第七章 手動變速器與分動器.doc
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無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院備課紙 第七章 變速器與分動器 §7-1手動變速器概述 一、為什么要設(shè)裝變速器？ 由于活塞式內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。為了解決這一矛盾，在傳動系中設(shè)置了變速器。 二、變速器的功用 ① 改變傳動比。擴(kuò)大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍，適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時使發(fā)動機(jī)在有利（功率較高油耗較低）的工況下工作； ② 在發(fā)動機(jī)不改變旋轉(zhuǎn)方向的前提下，使汽車能倒退行駛； ③ 利用空擋，中斷動力傳遞，以使發(fā)動機(jī)能啟動怠速和換檔； ④ 有動力輸出裝置，便于改裝。如水泥攪拌車、消防車等特種車輛。 三、變速器的分類 按傳動比變化方式，分為有級式、無級式、綜合式（自動變速器） 按操縱方式分，強(qiáng)制式、自動式和半自動式。 變速器的檔位數(shù)指變速器所有前進(jìn)檔數(shù)，不包括倒檔。因每一變速器均設(shè)置倒檔。 無級自動變速器中有兩對錐盤。每對中各有一塊錐盤與主動軸或從動軸相連，另一塊則可以軸向滑動。每對錐盤之間靠鏈帶傳動，鏈帶由許多根小鋼片用兩根鋼繩穿串而成。 一個單級行星齒輪變速器與兩個液壓控制的多片離合器串接。這兩個離合器，一個供前進(jìn)檔用，另一個供倒檔用。兩對斜齒輪常嚙合將動力輸送給驅(qū)動橋。 通過移動那兩塊可軸向滑動的錐盤，鏈帶的傳動半徑被改變，其中一個增大，另一個減小。為保持鏈帶的長度不變，一對錐盤的直徑增大則對應(yīng)另一對錐盤的直徑減小，且這兩對錐盤的有效直徑可以無級變速。動力經(jīng)鏈帶以推力的形式傳遞，而不同于三角皮帶通過拉力來傳遞動力。 兩對錐盤的開合由液壓控制，液壓控制取決于 l 當(dāng)時的變速比關(guān)系， l 加速踏板位置， l 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速， l 選擇手柄位置。 §7-2 齒輪傳動 齒輪機(jī)構(gòu)：非圓齒輪機(jī)構(gòu)；圓形齒輪機(jī)構(gòu)。 圓形齒輪機(jī)構(gòu)——平面齒輪機(jī)構(gòu)（圓柱齒輪）；空間（用來傳遞兩相交軸或交錯軸） 平面齒輪機(jī)構(gòu)： 直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)（直齒輪）——①外嚙合；②內(nèi)嚙合；③齒輪齒條 平行軸斜齒齒輪機(jī)構(gòu)（斜一）：①外；②內(nèi)；③齒輪齒條 空間： 圓錐齒輪機(jī)構(gòu)——①直齒；②斜一；③曲線齒 交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)： 蝸桿機(jī)構(gòu)：兩軸垂直交錯 齒廓嚙合基本定律 傳動比：①常數(shù)——圓齒輪；②f(t)——非圓齒輪 一、齒廓嚙合基本定律 節(jié)曲線：非圓齒輪—節(jié)曲線是非圓曲 圓齒輪—節(jié)圓（輪1的節(jié)圓是以O(shè)1為圓心，O，P為半徑的圈，—每一瞬時，P位置唯一確定。） 齒廓嚙合基本定律：在嚙合傳動的任一瞬時，兩輪齒廓曲線在相應(yīng)接觸點(diǎn)的公法線必須通過按給定傳動比確定的該瞬時的節(jié)點(diǎn)。 ——輪齒齒廓正確嚙合的條件 定傳動比傳動，定律描述： 設(shè)節(jié)圓半徑 （概念：節(jié)點(diǎn)，節(jié)圓，，） 二、共軛齒廓，共軛曲線 （關(guān)于共軛齒廓的求法自己看書） （凡滿足齒廓嚙合基本定律的一對齒輪的齒廓稱—） 三、齒廓曲線的選擇 滿足定傳動比的要求；考慮設(shè)計(jì)、制造等方面。 （對于定傳動比的齒輪機(jī)構(gòu)，通常采用漸開線、擺線、變態(tài)擺線） 漸開線及漸開線齒廓 一、漸開線的形成及性質(zhì) 1、形成（當(dāng)一直線n-n沿一個圓的圓周作純滾動時，直線上任一點(diǎn)K的軌跡） AK——漸開線 基圓，rb n-n：發(fā)生線 θK：漸開線AK段的展角 2、性質(zhì) （1） （2）NK為漸開線在K點(diǎn)的法線，NK為曲半半徑，漸開線上任一點(diǎn)的法線與基圓相切。 （3）漸開線離基圓愈遠(yuǎn)，曲半半徑愈大，漸開線愈平直 （4）漸開線的形狀決定于基圓的大小 θK相同時，rb越大，曲半半徑越大 rb→∞，漸開線→⊥N3K的直線 （5）基圓內(nèi)無漸開線（因漸開線從基圓開始向外展開） 3、漸開線方程 漸開線方程 二、漸開線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律（或者說滿足定傳動比要求） 常數(shù) 式（1） 三、漸開線齒廓嚙合的特點(diǎn) 1、漸開線齒廓嚙合的嚙合線是直線——N1N2嚙合點(diǎn)的軌跡 嚙合線、公法線、兩基圓的內(nèi)公切線三線重合。 2、漸開線齒廓嚙合的嚙合角不變 ：N1N2與節(jié)圓公切線之間的夾角 =漸開線在節(jié)點(diǎn)處嚙合的壓力角 3、漸開線齒廓嚙合具有可分性。 式（1）表明，i12決定于基圓大小 （這一特點(diǎn)對漸開線齒輪的制造、安裝都是十分有利的）。 漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸 一、標(biāo)準(zhǔn)齒輪的基本參數(shù) 1、模數(shù)m ∴ 模數(shù)或 ∴d=mz 單位：mm（m是決定齒輪尺寸的一個基本參數(shù)） m標(biāo)準(zhǔn)化。 2、分度圓壓力角 分度圓和節(jié)圓有原則性的區(qū)別。分度圓是一個齒輪的幾何參數(shù)，每個齒輪都有一個大小確定的分度圓，而節(jié)圓則是表示一對齒輪嚙合特性的圓。對于單個齒輪而言，節(jié)圓無意義；當(dāng)一對齒輪嚙合時，它們的節(jié)圓隨中心距的變化而變化（可分性）。因此節(jié)圓和分度圓可以重合，也可以不重合。另外，分度圓壓力角是一個大小確定的角，嚙合角可以與之相等，也可不相等，但嚙合角與節(jié)圓壓力角始終相等。 是決定漸開線齒廓形狀的一個基本參數(shù)） GB1356-88規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值=20° 某些場合：=14.5°、15°、22.5°、25°。 至此：分度圓就是齒輪上具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的圓。 3、齒數(shù)z ：齒輪的大小和漸開線齒輪形狀—— 4、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù) 三、標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的幾何尺寸 見表7-2 四、標(biāo)準(zhǔn)齒條 z→∞ 1、p=пm 分度線：s=e 2、=齒形角（20°） 3、尺寸計(jì)算：同標(biāo)準(zhǔn)齒輪一樣 五、任意圓上的齒厚（課后自己看書） 漸開線直齒圓柱齒輪的傳動 一、嚙合過程 起始嚙合點(diǎn)：從動輪的齒頂點(diǎn)與主動輪的齒根處某點(diǎn)接觸，在嚙合線上為從動輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點(diǎn)B2。 終止嚙合點(diǎn)：主動輪的齒頂點(diǎn)與從動輪的齒根處某點(diǎn)接觸，在嚙合線N1N2上為主動輪的齒頂圓與嚙合線N1N2的交點(diǎn)B1。 ——實(shí)際嚙合線 ——理論嚙合線 輪1EF和輪2DG——齒廓工作段，齒廓非工作段 二、正確嚙合條件 ∴ 三、無側(cè)隙嚙合條件 標(biāo)準(zhǔn)中心距： 頂隙→標(biāo)準(zhǔn)值 四、漸開線齒輪連續(xù)傳動的條件 重合度（重疊系數(shù)）：齒輪傳動的連續(xù)性條件重合度的定義還有其他形 漸開線齒廓的加工及根切 一、加工方法簡介 鑄造法、沖壓法、擠壓法 切削法 仿形法 展成法 二、仿形法→鐵削法☆ 、拉削法 （銑削法加工） 圓盤銑刀、指狀銑刀 圓盤銑刀的外形和齒輪的齒槽形狀相同。銑齒時，將毛坯安裝在機(jī)床工作臺上，圓盤銑刀繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)，而毛坯沿平行于齒輪軸線方向，作直線移動， 銑出一個齒槽后，將齒輪毛坯轉(zhuǎn)過，再銑第二個齒槽，依此類推。 仿形法加工特點(diǎn)：①無須專用機(jī)床；②加工精度低（生產(chǎn)效率低） 齒輪，欲制造精確，需每一種齒數(shù)配一把齒刀，這是不可能的。為簡化刀具數(shù)量，采用八把一套或十五把一套銑刀，其每把銑刀可切削齒數(shù)在一定范圍內(nèi)的齒輪。為保證加工出來的齒輪在嚙合時不會被卡住，每一號銑刀的齒形都是按所加工的一組齒輪中齒的最少的那個齒輪的齒形制成的。因此，當(dāng)用這把銑刀切削同組齒輪中其他齒數(shù)的齒輪時，齒形有誤差。） 三、展成法（范成法、包絡(luò)法） 1、展成原理：找共軛齒廓（一對漸開線齒廓是共軛齒廓，因此當(dāng)?shù)度旋X廓是漸開線時，加工出齒輪的齒廓也一定是漸開線） 2、展成加工方法： 3、特點(diǎn)：①被加工齒輪的模數(shù)和壓力角相同。 ②一把刀具可加工出任意齒數(shù)的齒輪。 四、標(biāo)準(zhǔn)齒條形刀具切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪 1、刀具 刀具齒頂線（區(qū)別刀具頂?shù)毒€） 中線 被加工齒輪： 要求： ∴刀具比標(biāo)準(zhǔn)齒條在齒頂部高出一段 2、切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪 將輪坯的外圓按被切齒輪的齒頂圓直徑預(yù)先加工好。 將刀具的中線與輪坯的分度圓相切。 →齒輪和刀具有相同的模數(shù)和壓力角 展成運(yùn)動相當(dāng)于無側(cè)隙嚙合。齒輪的齒厚=刀具的齒槽寬= ∴加工出的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。 四、漸開線齒廓的根切現(xiàn)象 1、 根切： 危害：①切掉部分齒廓； ②削弱了齒根強(qiáng)度； ③嚴(yán)重時，切掉部分漸開線齒廓，降低重合度。 2、齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù) ∵， ， ∴ 斜齒輪 一、斜齒輪齒廓曲面的形成和嚙合特點(diǎn) 1、直齒輪： 基圓柱，發(fā)生面S，KK∥基圓柱母線NN→漸開線柱面 （嚙合特點(diǎn)：①齒廓曲面的接觸線∥NN ②受力突變，噪音較大。 2、斜齒輪： 基圓柱，發(fā)生面S，KK與NN有夾角→漸開線螺旋面 基圓柱上的螺旋角 漸開線螺旋面齒廓的特點(diǎn)： ①與基圓柱相切的平面與齒廓曲面的交線為斜直線（與NN交角） ②端面（垂直于齒輪軸線的面）與齒廓曲面的交線為漸開線。 ③與基圓柱同的圓柱面與漸開線螺旋面的交線為一螺旋線。 不同面→螺旋角不同 斜齒輪的嚙合特點(diǎn)： （1）兩斜齒齒廓的公法面既是兩基圓柱的公切面，又是傳動的嚙合面 （2）兩齒廓的接觸線與軸線夾角 （3）接觸線0→長→0，傳動平穩(wěn)☆ 二、斜齒輪的基本參數(shù) 1、斜齒輪的切削加工：①仿形法；②已成法：滾齒 （用仿形法加工斜齒輪時，銑刀是沿螺旋齒的方向進(jìn)刀的） 法面：垂直于分度圓柱面螺旋線的切線的平面。進(jìn)刀方向⊥法面 法面齒形與刀具相同→法面上的模數(shù)和壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值 端面：⊥軸線的面 計(jì)算斜齒輪端面參數(shù)與尺寸： 齒距： 模數(shù)：∴ 壓力角：， ∵BD=CE ∴ 齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)： ∴, () 螺旋角： ：螺旋線的導(dǎo)程（螺旋線繞同一周時它沿軸線方向前進(jìn)的距離） （1） （上式表明，各圓柱面的螺旋角不等） 三、平行軸斜齒輪傳動的正確嚙合條件和重合度 1、正確嚙合條件 （斜齒輪在端面內(nèi)的嚙合相當(dāng)于直齒輪的嚙合） 2、重合度（兩個端面參數(shù)（Z,m,,,）完全相同的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪和標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪） 分度圓柱面的展開圖 縱向作用弧 總作用弧與Pt的比值→總重合度 設(shè)→端面重合度（相當(dāng)于相應(yīng)的直齒輪的重合度） §7—3 輪系的分類 輪系：用一系列互相嚙合的齒輪將主動軸和從動軸連接起來，這種多齒輪的傳動裝置稱為輪系。 定軸輪系（普通輪系） 周轉(zhuǎn)輪系 復(fù)合輪系 定+周（復(fù)雜輪系） 周+周 定軸輪系及其傳動比計(jì)算 一、傳動比 A——輸入軸 B——輸出軸 二、定軸輪系的傳動比計(jì)算 ∴ 三、輸出軸轉(zhuǎn)向的表示 1、首末兩軸平行，用“+”、“-”表示。 Z——惰輪：不改變傳動比的大小，但改變輪系的轉(zhuǎn)向 2、首末兩軸不平行（將輪5擦掉） 用箭頭表示 3、所有軸線都平行 m——外嚙合的次數(shù) 周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計(jì)算 一、周轉(zhuǎn)輪系 差動輪系：F=2 行星輪系：F=1（輪3固定）（） 二、周轉(zhuǎn)輪系的構(gòu)件 行星輪 行星架（系桿）、中心輪 基本構(gòu)件（軸線與主軸線重合而又承受外力矩的構(gòu)件稱基本構(gòu)件） 行星架繞之轉(zhuǎn)動的軸線稱為主軸線。 ZK-H（K—中心輪；H—行量架；V—輸出構(gòu)件） 還有其他：3K，K-H-V 三、周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計(jì)算 以差動輪系為例（反轉(zhuǎn)法） 周轉(zhuǎn)輪系傳動比是計(jì)算出來的，而不是判斷出來的。 四、圓錐齒輪組成的周轉(zhuǎn)輪系 1，3中心輪 2行星輪 給整機(jī)構(gòu)——“-WH”繞OO軸轉(zhuǎn)動 原機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu) W1 W3 WH W2 （用角速度多邊形求） （作矢量作） §7-4軸系零件 一軸 （一）、軸的用途與分類 1、功用：1）支承回轉(zhuǎn)零件；2）傳遞運(yùn)動和動力 2、分類 按承基情況分 轉(zhuǎn)軸——T和M的軸——齒輪軸 心軸— —而不受扭矩：轉(zhuǎn)動心軸；固定心軸 傳動軸——主要受扭矩而不受彎矩或彎矩很小的軸 按軸線形狀分 直軸——光軸——作傳動軸（應(yīng)力集中小） 階梯軸：優(yōu)點(diǎn)：1）便于軸上零件定位；2）便于實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度 曲軸—— 另外還有空心軸（機(jī)床主軸）和鋼絲軟軸（撓性軸）——它可將運(yùn)動靈活地傳到狹窄的空間位置，如牙鋁的傳動軸。 （二）、軸的材料及其選擇 碳素鋼——價廉時應(yīng)力集中不敏感——常用45#，可通過熱處理改善機(jī)械性能，一般為正火調(diào)質(zhì) 和合金鋼——機(jī)械性能（熱處理性）更好，適合于大功率，結(jié)構(gòu)要求緊湊的傳動中，或有耐磨、高溫（低溫）等特殊工作條件，但合金鋼對應(yīng)力集中較敏感。 注意：①由于碳素鋼與合金鋼的彈性模量基本相同，所以采用合金鋼并不能提高軸的剛度。②軸的各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（噴丸、滾壓）對提高軸的疲勞強(qiáng)度有顯著效果。 軸的常用材料及其主要機(jī)械性能 軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——按軸上零件安裝定位要求定軸的形狀和尺寸交替進(jìn)行 工作能力計(jì)算——強(qiáng)度、剛度、振動穩(wěn)定性計(jì)算 (三) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)外形主要取決于軸在箱體上的安裝位置及形式，軸上零件的布置和固定方式，受力情況和加工工藝等。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：①軸和軸上零件要有準(zhǔn)確、牢固的工作位置；②軸上零件裝拆、調(diào)整方便；③軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。④盡量避免應(yīng)力集中（書上無） 一、擬定軸上零件的裝配方案 根據(jù)軸上零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先要預(yù)定出主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，它是軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，擬定裝配方案，應(yīng)先考慮幾個方案，進(jìn)行分析比較后再選優(yōu)。 原則：1）軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理；2）裝配越簡單、方便越合理。 二、軸上零件的定位 1、零件的軸向定位 1）軸肩和軸環(huán)（軸中間高兩邊低軸向尺寸小的環(huán)）——最常用，軸向傳力大。 ③、④過渡軸肩（小） 零件孔圓角R與倒角C的推薦值表11-2 另注意： 2）套筒——軸上相鄰零件定位，套筒不宜過長，由于套筒與軸配合較松 3）軸用圓螺母——傳動力大，簡單，但有應(yīng)力集中（細(xì)牙），要防松： 要求為軸向定位可靠，l軸下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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