《汽车机械基础》第16章

第16章轮系和螺旋传动的应用1汽车齿轮传动中，通常采用若干对相互啮合的齿轮组成齿轮系进行传动。例如，汽车变速箱内利用多对齿轮传动相互配合，将发动机输入的转动变换为不同速度的运动进行输出，如图16-1所示。螺旋传动是将旋转运动转化为直线运动的传动方式，在汽车及修理机械中有着广泛的应用。例如，螺旋式千斤顶将人工旋转运动转变为顶起汽车的竖直运动，如图16-2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16章轮系和螺旋传动的应用16.1轮系的分类和功用16.2轮系传动比的计算16.3螺旋传动216.1轮系的分类和功用汽车中的轮系种类很多，根据轮系中各齿轮的轴线相对机架是否固定，轮系可分为定轴轮系和周转轮系两类。316.1.1轮系的分类1．定轴轮系在运转过程中，各齿轮的轴线均相对机架固定不动的轮系称为定轴轮系。根据各齿轮的轴线是否相互平行，定轴轮系又可分为平面定轴轮系和空间定轴轮系，如图16-3所示。（a）平面定轴轮系（b）空间定轴轮系2．周转轮系在运转过程中，至少有一个齿轮的几何轴线相对于机架的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转的轮系称为周转轮系，如图16-4所示。4图16-4周转轮系周转轮系中，轴线固定不变的齿轮称为太阳轮，如图16-4所示轮系中齿轮a和b。齿轮g除了绕自身轴线Og旋转外还要绕太阳轮a和太阳轮b的轴线进行公转，这种轴线绕其他太阳轮转动的齿轮称为行星轮。支承行星轮g的杆件H称为行星架。16.1.2轮系的功用51．实现较远距离传动对于相距较远的两轴，若只用一对齿轮进行传动，齿轮的外形尺寸将会非常大，如图16-5中双点划线所示。这样既增大机构的尺寸和重量，又浪费材料而且安装调试都不方便。若采用两对齿轮组成的轮系进行传动，既可减小尺寸又方便安装和调试，如图16-5中的实线所示。图16-5较远距离传动2．实现变速运动和变向运动轮系能够改变输入运动的速度和方向，汽车变速箱就是利用轮系的这个特点设计的，图16-6所示为汽车5挡手动变速箱的示意图。6该变速箱可以看作平面定轴轮系，发动机的动力通过输入轴进入变速箱，经过轮系传动后经输出轴输出到差速器以驱动车轮转动。输出轴上的齿轮在空挡情况下可绕轴自由转动，套筒用来连接齿轮和输出轴。司机通过操纵换挡杆控制套筒以将不同齿轮与输出轴连接，从而实现不同转速的输出。在中间轴与输出轴之间增加一个换向齿轮后可实现输出轴的反向运动，即图中的倒挡R。图16-6汽车变速箱示意图3．获得大的传动比采用定轴轮系或周转轮系均可获得很大的传动比。但是定轴轮系要获得很大的传动比需要使用多级齿轮传动，会造成传动装置结构复杂、体积庞大；而周转轮系只需几个齿轮就可以获得很大的传动比，如图16-7所示，若该减速器中各齿轮的齿数分别为，，，，则输入构件H对输出构件1的传动比i可达10000。7图16-7大传动比减速器4．实现运动的分解与合成差动轮系可将一根主动轴的转动分解为两根从动轴的不等速转动。图16-8所示为汽车后桥差速器的工作原理图，其中，齿轮4和5组成定轴轮系，齿轮4上固连有行星架H，H上安装有行星轮2和。齿轮1，2，，3及行星架H组成一个差动轮系，其将变速箱传给齿轮5的运动分解为太阳轮1和3的不同运动，使得车辆转弯时车轮以不同的转速做纯滚动，从而减少车轮因与地面滑动摩擦而导致的磨损。8图16-8汽车后桥差速器16.2轮系传动比的计算轮系中输入轴与输出轴的转速之比称为轮系的传动比，如输入轴上为齿轮1，输出轴上为齿轮5，则该轮系的传动比i1,5为916.2.1定轴轮系传动比的计算平面定轴轮系传动中，各轮轴线相互平行，首、末两轮的转向关系可用“＋”和“－”表示。“＋”表示首、末两轮转向相同，“－”表示首、末两轮转向相反。外啮合齿轮传动两轮的转向相反，可用“－”表示转向关系；内啮合齿轮传动中两轮的转向相同，可用“＋”表示转向关系。（16-1）轮系中各轮的转向可用箭头法表示，即以箭头方向表示主动轮看得见一侧的运动方向，如图16-9所示，可用反向箭头（箭头相对或相背）来表示外啮合时两轮的相反转向，用同向箭头表示内啮合时两轮的相同转向。16.2.1定轴轮系传动比的计算图16-9所示的平面定轴轮系中，齿轮1为主动轮，齿轮5为从动轮，轮系传动比为。设各齿轮的齿数分别为z1，z2，，z3，z4，，z5，则各对齿轮传动的传动比为10其中，，。可得图16-9平面定轴轮系上述计算过程也适用于任何定轴轮系，设齿轮1为首轮，齿轮K为末轮，则轮系传动比的一般计算公式为16.2.2周转轮系传动比的计算图16-10（a）所示的周转轮系中，行星轮2在自转的同时还绕着太阳轮1和3的圆周转动，其传动比的计算不能直接套用定轴轮系的公式，可以通过机构转化的思路来求解。11假设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H的转速nH大小相同、方向相反的公共转速，则可把行星轮系转化为定轴轮系，如图16-10（b）所示。根据转化后各构件的转速即可计算出传动比。转化后各构件的转速如表16-1所示。

（a）行星轮系（b）转化轮系图16-10行星轮系及其转动轮系16.2.2周转轮系传动比的计算下面按照式（16-2）计算转化轮系的传动比，即12上述分析可推广到一般的周转轮系中。设齿轮1为首轮，齿轮K为末轮，则其传动比的一般计算公式为表16-1各构件的转速构件原轮系中转速转化轮系中的转速1n12n23n3HnH016.3螺旋传动螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。它可以在将回转运动转化为直线运动的同时传递运动和动力。螺旋传动中，螺杆与螺母的相对运动形式有两种：螺杆转动而螺母移动，如汽车零部件加工机床的进给机构中使用的螺旋传动，如图16-11（a）所示；螺杆转动并移动而螺母固定，如汽车修理中常用的螺旋式千斤顶中使用的螺旋传动，如图16-11（b）所示。13（a）螺杆转动而螺母移动（b）螺杆转动并移动而螺母固定图16-11螺旋传动中相对运动形式传导螺旋传动利用螺旋传动均匀、平稳、准确的特点，多用于传递运动，有时也承受较大的轴向载荷，如汽车零部件加工时所用的机床，其进给机构便采用了传导螺旋传动。16.3.1螺旋传动的类型及应用传力螺旋传动主要利用螺旋机构增力的优点进行动力的传递，多用于需要以较小转矩产生较大轴向推力的场合，如汽车维修中使用的螺旋式千斤顶等。141．传力螺旋2．传导螺旋16.3.1螺旋传动的类型及应用15调整螺旋传动利用螺旋机构减速比大的特点，用来调整并固定零件或部件之间的相对位置。例如，机械零件测量中使用的螺旋千分尺内部采用了调整螺旋传动，可以实现高精度测量，如图16-12所示。3．调整螺旋（a）实物（b）示意图图16-12螺旋千分尺传统的螺旋传动中，螺母与螺杆在螺旋面上发生滑动摩擦，造成传动效率较低，长期工作会导致精度下降。为克服以上不足，可以在螺母和螺杆的螺旋面之间加工出封闭滚道，在滚道内填充大小合适的滚珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大减少摩擦磨损，提高传动的效率和精度。这种螺旋传动称为滚动螺旋传动，其结构如图16-13所示。16.3.2滚动螺旋传动简介16与传统螺旋传动相比，滚动螺旋传动具有以下优点：①摩擦系数小、效率高、传动平稳、所需转动扭矩小。②磨损小、使用寿命长，能保持良好的精度。③运动具有可逆性，既可将旋转运动变为直线运动，又可将直线运动变成旋转运动。④丝杠和螺母之间可通过消除预紧和间隙等措施来提高轴向刚度和反向精度。图16-13滚动螺旋传动的结构滚动螺