汽车机械常识(齿轮传动教(学)案)

一、齿轮传动的特点及应用

齿轮传动依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合，传递运动和动力。与其他传动相比，具有以下特点：

1．优点

1）适应性广。 2）传动比恒定。

3）效率较高，齿轮机构传动效率一般在95％以上。

4）工作可靠，寿命较长。 5）可以传递空间任意两轴间的运动。

2．缺点

1）制造和安装精度要求高，成本高。

2）低精度齿轮传动时噪声和振动较大。

3）不适于距离较大的两轴间的运动传递等。

二、齿轮传动的类型

1）按照一对齿轮两轴线的相对位置和轮齿的齿向，齿轮传动可分为：

2）按齿轮的齿廓曲线不同，齿轮传动又可分为渐开线、摆线和圆弧等三种。

三、渐开线的形成及其啮合特性

1．渐开线的形成

如图7-2所示，当直线NK沿一圆作纯滚动时，直线上任意一点K的轨迹AK 称为该圆的渐开线。这个圆称为渐开线的基圆，其半径和直径分别用rb和db 表示，直线NK称为渐开线的发生线。

根据渐开线的形成过程可知，渐开线具有下列基本性质：

1）发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧度。

2）发生线NK是渐开线在任意点的法线。

3）渐开线形状取决于基圆的大小

4）渐开线齿廓上任意点的法线与该点的速度方向线所夹的锐角ak称为该点的压力角。

5）基圆以无渐开线。

2．渐开线齿轮传动的啮合特性

（1）恒定的传动比

渐开线齿轮传动具有传动比恒定、传动平稳的特点。齿轮的传动比是指主、从动齿轮角速度之比，工程上又常用主从动齿轮的转速之比表示，即

i12=ω1/ ω2=n1/n2

传动比是否恒等于常数，影响到齿轮传动的平稳性。

2．渐开线齿轮的基本参数

（1）齿数z

（2）齿顶圆da、齿根圆df

（3）齿厚sk、齿槽宽ek和齿距pk

（4）分度圆d、模数m和压力角a

（5）齿顶高、齿根高、齿全高如图7-6所示。

四、齿轮系的类型

轮系传动时，根据各齿轮轴线的位置是否固定，可分为定轴轮系（如图8-1所示）和周转轮系（如图8-2所示）两大类。

五、齿轮系的功用

轮系的功用大致可归纳为以下几个方面：

1．实现两轴间远距离的运动和动力的传动如图8-3所示。

2．实现变速、变矩传动

3．实现换向传动

4．实现差速作用（运动的分解）

六、定轴轮系传动比计算

轮系中主动轴与从动轴之间的转速或角速度之比，称为轮系的传动比。轮系传动比的计算包括：传动比大小的计算和确定从动轮的转动方向。

1．一对齿轮啮合的传动比

图8-6所示为一对齿轮啮合情况。判断两轴的转向，对于平行轴传动，两轴转向相同时（图8-6b的啮合）传动比为正值；两轴转向相反时（图8-6a的外啮合）传动比为负值。即

i12=n1/n2=ω1/ω2=±z2/z1

对于非平行轴传动，其中传动比不能用正负号表示，齿轮的转向只能标注在图上。

2．定轴轮系传动比

轮系中主动轴与从动轴间的转速或角速度之比，称为轮系的传动比。如图

8-7所示轮系中，齿轮1为主动轮，通过齿轮2-3-4将运动和动力传递给齿轮5，则轮系的传动比大小为

i15==n1/n2=ω1/ω2。

七、周转轮系的应用

1．周转轮系的结构

如图8-12所示为一单排外啮合的周转轮系中，外齿轮1、齿轮3位于中心位置绕着轴线O1回转———称为中心轮；齿轮2同时与中心轮1和齿圈3相啮合，其既作自转又作公转———称为行星轮；支持行星轮的构件H———称为行星架H。

2．周转轮系传动比的计算公式

如图8-12所示，由于行星轮的运动有自转和公转，所以周转轮系传动比的计算方法不同于定轴轮系，但它们之间又有在的联系，假想行星架相对固定，使周转轮系转化为假想的定轴轮系，则有

i13=n1/n3=(n1-nH)/(n3-nH)=-z3/z1

式中 i13———假想行星架相对固定时，齿轮1和齿轮3的传动比；

n1———齿轮1相对于行星架的转速，即n1=n1-nH；

n3———齿轮3相对于行星架的转速，即n3=n3-nH；

“-”———表示齿轮1与齿轮3转向相反。

3．周转轮系的分类

1）差动轮系：中心轮的转速都不为0的周转轮系。

2）行星轮系：有一个中心轮的转速为0的周转轮系。

八、混合轮系

九、齿轮减速器

减速器可以分为圆柱齿轮减速器、锥齿轮减速器、蜗杆减速器、锥-圆柱齿轮减速器和行星齿轮减速器等

减速器的润滑

齿轮减速器的维护

一、带传动的类型及应用

带传动根据其传动原理分为摩擦型和啮合型两大类。摩擦型带传动包括平带传动、V带传动、圆形带传动等，它主要是靠带和带轮间接触面之间的摩擦力来传递动力和运动；而啮合型带传动即为同步带传动，它是靠带齿与带轮齿的啮合传递运动和动力的。此外，近年来对带传动安全性、多样性的要求也日益增多，如金属带、难燃带、抗静电带等。

V带的类型很多，除普通V带外，还有窄V带、齿形V带、联组V带、广角带、楔形带等，其中以普通V带和窄V带最为常用。

二、带传动的特点和应用

由于带传动具有结构简单，传动平稳，价格低廉，不需润滑及可以缓冲吸振等特点，使带传动在机械传动中占据了重要地位，而且从易损件向传动的功能部件演变，以至在许多场合替代了其他传动形式。

三、带传动的使用和维护

为了延长带的使用寿命，确保带传动的正常运行，必须正确使用和维修。

1）传动带的使用温度围为：-40～120℃。

2）安装时两带轮轴线必须平行，轮槽应对正，否则将加剧带的磨损，甚至使带脱落。安装时先缩小中心距，然后套上V带，再作调整，不得硬撬。

3）严防带与矿物油、酸、碱等介质接触，也不宜在下曝晒。

4）多根带的传动，坏了少数几根，不要用新带补上，以免新旧带并用，长短不一，受载不均匀而加速新带损坏。这时可用未损坏的旧带补全或全部换新。

5）为确保安全，传动装置须设防护罩。

6）带工作一段时间后，会因变形伸长，导致紧力逐渐减小，严重时出现打滑。因此，要重新紧带，调整带的初拉力，图9-4为常见的带传动紧装置，图示9-4中a和b设有调整螺栓，可随时调整电动机的位置；图9-4中c所示的结构，是靠电动机和机架重量的自动紧装置；图9-4中d为带轮中心距固定，利用紧轮调紧。

四、链传动

1．链传动的组成

如图9-5所示。链传动由轴线平行的主动链轮1、从动链轮2、链条3以及机架组成。

2．链传动的特点

链传动与带传动相比，具有以下优点：

1）由于是啮合传动，没有弹性滑动与打滑现象，所以平均传动比恒定不变。

2）链条装在链轮上，不需要很大的紧力，对轴的压力小。

3）能传递较大的圆周力，效率较高。

4）维护容易，并有一定的缓冲减振作用。

5）能在较恶劣的环境下（如高温、多尘、油污、潮湿、泥沙、易燃及有腐蚀性条件）工作。

缺点是：瞬时传动比不恒定，工作时有噪声；磨损后容易发生跳齿；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。

五、链与链轮

1．链传动类型

按用途不同，链传动可分为传动链、起重链和牵引链。常用的传动链主要有滚子链和齿形链两种。

（1）滚子链

（2）齿形链齿形链是由一组齿形链板铰接而成，如图9-8所示。

2．链轮的结构与材料

六、链传动的失效形式

链传动的失效主要表现为链条的失效。链条的失效形式主要有：

1．链条疲劳破坏

2．链条铰链的磨损

3．销轴与套筒的胶合

4．链条冲击破断

5．链条的过载拉断

七、链传动的使用与维护

1．链传动的布置

链传动的两轴应平行，两链轮应位于同一平面。一般宜采用水平或接近水平的布置，并使松边在下边。

2．链传动的紧

链传动紧的目的，主要是为了避免在链条的垂度过大时，产生啮合不良和链条的振动现象；同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。当两轮轴心连线倾斜角大于60°时，通常设有紧装置。

紧方法：

1）增大两轮中心距。

2）用紧装置紧

3．链传动的常见故障分析及维护链传动常见故障有疲劳破坏、磨损、胶合、跳齿等原因

一、液压传动的工作原理和组成

1．液压传动的工作原理图12-1为液压千斤顶的工作原理图。图12-2是液压千斤顶的工作原理简图。

2．液压传动系统的组成

从上述实例可以看出，整个液压系统由以下几个部分组成：（1）动力元件

（2）执行元件

（3）控制元件

（4）辅助元件

二、液压传动的特点

液压传动与其他传动形式相比较，有以下特点：

1）功率密度（即单位体积所具有的功率）大，结构紧凑，重量轻。

2）能无级调速，调速围大。

3）由于液压元件质量小，惯性矩小，故变速性好。

4）运动平稳可靠，能自行润滑，使用寿命较长。

5）操纵方便、省力，特别是与电气组合应用时。

6）液压元件易于实现标准化、系列化和通用化，有利于生产与设计。

三、液压传动的两个基本参数

1．压力

压强是作用在液体单位面积上的力，一般用p表示，而作用在活塞有效面积上的力，用F表示。当活塞的有效作用面积为A时，有下列关系式

F=pA

式中，F是力；A是面积；p是压力。

2．流量

单位时间进出液压缸或通过管道某一截面的液体的体积称为流量，符号为q （m3/s）。若在时间t流过的液体体积为V，则流量为

q=V/t

3．压力损失与流量的关系

沿程损失是液体沿相同截面的直管流动一段距离，由于液体对管壁之间以及液体分子之间的摩擦而造成的。管道越长，流速越快，损失就越大；相反，管道越短，损失应越小。局部损失是液体通过管道截面和形状，突然改变或管道弯曲等局部地方所造成的。

四、液压油的选择

液压油可分为两大类：一类为可燃性液压油；另一类为抗燃性液压油。一般油液在温度升高时，粘度会降低，这样会使液压系统的泄漏增加，执行元件的工作性能也变坏。所以选择液压油时应考虑以下几方面的情况：

（1）工作压力

工作压力较高的液压系统应选用粘度较大的液压油；反之，选用粘度较小的液压油。

（2）环境温度

环境温度较高时，应选用粘度较大的液压油；反之，选用粘度较小的液压油。

（3）运动速度

当运动部件的速度较高时，应选用粘度较小的液压油；反之，选用粘度较大的液压油。

五、气压传动系统的组成

气压传动系统由以下四个部分组成：

（1）气源装置

（2）执行元件

（3）控制元件

（4）辅助元件

六、气压传动的特点

气压传动与机械、电气、液压传动相比，有以下优点：

1）以空气为工作介质，不仅易于取得，而且用后可直接排入大气，处理方便，也不污染环境。

2）因空气的粘度很小（约为油的万分之一），在管道中流动时的能量损失很小，因而便于集中供气和远距离输送，气动动作迅速，调节方便，维护简单，不存在介质变质及补充等问题。

3）工作环境适应性好，无论在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，还是在食品加工、轻工、纺织、印刷、精密检测等高净化、无污染场合，都具有良好的适应性，且工作安全可靠，过载时能自动保护。

4）气动元件结构简单，成本低，寿命长，易于实现标准化、系列化和通用化。气压传动与机械、电气、液压传动相比，有以下缺点：

①由于空气具有较大的可压缩性，因而运动平稳性较差。

②因工作压力低（一般为0.3～1MPa），不易获得较大的输出力或力矩。

③有较大的排气噪声。

④由于湿空气在一定的温度和压力条件下能在气动系统的局部管道和气动元件中凝结成水滴，促使气动管道和气动元件腐蚀和生锈，导致气动系统工作失灵。

七、气动元件

（一）气源装置

气源装置由两部分组成，一是空气压缩机把大气压状态下的空气升压提供给气压传动系统，二是气源净化装置将空气压缩机所提供的含有大量杂质的压缩空气进行净化。

1．空气压缩机

空气压缩机按其压力大小分为低压（0.2～1.OMPa）、中压（1.0～10gPa）、高压（＞10MPa）三类；按工作原理为容积型（通过缩小单位质量气体体积的方法获得压力）和速度型（通过提高单位质量气体的速度并使动能转化为压力能来获得压力）。

常见的低压、容积式空气压缩机按其结构分有：活塞式、叶片式和螺杆式，其中最常用的是活塞式。常见的普通型空气压缩机都基本上采用活塞式（绝大部分汽车上采用的空气压缩机也是这种形式）。如图13-2所示。

2．气源净化装置

（二）气动辅助元件

1．空气过滤器

2．消声器

（三）气动执行元件

气动执行元件在气动系统中，是将压缩空气的压力能转变成机械能的元件。包括气缸和气马达，气缸用于实现直线往复或摆动，马达用于实现连续的回转运动。

1．气缸

气缸的种类很多，按活塞端面的受压状态分为单作用与双作用气缸；按其结构特征可分为：活塞式气缸、柱塞式气缸、薄膜式气缸、叶片式摆动气缸、齿轮齿条摆动气缸等；按功能分为：普通气缸和特殊气缸。气缸的工作原理与液压缸的工作原理相同。如图13-9所示为汽车中常用的活塞式气缸（又称为活塞式制动气室），

2．气动马达

气动马达是把压缩空气的压力能转换成回转运动形式的机械能的装置。其作用与液压马达相当，即输出转矩驱动机构作旋转运动。

（四）气动控制元件

1．压力控制阀

在气压传动系统中，控制压缩空气的压力，来控制执行元件的输出推力或转矩和依靠空气压力控制执行元件动作顺序的阀，称为压力控制阀，包含减压阀、顺序阀和安全阀。

2．流量控制阀

在气动系统中，气缸的运动速度都需要通过控制调节压缩空气的流量来实现。流量控制阀是通过改变阀的流通面积来实现流量（或流速）控制的元件。包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。其工作原理与液压阀中同类型阀相似。

3．方向控制阀

八、气动基本回路

（一）压力控制回路

压力控制回路是使回路中的压力保持在一定围以，或使回路得到高、低不同的两种压力。

1．一次压力控制回路

一次压力控制回路主要用于

控制储气罐送出的气体压力不超

过规定压力。

2．二次压力控制回路

二次压力控制回路主要是为保证气动控制系统的气源压力的稳定，通过溢流式减压阀实现定压控制，如图13-24所示。

3．高低压转换回路

利用两个调压阀和一个换向阀来实现或输出低压或高压气源，

（二）速度控制回路

速度控制回路用来调节气缸的运动速度或实现气缸的缓冲等。由于目前使用的气动系统的功率小，故调速方法主要是节流调速。

1．单作用缸速度控制回路

2．双作用缸速度控制回路

3．双向调速回路

4．气一液联动速度控制回路

气一液联动速度控制回路是利用气动控制实现液压传动，具有运动平稳、停止准确、泄漏途径少、制造维修方便、能耗小等特点。

（三）换向控制回路

在气动系统中，执行元件的起动、停止或改变运动方向，是利用控制进入执行元件的压缩空气的通、断或变向来实现的，这类控制回路就是换向控制回路。

1．单作用气缸换向回路

2．双作用气缸换向回路

九、气压传动应用举例