，实现前进二档。实现前进二档。倒退档倒退档 当制动器当制动器6接合时，接合时，实现倒退档实现倒退档 ZL50DZL50D装载机液力机械传动简图装载机液力机械传动简图4.44.4定轴式动力换档变速箱定轴式动力换档变速箱 这种型式的变速器结构简单、维护方便，价格低，这种型式的变速器结构简单、维护方便，价格低，工程机械中应用较为普遍。如工程机械中应用较为普遍。如TL-180推土机，高速推推土机，高速推土机和高速装载机等。本节以土机和高速装载机等。本节以TL-180推土机变速器为推土机变速器为例进行介绍例进行介绍,包括以下内容：包括以下内容：1.1.变速箱结构变速箱结构 2.2.各档动力传递情况各档动力传递情况1.1.变速箱结构变速箱结构TL-180推土机变速器主要组成：推土机变速器主要组成：壳体壳体 变速传动机构变速传动机构 换档离合器换档离合器 变速操纵阀变速操纵阀 TL-180TL-180的结构特点，参见课本的结构特点，参见课本P90P90页图页图4-23.4-23.2.2.各档动力传递情况各档动力传递情况前进一、三档时，动力由前进一、三档时，动力由(见下图见下图)：2.2.各档动力传递情况各档动力传递情况其他各档动力传递情况如下图：其他各档动力传递情况如下图：(a)(a)前进前进1 1档档;(b);(b)前进前进4 4档档;(c);(c)倒退倒退4 4档档4.54.5动力换档变速箱的电液控制系统动力换档变速箱的电液控制系统 液力机械传动系的控制有纯液力机械传动系的控制有纯液压控制系统液压控制系统和和电液控制电液控制系统系统两种型式。无论哪种型式，最终都归结为对变速两种型式。无论哪种型式，最终都归结为对变速箱的换档操纵，液力变矩器循环油液的控制与冷却，箱的换档操纵，液力变矩器循环油液的控制与冷却，以及变速箱与变矩器中需要润滑的零件的润滑等任务。以及变速箱与变矩器中需要润滑的零件的润滑等任务。本节包括以下内容：本节包括以下内容：1.1.液压控制系统液压控制系统 2.2.电控系统电控系统 3.3.典型控制系统分析典型控制系统分析1.1.液压控制系统液压控制系统液压控制系统包括以下内容：液压控制系统包括以下内容：变速箱电磁阀；变速箱电磁阀；先导减压阀；先导减压阀；主溢流阀；主溢流阀；液力变矩器出口阀；液力变矩器出口阀；顺序阀；顺序阀；快速复位阀；快速复位阀；方向选择阀；方向选择阀；H-L选择阀和范围选择阀；选择阀和范围选择阀；应急手动滑阀；应急手动滑阀；调制阀；调制阀；来自泵的油通过滤油器进入变速箱控制阀。油通过顺序阀进行分配，来自泵的油通过滤油器进入变速箱控制阀。油通过顺序阀进行分配，然后流入先导回路，驻车制动器回路以及离合器操纵回路然后流入先导回路，驻车制动器回路以及离合器操纵回路其具体工作原理和过程，参见课本其具体工作原理和过程，参见课本P95-P99P95-P99页页 2.2.电控系统电控系统 如下图所示为该装载机变速箱的电气控制原理图。该电控系统可实现速度选择、方向选择、自动降速、变速箱切断等功能。WA380-300WA380-300装载机变速箱电气控制原理图装载机变速箱电气控制原理图 3.3.典型控制系统分析典型控制系统分析ZL50ZL50装载机液力机械传动装载机液力机械传动 的液压控制系统的液压控制系统 如右图所示为如右图所示为ZL50装载机装载机液力变矩器一变速箱液压液力变矩器一变速箱液压控制系统，该系统主要是控制系统，该系统主要是由油底壳、变速泵、滤油由油底壳、变速泵、滤油器、调压阀、切断阀、变器、调压阀、切断阀、变速操纵分配阀、变矩器入速操纵分配阀、变矩器入口压力阀、背压阀、散热口压力阀、背压阀、散热器及管路等组成。器及管路等组成。ZL50ZL50装载机变矩器一变速箱液压控制系统图装载机变矩器一变速箱液压控制系统图 3.3.典型控制系统分析典型控制系统分析TY220TY220履带推土机液力机履带推土机液力机械传动的液压控制系统械传动的液压控制系统 该系统主要由后桥箱该系统主要由后桥箱（油箱）、粗滤器、细（油箱）、粗滤器、细滤器、变速泵、变速操滤器、变速泵、变速操纵阀、溢流阀、调节阀、纵阀、溢流阀、调节阀、冷却器、润滑阀、回油冷却器、润滑阀、回油泵等组成了一个相互关泵等组成了一个相互关联的液压系统。联的液压系统。TY-220TY-220履带推土机液力机械传动的液压控制系统履带推土机液力机械传动的液压控制系统