《汽車機械基礎(chǔ)》第16章

第16章輪系和螺旋傳動的應用1汽車齒輪傳動中，通常采用若干對相互嚙合的齒輪組成齒輪系進行傳動。例如，汽車變速箱內(nèi)利用多對齒輪傳動相互配合，將發(fā)動機輸入的轉(zhuǎn)動變換為不同速度的運動進行輸出，如圖16-1所示。螺旋傳動是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的傳動方式，在汽車及修理機械中有著廣泛的應用。例如，螺旋式千斤頂將人工旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)轫斊鹌嚨呢Q直運動，如圖16-2所示。圖16-1汽車變速箱內(nèi)齒輪傳動系圖16-2螺旋千斤頂?shù)?6章輪系和螺旋傳動的應用16.1輪系的分類和功用16.2輪系傳動比的計算16.3螺旋傳動216.1輪系的分類和功用汽車中的輪系種類很多，根據(jù)輪系中各齒輪的軸線相對機架是否固定，輪系可分為定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系兩類。316.1.1輪系的分類1．定軸輪系在運轉(zhuǎn)過程中，各齒輪的軸線均相對機架固定不動的輪系稱為定軸輪系。根據(jù)各齒輪的軸線是否相互平行，定軸輪系又可分為平面定軸輪系和空間定軸輪系，如圖16-3所示。（a）平面定軸輪系（b）空間定軸輪系2．周轉(zhuǎn)輪系在運轉(zhuǎn)過程中，至少有一個齒輪的幾何軸線相對于機架的位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)的輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系，如圖16-4所示。4圖16-4周轉(zhuǎn)輪系周轉(zhuǎn)輪系中，軸線固定不變的齒輪稱為太陽輪，如圖16-4所示輪系中齒輪a和b。齒輪g除了繞自身軸線Og旋轉(zhuǎn)外還要繞太陽輪a和太陽輪b的軸線進行公轉(zhuǎn)，這種軸線繞其他太陽輪轉(zhuǎn)動的齒輪稱為行星輪。支承行星輪g的桿件H稱為行星架。16.1.2輪系的功用51．實現(xiàn)較遠距離傳動對于相距較遠的兩軸，若只用一對齒輪進行傳動，齒輪的外形尺寸將會非常大，如圖16-5中雙點劃線所示。這樣既增大機構(gòu)的尺寸和重量，又浪費材料而且安裝調(diào)試都不方便。若采用兩對齒輪組成的輪系進行傳動，既可減小尺寸又方便安裝和調(diào)試，如圖16-5中的實線所示。圖16-5較遠距離傳動2．實現(xiàn)變速運動和變向運動輪系能夠改變輸入運動的速度和方向，汽車變速箱就是利用輪系的這個特點設(shè)計的，圖16-6所示為汽車5擋手動變速箱的示意圖。6該變速箱可以看作平面定軸輪系，發(fā)動機的動力通過輸入軸進入變速箱，經(jīng)過輪系傳動后經(jīng)輸出軸輸出到差速器以驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。輸出軸上的齒輪在空擋情況下可繞軸自由轉(zhuǎn)動，套筒用來連接齒輪和輸出軸。司機通過操縱換擋桿控制套筒以將不同齒輪與輸出軸連接，從而實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速的輸出。在中間軸與輸出軸之間增加一個換向齒輪后可實現(xiàn)輸出軸的反向運動，即圖中的倒擋R。圖16-6汽車變速箱示意圖3．獲得大的傳動比采用定軸輪系或周轉(zhuǎn)輪系均可獲得很大的傳動比。但是定軸輪系要獲得很大的傳動比需要使用多級齒輪傳動，會造成傳動裝置結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大；而周轉(zhuǎn)輪系只需幾個齒輪就可以獲得很大的傳動比，如圖16-7所示，若該減速器中各齒輪的齒數(shù)分別為，，，，則輸入構(gòu)件H對輸出構(gòu)件1的傳動比i可達10000。7圖16-7大傳動比減速器4．實現(xiàn)運動的分解與合成差動輪系可將一根主動軸的轉(zhuǎn)動分解為兩根從動軸的不等速轉(zhuǎn)動。圖16-8所示為汽車后橋差速器的工作原理圖，其中，齒輪4和5組成定軸輪系，齒輪4上固連有行星架H，H上安裝有行星輪2和。齒輪1，2，，3及行星架H組成一個差動輪系，其將變速箱傳給齒輪5的運動分解為太陽輪1和3的不同運動，使得車輛轉(zhuǎn)彎時車輪以不同的轉(zhuǎn)速做純滾動，從而減少車輪因與地面滑動摩擦而導致的磨損。8圖16-8汽車后橋差速器16.2輪系傳動比的計算輪系中輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速之比稱為輪系的傳動比，如輸入軸上為齒輪1，輸出軸上為齒輪5，則該輪系的傳動比i1,5為916.2.1定軸輪系傳動比的計算平面定軸輪系傳動中，各輪軸線相互平行，首、末兩輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系可用“＋”和“－”表示?！埃北硎臼住⒛﹥奢嗈D(zhuǎn)向相同，“－”表示首、末兩輪轉(zhuǎn)向相反。外嚙合齒輪傳動兩輪的轉(zhuǎn)向相反，可用“－”表示轉(zhuǎn)向關(guān)系；內(nèi)嚙合齒輪傳動中兩輪的轉(zhuǎn)向相同，可用“＋”表示轉(zhuǎn)向關(guān)系。（16-1）輪系中各輪的轉(zhuǎn)向可用箭頭法表示，即以箭頭方向表示主動輪看得見一側(cè)的運動方向，如圖16-9所示，可用反向箭頭（箭頭相對或相背）來表示外嚙合時兩輪的相反轉(zhuǎn)向，用同向箭頭表示內(nèi)嚙合時兩輪的相同轉(zhuǎn)向。16.2.1定軸輪系傳動比的計算圖16-9所示的平面定軸輪系中，齒輪1為主動輪，齒輪5為從動輪，輪系傳動比為。設(shè)各齒輪的齒數(shù)分別為z1，z2，，z3，z4，，z5，則各對齒輪傳動的傳動比為10其中，，?？傻脠D16-9平面定軸輪系上述計算過程也適用于任何定軸輪系，設(shè)齒輪1為首輪，齒輪K為末輪，則輪系傳動比的一般計算公式為16.2.2周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算圖16-10（a）所示的周轉(zhuǎn)輪系中，行星輪2在自轉(zhuǎn)的同時還繞著太陽輪1和3的圓周轉(zhuǎn)動，其傳動比的計算不能直接套用定軸輪系的公式，可以通過機構(gòu)轉(zhuǎn)化的思路來求解。11假設(shè)整個行星輪系中包括機架在內(nèi)的每個構(gòu)件都加上一個與行星架H的轉(zhuǎn)速nH大小相同、方向相反的公共轉(zhuǎn)速，則可把行星輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系，如圖16-10（b）所示。根據(jù)轉(zhuǎn)化后各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速即可計算出傳動比。轉(zhuǎn)化后各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速如表16-1所示。

（a）行星輪系（b）轉(zhuǎn)化輪系圖16-10行星輪系及其轉(zhuǎn)動輪系16.2.2周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算下面按照式（16-2）計算轉(zhuǎn)化輪系的傳動比，即12上述分析可推廣到一般的周轉(zhuǎn)輪系中。設(shè)齒輪1為首輪，齒輪K為末輪，則其傳動比的一般計算公式為表16-1各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速構(gòu)件原輪系中轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化輪系中的轉(zhuǎn)速1n12n23n3HnH016.3螺旋傳動螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動的。它可以在將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的同時傳遞運動和動力。螺旋傳動中，螺桿與螺母的相對運動形式有兩種：螺桿轉(zhuǎn)動而螺母移動，如汽車零部件加工機床的進給機構(gòu)中使用的螺旋傳動，如圖16-11（a）所示；螺桿轉(zhuǎn)動并移動而螺母固定，如汽車修理中常用的螺旋式千斤頂中使用的螺旋傳動，如圖16-11（b）所示。13（a）螺桿轉(zhuǎn)動而螺母移動（b）螺桿轉(zhuǎn)動并移動而螺母固定圖16-11螺旋傳動中相對運動形式傳導螺旋傳動利用螺旋傳動均勻、平穩(wěn)、準確的特點，多用于傳遞運動，有時也承受較大的軸向載荷，如汽車零部件加工時所用的機床，其進給機構(gòu)便采用了傳導螺旋傳動。16.3.1螺旋傳動的類型及應用傳力螺旋傳動主要利用螺旋機構(gòu)增力的優(yōu)點進行動力的傳遞，多用于需要以較小轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大軸向推力的場合，如汽車維修中使用的螺旋式千斤頂?shù)取?41．傳力螺旋2．傳導螺旋16.3.1螺旋傳動的類型及應用15調(diào)整螺旋傳動利用螺旋機構(gòu)減速比大的特點，用來調(diào)整并固定零件或部件之間的相對位置。例如，機械零件測量中使用的螺旋千分尺內(nèi)部采用了調(diào)整螺旋傳動，可以實現(xiàn)高精度測量，如圖16-12所示。3．調(diào)整螺旋（a）實物（b）示意圖圖16-12螺旋千分尺傳統(tǒng)的螺旋傳動中，螺母與螺桿在螺旋面上發(fā)生滑動摩擦，造成傳動效率較低，長期工作會導致精度下降。為克服以上不足，可以在螺母和螺桿的螺旋面之間加工出封閉滾道，在滾道內(nèi)填充大小合適的滾珠，使螺旋副的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而大大減少摩擦磨損，提高傳動的效率和精度。這種螺旋傳動稱為滾動螺旋傳動，其結(jié)構(gòu)如圖16-13所示。16.3.2滾動螺旋傳動簡介16與傳統(tǒng)螺旋傳動相比，滾動螺旋傳動具有以下優(yōu)點：①摩擦系數(shù)小、效率高、傳動平穩(wěn)、所需轉(zhuǎn)動扭矩小。②磨損小、使用壽命長，能保持良好的精度。③運動具有可逆性，既可將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，又可將直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動。④絲杠和螺母之間可通過消除預緊和間隙等措施來提高軸向剛度和反向精度。圖16-13滾動螺旋傳動的結(jié)構(gòu)滾動螺