《汽车机械基础》课件-汽车齿轮传动和轮系

汽车机械基础学习单元四汽车常用机械传动添加你的文本添加你的文本添加你的文本添加你的文本学习任务一学习任务二汽车带传动汽车链传动添加你的文本添加你的文本学习任务三汽车齿轮传动和轮系汽车自动变速器行星齿轮传动机构学习任务四学习任务三汽车齿轮传动和轮系任务描述：通过观察手动变速器的结构，认识齿轮传动的特点，分析动力传递路线，计算齿轮传动的传动比。学习目标STARTTENENDAB能叙述齿轮传动的特点学会分析汽车手动变速器动力传递路线C能计算汽车手动变速器每个挡位的传动比1齿轮传动的特点和分类齿轮传动的特点和分类齿轮传动由主动轮、从动轮和支撑件等组成，是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点，在机械中应用非常广泛。齿轮传动的特点（1）传动比稳定，且能保证瞬时传动比恒定，传动比范围较宽。（2）平稳性较高，传递运动准确、可靠，传递的功率和速度范围较大。（3）结构紧凑，工作可靠，传动效率高，使用寿命长。（4）齿轮的制造和安装要求较高，且不宜用在中心距较大的场合。齿轮传动的特点和分类根据轴线间的位置和齿向的不同2标准直齿圆柱齿轮的各部分名称及其基本尺寸标准直齿圆柱齿轮的各部分名称及其基本尺寸渐开线具有下列性质：1）发生线在基圆上滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长，即=⌒AB。2）渐开线上任一点K的法线也是该点基圆的切线，即渐开线的法线必与该基圆相切。3）点B和分别为渐开线在K点的曲率中心和曲率半径。渐开线离基圆越远，其曲率半径越大。4）渐开线的形状取决于基圆的大小。5）同一基圆形成的任意两条反向渐开线之间的公法线的长度处处相等。6）基圆内无渐开线。直齿圆柱齿轮的压力角力的作用方向和物体上力的作用点的速度方向之间的夹角称为压力角，如图所示。由渐开线性质可知，渐开线齿廓上各点的压力角不相等，离基圆越远的点，其压力角越大。在标准齿轮齿廓上，分度圆上的端面压力角简称为压力角，用α表示，可用下式计算：式中：r——分度圆半径。国标规定，分度圆上的压力角α＝20°。压力角的大小直接影响轮齿的形状，当α＜20°时，齿顶变宽，齿根变窄，齿轮的承载能力降低；当α＞20°时，齿顶变尖，齿根变厚，承载能力增大，但转动比较费力。此，对压力角的值进行了限定。标准直齿圆柱齿轮各部分的名称齿厚s齿槽宽e齿距P齿顶高ha=（da-d）/2齿根高hf=（d-df）/2全齿高h=ha+hf渐开线直齿圆柱齿轮主要参数渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数有齿数、模数和压力角。齿数z：在齿轮整个圆周上，均匀分布的轮齿总数称为齿数，用z表示。模数m：如果设分度圆直径为d（半径为r），相邻两齿轮同侧渐开线在分度圆上的弧长为p，则分度圆周长πd＝pz。由于π为无理数，为了设计、制造和计算上的方便，人为地把p/π规定为有理数，即齿距p除以圆周率π所得的商称为模数，用m表示，单位为mm，即渐开线直齿圆柱齿轮主要参数模数与齿轮尺寸的关系：模数m越大，轮齿尺寸越大，承载能力越强。模数的标准系列：渐开线直齿圆柱齿轮主要参数渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数有齿数、模数和压力角。压力角：渐开线上各点的压力角是不同的,通常所说的压力角指分度圆上的压力角,用α表示。如下图所示，由渐开线的特性，渐开线上K点的压力角αk可用cosαk

＝rb/rk表示，因此，分度圆上的压力角可用α表示，则渐开线齿轮分度圆上的压力角可用下式表示：国家标准规定，标准齿轮的压力角α＝20°渐开线直齿圆柱齿轮主要参数齿顶高系数ha*和顶隙系数c*

当齿轮模数确定后，齿轮的齿顶高、齿根高可表示为

齿顶高齿根高国家标准规定，ha*、c*的标准值为：

齿顶高

齿根高一对齿轮啮合时，为避免一齿轮的齿顶与另一齿轮的齿槽底相抵触，并留有空隙储存润滑油，应使一齿轮齿顶圆与另一齿轮齿根圆之间留有一定的间隙，此间隙沿径向度量，称为径向间隙或顶隙。渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算标准渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式3斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动的特点斜齿圆柱齿轮轮廓曲面的形成原理与直齿圆柱齿轮相似。斜齿轮在传动的过程中会产生轴向力，为克服产生的轴向力，常用人字齿轮消除轴向力，但人字齿轮加工困难、精度较低，多用在传递大功率的重载机械中。斜齿轮传动适用于高速、大功率的齿轮传动。斜齿轮齿面的形成与接触线标准斜齿圆柱齿轮传动的几何参数螺旋角：斜齿圆柱齿轮齿廓曲面与任意圆柱面的交线都是一个螺旋线，该螺旋线的切线与过切点的圆柱母线间所夹的锐角，称为该圆柱面上的螺旋角。在斜齿圆柱齿轮各个不同的圆柱面上，其螺旋角是不同的，螺旋角越大，轮齿越倾斜，传动平稳性越好，但轴向力也越大。一般设计时，取螺旋角βb=8°～20°。斜齿轮按其齿廓渐开螺旋面的旋向，可分为左旋和右旋两种，如图所示。斜齿轮轮齿旋向标准斜齿圆柱齿轮传动的几何参数模数：斜齿圆柱齿轮的模数，垂直于轮齿面的模数为法面模数，用mn表示；垂直于轴线平面的端面模数用mt表示，它们的关系为mn=mtcosβ，以法面模数mn为标准值，如图所示，斜齿圆柱齿轮的压力角规定以法面压力角为标准，即αn==20°由图可知，法向齿距pn和端面齿距pt

的关系为：

法面齿距与端面齿距4圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动的特点圆锥齿轮是用来传递两轴相交的旋转运动和动力，常见轴交角为90°。

主动锥齿轮

从动锥齿轮其传动可以看成是两个锥顶共点的圆锥体相互做纯滚动，它的轮齿分布在圆锥面上，所以锥齿轮的轮齿从大端渐渐向锥顶缩小，沿齿宽各截面尺寸都不相等，大端尺寸最大。圆锥齿轮传动的分类锥齿轮直齿锥齿轮斜齿锥齿轮曲齿锥齿轮直齿锥齿轮的设计、制造和安装都比较简单，所以应用较广

圆锥齿轮传动圆锥齿轮加工和安装较难，而且有轴向力，使结构复杂化，而且会降低啮合传动精度和承载能力。因此，锥齿轮传动一般用于轻载、低速的场合。圆锥齿轮传动在汽车中的应用在汽车的传动系中，常用锥齿轮将动力旋转平面改变90°，使其与驱动轮转动方向一致，主要应用于轿车驱动桥的主减速器和差速器，如图所示。汽车主减速器和差速器5齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式轮齿折断齿面点蚀齿面磨损齿面胶合齿面塑性变形6蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动组成蜗轮蜗杆传动由蜗杆、蜗轮和机架组成。通常蜗轮、蜗杆轴线在空间成直角交错，用以传递两轴空间的运动和动力。一对相啮合的蜗轮蜗杆传动，其蜗轮、蜗杆轮齿的旋向相同、且螺旋角之和等于90°。蜗杆传动，一般以蜗杆作为主动件，蜗轮为从动件。设蜗杆的头数为z1，蜗轮的齿数为z2。当蜗杆的转速为n1

时，则蜗轮的转速n2

＝n1z1/z2，故蜗轮蜗杆传动的传动比为：蜗杆的头数一般取z1

＝1～4。当传动比大于40或要求蜗杆自锁时，常取z1

＝1；当传递功率较大时，常取z1

＝2～4。蜗杆头数越多，加工精度就越困难。蜗轮蜗杆传动的传动比与其他传动相比，蜗杆传动具有以下特点：蜗杆传动工作平稳，噪声低，结构紧凑，传动比大（单级传动比8～80，在分度机构中可达到1000）；但传动效率低，一般效率为η＝0.7～0.9，自锁时其效率低于50%（η＝0.45左右），易磨损、发热，制造成本高，轴向力大。常用于传动比较大，结构紧凑，传动效率不大的场合。蜗轮蜗杆应用于汽车的转向器和记录里程等。蜗轮蜗杆传动的特点蜗杆传动的类型动力传动中最常用的是阿基米得圆柱蜗杆传动蜗杆有单头、双头和多头多种形式。单头蜗杆主要用于传动比比较大的场合，要求自锁的传动必须采用单头蜗杆。多头蜗杆主要用于传动比不大，要求效率较高的场合。蜗杆螺旋方向的判定蜗杆传动旋转方向的判定蜗杆与斜齿轮一样，分为左旋和右旋，如图所示。蜗杆螺旋方向可用右手法则判定。手心对着自己，四个手指顺蜗杆轴线方向摆放，齿向与右手拇指指向一致，为右旋蜗杆，反之为左旋蜗杆。蜗轮旋转方向的判定蜗杆传动旋转方向的判定当蜗杆为右旋时，则用右手，伸出右手握拳，用四指顺着蜗杆的旋转方向，与大拇指的指向相反，为蜗轮的旋转方向；当蜗杆为左旋时，则用左手按同样的方法判断，如图所示。蜗杆传动的失效形式和齿轮传动轮齿的失效形式基本相同，有胶合、磨损、疲劳点蚀和轮齿折断等。但蜗杆传动轮齿的胶合与磨损要比齿轮严重得多，这是由于蜗杆传动轮齿齿面间滑动速度较大，温度高，效率低，在润滑及散热不良时，闭式传动极易出现胶合。开式传动及润滑不清洁的闭式传动，轮齿磨损速度很快，所以，轮齿表面发生胶合、磨损、疲劳点蚀是蜗杆传动的主要失效形式。蜗杆传动的失效形式蜗轮和蜗杆的材料不仅要有足够的强度，还必须具有良好的减磨性、耐磨性和抗胶合的能力。因此蜗杆传动的速度高时，采用青铜蜗轮与淬硬的钢制蜗杆相匹配。蜗轮、蜗杆的材料滑动速度vs≥4m/s：铸造青铜（耐磨性最好，但价格高）、铸造铝铁青铜及灰铸铁等滑动速度vs≤4m/s：铝青铜耐磨性较锡青铜差一些，但价格便宜传动要求不高，低速轻载时可采用灰铸铁。蜗轮蜗杆在高速、重载、载荷变化较大的条件下，常采用优质低碳钢20Cr、20CrMnTi等材料，经渗碳、淬火加低温回火处理，硬度为58～63HRC；载荷平稳的条件下常采用优质碳素钢45、40Cr等，经表面淬火，硬度为45～55HRC；对于速度低、不太重要的传动蜗杆，可采用优质碳素钢35、40、45进行调质处理，硬度为220～270HBW。7轮系传动轮系的类型定轴轮系周转轮系1太阳轮2行星齿轮3齿圈混合轮系如图所示的平面定轴轮系，设齿轮1为首轮，齿轮5为末轮。各轮齿数分别为z1、z2、z2'、z3、z3'、z4和z5各轮的转速分别为n1、n2、n2'、n3、n3'、n4

和n5。则可求出各对齿轮的传动比为：定轴轮系传动比的计算定轴轮系传动比的计算将以上各式两边相乘可得：因为齿轮2、2'及齿轮3、3'分别在同一轴上，即n2＝n2'，n3＝n3’,故由上式可得定轴轮系的传动比为轮系中首末两齿轮的转速比。若以1与k分别代表首末两轮的标号，则平面定轴轮系的传动比计算公式为：所有从动轮齿数乘积所有主动轮齿数乘积式中，m——齿轮外啮合次数。注意：对于有圆锥齿轮、交错轴斜齿轮或蜗杆蜗轮等空间齿轮机构的定轴轮系，其传动比仍按上式计算。但传动比的正负号，各轮的旋转方向不能根据（－1）m确定，而必须用画箭头的方法确定各轮的转向。例：如图所示轮系中，已知z1

＝16