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1、项目六 汽车齿轮传动的应用,能力目标：,1.轮系的分类、功用2.轮系在汽车中的运用3.汽车齿轮的类型、基本参数4.汽车齿轮材料及失效分析5.汽车变速器传动比的计算、传动方向的分析,任务一,1、汽车在行驶过程中如何实现换档。2、汽车的差速器的工作原理。,知识准备,一、齿轮传动概述二、直齿圆柱齿轮传动三、斜齿圆柱齿轮传动四、锥齿轮传动五、蜗轮蜗杆传动六、轮系及其应用,1、齿轮传动的类型2、齿轮传动的特点3、齿轮传动基本要求4、渐开线齿轮,一、齿轮传动概述,齿轮传动：用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105kW，齿轮直径可从不到1mm到150m以上，是现代机械
2、中应用最广的一种机械传动。,齿轮传动与其它传动相比主要有以下优点：（1）传递动力大、效率高；（2）寿命长，工作平稳，可靠性高；（3）传动比恒定，能传递两轴间任意夹角的运动。齿轮传动与其它传动相比主要缺点有：（1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；（2）不宜作轴间距离过大的传动。,1、齿轮传动的特点,（1）按两轴位置,2、齿轮传动的类型,（2）按工作条件,（3）按齿形,渐开线常用摆线计时仪器圆弧承载能力较强,开式适于低速及不重要的场合 半开式农业机械，建筑机械及简单机械设备，只有简单防护罩。闭式润滑、密封良好，汽车、机床及航空发动机等齿轮传动中。,（4）按使用情况分：动力齿轮以动力传输为主
3、，常为高速重载或低速重载传动。传动齿轮以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。,（5）按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）,3、齿轮传动的基本要求：（1）传动准确平稳：齿轮传动的最基本要求之一是瞬时传动比恒定不变。以避免产生动载荷、冲击、震动和噪声。这于齿轮的齿廓形状、制造和安装精度有关。（2）承载能力强 齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力，以保证齿轮在整个工作过程中不致产生各种失效。这与齿轮的尺寸、材料、热处理工艺因素有关。,一条直线沿一个半径为rb的圆周作纯滚动，该直线上任一点k的轨迹称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称为渐开
4、线的发生线。,4、渐开线齿轮,（1）渐开线的形成,（2）渐开线的性质,B点为渐开线上K点的曲率中心，BK为渐开线在K点的曲率半径。离基圆越近，曲率半径越小。渐开线的形状只取决于基圆大小。基圆越大，渐开线越平直，当基圆半径无穷大时，渐开线为直线。性质四基圆内无渐开线。,（3）渐开线齿廓的啮合特点,保证瞬时传动比恒定：满足齿廓啮合基本定律。,中心距的可分离性:,传递压力方向不变：,两轮中心距稍微有变化，也不会改变其瞬时传动比。瞬时传动比只与两轮基圆半径有关。,齿廓啮合线、压力作用线方向不变，啮合角不变。,1、直齿圆柱齿轮的主要参数2、直齿圆柱齿轮正确啮合条件3、渐开线齿轮的加工方法4、变位齿轮,二
5、、直齿圆柱齿轮,1、直齿圆柱齿轮的主要参数,渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式(外啮合）,我国规定：,即啮合条件为：两轮的模数和压力角必须分别相等。,(1)两齿轮的正确啮合条件为,2、直齿圆柱齿轮的啮合传动,(2)连续传动条件:,为了使齿轮传动连续，必须保证前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对轮齿就应进入啮合。为了满足连续传动要求，前一对轮齿齿廓到达啮合终点B1时，尚未脱离啮合时，后一对轮齿至少必须开始在B2点啮合，此时线段B1B2恰好等于Pb(基圆齿距)。所以，连续传动的条件：B1B2 Pb,连续传动条件:,重合度：B1B2与Pb的比值，用表示。,故连续传动条件为：,B1B2Pb1,表示了
6、同时参与啮合齿轮的对数，越大，同时参与啮合齿轮的对数越多，传动越平稳。因此，是衡量齿轮传动质量的指标之一。,3、渐开线齿轮的加工方法,（1）仿型法,定义：仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过360z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。,特点：（1）仿形法加工方便易行，但精度难以保证。欲加工精确齿廓，对模数和压力角相同的、齿数不同的齿轮，应采用不同的刀具，而这在实际中是不可能的。在生产中通常用同一号铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故仿形法通常是近似的。,圆盘铣刀加工齿数的范围,（2）加工不连续，生产效率低，不宜用于批
7、量生产。,这种方法适用于单件生产而且精度要求不高的齿轮加工。,（2）展成法,原理,利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮,常用的刀具,齿轮插刀,齿条插刀,齿轮滚刀,展成法加工的基本要求,用展成法加工齿轮时，只要刀具与被加工齿轮的模数和压力角相同，不管被加工齿轮的齿数是多少，都可以用同一把刀具来加工。,（3）根切现象与最少齿数,用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为根切。,轮齿的根切大大削弱了轮齿的弯曲强度，降低齿轮传动的平稳性和重合度，因此应力求避免,正常齿制齿轮,不发生根切的最少齿
8、数,短齿制齿轮,不发生根切的最少齿数,前面讨论的都是渐开线标准齿轮，它们设计计算简单，互换性好。但标准齿轮传动仍存在着一些局限性：（1）受根切限制，齿数不少于Zmin，使传动结构不紧凑；（2）不适合于安装中心距a不等于标准中心距a的场合。当aa时，虽然可以安装，但会产生过大侧隙而引起冲击振动，影响传动平稳性；（3）一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小而啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部分磨损也较严重，因此小齿轮容易损坏，同时也限制了大齿轮的承载能力。,4、变位齿轮传动,为了改善齿轮传动的性能，出现了变位齿轮。如图所示，当齿条插刀齿顶线超过极限啮合点N1，切出来的齿轮发生根切。若将齿条
9、插刀远离轮心O1一段距离（xm），齿顶线不再超过极限点N1，则切出来的齿轮不会发生根切，但此时齿条的分度线与齿轮的分度圆不再相切。,变位齿轮,标准齿轮,变位齿轮,这种改变刀具与齿坯相对位置后切制出来的齿轮称为变位齿轮，刀具移动的距离xm称为变位量，x称为变位系数。刀具远离轮心的变位称为正变位，此时x0；刀具移近轮心的变位称为负变位，此时x0。标准齿轮就是变位系数x=0的齿轮。,由于齿条刀具变位后，其节线上的齿距和压力角都与分度线上相同，所以切出的变位齿轮的模数、齿数和压力角都不变，即变位齿轮的分度圆和基圆都不变，其齿廓渐开线也不变，只是随变位系数的不同，取同一渐开线的不同区段作齿廓。,1、斜齿
10、圆柱齿轮的形成及特点2、斜齿圆柱齿轮的基本参数3、斜齿圆柱齿轮正确啮合条件4、斜齿圆柱齿轮的当量齿轮,三、斜齿圆柱齿轮,1、齿廓曲面的形成及其啮合特点,当发生面沿基圆柱作纯滚动时，它上面的一条与基圆柱母线平行的直线KK在空间所走过的轨迹即为渐开线曲面，称为直齿轮的齿廓曲面。,（1）齿廓曲面的形成,直齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成,渐开线的形成：当发生线在基圆上作纯滚动时，发生线上任意一点所形成的轨迹。,斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成如图所示，当发生面沿基圆柱作纯滚动时，其上与母线成一倾斜角b的斜直线KK在空间所走过的轨迹为渐开线螺旋面，该螺旋面即为斜齿圆柱齿轮齿廓曲面，b称为基圆柱上的螺旋角。,斜齿圆柱
11、齿轮齿廓曲面的形成,（2）特点,直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的接触线均平行于齿轮轴线。整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合的，载荷沿齿宽突然加上及卸下。因此传动的平稳性较差，易产生冲击和噪声，不适用于高速和重载的传动中。斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的齿廓是逐渐进入、脱离啮合的。斜齿轮齿廓接触线的长度由零逐渐增加，又逐渐缩短直至脱离，载荷不是突然加上或卸下的，因此斜齿轮工作较平稳，适用于高速和重载的传动中。,齿面,2、斜齿轮的基本参数及几何尺寸计算,斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面（下标以t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标以n表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的
12、加工和受力角度看，斜齿轮的法面参数为标准值。,（1）螺旋角,螺旋角：在斜齿轮分度圆柱面上螺旋线展开所成的直线与轴线的夹角即为斜齿轮在分度圆柱上的螺旋角，简称斜齿轮的螺旋角。,b斜齿轮在基圆圆柱上的螺旋角,意义：表示轮齿的倾斜程度大小：各圆柱的螺旋角不同，一般提到的是分度圆柱上的螺旋角旋向：左旋，右旋,螺旋线的导程Ps:螺旋线绕一周时沿轴线方向前进的距离。,所以，,又因为,（2）模数,端面齿距,法面齿距,所以,（3）压力角,因为,故,（4）齿顶高系数与顶隙系数,斜齿轮的齿顶高和齿根高不论从端面还是从法面来看都是相等的，即,所以,（5）斜齿轮的几何尺寸计算,3、斜齿圆柱齿轮正确啮合条件,1）两斜齿
13、轮的法面模数相等2）两斜齿轮的法面压力角相等3）两斜齿轮的螺旋角大小相等，方向相反,4、斜齿圆柱齿轮的当量齿轮和最少齿数,当量齿轮：过斜齿轮分度圆柱齿廓上的任一点C作齿的法面，该法面与分度圆柱面的交线为一椭圆，以椭圆在C点的曲率半径为分度圆半径，以斜齿轮的法面模数为模数，压力角为标准压力角作一直齿圆柱齿轮，其齿形与斜齿轮的法面齿形最接近。这个齿轮称斜齿轮的当量齿轮，齿数ZV称当量齿数。,当量齿数:,标准斜齿轮不产生根切的最小齿数：,斜齿轮的法面齿形,刀具刃形,直齿轮齿形,当量齿轮,当量齿轮：与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮当量齿数：当量齿轮的齿数 ZV用途：a.选择刀具刀号b.确定斜齿轮不发生根切
14、的Zmin=ZVmin*Cos3=17 Cos3 C.进行弯曲疲劳强度计算用ZV 来选择齿形系数,1、直齿圆锥齿轮概述2、直齿圆锥齿轮的基本参数3、直齿圆锥齿轮几何尺寸,四、直齿圆锥齿轮,圆锥齿轮是用来传递空间两相交轴的运动和动力，其轮齿分布在截圆锥体上，齿形从大端到小端逐渐变小。为计算和测量方便，通常取大端参数为标准值。一对圆锥齿轮两轴线间的夹角称为轴交角。一般机械中，多取90。,1、圆锥齿轮传动概述,应用,2、直齿圆锥齿轮的基本参数,模数：参见国标，一般取 m 2mm,齿数：一般取 Zmin 20,压力角：国标规定为20,齿顶高系数与顶隙系数：正常齿制ha*=1，c*=0.2,直齿圆锥齿轮
15、的正确啮合条件：两齿轮大端的模数和压力角相等，即,传动比：,当,3、直齿圆锥齿轮传动的几何尺寸计算,1、蜗杆传动传动概述2、蜗轮蜗杆传动特点3、蜗杆传动传动类型,五、蜗轮蜗杆传动,蜗杆传动由蜗杆、蜗轮与机架组成。一般蜗杆为主动件、蜗轮为从动件。蜗杆传动用来传递空间两交错轴之间的运动和动力，一般两轴交角为90，如图所示。蜗杆传动具有自锁性，作减速运动。广泛应用于各种机械和仪器设备中。,1、蜗杆传动传动概述,2、蜗杆传动的特点,与其它传动机构相比，蜗杆传动的特点是：传动比大，在动力传动中一般=8100，在分度机构中传动比可达1000。传动平稳，噪声低，结构紧凑，在一定条件下可以实现自锁。但蜗杆传动
16、效率低，发热量大，磨损较严重。因此，蜗轮齿圈部分常用减摩性能好的有色金属（如青铜）制造，成本较高。,优点：,i大，机构紧凑,传动平稳、无噪音。,反行程时可自锁，安全保护（起重机）,缺点：,轮齿间相对滑动速度较大，易磨损。,效率低（最高70%）,成本较高 蜗杆：钢，蜗轮：青铜,3、蜗杆蜗轮机构的分类,按蜗杆的旋向分：左旋、右旋,按蜗杆的头数分：单头、多头,a）圆柱蜗杆传动 b）环面蜗杆传动 c）锥蜗杆传动,1、轮系的定义2、轮系的类型与功用3、定轴轮系的传动比计算4、行星轮系的传动比计算,六、轮系传动,1、轮系的定义：,在复杂的现代机械中，为了满足各种不同的需要，常常采用一系列齿轮组成的传动系统
17、。轮系由一系列相互啮合的齿轮（蜗杆、蜗轮）组成的传动系统。,2、轮系类型：,根据轮系中各齿轮的轴线位置关系分为：根据轮系运转时齿轮的轴线位置相对于机架是否固定，又将轮系分：,定轴轮系,周转轮系,混合轮系,轮系,平面轮系,空间轮系,轮系,（1）定轴轮系所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系，称为定轴轮系。,（2）周转轮系至少有一个齿轮除绕自身轴线自转外，其轴线又绕另一个轴线转动的轮系称为行星齿轮系。,轮系的功用,（1）获得大的传动速比。（2）适用于远距离传动。（3）能得不同的传动。（4）能改变从动轮的转向。（5）能进行了运行的合成和分解。,3、定轴齿轮系传动比的计算,在运转过程中，各轮几何轴线的位
18、置相对于机架是固定不动的轮系称为定轴轮系。定轴轮系又可分为平面定轴轮系和空间定轴轮系。,平面定轴轮系,空间定轴轮系,轮系的传动比：指轮系中输入轴（首齿轮）的角速度（或转速）与输出轴（末齿轮）的角速度（或转速）之比，即:,轮系的传动比计算，包括计算其传动比的大小和确定输出轴的转向两个内容。,a输入轴 b输出轴,外啮合,内啮合,（1）圆柱齿轮,（2）圆锥齿轮,箭头相对或相背,左右手定则：手伸直，四指握向蜗杆的转动方向，拇指的反方向为蜗轮的转向。,（3）蜗杆蜗轮,蜗杆旋向,顺着轴线看：左上方（左旋）右上方（右旋）,蜗轮转向判断,各对齿轮传动比,（4）平面定轴轮系传动比的计算,轮系传动比：,求i15,
19、结论,（2）齿轮4惰轮（仅改变转向，不改变i 大小）,（1）平面定轴轮系的传动比等于组成轮系的各对齿轮传动比的连乘积，也等于组成轮系的从动齿轮齿数的连乘积与主动齿轮齿数的连乘积之比。,m 外啮合齿轮的对数,惰轮轮系中齿轮4同时与齿轮3和齿轮5啮合，其齿数大小不影响轮系传动比的大小，只起到改变转向的作用。,从动轮转向的确定,、平面定轴轮系从动轮的转向，也可以采用画箭头的方法确定。,、用传动比正负号表示：两轮转向相同(内啮合)时传动比取正号，两轮转向相反时传动比取负号。正负号取决于。,m 外啮合齿轮对数,解：,求：i15=？，n5=？,例1：车床溜板箱进给刻度盘，n1=1450rpm;Z1=18;
20、Z2=87;Z3=28;Z4=20;Z5=84。,n5与n1转向相同,（5）空间定轴轮系传动比的计算,空间定轴轮系传动比的大小仍采用推广式计算，确定从动轮的转向，只能采用画箭头的方法。空间定轴轮系传动比：,方向判断如图所示。,例2：,求：6=？,如图所示定轴轮系中，1=20rad/s；Z1=Z3=20;Z2=Z4=40；Z5=Z6=8，,解：,6 的方向如图所示。,方向如图所示,求：v6=？,解：,已知：Z1=15;Z2=25;Z2=Z3=15;Z3=30;Z4=30;Z4=2;Z5=60;Z5=20(m=4mm);n1=500rpm，转向如图。,练习：图示的轮系中，已知各齿轮的齿数Z1=20
21、,Z2=40,Z2=15,Z3=60,Z3=18,Z4=18,Z7=20,齿轮7的模数m=3mm,蜗杆头数为1（左旋），蜗轮齿数Z6=40。齿轮1为主动轮，转向如图所示，转速n1=100r/min，试求齿条8的速度和移动方向。,空档：,一档传动比：,二档传动比：,倒档传动比：,如图所示为多刀半自动车床主轴箱传动系统。已知:带轮直径D1=D2=180mm,z1=45,z2=75,z3=36,z4=81,z5=59,z6=54,z7=25,z8=88。当电动机转速n=1443r/min时，主轴上的各级转速。,转臂（系杆）：支承行星轮，并绕固定轴线转动,行星轮：几何轴线不固定的齿轮,太阳轮：几何轴线
22、固定的齿轮,4、行星齿轮系传动比的计算,（1）行星齿轮系的组成,行星轮、太阳轮、行星架以及机架组成行星轮系。行星系中，行星轮可有多个，太阳轮的数量不多于两个，行星架只能有一个。,简单行星轮系：具有一个自由度的行星轮系。,简单行星轮系（F=1）,差动轮系（F=2）,（2）行星齿轮系的分类,差动轮系：具有两个自由度的行星轮系。,空间行星齿轮系,平面行星齿轮系,转化轮系法：给整个轮系加上一个与行星架转速nH大小相等方向相反的公共转速-nH，则行星架被固定，而原构件之间的相对运动关系保持不变。这样，原来的行星轮系就变成了假想的定轴轮系。该假想定轴轮系，称为原周转轮系的转化轮系。,（3）行星齿轮系传动比
23、的计算,周转轮系及转化轮系中各构件的转速,转化轮系传动比为：,（1）公式适用于平面周转轮系。正、负号可按画箭头的方法来确定，也可根据（-1）m确定。对于空间周转轮系，当两太阳轮和行星架的轴线互相平行时，仍可用转化轮系法来建立转速关系式，但正、负号应按画箭头的方法来确定。,注意：,行星轮系转化机构传动比的一般表达式:,（2）轮系中n1、nk、nH既有大小又有正负，若假定其中之一为正，则另一个如果转向与之相同取正号，相反为负。,（3）iAKHiAK。iAKH是行星齿轮系转化机构的传动比，即齿轮A、K相对于行星架H的传动比，而iAK是行星轮系中A、K两轮的传动比。,例4:周转轮系中，已知各轮齿数为Z
24、1=100,Z2=101,Z2=100,Z3=99，试求传动比iH1,解:转化轮系的传动比,传动比为正，表示行星架H与齿轮1的转向相同。,所以,混合轮系：轮系中既含有定轴轮系又含有行星轮系，或是包含由几个基本行星轮系的复杂轮系。,（4）混合轮系传动比的计算,先将混合轮系分解成行星轮系和定轴轮系，然后分别列出传动比计算式，最后联立求解。,混合轮系传动比的计算：,例5：图示为电动卷扬机卷筒机构。已知各轮齿数z1=24,z2=48,z2=30,z3=90,z3=20,z4=30,z5=80,求i1H,解：（1）划分轮系 当卷扬机卷筒运转时，双联齿轮2与2的轴线会随卷筒转动，因此它是一个双联行星轮，支
25、持它转动的卷筒是行星架H，与双联行星轮啮合的是中心轮1和3，它们组成了一个行星轮系。齿轮3、4与5的轴线是固定的，组成了定轴轮系。因此,该轮系是一个行星轮系和定轴轮系组成的混合轮系。,（2）求传动比,行星轮系的转化机构，传动比为：,定轴轮系传动比：,得传动比：,任务实施汽车轮系分析,课题1：普通齿轮变速器-三轴变速器分析,学生分析三轴变速器的结构及工作原理,学生分组讨论问题：（1）汽车为什么要装变速器？（2）变速器的功用及分类？,学生分组进行三轴变速器的拆装,一、三轴结构变速器的变速传动机构,输入轴1,中间轴2,输出轴3,倒档轴,变速齿轮,结合套,二、变速器结构分析,三、三轴五档位变速器变速原理,
