工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造及工程光學(xué)課程設(shè)計(jì)

第九章傳動(dòng)系概述

第一節(jié)傳動(dòng)系的功用與類型

工程機(jī)械動(dòng)力裝置和驅(qū)動(dòng)輪之間的所有傳動(dòng)部件稱為傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)的功用是將動(dòng)力裝置的動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪和其他操縱機(jī)構(gòu)，工程機(jī)械之所以需要傳動(dòng)系統(tǒng)而不能把柴油機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪直接相連按，主要是由于柴油機(jī)或汽油機(jī)的輸出特性具有轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)速高和轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍小的特點(diǎn)，這個(gè)特點(diǎn)與工程機(jī)械運(yùn)行或作業(yè)時(shí)所需的大轉(zhuǎn)矩，低轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍大之間存在矛盾，為此，傳動(dòng)系統(tǒng)的功用就是將內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力裝置按需要適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速增加轉(zhuǎn)矩后傳到驅(qū)動(dòng)輪上，使之適應(yīng)工程機(jī)械運(yùn)行或作業(yè)的需要，

此外，傳動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)有按需要切斷動(dòng)力的功能，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)不能有載啟動(dòng)和作業(yè)中換擋時(shí)切斷動(dòng)力，以及實(shí)現(xiàn)機(jī)械前進(jìn)與倒退等功能的要求．

工程機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的類型有機(jī)械式、液力機(jī)械式、電動(dòng)輪式、電動(dòng)式和全液壓式，中小型工程機(jī)械多用液力機(jī)械式，地下用工程機(jī)械和大型工程機(jī)械多用電動(dòng)式傳動(dòng)系統(tǒng)，

機(jī)械式、液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)＝般包括：離合器(機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng))、液力變矩器(液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng))、變速箱、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)橋、最終傳動(dòng)等部分。電動(dòng)輪式傳動(dòng)系統(tǒng)包括有，交、直謊電機(jī)，交、直流線路和電動(dòng)輪傳動(dòng)裝置，

第二節(jié)典型工程機(jī)械傳動(dòng)系

一、乾式裝載機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖9：1是萊型輪式裝載機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的典型布置形式，柴油機(jī)1縱向后置，通過(guò)變矩器2與一對(duì)常嚙合齒輪將動(dòng)力輸入變速箱3(同時(shí)還驅(qū)動(dòng)液壓油泉)，變速箱是動(dòng)力換擋行星變速箱，有5個(gè)行星排構(gòu)成前進(jìn)四擋與倒退叫擋，共8個(gè)擋位。從變速箱輸出的動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)箱內(nèi)的一對(duì)常嚙合齒輪及萬(wàn)向傳動(dòng)裝置4，6給前、后驅(qū)動(dòng)橋5、7，通過(guò)最終傳動(dòng)，最后將動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪，第284頁(yè)

二、振動(dòng)壓路機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圍

圖9-2是YZl日型振動(dòng)壓路機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)分動(dòng)箱1將動(dòng)力分配給變量泵2和u以及齒輪泵3。變量泵2的壓力油分兩路傳遞，一路驅(qū)動(dòng)振動(dòng)輪上的行走液壓馬達(dá)6，經(jīng)行星減速器7驅(qū)動(dòng)振動(dòng)輪行走，另一路則驅(qū)動(dòng)變速器4上的液壓馬達(dá)5，經(jīng)變速后帶動(dòng)后橋14、輪邊減速器12驅(qū)動(dòng)輪胎13行走。變量泵11用來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)馬達(dá)8。齒輪泵3的壓力油經(jīng)轉(zhuǎn)向器10推動(dòng)兩轉(zhuǎn)向液壓缸，使振動(dòng)壓路機(jī)轉(zhuǎn)向。

三、液壓挖掘機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖9—3為wI。Y60型挖捆機(jī)的行走傳動(dòng)圖，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)離合器分別傳至油泵傳動(dòng)箱及行走變速箱，作業(yè)時(shí)變速箱處于空擋位置，行走時(shí)可通過(guò)投叉操縱有5擋前進(jìn)和1擋倒退的速度，變速箱輸出的動(dòng)力經(jīng)過(guò)上傳動(dòng)箱，由垂直傳動(dòng)軸從回轉(zhuǎn)中心通至底盤(pán)。在底盤(pán)上通過(guò)下傳動(dòng)箱傳至前后驅(qū)動(dòng)橋。按照行走條件的需要可第十章液力偶合器和液力變矩器

液力偶合器和液力變矩器是利用液體作為工作介質(zhì)傳遞動(dòng)力，二者均屬于動(dòng)液傳動(dòng)，即通過(guò)液體在循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中，液體動(dòng)能變化來(lái)傳遞動(dòng)力，這種傳動(dòng)稱為液力傳動(dòng)。

圖10-1為液力傳動(dòng)最原始的原理簡(jiǎn)圖。離心泵葉輪2在內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，使工作液體的速度和壓力都得到提高。高速流動(dòng)的液體經(jīng)管道3沖向水輪機(jī)葉輪4，使葉輪4帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)做功，這時(shí)工作液體的動(dòng)能便轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。工作液體將動(dòng)能傳給葉輪后，沿管道流回水槽5中，再由離心泵吸人繼續(xù)傳遞動(dòng)力，工作液體就這樣作為一種傳遞能量的介質(zhì)，周而復(fù)始，循環(huán)不斷。

上述工作過(guò)程，是能量轉(zhuǎn)換與傳遞過(guò)程。為完成這一工作過(guò)程，液力傳動(dòng)裝置中必須具有如下機(jī)構(gòu)；①盛裝與輸送循環(huán)工作液體的密閉工作腔；②一定數(shù)量的帶葉片的工作輪及輸入輸出軸，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換與傳遞；③滿足—…定性能要求的工作液體及其輔助裝置，以實(shí)現(xiàn)能量的傳遞并保證正常工作。

圖lO-1所示的傳動(dòng)裝置中的離心泵葉輪與水輪機(jī)葉輪相距較遠(yuǎn)。因此，在傳動(dòng)中的損失很大，效率不高(一般不大于70％)，后來(lái)把它們合在一起創(chuàng)制了新的結(jié)構(gòu)型式，就是如圖中7所示的液力變矩器。在這種新的結(jié)構(gòu)中沒(méi)有離心泵和水輪機(jī)。它由工作輪(稱為泵輪、渦輪和導(dǎo)輪)所代替。

液力傳動(dòng)在近代車(chē)輛和工程機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。采用液力傳動(dòng)的車(chē)輛具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)能自動(dòng)適應(yīng)外阻力的變化，使車(chē)輛能在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)地變更其輸出軸轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，當(dāng)阻力增加時(shí)，則自動(dòng)地降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩，從而提高了車(chē)輛的平均速度與生產(chǎn)率。

(2)提高了車(chē)輛的使用壽命，液力變矩器是油液傳遞動(dòng)力，泵輪與渦輪之間不是剛性連接，能較好地緩和沖擊，有利于提高車(chē)輛上各零部件的使用壽命。

(3)簡(jiǎn)化了車(chē)輛的操縱，變矩器本身就相當(dāng)于一個(gè)無(wú)級(jí)變速箱，可減少變速箱檔位和換檔次數(shù)，加上一般采用動(dòng)力換檔，故可簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu)和減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在近代車(chē)輛與作業(yè)工況復(fù)雜的工程機(jī)械上，由于上述優(yōu)點(diǎn)更為突出，故采用液力傳動(dòng)日益廣泛。

但液力變矩器的缺點(diǎn)是效率較低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性降低，成本提高。

液力偶合器與液力變矩器是液力傳動(dòng)的兩種基本型式，下面分別介紹其結(jié)構(gòu)與工作原理。

第一節(jié)液力偶合器的結(jié)構(gòu)和工作原理

一、液力偶合器的結(jié)構(gòu)

圖10-2為液力偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖，偶合器的主要零件是兩個(gè)直徑相同的葉輪，稱工作第185頁(yè)輪。由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過(guò)輸入軸4驅(qū)動(dòng)的葉輪3為泵輪，與輸出軸5裝在一起的為渦輪2。葉輪內(nèi)部裝有許多半圓形的徑向葉片，在各葉片之間充滿工作液體。兩輪裝合后的相對(duì)端面之間約有2-5mm間隙。它們的內(nèi)腔共同構(gòu)成圓形或橢圓形的環(huán)狀空腔(稱為循環(huán)圓)；循環(huán)圓的剖面示意圖，如圖10-2所示，該剖面是通過(guò)輸入軸與輸出軸所作的截面(稱軸截面)。

通常偶合器的泵輪與渦輪的葉片數(shù)是不相等的，以便避免因液流脈動(dòng)對(duì)工作輪周期性的沖擊而引起振動(dòng)，使偶合器工作更平穩(wěn)。偶合器的葉片一般制成平面的，這樣制造簡(jiǎn)單。偶合器的工作輪多用鋁合金鑄成，也有采用沖壓和焊接方法制造的，后一種制造方法的成本較低，質(zhì)量較輕。有的偶合器工作輪有半數(shù)葉片在其尾部切去一角(見(jiàn)圖10-2中的6、7)。這是由于葉片是徑向布置的，在工作輪內(nèi)緣處葉片間的距離比外緣處小，當(dāng)液體從渦輪外緣經(jīng)內(nèi)緣流入泵輪時(shí)，液體受擠壓。因此，每間隔一片切去一角，便可擴(kuò)大內(nèi)緣處的流通截面，減少液體因受擠壓造成對(duì)流速變化的影響，使流道內(nèi)的流速較均勻，從而降低損失，提高效率。

二、液力偶合器的工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)帶著泵輪一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，其中的工作油液也被葉片帶著一起旋轉(zhuǎn)，液體既繞泵輪軸線作圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又在離心力作用下從。葉片的內(nèi)緣向外緣運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，外緣壓力高于內(nèi)緣，其；壓力差取決于泵輪的半徑和轉(zhuǎn)速。如果渦輪仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，則渦輪外緣與中心的壓力相同，但渦輪外緣的壓力低于泵輪外緣壓力，而渦輪中心的壓力則高于泵輪中心的壓力。由于兩工作輪封閉在同一殼體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，所以這時(shí)被甩到泵輪外緣的油液便沖向渦輪的外緣，沿著渦輪葉片向內(nèi)緣流動(dòng)，又返回泵輪，被泵輪再次甩到外緣。油液就這樣周而復(fù)始地從泵輪流向渦輪，又返回泵輪不斷循環(huán)。在循環(huán)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)給泵輪以旋轉(zhuǎn)力矩，泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)后使油液獲得動(dòng)能，在沖擊渦輪時(shí)，將油液的一部分動(dòng)能傳給渦輪，使渦輪帶動(dòng)從動(dòng)軸5旋轉(zhuǎn)。這樣，偶合器便完成了將油液的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的任務(wù)。油液的另一部分動(dòng)能則在油液高速流動(dòng)與流道相摩擦發(fā)熱而消耗了。

如圖10-3a)所示，為便于說(shuō)明問(wèn)題起見(jiàn)，假想兩工作輪分開(kāi)一定距離后，分析油液的流動(dòng)

路線。由于泵輪內(nèi)的油液，除了隨泵輪繞泵輪軸旋轉(zhuǎn)(牽連運(yùn)動(dòng))外，還沿循環(huán)圓作環(huán)流運(yùn)動(dòng)(相對(duì)運(yùn)動(dòng))，故油液的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是以上兩種運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方向是斜對(duì)著渦輪2，沖擊渦輪葉片，然后順著渦輪葉片再流回泵輪1，此時(shí)油液路線是一個(gè)螺旋線方向。當(dāng)泵輪和渦輪安裝到一起后，油液的流動(dòng)路線是一個(gè)螺旋環(huán)(圖10-3b))。

渦輪旋轉(zhuǎn)后，由于渦輪內(nèi)的離心力對(duì)液體環(huán)流的阻礙作用，使油液的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方向第十一章主離合器

第一節(jié)主離合器的功用、工作原理及類型

一、主離合器的功用

內(nèi)燃機(jī)是自行式工程機(jī)械的動(dòng)力源泉，如推土機(jī)、平地機(jī)等。它們所以能行駛、能推土、能平整場(chǎng)地，都是由于有了內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力。但是，由于自行式工程機(jī)械的使用工況很復(fù)雜，不能將內(nèi)燃機(jī)與變速箱、主傳動(dòng)器直接相連，如不同的作業(yè)，需要變換變速箱排檔，這時(shí)就要就將內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力迅速、徹底地切斷，以防止在變換排檔時(shí)齒輪產(chǎn)生沖擊。又如機(jī)械起步時(shí)，為了防止傳動(dòng)系統(tǒng)零件受到?jīng)_擊，也需要將內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力逐漸而柔和地傳給傳動(dòng)系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)，以達(dá)到起步平穩(wěn)的目的。當(dāng)機(jī)械遇到外界負(fù)荷急劇增加時(shí)，為了防止傳動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)過(guò)載，這時(shí)必須能自動(dòng)地切斷內(nèi)燃機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間的動(dòng)力聯(lián)系。機(jī)械在工作過(guò)程中，有時(shí)需要作短時(shí)間停車(chē)，也要切斷動(dòng)力。因此，就要求在傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一種和內(nèi)燃機(jī)既能接合又能分離的機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)稱為主離合器。

綜上所述，離合器的功用有以下幾點(diǎn)：

1．能迅速、徹底地把內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)分離，以防止在變速箱換檔時(shí)齒輪產(chǎn)生沖擊。

2．能把內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力和傳動(dòng)系柔和地接合，使自行式工程機(jī)械平穩(wěn)起步。

3．當(dāng)外界負(fù)荷急劇增加時(shí)，可以利用主離合器打滑，以防止傳動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)零件超載。

4．利用主離合器分離，可以使自行式工程機(jī)械短時(shí)間停車(chē)。

二、主離合器的工作原理及機(jī)構(gòu)

在自行式工程機(jī)械傳動(dòng)系中，廣泛采用摩擦式離合器，不同形式的摩擦式離合器其作用原理基本相同，即靠摩擦表面的摩擦力作用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。

摩擦式離合器作用原理，就是利用在兩個(gè)摩擦圓盤(pán)間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞力矩。要在兩個(gè)圓盤(pán)之間產(chǎn)生摩擦力，首先，必需在它們之間施加壓緊力，然后才能實(shí)現(xiàn)摩擦運(yùn)動(dòng)。

離合器在什么條件下，既能分離，又能接合，同時(shí)它們兩者之間又能相互轉(zhuǎn)換呢?這是離合器結(jié)構(gòu)所需要解決的主要問(wèn)題。

摩擦式離合器要能實(shí)現(xiàn)“分離”和“接合”，并能互相轉(zhuǎn)換，在結(jié)構(gòu)上必須具備3個(gè)基本部分(圖11-1)。

1．產(chǎn)生摩擦力的機(jī)械它是使離合器獲得“接合”的必要條件，這一機(jī)構(gòu)由摩擦元件和壓緊元件組成。

摩擦元件包括主動(dòng)摩擦面和從動(dòng)摩擦面。主動(dòng)摩擦面由飛輪1的表面“A，，及壓盤(pán)4的表面“B，，組成。壓盤(pán)4通過(guò)固定在離合器罩2上的數(shù)個(gè)傳動(dòng)銷(xiāo)7，靠飛輪1帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，它可以相對(duì)飛輪作軸向移動(dòng)。從動(dòng)摩擦盤(pán)12由鉚在從動(dòng)盤(pán)鋼片兩面的石棉摩擦襯片3組成。從第202頁(yè)動(dòng)盤(pán)12以花鍵與離合器軸u相連接，并可在軸上作軸向移動(dòng)。

壓緊元件由彈簧13和壓盤(pán)4組成，彈簧常用數(shù)個(gè)螺旋彈簧或碟形彈簧。壓盤(pán)4的作用是使彈簧所產(chǎn)的壓力均勻分布在摩擦面上。

離合器具備了摩擦元件和壓緊元件便能夠“接合”了，因?yàn)閺椈?3和壓力通過(guò)壓盤(pán)4，將從動(dòng)摩擦盤(pán)12夾緊在飛輪1和壓盤(pán)4之間。這樣，由于它們之間的摩擦作用，柴油機(jī)的動(dòng)力就從飛輪傳到與變速箱的輸入軸相連的離合器軸u上。

2．分離機(jī)構(gòu)是使離合器產(chǎn)生“分離”的必要條件。

分離機(jī)構(gòu)由拉桿5、分離杠桿6、分離軸承10和操縱杠桿系統(tǒng)9組成。

當(dāng)駕駛員踩下踏板8時(shí)，經(jīng)過(guò)操縱杠桿系統(tǒng)9使分離軸承10左移壓向分離杠桿6，拉桿5即將壓盤(pán)4向右拉，使彈簧13進(jìn)一步壓縮，從而去掉飛輪1、從動(dòng)摩擦盤(pán)12、壓盤(pán)4之間的壓緊力，使摩擦傳動(dòng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)離合器就由“接合”轉(zhuǎn)換“分離”。

3，保證正常工作的輔助機(jī)構(gòu)。

這一機(jī)構(gòu)包括分離杠桿的反壓彈簧，軸承的潤(rùn)滑裝置，離合器的通風(fēng)散熱裝置和擋油裝置，操縱杠桿的復(fù)位彈簧等。對(duì)不同類型的離合器，它們的各種機(jī)構(gòu)也不完全一樣。

當(dāng)各種機(jī)構(gòu)失效時(shí)，離合器便工作得不好，或不能由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)，這就是離合器出了故障，必須進(jìn)行修理和調(diào)整。

三、主離合器的類型

主離合器結(jié)構(gòu)可分為：

(一)摩擦式離合器

1．單片式、雙片式、多片式。

2．干式、濕式。

3．經(jīng)常接合式(彈簧壓緊式)，非經(jīng)常接合式(杠桿壓緊式)。

(二)液力離合器

(三)電磁離合器

現(xiàn)在最常用的摩擦和液力離合器，作為液力離合器有代表性的是液力變矩器(如D85A-18型推土機(jī)，627B和WS16S-2型自行鏟運(yùn)機(jī))。

對(duì)于主離合器接合時(shí)的壓緊力，有的是利用彈簧的壓力使之處于常合狀態(tài)，而通過(guò)杠桿力使之臨時(shí)分離，這種離合器稱為彈簧壓緊式離合器(或稱經(jīng)常接合式離合器)，圖11-1為彈簧壓緊式主離器的結(jié)構(gòu)原理圖。此種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)摩擦襯片磨損后，彈簧的彈力可以進(jìn)行一定程度的補(bǔ)償，從而保證離合器可靠地工作。但它的分離必須依靠外力才能維持，這對(duì)于大中型推土機(jī)或拖拉機(jī)使用是很不方便的。第十二章變速箱

第一節(jié)變速箱的功用與類型

工程機(jī)械的實(shí)際使用情況非常復(fù)雜，這就要求工程機(jī)械在各種工況下?tīng)恳托旭偹俣饶茉谙喈?dāng)大的范圍內(nèi)變化，而目前廣泛采用的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍比較小，因此，在傳動(dòng)系中設(shè)置變速箱來(lái)解決這種矛盾。

一、變速箱的功用

(1)改變傳動(dòng)比，即改變發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪間的傳動(dòng)比，使機(jī)械的牽引力和行駛速度適應(yīng)各種工況的需要，而且使發(fā)動(dòng)機(jī)盡量工作在有利的工況下。

(2)實(shí)現(xiàn)倒檔，使機(jī)械能前進(jìn)與倒退。

(3)實(shí)現(xiàn)空檔，可切斷傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，機(jī)械能較長(zhǎng)時(shí)間停止，便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和動(dòng)力輸出的需要。

二、對(duì)變速箱的要求

(1)具有足夠的檔位與合適的傳動(dòng)比，以滿足使用要求，使機(jī)械具有良好的牽引性和燃料經(jīng)濟(jì)性以及高的生產(chǎn)率。

(2)工作可靠、傳動(dòng)效率高、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便。

(3)操縱輕便可靠，不允許出現(xiàn)同時(shí)掛兩個(gè)檔、自動(dòng)脫檔和跳檔等現(xiàn)象。

(4)對(duì)于動(dòng)力換檔變速箱則還要求換檔離合器接合平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高。

三、變速箱的類型

(一)按傳動(dòng)比的變化方式分

按傳動(dòng)比的變化方式分，變速箱可分為有級(jí)式、無(wú)級(jí)式和綜合式3種。

1．有級(jí)式變速箱：有幾個(gè)可選擇的固定傳動(dòng)比，采用齒輪傳動(dòng)。這種變速箱又可分為齒輪軸線固定的普通齒輪變速箱和部分齒輪軸線旋轉(zhuǎn)的行星齒輪變速箱兩種。

2．無(wú)級(jí)式變速箱：傳動(dòng)比可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的變速箱。按變速的實(shí)現(xiàn)方式，又可分為液力變矩式無(wú)級(jí)變速箱、機(jī)械式無(wú)級(jí)變速箱和電力式無(wú)級(jí)變速箱。

3．綜合式變速箱：由有級(jí)式變速箱和無(wú)級(jí)式變速箱共同組成，其傳動(dòng)比可以在最大值與最；小值之間幾個(gè)分段的范圍內(nèi)作無(wú)級(jí)變化。

(二)按變速箱軸數(shù)分

按前進(jìn)檔時(shí)參加傳動(dòng)的軸數(shù)不同，可分為二軸式、平面三軸式、空間三軸式與多軸式等不同類型。

(三)按操縱方式分第216頁(yè)1．機(jī)械式換檔

通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)來(lái)?yè)軇?dòng)齒輪或嚙合套進(jìn)行換檔。其工作原理，如圖12-1所示。

在變速箱中齒輪與軸的連接情況有如下幾種：

圖12-1c)為固定連接，表示齒輪與軸為固定連接。

—般用鍵或花鍵連接在軸上，并軸向定位，不能軸向移動(dòng)。

圖12-1d)為空轉(zhuǎn)連接，表示齒輪通過(guò)軸承裝在軸上，可相對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能軸向移動(dòng)。

圖12-1e)為滑動(dòng)連接，表示齒輪通過(guò)花鍵與軸連接，可軸向移動(dòng)，但不能相對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

(1)撥動(dòng)滑動(dòng)齒輪換檔

如圖12-1a)所示，雙聯(lián)滑動(dòng)齒輪(r6用花鍵與軸相連接，撥動(dòng)該齒輪使齒輪副o—a′或b—b′相嚙合，從而改變了傳動(dòng)比，即所謂換檔。

(2)撥動(dòng)嚙合套換檔

如圖12-1b)所示，齒輪c′、d′與軸相固連；齒輪c、d分別與齒輪c′、d′為常嚙合齒輪副。但因齒輪c、d是用軸承裝在軸上，屬空轉(zhuǎn)連接，不傳遞動(dòng)力。嚙合套與軸相固連，通過(guò)撥動(dòng)嚙合套上的齒圈分別勺齒輪c(或d)端部的外齒圈相嚙合，將齒輪c(或d)與軸相固連，從而實(shí)現(xiàn)了換檔。

2．動(dòng)力換檔

動(dòng)力換檔工作原理，如圖12-2所示，齒輪a、b用軸承支承在軸上，與軸是空轉(zhuǎn)連接。通過(guò)相應(yīng)的換檔離合器，分別將不同檔位的齒輪與軸相固連，從而實(shí)現(xiàn)換檔。

換檔離合器的分離與接合，一般是液壓操縱；液壓油是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的油泵供給，可見(jiàn)換檔的動(dòng)力是由發(fā)動(dòng)機(jī)提供；另外，與機(jī)械式換檔相比，用離合器換檔時(shí)，切斷動(dòng)力的時(shí)間很短暫，似乎換檔時(shí)沒(méi)有切斷動(dòng)力，故有動(dòng)力換檔之稱。

動(dòng)力換檔操縱輕便，換檔快；換檔時(shí)切斷動(dòng)力的時(shí)間很短，可以實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷不停車(chē)換檔，對(duì)提高生產(chǎn)率很有利。

由于工程機(jī)械的工況復(fù)雜，換檔頻繁，急需改善換檔操作。因此，雖然動(dòng)力換檔變速箱結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，傳動(dòng)效率較低，但它在工程機(jī)械上的應(yīng)用仍日益廣泛。

第二節(jié)機(jī)械換檔變速箱

一、變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

(一)平面三軸式變速箱

這類變速箱的特點(diǎn)是輸人軸1與輸出軸5布置在同一軸線上，可以獲得直接檔，由于輸入軸1，輸出軸5和中間軸7處在同一平面內(nèi)，故稱為平面三軸式變速箱。圖12-3所示為平面三軸五檔變速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。第十三章萬(wàn)向傳動(dòng)裝置

第一節(jié)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的組成與功用

由于總體布置上的需要，在工程機(jī)械和汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)中都裝有萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。萬(wàn)向傳動(dòng)裝置一般由萬(wàn)向節(jié)和傳動(dòng)軸組成。其功用主要是用于兩軸不同心或有一定夾角的軸間，以及工作中相對(duì)位置不斷變化的兩軸間傳遞動(dòng)力。

在發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛上，見(jiàn)圖13-la)，常將發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器連成一體安裝在車(chē)架上，而驅(qū)動(dòng)橋則通過(guò)具有彈性的懸架與車(chē)架連接。在車(chē)輛行駛過(guò)程中，由于不平路面引起懸架系統(tǒng)中彈性元件變形，使驅(qū)動(dòng)橋的輸入軸與變速器輸出軸相對(duì)位置經(jīng)常變化。所以在變速器與驅(qū)動(dòng)橋之間必須采用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。在兩者距離較遠(yuǎn)的情況下，一般將傳動(dòng)軸分成兩段，并加設(shè)中間支承。

在多軸驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛上，在分動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)橋之間或驅(qū)動(dòng)橋與驅(qū)動(dòng)橋之間也需要采用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，見(jiàn)圖13-lb)。

由于車(chē)架的變形，也會(huì)造成兩傳動(dòng)部件軸線間相互位置的變化，圖13-1c)所示為在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間裝用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的情況。

在采用獨(dú)立懸架的車(chē)輛上，車(chē)輪與差速器之間位置經(jīng)常變化，也必須采用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，見(jiàn)圖13-1d)。

對(duì)于既驅(qū)動(dòng)又轉(zhuǎn)向的車(chē)橋，也需要解決對(duì)經(jīng)常偏轉(zhuǎn)的車(chē)輪的傳動(dòng)問(wèn)題。因此轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋的半軸要分段，在轉(zhuǎn)向節(jié)處用萬(wàn)向節(jié)連接，以適應(yīng)車(chē)輛行駛時(shí)半軸各段的交角不斷變化的需要，見(jiàn)圖13-1e)。

除了傳動(dòng)系外，在車(chē)輛的動(dòng)力輸出裝置和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中也常采用萬(wàn)向傳動(dòng)裝置，見(jiàn)圖13-1f)。

第257頁(yè)第二節(jié)萬(wàn)向節(jié)

一、萬(wàn)向節(jié)的分類

萬(wàn)向節(jié)是實(shí)現(xiàn)變角度動(dòng)力傳遞的機(jī)件，用于需要改變傳動(dòng)軸線方向的地方。

按方向節(jié)在扭轉(zhuǎn)方向上是否有明顯的彈性可分剛性萬(wàn)向節(jié)和撓性萬(wàn)向節(jié)兩類。剛性萬(wàn)向節(jié)又可分為不等速萬(wàn)向節(jié)(常用的為普通十字軸式)、準(zhǔn)等速萬(wàn)向節(jié)(如雙聯(lián)式萬(wàn)向節(jié))和等速萬(wàn)向節(jié)(如球叉式和球籠式)三種。

二、不等速萬(wàn)向節(jié)

在工程機(jī)械與車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)中用得較多的是普通十字軸萬(wàn)向節(jié)。這種萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，兩軸間夾角允許大到15°—20°。其缺點(diǎn)是當(dāng)萬(wàn)向節(jié)兩軸夾角。不為零的情況下，不能傳遞等角速轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖13-2所示為普通十字軸式剛性萬(wàn)向節(jié)。普通十字式剛性萬(wàn)向節(jié)一般由一個(gè)十字軸，兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)叉和四個(gè)滾針軸承組成。兩萬(wàn)向節(jié)叉3和6上的孔分別套在十字軸2的兩對(duì)軸頸上，這樣當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸既可隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，又可繞十字軸中心在任意方向擺動(dòng)。為了減少摩擦損失，提高傳動(dòng)效率，在十字軸軸頸和萬(wàn)向節(jié)叉孔間裝有滾針軸承5，其外圍靠卡環(huán)4軸向定位。為了潤(rùn)滑軸承，十字軸上一般裝有注油嘴并有油路通向軸頸，潤(rùn)滑油可從注油嘴注到十字軸軸頸的滾針軸承處。

有的工程機(jī)械采用的十字軸萬(wàn)向節(jié)，其萬(wàn)向節(jié)叉上與十字軸軸頸配合的圓孔不是一個(gè)整體，而是采用瓦蓋式，兩半之間用螺釘連接；也有的把萬(wàn)向節(jié)叉的兩耳分別用螺釘和托盤(pán)連接在一起而組成十字軸萬(wàn)向節(jié)叉，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是拆裝方便。

為了說(shuō)明普通十字萬(wàn)向節(jié)不能等角速傳動(dòng)的特點(diǎn)，先分析十字軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)過(guò)程中兩個(gè)特殊位置時(shí)的情況。

主動(dòng)叉在垂直位置，十字軸子面與主動(dòng)軸垂直時(shí)的情況(圖13-3a))。當(dāng)主動(dòng)軸以等角逮：度叫旋轉(zhuǎn)時(shí)，主動(dòng)叉與十字軸連接點(diǎn)。的線速度va在十字軸平面內(nèi)；從動(dòng)叉與十字軸連接點(diǎn)：b的線速度ub在與主動(dòng)叉平行的平面內(nèi)，且垂直于從動(dòng)軸。點(diǎn)b的線速度ub可分解為在十字軸平面內(nèi)的速度Vtb和垂直于十字軸平面的速度／b。由速度三角形可以看出，在數(shù)值上Vb>v′b。由于十字軸是對(duì)稱的，即Oa=Ob。當(dāng)萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，十字軸是繞定點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)的，其上a、b兩點(diǎn)在十字軸平面內(nèi)的線速度在數(shù)值上應(yīng)相等，即v′b=va。因此，vb>va。，由此可知，當(dāng)：主、從動(dòng)叉轉(zhuǎn)到上述位置時(shí)，從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速大于主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速。

主動(dòng)叉在水平位置，十字軸平面與從動(dòng)軸垂直時(shí)的情況(圖13-3b))。此時(shí)主動(dòng)叉與十字；軸連接點(diǎn)。線速度va。在平行于從動(dòng)叉的兩面內(nèi)，并垂直于主動(dòng)軸。線速度va可分解為在十字軸平面內(nèi)的速度v′a和垂直于十字軸平面的速度v”a。根據(jù)上述同樣道理，在數(shù)值上va>v′a，而va=ub，因此，va>v′b，即當(dāng)主、從動(dòng)叉轉(zhuǎn)到所述位置時(shí)，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速小于主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速。第十四章驅(qū)動(dòng)橋

第一節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的組成和功用

驅(qū)動(dòng)橋是傳系中最后一個(gè)大總成，它是指變速箱或傳動(dòng)軸之后，驅(qū)動(dòng)輪或驅(qū)動(dòng)鏈輪之前所有傳力機(jī)件與殼體的總稱。根據(jù)行駛系的不同，驅(qū)動(dòng)橋可分為輪式驅(qū)動(dòng)橋和履帶式驅(qū)動(dòng)橋兩種。

一、驅(qū)動(dòng)橋的組成

輪式驅(qū)動(dòng)橋見(jiàn)圖14-1所示。它由主傳動(dòng)器、差速器、半軸、最終傳動(dòng)(輪邊減速器)和橋殼等零部件組成。

變速箱傳來(lái)的動(dòng)力經(jīng)主傳動(dòng)器錐齒輪1、2傳到差速器上，再經(jīng)差速器的十字軸、行星齒輪3、半軸齒輪4和半軸5傳到最終傳動(dòng)，又經(jīng)最終傳動(dòng)的太陽(yáng)輪7、行星齒輪8和行星架最后傳動(dòng)到驅(qū)動(dòng)輪9上，驅(qū)動(dòng)機(jī)械行駛。

履帶式驅(qū)動(dòng)橋見(jiàn)圖14-2所示。它由主傳動(dòng)器、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(多采用轉(zhuǎn)向離合器)、最終傳動(dòng)和橋殼等零部件組成。

變速箱傳來(lái)的動(dòng)力經(jīng)主傳動(dòng)器錐齒輪3、2傳到轉(zhuǎn)向離合器8，再經(jīng)半軸1傳到最終傳動(dòng)由最終傳動(dòng)齒輪5、6最后傳到驅(qū)動(dòng)鏈輪7上，卷繞履帶，驅(qū)動(dòng)機(jī)械行駛。第266頁(yè)二、驅(qū)動(dòng)橋的功用

驅(qū)動(dòng)橋的功用是通過(guò)主傳動(dòng)器改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)軸線的方向，把軸線縱置的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳到軸線橫置的驅(qū)動(dòng)橋兩邊的驅(qū)動(dòng)輪。通過(guò)主傳動(dòng)器和最終傳動(dòng)將變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)速降低、轉(zhuǎn)矩增大。通過(guò)差速器解決兩側(cè)車(chē)輪的差速問(wèn)題，減小輪胎磨損和轉(zhuǎn)向阻力，從而協(xié)助轉(zhuǎn)向。通過(guò)轉(zhuǎn)向離合器既傳遞動(dòng)力，又執(zhí)行轉(zhuǎn)向任務(wù)。另外驅(qū)動(dòng)橋殼還起支承和傳力作用。

第二節(jié)主傳動(dòng)器

在輪式車(chē)輛和履帶式車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)，主傳動(dòng)器是第一個(gè)傳力部件。它的功用是把變速箱傳來(lái)的動(dòng)力降低轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)軸線由縱向改變?yōu)闄M向后而經(jīng)差速器或轉(zhuǎn)向離合器傳出。

一、主傳動(dòng)器的類型

(一)按主傳動(dòng)器的減速型式

1．單級(jí)減速主傳動(dòng)器

單級(jí)減速主傳動(dòng)器(圖14-1和圖14-2)通常由一對(duì)圓錐齒輪組成。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此一般機(jī)械均采用這種傳動(dòng)型式，但由于主動(dòng)小錐齒輪的最少齒數(shù)受到限制，傳動(dòng)比不能太大，否則從動(dòng)錐齒輪丑其殼體結(jié)構(gòu)尺寸大，離地間隙小，機(jī)械通過(guò)性能差。

2．兩級(jí)減速主傳動(dòng)器

兩級(jí)減速主傳動(dòng)器通常由一對(duì)圓錐齒輪副和一對(duì)圓柱齒輪副所組成。它可以獲得較大的傳動(dòng)比和離地間隙，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用較少。但是在貫通式驅(qū)動(dòng)橋上，為解決軸的貫通問(wèn)題，通常采用兩級(jí)減速主傳動(dòng)器。

另外在個(gè)別機(jī)械上還有采用雙速主傳動(dòng)器，它可以獲得兩種傳動(dòng)比，但由于這種結(jié)構(gòu)型式過(guò)于復(fù)雜，故使用極少。

(二)按錐齒輪的齒型

主傳動(dòng)器錐齒輪的齒型，常見(jiàn)的有如圖14-3所示的5種。

1．直齒錐齒輪

直齒錐齒輪(圖14-3a)齒線形狀為直線，制造簡(jiǎn)單，軸向力小，沒(méi)有附加軸向力；但它不發(fā)生根切的最少齒數(shù)多(最少12個(gè))，齒輪重疊系數(shù)小，齒面接觸區(qū)小，故傳動(dòng)噪聲大，承載能力第十五章轉(zhuǎn)向系

第一節(jié)概述

一、轉(zhuǎn)向系的功用和組成

轉(zhuǎn)向系的功用是操縱車(chē)輛的行駛方向，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)需要保持車(chē)輛穩(wěn)定地沿直線行駛或能按要求靈活地改變行駛方向。

根據(jù)轉(zhuǎn)向原理不同，轉(zhuǎn)向系可分為輪式和履帶式兩大類，根據(jù)轉(zhuǎn)向方式的不同，輪式底盤(pán)轉(zhuǎn)向系可分為偏轉(zhuǎn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向和鉸接式轉(zhuǎn)向兩種。按作用原理不同，轉(zhuǎn)向系又可分為機(jī)械式和液壓式兩種。

圖15-1所示為偏轉(zhuǎn)車(chē)輪式機(jī)械轉(zhuǎn)向系。它由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)兩部分組成。轉(zhuǎn)向時(shí)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)1，通過(guò)轉(zhuǎn)向軸2帶動(dòng)互相嚙合蝸桿3和齒扇4，使轉(zhuǎn)向垂臂5繞其軸擺動(dòng)，再經(jīng)轉(zhuǎn)向縱拉桿6和轉(zhuǎn)向節(jié)臂7使左轉(zhuǎn)向節(jié)及裝在其上的左轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)8偏轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，左梯形臂9經(jīng)轉(zhuǎn)向橫拉桿10和右梯形臂12使右轉(zhuǎn)向節(jié)13及右轉(zhuǎn)向輪繞主銷(xiāo)向同一方向偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向軸、嚙合傳動(dòng)副等總稱為轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向垂臂、左右梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿總稱為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿及前軸形成轉(zhuǎn)向梯形，其作用是保證兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角具有一定的相互關(guān)系。

二、對(duì)轉(zhuǎn)向系的基本要求

轉(zhuǎn)向系對(duì)車(chē)輛的使用性能影響很大，直接影響到行車(chē)安全，不論何種轉(zhuǎn)向系必須滿足下列第289頁(yè)要求：

1．轉(zhuǎn)向時(shí)各車(chē)輪必須作純滾動(dòng)而無(wú)側(cè)向滑動(dòng)，否則將會(huì)增加轉(zhuǎn)向阻力，加速輪胎磨損。由圖15-2可知，只有當(dāng)所有車(chē)輪的軸線在轉(zhuǎn)向過(guò)程中都交于一點(diǎn)。時(shí)，各車(chē)輪才能作純滾動(dòng)，此瞬時(shí)速度中心。

就稱為轉(zhuǎn)向中心。顯然兩輪偏轉(zhuǎn)角度不等，且內(nèi)外輪偏

轉(zhuǎn)角度應(yīng)滿足下列關(guān)系：

式中：M——兩側(cè)主銷(xiāo)中心距離(略小于轉(zhuǎn)向輪輪距)；

L——前后輪軸距。

2．操縱輕便。轉(zhuǎn)向時(shí)，作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的操縱力要小。

3．轉(zhuǎn)向靈敏。轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)不宜過(guò)多，以保證轉(zhuǎn)向靈敏。為了同時(shí)滿足操縱輕便和轉(zhuǎn)向靈敏的要求，由轉(zhuǎn)向盤(pán)至轉(zhuǎn)向輪間的傳動(dòng)比應(yīng)選擇合理。轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中間位置時(shí)，其空行程不允許起過(guò)15°～20°。

4．工作可靠。轉(zhuǎn)向系對(duì)輪式車(chē)輛行駛安全性關(guān)系極大，其零件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和壽命。

5．轉(zhuǎn)向盤(pán)至轉(zhuǎn)向垂臂間的傳動(dòng)要有一定的傳動(dòng)可逆性，這樣，轉(zhuǎn)向輪就有自動(dòng)回正的可能性，使駕駛員有“路感”。但可逆性不能太大，以免使用于轉(zhuǎn)向輪上的沖擊全部傳至轉(zhuǎn)向盤(pán)，增加駕駛員的疲勞和不安全感。

6．結(jié)構(gòu)合理。轉(zhuǎn)向系的調(diào)整應(yīng)盡量少而簡(jiǎn)便。

三、輪式車(chē)輛轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)向方式分析

輪式機(jī)械的轉(zhuǎn)向方式可分為偏轉(zhuǎn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向和鉸接式轉(zhuǎn)向兩大類。

1．偏轉(zhuǎn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向(整體式車(chē)架)：

(1)偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向：圖15-3a)所示是一種常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向方式。其前輪轉(zhuǎn)向半徑大于后輪轉(zhuǎn)向半徑，行駛時(shí)，駕駛員易于用前輪來(lái)估計(jì)避開(kāi)障礙物，有利于安全行駛。一般車(chē)輛都采用這種轉(zhuǎn)向方式。

(2)偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向：圖15-3b)所示為偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向方式，對(duì)于在車(chē)輪前方裝有工作機(jī)構(gòu)的機(jī)械，若用前輪轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角受到影響，轉(zhuǎn)向阻力矩增加。采用偏轉(zhuǎn)后輪轉(zhuǎn)向方式，便可解決上述矛盾。其缺點(diǎn)是后輪轉(zhuǎn)向半徑大于前輪轉(zhuǎn)向半徑，這樣駕駛員不能按偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向方式來(lái)估計(jì)

第十六章制動(dòng)系統(tǒng)

第一節(jié)概述

一、制動(dòng)系及其功用

對(duì)于行駛中的機(jī)械施加可控制的迫使其減速或停車(chē)的力稱為制動(dòng)力。實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的一系列專，、J的裝置稱為制動(dòng)系。工程機(jī)械在道路卜行駛時(shí)若遇道路不平、交通擁擠，兩車(chē)相會(huì)或遇到障礙物時(shí)都需要減速。在施工時(shí)，由于工作性質(zhì)的要求要頻繁地前進(jìn)、倒退，為提高工效需要制動(dòng)換向。在坡地上作業(yè)和下坡時(shí)，為行駛安全需要制動(dòng)減速。所有這些都要求行駛機(jī)械必須要具備良好的制動(dòng)性能，以保證機(jī)械安全高效地行駛作業(yè)。

二、制動(dòng)系的工作原理

一般輪式機(jī)械制動(dòng)工作原理可用圖16-1來(lái)說(shuō)明。

制動(dòng)鼓8與車(chē)輪相連，它隨車(chē)輪一起旋轉(zhuǎn)，制動(dòng)分泵6和兩個(gè)支承銷(xiāo)12是固定在底板11上，底板是與車(chē)橋相連的。兩個(gè)弧形制動(dòng)蹄10的下端安裝在支承銷(xiāo)12上，在蹄的外圓面上裝有非金屬的摩擦片9，制動(dòng)分泵6用油管與制動(dòng)總泵4相連通。

制動(dòng)時(shí)踩下踏板1，活塞3在推桿2的作用下使總泵4中產(chǎn)生高壓油，經(jīng)油管5推動(dòng)分泵6中的兩個(gè)活塞使制動(dòng)蹄10繞支承銷(xiāo)12旋轉(zhuǎn)而向外張開(kāi)，將摩擦片9緊壓在制動(dòng)鼓8上產(chǎn)生摩擦力矩r，其方向與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向相反，試圖“抱死”車(chē)輪不讓其旋轉(zhuǎn)。由于車(chē)輪與地面間有附著作用，車(chē)輪對(duì)地面產(chǎn)生一個(gè)向前的切向力Fu，同時(shí)地面給車(chē)輪一個(gè)反作用力FB，正是這個(gè)FB阻止車(chē)輪向前運(yùn)動(dòng)，我們稱其為制動(dòng)力，制動(dòng)力越大則車(chē)的減速度也越大。當(dāng)松開(kāi)踏板1時(shí)，在復(fù)位彈簧的作用下，使兩制動(dòng)蹄回位，摩擦力矩T消失，則FB也隨之消失，制動(dòng)解除。

顯然，制動(dòng)力FB并不僅僅取決于制動(dòng)力矩T，還取決于輪胎與地面的附著條件，即：FB≤QCk

式中：Q——車(chē)輪與地面間的附著系數(shù)；

Gk——車(chē)輪對(duì)地面的垂直載荷。

如果不斷地增大制動(dòng)力矩T，則會(huì)使制動(dòng)力矩產(chǎn)生的制動(dòng)力尸D大于地面所能提供的附著第307頁(yè)力。此時(shí)，制動(dòng)蹄會(huì)將制動(dòng)鼓“抱死”(即制動(dòng)蹄相對(duì)制動(dòng)鼓無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng))，那么車(chē)輪在地面上不再進(jìn)行純滾動(dòng)，而完全處于滑移狀態(tài)(即施印)。這不僅加劇輪胎的磨損，還使制動(dòng)距離加長(zhǎng)。更重要的是輪胎滑移時(shí)失去了承受側(cè)向力的能力和轉(zhuǎn)向能力，使整車(chē)的方向穩(wěn)定性受到嚴(yán)重破壞，從而導(dǎo)致嚴(yán)重事故。理想的制動(dòng)是車(chē)輪將要“抱死”而未完全“抱死”的臨界狀態(tài)。這時(shí)地面提供的附著力最大，制動(dòng)距離最短，制動(dòng)效果最佳，能實(shí)現(xiàn)這種功能的系統(tǒng)稱為“防抱死制動(dòng)系統(tǒng)”即ABS(AntilockBrakingSystem)。

三、制動(dòng)系統(tǒng)的組成及分類

1．制動(dòng)系的組成：

供能裝置——供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量的各種部件，在圖16-1中是駕駛員踩踏板1提供制動(dòng)能源的，也可由發(fā)動(dòng)機(jī)提供。

控制裝置——包括產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和控制制動(dòng)效果的各種部件，在圖16-1中踏板即是一簡(jiǎn)單控制裝置。

傳動(dòng)裝置——將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件，在圖16-1中制動(dòng)總泵油管制動(dòng)分泵。

制動(dòng)器廠—產(chǎn)生制動(dòng)力矩的裝置，在圖16-1中制動(dòng)蹄摩擦片、制動(dòng)鼓等。

2．制動(dòng)系的分類：

①按制動(dòng)能源分

人力制動(dòng)系——以駕駛員的動(dòng)作為制動(dòng)能源進(jìn)行制動(dòng)。

動(dòng)力制動(dòng)系—以發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化成氣壓或液壓形成的勢(shì)能進(jìn)行制動(dòng)。

伺服制動(dòng)系——兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)。

②按照制動(dòng)能量的傳輸方式分

機(jī)械式、液壓式、氣壓式、電磁式和復(fù)合式(兼用兩種或兩種以上方式傳輸能量的，如電液、氣液等)。

③按制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式分蹄式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器和帶式制動(dòng)器。

④按制動(dòng)系的功用分

車(chē)輪制動(dòng)系——用于行車(chē)時(shí)制動(dòng)，也稱腳制動(dòng)系。

中央制動(dòng)系——用于停車(chē)時(shí)制動(dòng)，偶爾也用緊急制動(dòng)。它一般裝在傳動(dòng)軸上或車(chē)輪軸上，也稱手制動(dòng)系或駐車(chē)制動(dòng)系。

輔助制動(dòng)系——用于下長(zhǎng)坡時(shí)制動(dòng)，一般是裝在傳動(dòng)軸上的液力制動(dòng)或裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上的排氣制動(dòng)。

四、制動(dòng)系的基本要求

1．制動(dòng)力大，制動(dòng)器在一定的外形尺寸下，充分利用傳力和助力機(jī)構(gòu)傳來(lái)的力，產(chǎn)生盡可能大的制動(dòng)力矩，以確保行車(chē)安全。

2．操縱輕便省力以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3．制動(dòng)時(shí)迅速平穩(wěn)，解除制動(dòng)時(shí)能迅速?gòu)氐椎厮砷_(kāi)車(chē)輪。

4．制動(dòng)器的摩擦片材料應(yīng)具有較大的抗衰退性和較大的摩擦系數(shù)。耐磨性好，調(diào)整維修方便。第十七章輪式行駛系

第一節(jié)輪式行駛系的功用和組成

輪式行駛系的功用是用來(lái)支持整機(jī)的重量和載荷，保證機(jī)械行駛和進(jìn)行各種作業(yè)。此外，它還可減少作業(yè)機(jī)械的振動(dòng)并緩和作業(yè)機(jī)械受到的沖擊。

輪式行駛系如圖17-1所示，通常是由車(chē)架1、車(chē)橋2、懸架3和車(chē)輪4等組成。車(chē)架通過(guò)懸架連接著車(chē)橋，而車(chē)輪則安裝在車(chē)橋的兩端。

對(duì)于行駛速度較低的輪式工程機(jī)械，為了保證其作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，一般不裝懸架，而將車(chē)橋直接與車(chē)架連接，僅依靠低壓的橡膠輪胎緩沖減振。因此緩沖性能較裝有彈性懸架者為差。對(duì)于行駛速度高于40—50km／h的工程機(jī)械，則必須裝有彈性懸架裝置。懸架裝置有用彈簧鋼板制作的(如起重機(jī))，也有用氣—油為彈性介質(zhì)制作的。后者的緩沖性能較好，但制造技術(shù)要求高。

第二節(jié)車(chē)架、車(chē)橋、車(chē)輪與輪胎

一、車(chē)架

1．車(chē)架的功用和要求

車(chē)架是全機(jī)的骨架。全機(jī)的零、部件都直接或間接地安裝在它上面。

車(chē)架受力復(fù)雜，如圖17-1所示的各種力以及行駛與作業(yè)中的沖擊，最后都傳到車(chē)架上。

因此，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，才能保證整機(jī)的正常工作。車(chē)架的結(jié)構(gòu)形狀必須滿足整機(jī)布置和整機(jī)性能的要求。

2．車(chē)架的類型和結(jié)構(gòu)

不同的機(jī)種，有不同的作業(yè)對(duì)象和作業(yè)方式，因此車(chē)架的結(jié)構(gòu)型式也不相同。不過(guò)，一般分為鉸接式(折腰式)和整體式兩大類。

(1)鉸接式車(chē)架

鉸接式車(chē)架由于其轉(zhuǎn)彎半徑小，前、后橋通用，工作裝置容易對(duì)準(zhǔn)工作面等優(yōu)點(diǎn)，在壓實(shí)機(jī)械和鏟土運(yùn)輸機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖17-2所示為輪式裝載機(jī)鉸接式車(chē)架。后車(chē)架3和前車(chē)架1用上下兩個(gè)鉸銷(xiāo)連成一體，前后車(chē)架以鉸銷(xiāo)為鉸點(diǎn)形成“折腰”。前車(chē)架通過(guò)相應(yīng)的銷(xiāo)座裝有動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸第328頁(yè)等。后車(chē)架的各相應(yīng)支點(diǎn)則固定有發(fā)動(dòng)機(jī)、變矩器、變速箱、駕駛室等零部件。該機(jī)取消了擺動(dòng)架，其擺動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在驅(qū)動(dòng)橋殼的中點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)行駛在崎嶇路面時(shí)四輪同時(shí)著地，機(jī)架上部盡可能地處于垂直位置，使機(jī)械具有好的穩(wěn)定性和平順性。

前后車(chē)架由鋼板、槽鋼焊接而成，受力大的部位則用加強(qiáng)筋板、加厚尺寸等措施來(lái)進(jìn)行加固。

前、后車(chē)架鉸接點(diǎn)的形式有3種，即：銷(xiāo)套式、球鉸式、錐柱軸承式。現(xiàn)以銷(xiāo)套式為典型進(jìn)行介紹。

如圖17-3所示，前后車(chē)架由上下兩個(gè)相同的鉸點(diǎn)組成。兩鉸點(diǎn)距離布置得越遠(yuǎn)，則車(chē)輛行駛在不平路面上時(shí)每個(gè)鉸點(diǎn)的受力越小。就每個(gè)鉸點(diǎn)而言，銷(xiāo)套6壓入后車(chē)架7，然后將鉸銷(xiāo)1插入孔內(nèi)以形成鉸點(diǎn)。為防止鉸銷(xiāo)3相對(duì)前車(chē)架4轉(zhuǎn)動(dòng)，將固定板2焊于鉸銷(xiāo)3的端頭，再用螺釘1固定。這樣，回轉(zhuǎn)面將總在鉸銷(xiāo)3和銷(xiāo)套6之間，便于磨損后更換。為防止前后車(chē)架鉸銷(xiāo)孔端面磨損，裝有銅墊圈5。以上兩對(duì)摩擦面都注有潤(rùn)滑脂。ZL20、ZL30、2150裝載機(jī)都是采用這種結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠；但上下兩鉸點(diǎn)軸孔的同軸度要求較高，所以兩鉸點(diǎn)的距離不能太大。

(2)整體式車(chē)架

整體式車(chē)架通常用于車(chē)速較高的施工機(jī)械與車(chē)輛；在車(chē)速很低的施工機(jī)械(壓路機(jī))上，整體車(chē)架也得到廣泛應(yīng)用。圖174和圖17-5分5U示出QY—16汽車(chē)起重機(jī)的車(chē)架和洛陽(yáng)產(chǎn)3Y12／15型壓路機(jī)車(chē)架的簡(jiǎn)圖。

QY—16汽車(chē)起重機(jī)的車(chē)架是一個(gè)完整的框架，由兩根縱梁和七根橫梁焊接而成。縱梁5根據(jù)受力不同，從左至右逐步加高，其斷面形狀左端為槽形，右端為箱形；整個(gè)縱梁有采用全部鋼板焊接的，有采用部分沖壓成型后焊接的。這些差異都是由于右端承載第十八章履帶行駛系

第一節(jié)履帶行駛系的功用和組成

履帶式機(jī)械行駛系的功用是支持機(jī)體并將柴油機(jī)經(jīng)由傳動(dòng)系傳到驅(qū)動(dòng)鏈輪上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變成機(jī)械行駛和進(jìn)行作業(yè)所需的牽引力。為了保匪履帶式機(jī)械的正常工作它還起緩和地面對(duì)機(jī)體沖擊振動(dòng)的作用。

履帶式行駛系通常由懸架機(jī)構(gòu)和行走裝置兩部分組成。懸架機(jī)構(gòu)是用來(lái)將機(jī)體和行走裝置裝連接起來(lái)的部件，它應(yīng)保證機(jī)械以一定速度在不平路面上行駛時(shí)具有良好的行駛平順性和零部件工作的可靠性。行走裝置用來(lái)支承機(jī)體并將發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)系輸出的轉(zhuǎn)矩，利用履帶與地面的作用，產(chǎn)生機(jī)械行駛和作業(yè)的牽引力。

如圖18-1所示，履帶式行駛系通常是由臺(tái)車(chē)架6、懸架12、履帶13、驅(qū)動(dòng)鏈輪8、支重輪5、托輪3、張緊輪1(或稱導(dǎo)向輪)和張緊機(jī)構(gòu)4等零部件組成。

履帶式行駛系與輪式行駛系相比有如下特點(diǎn)：

1．支承面積大，接地比壓小。例如，履帶推土機(jī)的接地比壓為2—8N／cm2，而輪式推土機(jī)的接地比壓一般為20N／cm2。因此，履帶推土機(jī)適合在松軟或泥濘場(chǎng)地進(jìn)行作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力也小，通過(guò)性能較好。

2．履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。第339頁(yè)3．結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減振性能差，零件易損壞。因此，行駛速度不能太高，機(jī)動(dòng)性差。

第二節(jié)機(jī)架和懸架

一、機(jī)架

機(jī)架是用來(lái)支承和固定發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)件及駕駛室等零部件的，是整機(jī)的骨架。它可分為全梁式、半梁式兩種。推土機(jī)多用半梁式，如圖18-2所示，兩根縱梁l與后橋箱3焊為一體。后橋箱有鑄鋼件與焊接件之分，隨著焊接工藝的改進(jìn)，近年來(lái)焊接件用得較多。機(jī)架中部橫梁2通過(guò)鉸銷(xiāo)支承在懸架上。

二、懸架

懸架是機(jī)架和臺(tái)車(chē)架之間的連接元件。懸架可分為彈性懸架、半剛性懸架和剛性懸架。機(jī)體的重量完全經(jīng)彈性元件傳遞給支重輪的叫彈性懸架；部分重量經(jīng)彈性元件而另一部分重量經(jīng)剛性元件傳遞給支重輪的叫半剛性懸架；機(jī)體重量完全經(jīng)剛性元件傳遞給支重輪的叫剛性懸架。通常對(duì)于行駛速度較高的機(jī)械(例如東方紅-75推土機(jī))為了緩和高速行駛而帶來(lái)的各種沖擊采用彈性懸架；對(duì)于行駛速度較低的機(jī)械，為了保證作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性，通常采用半剛性懸架或剛性懸架。

圖18-3示出了東方紅-75推土機(jī)的行駛系。它沒(méi)有統(tǒng)一的臺(tái)車(chē)架，各部件都安裝在機(jī)架5上；推土機(jī)的重量通過(guò)前、后支重粱4、6傳到四套平衡架10上，然后再經(jīng)過(guò)八對(duì)支重輪12傳到履帶13上。由于平衡架是一個(gè)彈性系統(tǒng)，故稱為彈性懸架。

彈性懸架式推土機(jī)的平衡架的結(jié)構(gòu)如圖18-4所示：平衡架由一對(duì)互相鉸接的內(nèi)、外空心平衡臂2、7組成。內(nèi)、外平衡臂2、?由銷(xiāo)軸3鉸接；在外平衡臂7的孔內(nèi)裝有滑動(dòng)軸承，通過(guò)支重梁橫軸4將整個(gè)平衡架安裝到前、后支重梁上，并允許其繞支重梁擺動(dòng)。懸架彈簧1是由課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱：工程光學(xué)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：三片式數(shù)碼物鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：理學(xué)院專業(yè)班級(jí)：光電信息科學(xué)與工程激光一班學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：學(xué)生成績(jī)：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：20/06/27至20/07/03課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和基本要求1．查閱相關(guān)資料，光學(xué)設(shè)計(jì)的基本概念、光學(xué)玻璃的相關(guān)知識(shí)和軟件的使用。2．學(xué)習(xí)各種像差的基本概念、描述及評(píng)價(jià)方法，掌握近軸光線追跡公式。3．本課題要求設(shè)計(jì)出一個(gè)三片式數(shù)碼照相物鏡，要求的光學(xué)特性為：，,；像質(zhì)主要以調(diào)制傳遞函數(shù)MTF衡量，具體要求是對(duì)于低頻(17lp/mm)，視場(chǎng)中心的MTF≥0.9，視場(chǎng)邊緣的MTF≥0.80；對(duì)于高頻(51lp/mm)，視場(chǎng)中心的MTF≥0.3，視場(chǎng)邊緣的MTF≥0.20，另外，最大相對(duì)畸變dist≤4%。該物鏡對(duì)d光校正單色像差，對(duì)F、C光為校正色差。4．學(xué)習(xí)使用ZEMAX進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和報(bào)表輸出，分析各種初級(jí)像差并設(shè)置優(yōu)化函數(shù)；設(shè)計(jì)三片式數(shù)碼照相物鏡并優(yōu)化，對(duì)像差做簡(jiǎn)單的分析之后，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文。5．課題設(shè)計(jì)(論文)難度適中，工作努力，遵守紀(jì)律，工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)，按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)。6．綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文(設(shè)計(jì))結(jié)果有一定的參考價(jià)值。二、進(jìn)度安排1．6月27日：了解光學(xué)設(shè)計(jì)的基本概念、光學(xué)玻璃的相關(guān)知識(shí)和軟件的使用。以單透鏡的設(shè)計(jì)為例學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的錄入，基本概念和設(shè)計(jì)思想在軟件中的實(shí)現(xiàn)，初步掌握Z(yǔ)EMAX的分析工具和數(shù)據(jù)含義及輸出。2．6月28日至6月29日：學(xué)習(xí)各種像差的基本概念、描述及評(píng)價(jià)方法，掌握近軸光線追跡公式。3．6月30日：學(xué)習(xí)查找文獻(xiàn)資料，選擇合適的數(shù)碼物鏡初始結(jié)構(gòu)，用縮放法進(jìn)行縮放，緩慢調(diào)整有關(guān)參數(shù)并優(yōu)化，并最終得到比較好的設(shè)計(jì)參數(shù)。學(xué)習(xí)光學(xué)玻璃材料知識(shí)，通過(guò)選擇合適的玻璃，校正像差。4．7月1日：整理思路，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文，論文中要體現(xiàn)像差概念和評(píng)價(jià)、體現(xiàn)zemax評(píng)價(jià)函數(shù)的構(gòu)造及優(yōu)化過(guò)程像差的變化；檢查格式，符合課程設(shè)計(jì)論文格式要求。5．7月2日至7月3日：課程設(shè)計(jì)答辯并上交論文；．照相機(jī)物鏡的發(fā)展歷程很早就有透鏡的相關(guān)記載，比如出現(xiàn)在古希臘阿里斯托芬的戲劇云彩中的燒玻璃；古羅馬老普林尼的文字?jǐn)⑹鲋幸脖硎玖_馬帝國(guó)知道燒玻璃，并且提及矯正透鏡第一個(gè)可能的用途：說(shuō)是尼祿用于觀看格斗比賽使用的綠寶石。阿拉伯的數(shù)學(xué)家IbnSahl使用所知的史奈爾定律計(jì)算透鏡的形狀。最古老的人工制品是在美索不達(dá)米亞的尼尼微被挖掘出來(lái)的石英透鏡，大約出現(xiàn)在紀(jì)元前640年。中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《墨子》一書(shū)，敘述了透鏡成像規(guī)律。《墨子·經(jīng)下》及《墨子·經(jīng)說(shuō)下》的第二四、二五條，便分別敘述了凹透鏡和凸透鏡的成像規(guī)律。眼鏡大約在1280年的意大利被發(fā)明，之后透鏡才被普遍的利用。尼古拉斯·庫(kù)沙則被認(rèn)為是第一位將凹透鏡用于治療近視的人，時(shí)間則是1451年。恩斯特·阿貝(1860年)提出的阿貝正弦條件，描述了透鏡或其他光學(xué)系統(tǒng)要能在離開(kāi)光軸的區(qū)域上產(chǎn)生如同在光軸上一樣清晰的影像所必須要的條件。他改革了光學(xué)儀器，例如顯微鏡的設(shè)計(jì)，主導(dǎo)了光學(xué)儀器的研究與發(fā)展。在日常生活中，照相機(jī)是人們必不可少的，他歷史悠久，發(fā)展迅速，給人們的往日生活帶來(lái)了美好的回憶。1500年意大利人發(fā)明用暗室能觀察影像，到十八世紀(jì)初出現(xiàn)了木制暗箱。1812年英國(guó)人渥拉斯頓用新月形凹透鏡作為暗箱的鏡頭，能獲得較好的影像，這就是后來(lái)的照相機(jī)鏡頭的雛形。1727年德國(guó)人發(fā)現(xiàn)硝酸銀和白粉的混合物具有感光性。1839年法國(guó)人達(dá)蓋爾發(fā)明了銀版法，得出了逼真的正像，感光性能有了明顯的改進(jìn)。法國(guó)機(jī)械商將帶有渥拉斯頓型鏡頭的木制暗箱裝上銀版感光片，第一次攝下了人像，成為人類歷史上第一架可供使用的照相機(jī)。從第一架照相機(jī)問(wèn)世至今的一百多年來(lái)，照相機(jī)有了飛速的發(fā)展，它的演變歷史大致可分為三個(gè)階段：1．從1839年到1938年這近百年的時(shí)間，為照相機(jī)的初級(jí)階段。其特點(diǎn)是適應(yīng)攝影實(shí)踐的需求，提高照相機(jī)的技術(shù)性能和發(fā)展照相機(jī)的品種。這個(gè)階段后期，形成了照相機(jī)工業(yè)，并進(jìn)入了光學(xué)機(jī)械制造行業(yè)。2．從1939年到五十年代末，為照相機(jī)的發(fā)展中階段。特點(diǎn)是光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，電子技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用在照相機(jī)上，這個(gè)階段也是120和135照相機(jī)并行發(fā)展的時(shí)代。3．從六十年代開(kāi)始至今,為照相機(jī)發(fā)展的第三階段。照相機(jī)已經(jīng)進(jìn)入光學(xué)精密機(jī)械與電子相結(jié)合的時(shí)代，或稱為高級(jí)階段。2．技術(shù)要求設(shè)計(jì)出一個(gè)三片式數(shù)碼照相物鏡，要求的光學(xué)特性為：，,；像質(zhì)主要以調(diào)制傳遞函數(shù)MTF衡量，具體要求是對(duì)于低頻(17lp/mm)，視場(chǎng)中心的MTF≥0.9，視場(chǎng)邊緣的MTF≥0.80；對(duì)于高頻(51lp/mm)，視場(chǎng)中心的MTF≥0.3，視場(chǎng)邊緣的MTF≥0.20，另外，最大相對(duì)畸變dist≤4%。該物鏡對(duì)d光校正單色像差，對(duì)F、C光為校正色差。3．光學(xué)系統(tǒng)成像評(píng)價(jià)3．1概述光學(xué)設(shè)計(jì)必須校正光學(xué)系統(tǒng)的像差，但既不可能也無(wú)必要把像差校正到完全理想的程度，因此需要選擇像差的最佳校正也需要確定校正到怎樣的程度才能滿足使用要求，即確定像差容限。對(duì)光學(xué)系統(tǒng)成像性能的要求主要有兩個(gè)方面：第一方面是光學(xué)特性，包括焦距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距離等；第二方面是成像質(zhì)量，光學(xué)系統(tǒng)所成的像應(yīng)該足夠清晰，并且物像相似，變形要小3．2幾何像差及其相應(yīng)校正方法像差指在光學(xué)系統(tǒng)中由透鏡材料的特性或折射(或反射)表面的幾何形狀引起實(shí)際像與理想像的偏差。理想像就是由理想光學(xué)系統(tǒng)所成的像。實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)，只有在近軸區(qū)域以很小的孔徑角的光束所生成的像才是完善的。但在實(shí)際應(yīng)用中，須有一定大小的成像空間和光束孔徑，同時(shí)還由于成像光束多是有不同顏色的光組成的，同一介質(zhì)的折射率隨顏色而異。因此實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像具有一系列缺陷，這就是像差。像差的大小反映了光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)劣。幾何像差主要有七種：其中單色光像差有五種，即球差、彗差、像散、場(chǎng)曲和畸變；在實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)中，各種像差是同時(shí)存在的。它影響了光學(xué)系統(tǒng)成像的清晰度、相似性和色彩逼真等，降低了成像質(zhì)量。3．2.1球差球差亦稱球面像差。軸上物點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)以后，與光軸夾不同角度的光線交光軸于不同位置，因此，在像面上形成一個(gè)圓形彌散斑，這就是球差。一般是以實(shí)際光線在像方與光軸的交點(diǎn)相對(duì)于近軸光線與光軸交點(diǎn)(即高斯像點(diǎn))的軸向距離來(lái)度量它。對(duì)于單色光而言，球差是軸上點(diǎn)成像時(shí)唯一存在的像差。軸外點(diǎn)成像時(shí)，存在許多種像差，球差只是其中的一種。除特殊情況外，一般而言，單個(gè)球面透鏡不能校正球差，正透鏡產(chǎn)生負(fù)球差，負(fù)透鏡產(chǎn)生正球差。對(duì)一定位置的物點(diǎn)而言,當(dāng)保持透鏡的孔徑和焦距不變時(shí),球差的大小隨透鏡的形狀而異。單透鏡自身不能校正球差。單正透鏡產(chǎn)生的球差是負(fù)值，如圖2-3(a)，單負(fù)透鏡則產(chǎn)生正球差。為獲得消球差系統(tǒng)，必須采用正負(fù)透鏡的組合，最簡(jiǎn)單的形式有正負(fù)膠合在一起的雙膠合透鏡以及正負(fù)膠之間有一定的空氣間隔的雙分離透鏡3．2.2彗差光軸外的某一物點(diǎn)向鏡頭發(fā)出一束平行光線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，在象平面上會(huì)形成不對(duì)稱的彌散光斑，這種彌散光斑的形狀呈彗星形，即由中心到邊緣拖著一個(gè)由細(xì)到粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端寬大、暗淡、模糊。這種軸外光束引起的像差稱為彗差。彗差的大小是以它所形成的彌散光斑的不對(duì)稱程度來(lái)表示。彗差的大小既與孔徑有關(guān)，也與視場(chǎng)有關(guān)。由于慧差是垂軸像差，且彗差大小與光束寬度、物體大小、光闌位置、光組內(nèi)部結(jié)構(gòu)(透鏡的折射率、曲率、孔徑等)有關(guān)。改變透鏡的形狀或組合，可較好地消除彗差。如能對(duì)該透鏡消除球差，則彗差亦得到改善。另外當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，孔徑光闌置于系統(tǒng)的中央，且物像放大率為β=－1時(shí)，整個(gè)光束結(jié)構(gòu)關(guān)于系統(tǒng)的中心點(diǎn)對(duì)稱，如圖2-7所示，系統(tǒng)前半部產(chǎn)生的慧差與后半部產(chǎn)生的慧差絕對(duì)值相同、符號(hào)相反，慧差完全自動(dòng)消除。對(duì)于彗差的校正：可以利用合適的視場(chǎng)和孔徑，但不宜過(guò)大；合理選擇玻璃材料，改變球面曲率半徑；采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)。3．2.3像散由于發(fā)光物點(diǎn)不在光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，它所發(fā)出的光束與光軸有一傾斜角。該光束經(jīng)透鏡折射后，其子午細(xì)光束與弧矢細(xì)光束的匯聚點(diǎn)不在一個(gè)點(diǎn)上。即光束不能聚焦于一點(diǎn)，成像不清晰，故產(chǎn)生像散。像散也是影響清晰度的軸外點(diǎn)單色像差。當(dāng)視場(chǎng)很大時(shí)，邊緣上的物點(diǎn)離光軸遠(yuǎn)，光束傾斜大，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后則引起像散。像散使原來(lái)的物點(diǎn)在成像后變成兩個(gè)分離并且相互垂直的短線，在理想像平面上綜合后，形成一個(gè)橢圓形的斑點(diǎn)。像散是通過(guò)復(fù)雜的透鏡組合來(lái)消除，對(duì)于像散的校正，有以下方法：可以控制視場(chǎng)，小為宜；改變球面曲率；適當(dāng)透鏡材料；合理設(shè)置光闌的位置。3．2.4場(chǎng)曲垂直于主軸的平面物體經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所結(jié)成的清晰影像，若不在一垂直于主軸的像平面內(nèi)，而在一以主軸為對(duì)稱的彎曲表面上，即最佳像面為一曲面，則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為場(chǎng)曲。像散和場(chǎng)曲既有區(qū)別又有聯(lián)系。有像散必然存在場(chǎng)曲，但場(chǎng)曲存在時(shí)不一定有像散。對(duì)于場(chǎng)曲的校正，可以采用彎月型厚透鏡，或者采用正負(fù)透鏡分離的方法。3．2.5畸變被攝物平面內(nèi)的主軸外直線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后變?yōu)榍€，則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為畸變[2]?；兪侵肝锼傻南裨谛螤钌系淖冃?。畸變并不會(huì)影響像的清晰度，而只影響像與物的相似性。這是畸變與球差、慧差、像散、場(chǎng)曲之間的根本區(qū)別。由于畸變的存在，物方的一條直線在像方就變成了一條曲線，造成像的失真畸變與其他像差不同，它僅由主光線的光路決定，引起像的變形，并不影響成像清晰度。對(duì)于畸變的校正：可以選擇合適的光闌；如果是垂軸像差，當(dāng)β=-1時(shí)，這種像差可以自動(dòng)校正。3．2.6色差大多數(shù)情況下，物體都以復(fù)色光成像，白光包含了各種不同波長(zhǎng)的單色光，光學(xué)材料對(duì)不同波長(zhǎng)的譜線有不同的折射率。當(dāng)白光經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)不同波長(zhǎng)有不同的焦距，各譜線將形成各自的像點(diǎn)，導(dǎo)致一個(gè)物點(diǎn)對(duì)應(yīng)有許許多多不同波長(zhǎng)的像點(diǎn)位置和放大率，這種成像的色差異我們統(tǒng)稱為色差4.三片型照相物鏡的設(shè)計(jì)4．1定義系統(tǒng)參數(shù)4.1.1入瞳直徑啟動(dòng)ZEMAX，輸入原始數(shù)據(jù)。通常，在開(kāi)始設(shè)計(jì)一個(gè)新系統(tǒng)時(shí)，定義的第一個(gè)參數(shù)是系統(tǒng)孔徑。在ZEAMX中，系統(tǒng)孔徑的作用有兩個(gè)方面，一是規(guī)定在整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中，ZEMAX需要追跡的的光束的寬度；二是規(guī)定在OBJ面上，由每個(gè)場(chǎng)點(diǎn)所發(fā)出的光線的初始方向余弦。系統(tǒng)孔徑可用不同的方式定義，可心定義為EntrancePupilDiameter(EPD，入瞳直徑)，ImageSpaceF/#(像空間F數(shù))，ObjectSpaceNA(物空間數(shù)值孔徑)，F(xiàn)loatByStopSize(大小可變的浮動(dòng)光闌)，等等。對(duì)我們這個(gè)單透鏡，確定其EPD值很容易。如前所述，這是一個(gè)F/4透鏡，意即4#F。同時(shí)，有效焦距為100mm。#F定義為，當(dāng)物和像都位于無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，近軸有效焦距同近軸入瞳直徑之比。據(jù)此，我們這個(gè)單透鏡的EPD應(yīng)為4mm：#圖4.1.1入瞳直徑的設(shè)定4．1.2孔徑值在ZEMAX中，透鏡單位有millimeters(毫米)、centimeters(厘米)、inches(英寸)，或meters(米)四種選擇。對(duì)我們這個(gè)單透鏡，將采用millimeters。在SystemGeneraldialog的Units框內(nèi)，選擇Millimeters作為透鏡單位圖4.1.2透鏡單位的設(shè)定4．1.3視場(chǎng)圖4.1.3視場(chǎng)的設(shè)定4．1.4波長(zhǎng)圖4.1.4入射光波長(zhǎng)的設(shè)定設(shè)置好后的系統(tǒng)數(shù)據(jù)如下：原始數(shù)據(jù)：System/PrescriptionDataFile:D:\qq文件\1948602543\FileRecv\SANPIAN0.ZMXTitle:Date:THUJUN302016GENERALLENSDATA:Surfaces:9Stop:4SystemAperture:ImageSpaceF/#=4.5GlassCatalogs:SCHOTTRayAiming:OffApodization:Uniform,factor=0.00000E+000EffectiveFocalLength:100(inairatsystemtemperatureandpressure)EffectiveFocalLength:100(inimagespace)BackFocalLength:86.38925TotalTrack:143.807ImageSpaceF/#:4.5ParaxialWorkingF/#:4.5WorkingF/#:4.500112ImageSpaceNA:0.1104315ObjectSpaceNA:1.111111e-009StopRadius:8.673456ParaxialImageHeight:36.39702ParaxialMagnification:0EntrancePupilDiameter:22.22222EntrancePupilPosition:43.64339ExitPupilDiameter:23.21977ExitPupilPosition:-104.489設(shè)置好之后在Zemax中顯示圖形如下：圖4.1.5設(shè)計(jì)好之后的光路圖圖4.1.6優(yōu)化之前的波像差圖4.1.7優(yōu)化前的像差最大值圖4.1.8優(yōu)化前的場(chǎng)曲和畸變圖4.1.9優(yōu)化前的彌散半徑圖4.1.10優(yōu)化前視場(chǎng)中心和邊緣的MTF4．2校正及優(yōu)化4．2.1調(diào)試過(guò)程在光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足給定的約束條件，兩種方法：1．將對(duì)約束條件有影響的參數(shù)設(shè)為變量，并且在MeritFunctionEditor(評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器，將在稍后介紹)中，添加邊界約束條件。2．采用特殊的solves，以強(qiáng)化約束條件，同時(shí)消除不必要的變量。在這兩種方法，后一種更好。雖然兩種方法都能通過(guò)調(diào)整透鏡參數(shù)，達(dá)到維持特定邊界條件的目的，但額外添加的邊界約束條件，會(huì)減慢評(píng)價(jià)函數(shù)的運(yùn)行速度。1．插入優(yōu)化函數(shù)。圖4.2.1插入的優(yōu)化函數(shù)2．將玻璃設(shè)為模型。3．改變面之間厚度，優(yōu)化，直到各種像差都達(dá)到最優(yōu)。4．將模型玻璃變成實(shí)際玻璃，再改變厚度以及玻璃類型，變動(dòng)一次優(yōu)化一次，直到符合要求。圖4.2.2確定好的玻璃類型和厚度4．2.2最終優(yōu)化結(jié)果系統(tǒng)數(shù)據(jù)：System/PrescriptionDataFile:G:\SANPIAN011213.ZMXTitle:Date:THUJUN302016GENERALLENSDATA:Surfaces:9Stop:4SystemAperture:ImageSpaceF/#=4GlassCatalogs:SCHOTTRayAiming:OffApodization:Uniform,factor=0.00000E+000EffectiveFocalLength:5.999979(inairatsystemtemperatureandpressure)EffectiveFocalLength:5.999979(inimagespace)BackFocalLength:4.737781TotalTrack:8.785474ImageSpaceF/#:4ParaxialWorkingF/#:4WorkingF/#:4.014838ImageSpaceNA:0.1240347ObjectSpaceNA:7.499974e-011StopRadius