《汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)》第16章

第16章輪系和螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用1汽車(chē)齒輪傳動(dòng)中，通常采用若干對(duì)相互嚙合的齒輪組成齒輪系進(jìn)行傳動(dòng)。例如，汽車(chē)變速箱內(nèi)利用多對(duì)齒輪傳動(dòng)相互配合，將發(fā)動(dòng)機(jī)輸入的轉(zhuǎn)動(dòng)變換為不同速度的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行輸出，如圖16-1所示。螺旋傳動(dòng)是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)方式，在汽車(chē)及修理機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用。例如，螺旋式千斤頂將人工旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)轫斊鹌?chē)的豎直運(yùn)動(dòng)，如圖16-2所示。圖16-1汽車(chē)變速箱內(nèi)齒輪傳動(dòng)系圖16-2螺旋千斤頂?shù)?6章輪系和螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用16.1輪系的分類(lèi)和功用16.2輪系傳動(dòng)比的計(jì)算16.3螺旋傳動(dòng)216.1輪系的分類(lèi)和功用汽車(chē)中的輪系種類(lèi)很多，根據(jù)輪系中各齒輪的軸線相對(duì)機(jī)架是否固定，輪系可分為定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系兩類(lèi)。316.1.1輪系的分類(lèi)1．定軸輪系在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，各齒輪的軸線均相對(duì)機(jī)架固定不動(dòng)的輪系稱(chēng)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(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線相對(duì)于機(jī)架的位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)的輪系稱(chēng)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(chēng)為太陽(yáng)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(yáng)輪a和太陽(yáng)輪b的軸線進(jìn)行公轉(zhuǎn)，這種軸線繞其他太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪稱(chēng)為行星輪。支承行星輪g的桿件H稱(chēng)為行星架。16.1.2輪系的功用51．實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)對(duì)于相距較遠(yuǎn)的兩軸，若只用一對(duì)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，齒輪的外形尺寸將會(huì)非常大，如圖16-5中雙點(diǎn)劃線所示。這樣既增大機(jī)構(gòu)的尺寸和重量，又浪費(fèi)材料而且安裝調(diào)試都不方便。若采用兩對(duì)齒輪組成的輪系進(jìn)行傳動(dòng)，既可減小尺寸又方便安裝和調(diào)試，如圖16-5中的實(shí)線所示。圖16-5較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)2．實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)動(dòng)和變向運(yùn)動(dòng)輪系能夠改變輸入運(yùn)動(dòng)的速度和方向，汽車(chē)變速箱就是利用輪系的這個(gè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，圖16-6所示為汽車(chē)5擋手動(dòng)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)輸入軸進(jìn)入變速箱，經(jīng)過(guò)輪系傳動(dòng)后經(jīng)輸出軸輸出到差速器以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。輸出軸上的齒輪在空擋情況下可繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，套筒用來(lái)連接齒輪和輸出軸。司機(jī)通過(guò)操縱換擋桿控制套筒以將不同齒輪與輸出軸連接，從而實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速的輸出。在中間軸與輸出軸之間增加一個(gè)換向齒輪后可實(shí)現(xiàn)輸出軸的反向運(yùn)動(dòng)，即圖中的倒擋R。圖16-6汽車(chē)變速箱示意圖3．獲得大的傳動(dòng)比采用定軸輪系或周轉(zhuǎn)輪系均可獲得很大的傳動(dòng)比。但是定軸輪系要獲得很大的傳動(dòng)比需要使用多級(jí)齒輪傳動(dòng)，會(huì)造成傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大；而周轉(zhuǎn)輪系只需幾個(gè)齒輪就可以獲得很大的傳動(dòng)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(duì)輸出構(gòu)件1的傳動(dòng)比i可達(dá)10000。7圖16-7大傳動(dòng)比減速器4．實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解與合成差動(dòng)輪系可將一根主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)分解為兩根從動(dòng)軸的不等速轉(zhuǎn)動(dòng)。圖16-8所示為汽車(chē)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(gè)差動(dòng)輪系，其將變速箱傳給齒輪5的運(yùn)動(dòng)分解為太陽(yáng)輪1和3的不同運(yùn)動(dòng)，使得車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)輪以不同的轉(zhuǎn)速做純滾動(dòng)，從而減少車(chē)輪因與地面滑動(dòng)摩擦而導(dǎo)致的磨損。8圖16-8汽車(chē)后橋差速器16.2輪系傳動(dòng)比的計(jì)算輪系中輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為輪系的傳動(dòng)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(dòng)比i1,5為916.2.1定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算平面定軸輪系傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)輪看得見(jiàn)一側(cè)的運(yùn)動(dòng)方向，如圖16-9所示，可用反向箭頭（箭頭相對(duì)或相背）來(lái)表示外嚙合時(shí)兩輪的相反轉(zhuǎn)向，用同向箭頭表示內(nèi)嚙合時(shí)兩輪的相同轉(zhuǎn)向。16.2.1定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算圖16-9所示的平面定軸輪系中，齒輪1為主動(dòng)輪，齒輪5為從動(dòng)輪，輪系傳動(dòng)比為。設(shè)各齒輪的齒數(shù)分別為z1，z2，，z3，z4，，z5，則各對(duì)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為10其中，，?？傻脠D16-9平面定軸輪系上述計(jì)算過(guò)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(dòng)比的一般計(jì)算公式為16.2.2周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)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(shí)還繞著太陽(yáng)輪1和3的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，其傳動(dòng)比的計(jì)算不能直接套用定軸輪系的公式，可以通過(guò)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化的思路來(lái)求解。11假設(shè)整個(gè)行星輪系中包括機(jī)架在內(nèi)的每個(gè)構(gòu)件都加上一個(gè)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(jì)算出傳動(dòng)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(dòng)輪系16.2.2周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)算下面按照式（16-2）計(jì)算轉(zhuǎn)化輪系的傳動(dòng)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(dòng)比的一般計(jì)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(dòng)螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。它可以在將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。螺旋傳動(dòng)中，螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式有兩種：螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)而螺母移動(dòng)，如汽車(chē)零部件加工機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中使用的螺旋傳動(dòng)，如圖16-11（a）所示；螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)而螺母固定，如汽車(chē)修理中常用的螺旋式千斤頂中使用的螺旋傳動(dòng)，如圖16-11（b）所示。13（a）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)而螺母移動(dòng)（b）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)而螺母固定圖16-11螺旋傳動(dòng)中相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)利用螺旋傳動(dòng)均勻、平穩(wěn)、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，多用于傳遞運(yùn)動(dòng)，有時(shí)也承受較大的軸向載荷，如汽車(chē)零部件加工時(shí)所用的機(jī)床，其進(jìn)給機(jī)構(gòu)便采用了傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)。16.3.1螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型及應(yīng)用傳力螺旋傳動(dòng)主要利用螺旋機(jī)構(gòu)增力的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)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(chǎng)合，如汽車(chē)維修中使用的螺旋式千斤頂?shù)取?41．傳力螺旋2．傳導(dǎo)螺旋16.3.1螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型及應(yīng)用15調(diào)整螺旋傳動(dòng)利用螺旋機(jī)構(gòu)減速比大的特點(diǎn)，用來(lái)調(diào)整并固定零件或部件之間的相對(duì)位置。例如，機(jī)械零件測(cè)量中使用的螺旋千分尺內(nèi)部采用了調(diào)整螺旋傳動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，如圖16-12所示。3．調(diào)整螺旋（a）實(shí)物（b）示意圖圖16-12螺旋千分尺傳統(tǒng)的螺旋傳動(dòng)中，螺母與螺桿在螺旋面上發(fā)生滑動(dòng)摩擦，造成傳動(dòng)效率較低，長(zhǎng)期工作會(huì)導(dǎo)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(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而大大減少摩擦磨損，提高傳動(dòng)的效率和精度。這種螺旋傳動(dòng)稱(chēng)為滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖16-13所示。16.3.2滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介16與傳統(tǒng)螺旋傳動(dòng)相比，滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①摩擦系數(shù)小、效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、所需轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩小。②磨損小、使用壽命長(zhǎng)，能保持良好的精度。③運(yùn)動(dòng)具有可逆性，既可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，又可將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。④絲杠和螺母之間可通過(guò)消除預(yù)緊和間隙等措施來(lái)提高軸向剛度和反向精度。圖16-13滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)滾動(dòng)螺