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1、第6讲 离合器与减速箱,一、回顾与引入二、摩擦离合器三、盘片式摩擦离合器四、气胎式摩擦离合器五、锥型高弹性离合器六、齿轮传动装置七、柴油机倒顺机组的配置方案八、船用齿轮箱,目的和要求,能力目标：能进行船用摩擦离合器和船用齿轮箱选型。知识目标：掌握船用摩擦离合器和船用齿轮箱的结构和工作原理及造型方法。,问题1：上次课，我们学习了什么？问题2：传动设备的基本任务有哪些？,一、回顾与引入,利用摩擦副之间机械摩擦力，把扭矩由主动轴传到从动轴，根据需要可使主动轴、从动轴结合或脱离的传动部件，成为摩擦离合器。摩擦离合器在中、小功率船舶上和小型高速舰艇上，获得了大量的采用。近年来，中速柴油机的并车机组中应用
2、也日益广泛。,二、摩擦离合器,1、摩擦离合器的功能2、摩擦离合器的工作原理3、摩擦离合器的特点4、摩擦离合器的分类5、摩擦材料和滑摩性能,二、摩擦离合器,1、摩擦离合器的功能,摩擦离合器和其他离合器一样有三种工作状态：接合工况、脱离工况、半接合滑摩工况。摩擦离合器在传动机组中，可以完成以下几个功能：1）在传动机组的主动轴、从动轴系间，完成功率传递的接入和脱离；,2）在离合器脱开时，传动机组的主动部件和从动部件分开，使传动系统分成两个系统，从而使主机可以空载起动，减少发动机的起动负荷。由于主、从系统分开，提高了主动系统的频率，避免了直接传动时，轴系在低速范围内常发生共振的危险问题；3）利用离合器
3、的接合和脱开操作，使传动机组完成正车、倒车的功能，提高船舶的机动性能；,1、摩擦离合器的功能,4）利用离合器的接合和脱开，使并车机组实现机组切换和并车、分车功能；5）利用离合器使主机怠速空转，并实现各种机动操作。,1、摩擦离合器的功能,2、摩擦离合器的工作原理,1-主动轴；2-从动轴；3、4-摩擦盘；5-拨叉,3、摩擦离合器的特点,1）在正常工作时，摩擦离合器主动轴、从动轴的扭矩相等，转速相等，转向相同，基本上没有相对滑动，传动效率高达100；2）分离、接合的时间比较短促，在小功率的传动装置中，离合器完全接合所需的时间比较小，甚至可达0.20.3秒；从离合器开始接合到从动部分加速完毕所须的接合
4、时间，一般不超过2秒；,3）结构紧凑，重量轻，设备简单；4）在接合和脱离过程中存在着磨损和发热；5）当离合器传递的扭矩超过规定数值后会发生打滑现象，保护设备使用安全，同时也可以减少轴系中过分的冲击负荷。,3、摩擦离合器的特点,4、摩擦离合器的分类,摩擦离合器的种类很多，分类方法也不一样。一般可根据摩擦面的形状、摩擦面的工作状态以及摩擦元件之间的接合力来源不同进行区分。,按照摩擦面的形状，船舶上使用的摩擦离合器可分为：盘片式摩擦离合器 其工作面是盘片的两平面；气胎式离合器 其工作面是鼓状的外表面；环牙式摩擦离合器 其工作面是许多同心环牙的锥表面。,4、摩擦离合器的分类,按摩擦面的工作状态，可分为
5、：干式摩擦离合器 摩擦面呈干燥状态，摩擦副的摩擦系数高，工作面的允许温度视摩擦材料而定。一般温升值较高，采用自然通风或强制通风冷却，分离较为彻底。但摩擦副易磨损，寿命短，需注意检查和更换；,4、摩擦离合器的分类,按摩擦面的工作状态，可分为：湿式摩擦离合器 摩擦面要用油润滑和冷却，摩擦副许用压比高，摩擦系数低，摩擦副耐磨、寿命长。摩擦副的热量由滑油带走，温度要受油的汽化温度限制，一般不超过120150；半干式摩擦离合器 摩擦表面有少量的油，一般为摩擦材料本身吸进的油质，工作中呈半干摩擦状态。,4、摩擦离合器的分类,按接合力的来源，可分为：机械式摩擦离合器 利用机械传动装置使摩擦面接合或脱开；液压
6、式摩擦离合器 利用油压使摩擦面接合或脱开；电磁式摩擦离合器 利用电磁力使摩擦面接合或脱开。,4、摩擦离合器的分类,5、摩擦材料和滑摩性能,摩擦离合器所用的摩擦材料很多，在中、大功率离合器中，主要为石棉基材料和粉末冶金材料两二类。,石棉基材料系由石棉加粘结剂和填料模压而成，可分为石棉树脂、石棉橡胶、石棉塑料等。填料中主要有铜丝、锌丝等，主要用于提高材料的耐磨、导热和机械强度。由于受到材料的影响，这类摩擦材料的工作温度不能太高，一般常用200300，在高温下摩擦系数有一定的降低。,5、摩擦材料和滑摩性能,粉末冶金摩擦材料属于金属型材料，分铁基和铜基两类。铁基粉末冶金材料主要由铁、铜、铅、石墨、三氧
7、化二铝等组成，有较大的摩擦系数，承受压比高，但是耐磨性能不是很好，适宜于高温、重负荷的摩擦片。铜基粉末冶金材料主要由铜、铅、硅、石墨、石棉等组成，耐磨性好，摩擦系数稳定，导热性好，可以承受500右的温度。,5、摩擦材料和滑摩性能,摩擦离合器的对偶材料常采用钢，如45号钢、65Mn、耐热合金钢等，或采用铸铁，如HT400或耐热合金铸铁。,5、摩擦材料和滑摩性能,盘片式摩擦离合器可分为单片式或多片式两种。单片式常用在小功率内燃机船上，而且在内河船舶的单缸柴油机上应用也颇为广泛。由于单片式摩擦离合器随着传递功率的增加，它的径向尺寸就显得十分的庞大，这是由于摩擦面上的单位压力不能超过某一限度。,三、盘
8、片式摩擦离合器,多片式和单片式比较，多片式离合器的径向尺寸可以大大减小，接合力也因而减小。而且，随着片数的增加，离合器传递扭矩能力大大增加，而重量尺寸所增不多。因此，多片式摩擦离合器是中、大功率高转速发动机，尤其是大功率高速柴油机采用的优先选择。,三、盘片式摩擦离合器,多片式离合器是倒顺车传动机组中离合器的主要型式，但多片式离合器在脱离状态时，很难保持各摩擦片之间有充分的间隙，片数越多，困难也愈大。因此，多片式离合器不但在接合过程中，而且在脱离状态时也可能产生严重的磨损和发热。,三、盘片式摩擦离合器,离合器在脱离状态时因摩擦片之间脱不干净而引起传递少量扭矩的现象，称为带排。由于带排现象，将导致
9、传动机组效率减低，离合器摩擦片加速磨损、发热甚至烧坏。由于这些问题存在，这就限制了这种离合器在更大功率高转速船舶主机中的应用。,三、盘片式摩擦离合器,气胎式离合器工作原理,四、气胎式摩擦离合器,气胎式离合器工作原理,四、气胎式摩擦离合器,气胎式离合器的操纵系统气胎离合器的操纵系统，通常由贮气瓶、操纵器和密封装置等组成。在轴端式系统中，从动轴中具有内部钻孔作为气道。压缩空气自轴的末端进入气道而达到气胎，或经同一气道由气胎排出。轴颈式操纵系统中，在主动轴或从动轴的轴颈上钻有孔作为气道，压缩空气通过气道进入气胎。,四、气胎式摩擦离合器,气胎式离合器的特点气胎离合器其主要组成部分为橡胶质的空心气胎，这
10、种气胎具有很好的弹性，这使得它具有如下的特点：1）能吸收和缓和存在于摩擦副上的机械振动，包括横向振动、纵向振动和扭转振动。同时，还可以隔绝主机的机械噪声通过轴系、螺旋桨传入水中，这方面的性能仅次于高弹性橡胶联轴器；,四、气胎式摩擦离合器,气胎式离合器的特点2）在主动轴、从动轴有较大的轴线不平行或角度偏斜时，最大可达2mm/m，仍能正常的工作。摩擦块磨损后，接合面会自动调整，允许主动轴、从动轴有较大的轴向偏移，最大可达34mm，一方面便于安装和调试，另一方面可以有效的保护齿轮箱，免受船体变形时主机和齿轮箱的附加动负荷带来的影响；,四、气胎式摩擦离合器,气胎式离合器的特点3）气胎式离合器结构简单，
11、工作可靠，使用寿命长，可达1020年。接合缓和，脱离迅速，空转性能较好。而且可通过变化进气压力来调节离合器所传递的扭矩；,四、气胎式摩擦离合器,气胎式离合器的特点4）由于材料的原因，气胎离合器正常工作温度范围比较小，一般为 3050，过高或过低的温度对气胎不利，低温容易变脆，高温易老化。气胎和摩擦面要严格防止和油类的接触；,四、气胎式摩擦离合器,气胎式离合器的特点5）气胎活动部分质量在转动时将产生离心力，因此，气胎离合器因胎内充气而产生的结合力，将随离合器转速的增加而成二次方的减小。故气胎式离合器不适宜于高速转动的传动机组，常常用在1000r/min以下的轴系中。,四、气胎式摩擦离合器,1、2
12、-主动摩擦锥体；3、4-从主动摩擦锥体；5-气缸；6-连接螺栓；7-密封；8、9-压缩空气管；10-橡胶弹性元件；11-从动轴；12-法兰,五、锥型高弹性离合器,五、锥型高弹性离合器,这种摩擦离合器的摩擦面布置在外周，由于摩擦半径大，加上采用干式摩擦，摩擦系数较大，因而能传递很大的扭矩。同时由于采用四个高弹性的橡胶元件来获得离合器所需的弹性，使得在隔振和应付主、从动轴抗冲击的性能方面远比气胎离合器好。因为摩擦面距离弹性元件较远，摩擦面的短期高温，也不致影响橡胶弹性元件的性能。,齿轮传动装置的类型很多，据功能不同分为以下几类。1、减速齿轮传动装置2、多级减速方案,六、齿轮传动装置,1、减速齿轮传
13、动装置,这种减速齿轮的优点是：结构简单，主机重心低，两主机间的距离（对于双机双桨船而言）容易得到保证。缺点是占机舱面积较大。,1、减速齿轮传动装置,1、减速齿轮传动装置,采用同心齿轮减速器，主机的功率传给螺旋桨有两条途径，属多路减速齿轮装置。克服了异心齿轮减速器的缺点，但由于增加了过桥齿轮（增加了两对），使结构复杂，传动效率降低，成本提高。,1、减速齿轮传动装置,1、减速齿轮传动装置,行星齿轮减速器也是同心、多路减速齿轮装置。它的突出优点是尺寸小、重量轻、能传递大的功率和扭矩，传动效率也比较高。不仅广泛用于大功率中速柴油机，也适用于大型低速柴油机，以获得更高的推进效率。这种减速器的输入轴与输出
14、轴转向相同。,1、减速齿轮传动装置,阶梯布置：中间齿轮轴上有三道轴承，从输入法兰到输出法兰，轴向总长较大，尽管各道轴承不难布置，但是中间轴长，重负荷下，各级齿轮的作用力对中间轴会引起弯曲和扭转变形，进而造成齿面接触不良。因此中间轴常做成两段空心轴。,2、多级减速方案,嵌入式布置，常用于汽轮机的传动机组。其轴向尺寸紧凑，第一级大齿轮和第二级小齿轮紧贴在一起，使紧密性增加，减小齿间的啮合干涉，但是最后一级的大齿轮轴很粗，增加了总重量。,2、多级减速方案,在高速柴油机动力装置中，常利用离合器和齿轮减速器共同组成一套倒车传动系统。高速柴油机厂往往把这套倒顺减速传动机组和发动机机身联成一体。按离合器和倒
15、车轮系的配置不同，倒顺机组的方案基本上分四种。,七、柴油机倒顺机组的配置方案,七、柴油机倒顺机组的配置方案,单体离合器惰轮倒顺车机组方案：这类机组的特点式结构紧凑，重量尺寸较小，适用于高速发动机，但是传递功率都较小。其中惰轮如改用几组锥齿轮代替还可获得同心输出的特点，不过锥形惰轮机构较复杂，工艺要求高，锥齿的负荷系数也较小。为此采用多组锥齿轮将负荷分流输出，以改善这种状况。,七、柴油机倒顺机组的配置方案,七、柴油机倒顺机组的配置方案,单体离合器平行副轴倒顺机组方案：采用副轴结构不仅简化工艺，最大的优势在于这种传动链在承受大功率时，可以方便地采取有效措施加以解决。运转时齿轮噪声较大，启动冲击较大
16、。,七、柴油机倒顺机组的配置方案,七、柴油机倒顺机组的配置方案,单体离合器倒车箍、游轮式倒顺机组方案：倒车制动器有的采用箍带式，有的采用多片式制动器。锥形游轮布置在主动齿轮和从动齿轮之间，一周至少三只，组成多股功率流以克服锥齿承载能力小的缺点。工作时噪音较小，但是为克服多片式离合器的脱离不彻底现象改用气胎式离合器后，只能用于中速机上。,七、柴油机倒顺机组的配置方案,七、柴油机倒顺机组的配置方案,双离合器副轴倒顺机组方案：在传递较大的功率时，单体离合器常常遇到尺寸上和“带排”问题的麻烦，因此把单体中正、倒两组改进成两只离合器。这类方案中，倒车部分仍采用平行副轴或惰轮结构，离合器的位置，为了便于拆
17、装，布置在输出端主动齿轮的外侧。,七、柴油机倒顺机组的配置方案,1、我国船用减速齿轮箱的系列2、几种典型齿轮箱的性能参数3、齿轮箱的几个问题及解决,八、船用齿轮箱,中速柴油机的减速齿轮箱，我国主要有三个系列，垂直异中心的C系列、水平异中心的S系列、同心式的T系列。,1、我国船用减速齿轮箱的系列,C系列齿轮箱尺寸扩特性参数,S系列齿轮箱尺寸扩特性参数,T系列齿轮箱尺寸扩特性参数,2、几种典型齿轮箱的性能参数,齿轮箱的性能参数主要有：速比i、输入功率、最高输入转速。教材中列出了各种齿轮箱的性能参数。GCS/GCH系列齿轮箱GVA系列齿轮箱GW系列齿轮箱QCL3型倒顺减速齿轮箱710L型离合器减速齿
18、轮箱240A型倒顺车减速齿轮箱,3、齿轮箱的几个问题及解决,由于船体是一个弹性体，在温度变化、负荷变化和海面情况变化下，不可避免的会使船舶双层底结构产生变形，会使轴系各段的对中情况发生变化，引起中间轴承负荷增加，严重的会引起传动箱体的齿轮轴承变位和发动机飞轮端轴承变位，使齿轮啮合不均匀，产生严重噪音，进而损坏齿轮，使得齿轮箱寿命大大降低。,常常采取以下措施来减少以上不利因素：在主机和齿轮箱之间采用弹性联轴器或可挠性联轴器；推力轴承单独固定在双层底底座上而不与齿轮箱底座连接，减少推力对齿轮箱的影响；为解决来自螺旋桨端的冲击扭矩不致影响大型齿轮箱，在单独设置的推力轴承和机组输出轴之间，采用弹性联轴器连接。,3、齿轮箱的几个问题及解决,比较精密的齿轮箱常常受到周期性的机械加工误差运动、转子平衡性差、中心线错位或变形、高载下的齿轮变形等带来的噪音。,3、齿轮箱的几个问题及解决,常采取以下的措施来减少以上不利因素：降低轮齿负荷，对大齿轮采用较大的螺旋角；齿轮幅板采用高强度尼龙或者在幅板上涂层等；箱体采用弹性支承，尽量避免采用平板式壳体；齿轮箱轴承尽量采用滑动轴承来代替滚动轴承等。,3、齿轮箱的几个问题及解决,
