《汽车机械基础》第16章.pptx

第第1616章章 轮系和螺旋传动的应用轮系和螺旋传动的应用汽汽车齿轮传动中，通常采用若干中，通常采用若干对相互相互啮合的合的齿轮组成成齿轮系系进行行传动。例如，汽。例如，汽车变速箱内利用多速箱内利用多对齿轮传动相互配合，将相互配合，将发动机机输入的入的转动变换为不同速度的运不同速度的运动进行行输出，如出，如图16-1所示。所示。螺旋螺旋传动是将旋是将旋转运运动转化化为直直线运运动的的传动方式，在汽方式，在汽车及修及修理机械中有着广泛的理机械中有着广泛的应用。例如，螺旋式千斤用。例如，螺旋式千斤顶将人工旋将人工旋转运运动转变为顶起汽起汽车的的竖直运直运动，如，如图16-2所示。所示。图16-1 汽车变速箱内齿轮传动系图16-2 螺旋千斤顶第第1616章章 轮系和螺旋传动的应用轮系和螺旋传动的应用16.1 轮系的分类和功用轮系的分类和功用汽汽车中的中的轮系种系种类很多，根据很多，根据轮系中各系中各齿轮的的轴线相相对机架是机架是否固定，否固定，轮系可分系可分为定定轴轮系和周系和周转轮系两系两类。1定定轴轮系系在运在运转过程中，各程中，各齿轮的的轴线均相均相对机架固定不机架固定不动的的轮系称系称为定定轴轮系。根据各系。根据各齿轮的的轴线是否相互平行，定是否相互平行，定轴轮系又可分系又可分为平面定平面定轴轮系和空系和空间定定轴轮系，如系，如图16-3所示。所示。2周转轮系周转轮系在运在运转过程中，至少有一个程中，至少有一个齿轮的几何的几何轴线相相对于机架的位置于机架的位置不固定，而是不固定，而是绕某一固定某一固定轴线回回转的的轮系称系称为周周转轮系，如系，如图16-4所示。所示。周周转轮系中，系中，轴线固定不固定不变的的齿轮称称为太阳太阳轮，如，如图16-4所示所示轮系中系中齿轮a和和b。齿轮g除了除了绕自身自身轴线Og旋旋转外外还要要绕太阳太阳轮a和太阳和太阳轮b的的轴线进行公行公转，这种种轴线绕其他太阳其他太阳轮转动的的齿轮称称为行星行星轮。支。支承行星承行星轮g的杆件的杆件H称称为行星架。行星架。16.1.2 轮系的功用轮系的功用1实现较远距离距离传动对于相距于相距较远的两的两轴，若只用一，若只用一对齿轮进行行传动，齿轮的外形尺寸将的外形尺寸将会非常大，如会非常大，如图16-5中双点划中双点划线所示。所示。这样既增大机构的尺寸和重量，既增大机构的尺寸和重量，又浪又浪费材料而且安装材料而且安装调试都不方便。若采用两都不方便。若采用两对齿轮组成的成的轮系系进行行传动，既可减小尺寸又方便安装和，既可减小尺寸又方便安装和调试，如，如图16-5中的中的实线所示。所示。2实现变速运动和变向运动实现变速运动和变向运动轮系能系能够改改变输入运入运动的速度和方向，汽的速度和方向，汽车变速箱就是利用速箱就是利用轮系系的的这个特点个特点设计的，的，图16-6所示所示为汽汽车5挡手手动变速箱的示意速箱的示意图。该变速箱可以看作平面定速箱可以看作平面定轴轮系，系，发动机的机的动力通力通过输入入轴进入入变速箱，速箱，经过轮系系传动后后经输出出轴输出到差速出到差速器以器以驱动车轮转动。输出出轴上的上的齿轮在空在空挡情况下可情况下可绕轴自由自由转动，套筒，套筒用来用来连接接齿轮和和输出出轴。司机通。司机通过操操纵换挡杆控制套筒以将不同杆控制套筒以将不同齿轮与与输出出轴连接，从而接，从而实现不同不同转速的速的输出。出。在中在中间轴与与输出出轴之之间增加一个增加一个换向向齿轮后可后可实现输出出轴的反向运的反向运动，即，即图中的倒中的倒挡R。3获得大的传动比获得大的传动比采用定采用定轴轮系或周系或周转轮系均可系均可获得很大的得很大的传动比。但是定比。但是定轴轮系系要要获得很大的得很大的传动比需要使用多比需要使用多级齿轮传动，会造成，会造成传动装置装置结构复构复杂、体、体积庞大；而周大；而周转轮系只需几个系只需几个齿轮就可以就可以获得很大的得很大的传动比，如比，如图16-7所示，若所示，若该减速器中各减速器中各齿轮的的齿数分数分别为 ，则输入构件入构件H对输出构件出构件1的的传动比比i可达可达10 000。4实现运动的分解与合成实现运动的分解与合成差差动轮系可将一根主系可将一根主动轴的的转动分解分解为两根从两根从动轴的不等速的不等速转动。图16-8所示所示为汽汽车后后桥差速器的工作原理差速器的工作原理图，其中，其中，齿轮4和和5组成定成定轴轮系，系，齿轮4上固上固连有行星架有行星架H，H上安装有行星上安装有行星轮2和和 。齿轮1，2，3及行星架及行星架H组成一个差成一个差动轮系，其将系，其将变速箱速箱传给齿轮5的运的运动分解分解为太阳太阳轮1和和3的不同运的不同运动，使得，使得车辆转弯弯时车轮以不同的以不同的转速做速做纯滚动，从而减少，从而减少车轮因与地面滑因与地面滑动摩擦而摩擦而导致的磨致的磨损。16.2 轮系传动比的计算轮系传动比的计算轮系中系中输入入轴与与输出出轴的的转速之比称速之比称为轮系的系的传动比，如比，如输入入轴上上为齿轮1，输出出轴上上为齿轮5，则该轮系的系的传动比比i1,5为平面定平面定轴轮系系传动中，各中，各轮轴线相互平行，首、末两相互平行，首、末两轮的的转向关系可向关系可用用“”和和“”表示。表示。“”表示首、末两表示首、末两轮转向相同，向相同，“”表示首、末表示首、末两两轮转向相反。外向相反。外啮合合齿轮传动两两轮的的转向相反，可用向相反，可用“”表示表示转向向关系；内关系；内啮合合齿轮传动中两中两轮的的转向相同，可用向相同，可用“”表示表示转向关系。向关系。（16-1）轮系中各系中各轮的的转向可用箭向可用箭头法表示，即以箭法表示，即以箭头方向表示主方向表示主动轮看得看得见一一侧的运的运动方向，如方向，如图16-9所示，可用反向箭所示，可用反向箭头（箭（箭头相相对或相背）来表示外或相背）来表示外啮合合时两两轮的相反的相反转向，用同向箭向，用同向箭头表示内表示内啮合合时两两轮的相同的相同转向。向。16.2.1 定轴轮系传动比的计算定轴轮系传动比的计算图16-9所示的平面定所示的平面定轴轮系中，系中，齿轮1为主主动轮，齿轮5为从从动轮，轮系系传动比比为 。设各各齿轮的的齿数分数分别为z1，z2，z3，z4，z5，则各各对齿轮传动的的传动比比为其中，其中，。可得。可得上述上述计算算过程也适用于任何定程也适用于任何定轴轮系，系，设齿轮1为首首轮，齿轮K为末末轮，则轮系系传动比的一般比的一般计算公式算公式为16.2.2 周转轮系传动比的计算周转轮系传动比的计算图16-10（a）所示的周）所示的周转轮系中，行星系中，行星轮2在自在自转的同的同时还绕着太阳着太阳轮1和和3的的圆周周转动，其，其传动比的比的计算不能直接套用定算不能直接套用定轴轮系的公式，可系的公式，可以通以通过机构机构转化的思路来求解。化的思路来求解。假假设整个行星整个行星轮系中包括机架在内的每个构件都加上一个与行星架系中包括机架在内的每个构件都加上一个与行星架H的的转速速nH大小相同、方向相反的公共大小相同、方向相反的公共转速，速，则可把行星可把行星轮系系转化化为定定轴轮系，如系，如图16-10（b）所示。根据）所示。根据转化后各构件的化后各构件的转速即可速即可计算出算出传动比。比。转化后各构件的化后各构件的转速如表速如表16-1所示。所示。（a）行星轮系 （b）转化轮系16.2.2 周转轮系传动比的计算周转轮系传动比的计算下面按照式（下面按照式（16-2）计算算转化化轮系的系的传动比，即比，即上述分析可推广到一般的周上述分析可推广到一般的周转轮系中。系中。设齿轮1为首首轮，齿轮K为末末轮，则其其传动比的一般比的一般计算公式算公式为构件原轮系中转速转化轮系中的转速1n12n23n3HnH016.3 螺旋传动螺旋传动螺旋螺旋传动是利用螺杆和螺母是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来成的螺旋副来实现传动的。它可以在将回的。它可以在将回转运运动转化化为直直线运运动的同的同时传递运运动和和动力。螺旋力。螺旋传动中，螺杆与螺中，螺杆与螺母的相母的相对运运动形式有两种：螺杆形式有两种：螺杆转动而螺母移而螺母移动，如汽，如汽车零部件加工机零部件加工机床的床的进给机构中使用的螺旋机构中使用的螺旋传动，如，如图16-11（a）所示；螺杆）所示；螺杆转动并移并移动而螺母固定，如汽而螺母固定，如汽车修理中常用的螺旋式千斤修理中常用的螺旋式千斤顶中使用的螺旋中使用的螺旋传动，如如图16-11（b）所示。）所示。（a）螺杆转动而螺母移动 （b）螺杆转动并移动而螺母固定传导螺旋螺旋传动利用螺旋利用螺旋传动均匀、平均匀、平稳、准确的特点，多用于、准确的特点，多用于传递运运动，有，有时也承受也承受较大的大的轴向向载荷，如汽荷，如汽车零部件加工零部件加工时所用的机床，所用的机床，其其进给机构便采用了机构便采用了传导螺旋螺旋传动。16.3.1 螺旋传动的类型及应用螺旋传动的类型及应用传力螺旋力螺旋传动主要利用螺旋机构增力的主要利用螺旋机构增力的优点点进行行动力的力的传递，多用于，多用于需要以需要以较小小转矩矩产生生较大大轴向推力的向推力的场合，如汽合，如汽车维修中使用的螺旋修中使用的螺旋式千斤式千斤顶等。等。1传力螺旋力螺旋2传导螺旋螺旋16.3.1 螺旋传动的类型及应用螺旋传动的类型及应用调整螺旋整螺旋传动利用螺旋机构减速比大的特点，用来利用螺旋机构减速比大的特点，用来调整并固定零件或整并固定零件或部件之部件之间的相的相对位置。例如，机械零件位置。例如，机械零件测量中使用的螺旋千分尺内部量中使用的螺旋千分尺内部采用了采用了调整螺旋整螺旋传动，可以，可以实现高精度高精度测量，如量，如图16-12所示。所示。3调整螺旋整螺旋（a）实物 （b）示意图传统的螺旋的螺旋传动中，螺母与螺杆在螺旋面上中，螺母与螺杆在螺旋面上发生滑生滑动摩擦，造成摩擦，造成传动效率效率较低，低，长期工作会期工作会导致精度下降。致精度下降。为克服以上不足，可以在螺母克服以上不足，可以在螺母和螺杆的螺旋面之和螺杆的螺旋面之间加工出封加工出封闭滚道，在道，在滚道内填充大小合适的道内填充大小合适的滚珠，珠，使螺旋副的滑使螺旋副的滑动摩擦摩擦变为滚动摩擦，从而大大减少摩擦磨摩擦，从而大大减少摩擦磨损，提高，提高传动的效率和精度。的效率和精度。这种螺旋种螺旋传动称称为滚动螺旋螺旋传动，其，其结构如构如图16-13所示。所示。16.3.2 滚动螺旋传动简介滚动螺旋传动简介与与传统螺旋螺旋传动相比，相比，滚动螺旋螺旋传动具有以下具有以下优点：点：摩擦系数小、效率高、摩擦系数小、效率高、传动平平稳、所需、所需转动扭矩小。扭矩小。磨磨损小、使用寿命小、使用寿命长，能保持良好的精度。，能保持良好的精度。运运动具有可逆性，既可将旋具有可逆性，既可将旋转运运动变为直直线运运动，又可将直，又可将直线运运动变成旋成旋转运运动。丝杠和螺母之杠和螺母之间可通可通过消除消除预紧和和间隙等隙等措施来提高措施来提高轴向向刚度和反向精度。度和反向精度。滚动螺旋螺旋传动在汽在汽车及其相关及其相关产业中有着广泛中有着广泛应用。例如，高精度数用。例如，高精度数控机床中采用控机床中采用滚动螺旋螺旋传动取代取代传统的螺旋的螺旋传动，提高了机械零部件，提高了机械零部件的加工精度；汽的加工精度；汽车机械式机械式转向机构中利用向机构中利用滚动螺旋螺旋传动以减小以减小转向的向的阻力，提高了汽阻力，提高了汽车转向的可靠性和向的可靠性和稳定性，如定性，如图16-14所示。所示。16.3.2 滚动螺旋传动简介滚动螺旋传动简介但但滚动螺旋螺旋传动存在着制造工存在着制造工艺复复杂、成本高、垂直安装、成本高、垂直安装时不能自不能自锁、承承载能力能力较差等不足。差等不足。