項(xiàng)目九汽車常用機(jī)械傳動分析任務(wù)一帶傳動在汽車中的應(yīng)用汽車機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解帶傳動的類型和特點(diǎn)。2．了解V帶和V帶輪的結(jié)構(gòu)。3．掌握帶傳動的張緊、安裝與維護(hù)。思政目標(biāo)1．培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。2．培養(yǎng)學(xué)生愛崗敬業(yè)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的職業(yè)素養(yǎng)。任務(wù)引入帶傳動屬于具有中間撓性件的傳動方式，是一種廣泛應(yīng)用的機(jī)械傳動。汽車發(fā)動機(jī)中齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，就是通過傳動帶將曲軸輸出的動力傳遞給凸輪軸的。圖9-1所示為發(fā)動機(jī)齒形帶傳動機(jī)構(gòu)。9-1發(fā)動機(jī)齒形帶傳動機(jī)構(gòu)帶傳動由主動輪、帶、從動輪組成，帶是撓性的中間零件，通過它將主動輪的運(yùn)動和動力傳遞給從動輪，如圖9-2所示。根據(jù)工作原理的不同，帶傳動可分為摩擦帶傳動和嚙合帶傳動兩種。其中摩擦帶傳動依靠帶與帶輪間的摩擦力傳遞運(yùn)動；嚙合帶傳動依靠帶上的齒或孔與帶輪上的齒直接嚙合傳遞運(yùn)動，兼有嚙合傳動和摩擦傳動的優(yōu)點(diǎn)。一、帶傳動的類型1—主動輪；2—從動輪；3—帶圖9-2帶傳動的基本組成1．摩擦帶的類型（1）平帶：截面為扁平形，其工作面為內(nèi)表面，如圖9-3（a）所示。常用的平帶為橡膠帆布帶。（2）V帶：截面為梯形，其工作面為兩側(cè)面，如圖9-3（b）所示。V帶與平帶相比，由于正壓力作用在楔形面上，當(dāng)量摩擦系數(shù)大，能傳動較大的功率，結(jié)構(gòu)也緊湊，故應(yīng)用最廣。（3）多楔帶：若干V帶的組合，如圖9-3（c）所示，它可避免多根V帶長度不等、傳力不均的缺點(diǎn)。（4）圓形帶：截面是圓形，用皮帶或棉繩制成，如圖9-3（d）所示，適用于傳遞小功率。一、帶傳動的類型圖9-3摩擦帶的類型2．嚙合帶的傳動方式1）同步帶傳動同步帶傳動：工作時，帶上的齒與輪上的齒相互嚙合，以傳遞運(yùn)動和動力，如圖9-4所示。同步帶傳動可避免帶與輪之間產(chǎn)生滑動，以保證兩輪圓周速度相同。它常用于數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、收錄機(jī)等需要兩輪速度相同的場合，如汽車上部分發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)中的正時齒輪傳動。一、帶傳動的類型圖9-4同步帶傳動2）齒孔帶傳動齒孔帶傳動：工作時，帶上的孔與輪上的齒相互嚙合，以傳遞運(yùn)動，如圖9-5所示。齒孔帶傳動同樣可保證同步運(yùn)動。例如，放映機(jī)、打印機(jī)采用齒孔帶傳動，被運(yùn)輸?shù)哪z帶和紙張相當(dāng)于齒孔帶。一、帶傳動的類型圖9-5齒孔帶傳動3．帶傳動的特點(diǎn)和應(yīng)用摩擦帶傳動是利用具有彈性的撓性帶與帶輪間的摩擦來傳遞運(yùn)動和動力的，多用于中、小功率傳動，具有以下特點(diǎn)：①機(jī)構(gòu)簡單，成本低廉，適用于兩軸中心距較大的場合；②帶具有良好的撓性，能緩沖、吸振，傳動平穩(wěn)，無噪聲；③過載時帶與帶輪之間會出現(xiàn)打滑，對傳動機(jī)構(gòu)起安全保護(hù)作用。④傳動帶需張緊在帶輪上，對軸和軸承的壓力較大；⑤輪廓尺寸大，傳動效率低；⑥由于帶的彈性滑動，不能保證固定不變的傳動比；⑦帶的壽命較短。摩擦帶傳動適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比不嚴(yán)格的場合。帶傳動的功率在100kW以下，速度在5～25m/s，傳動比可達(dá)7，效率為0.94～0.96。一、帶傳動的類型一、帶傳動的類型一、帶傳動的類型1．V帶的結(jié)構(gòu)和類型標(biāo)準(zhǔn)V帶都制成無接頭的環(huán)形，由抗拉體1、頂膠2、底膠3及包布層4構(gòu)成，如圖9-6所示。頂膠、底膠的材料為橡膠，分別承受帶在運(yùn)行時的拉伸與壓縮作用。包布層材料為橡膠帆布。抗拉體是承受載荷的主體，材料為化學(xué)纖維織物，分為簾布芯結(jié)構(gòu)［見圖9-6（a）］和繩芯結(jié)構(gòu)［見圖9-6（b）］兩種，簾布芯結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度高，制造方便，用于一般用途的V帶；繩芯結(jié)構(gòu)柔韌性好，抗彎強(qiáng)度高，常用于帶輪直徑小或轉(zhuǎn)速較高的場合。二、V帶傳動1—抗拉體；2—頂膠；3—底膠；4—包布層圖9-6V帶的結(jié)構(gòu)2．V帶輪的結(jié)構(gòu)和類型帶輪應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，良好的結(jié)構(gòu)工藝性，質(zhì)量小且分布均勻，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力。輪槽表面應(yīng)光滑，以減少帶的磨損。V帶輪的材料廣泛采用灰鑄鐵，當(dāng)帶速v≤25m/s時，采用HT150；當(dāng)帶速v>25m/s時，采用HT200；速度更高的V帶輪可采用球墨鑄鐵或鑄鋼，也可采用鋼板沖壓后焊接帶輪。帶輪由輪緣、輪轂、輪輻三部分組成，如圖9-7所示。輪緣：帶輪的外緣部分，用以安裝V帶的輪槽。輪轂：帶輪與軸相配的部分。通常帶輪與軸用鍵連接，輪轂上開有鍵槽，孔的尺寸按軸的強(qiáng)度、剛度要求確定。輪輻：輪緣與輪轂相連的部分。二、V帶傳動1—輪緣；2—輪輻；3—輪轂圖9-7帶輪的結(jié)構(gòu)V帶輪的形式如圖9-8所示，分為實(shí)心帶輪、腹板式帶輪、孔板式帶輪、輪輻式帶輪等。二、V帶傳動圖9-8V帶輪的形式3．V帶的型號和標(biāo)記普通V帶和窄V帶的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化（GB/T11544—2012），按截面尺寸由小到大可分為Y、Z、A、B、C、D、E等型號，其傳遞能力也由小到大。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13352—2008中規(guī)定了汽車V帶產(chǎn)品的截面尺寸、有效長度及極限偏差、露出高度、中心距變化量、尺寸測量方法和帶輪尺寸等，該標(biāo)準(zhǔn)適用于汽車內(nèi)燃機(jī)附屬機(jī)械傳動裝置中的V帶及其帶輪。汽車V帶頂寬的公稱值見表9-1。V帶的標(biāo)記是用戶識別和選用V帶的依據(jù)。V帶的標(biāo)記內(nèi)容依次為型號、基準(zhǔn)長度公稱值、標(biāo)準(zhǔn)號。例如，“A-1600GB/T11544—2012”表示A型普通帶，該V帶的基準(zhǔn)長度為1600mm；“SPA-1400GB/T11544—2012”表示SPA型窄V帶，該V帶的基準(zhǔn)長度為1400mm；“AV13×1000GB12732”表示AV13型汽車V帶，其有效長度為1000mm。通常V帶的標(biāo)記和制造時間及生產(chǎn)廠家都會壓印在帶的頂面（外表面）上。二、V帶傳動4．帶的彈性滑動和打滑帶是彈性體，受拉后會彈性伸長，伸長量隨拉力大小而改變，由緊邊繞過主動輪進(jìn)入松邊時，帶的拉力減小，其彈性伸長量也減小，這說明帶在繞過帶輪的過程中，相對于輪面向后收縮，帶與帶輪間出現(xiàn)局部相對滑動；同樣，當(dāng)帶由松邊繞過從動輪進(jìn)入緊邊時，拉力增加，帶逐漸被拉長，沿輪面產(chǎn)生向前的滑動，使帶的速度逐漸大于從動輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而產(chǎn)生的帶與帶輪間的滑動稱為彈性滑動。當(dāng)載荷較小時，彈性滑動只發(fā)生在帶即將由主、從動輪離開的一段弧上，傳遞外載增大時，有效拉力隨之加大，彈性滑動區(qū)域也隨之?dāng)U大，當(dāng)有效拉力達(dá)到或超過某一極限值時，帶與小帶輪在整個接觸弧上的摩擦力達(dá)到極限。若外載繼續(xù)增加，帶將沿整個接觸弧滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。打滑時主動輪還在轉(zhuǎn)動，但從動輪的轉(zhuǎn)速會急劇下降，帶會因迅速磨損、發(fā)熱而損壞，使傳動失效。彈性滑動和打滑是兩個不同的概念。打滑是由過載引起的全面滑動，正常工作時應(yīng)當(dāng)避免。彈性滑動是由帶的彈性變形引起的，除非帶是不可伸長的撓性體，否則只要傳遞圓周力，就會存在拉力差，就一定會發(fā)生彈性滑動，所以彈性滑動是不可避免的。二、V帶傳動1．帶的張緊帶是根據(jù)帶的摩擦傳動原理工作的，所以只有在預(yù)張緊后才能正常工作。1）定期張緊裝置定期張緊裝置采用定期改變中心距的方法來調(diào)節(jié)帶的預(yù)緊力，使帶重新張緊，一般使用調(diào)整螺釘來調(diào)整中心距，如圖9-9所示。2）自動張緊裝置將裝有帶輪的電動機(jī)安裝在浮動的擺架上，利用電動機(jī)的自重，使帶輪隨同電動機(jī)繞固定軸擺動，從而自動保持張緊力。二、V帶傳動圖9-9定期張緊裝置3）張緊輪張緊裝置當(dāng)中心距不能調(diào)節(jié)時，可采用張緊輪將帶張緊，如圖9-10所示。V帶張緊時，張緊輪一般放在V帶的松邊內(nèi)側(cè)，并應(yīng)盡量靠近大帶輪，這樣可使V帶只產(chǎn)生單向彎曲，且小帶輪的包角不致過小。平帶張緊時，張緊輪一般放在帶的松邊外側(cè)并應(yīng)盡量靠近小帶輪，以增加小帶輪的包角。二、V帶傳動圖9-10張緊輪張緊裝置2．V帶的安裝與使用①安裝V帶時，應(yīng)按規(guī)定的初拉力張緊。②V帶在安裝時，必須使兩帶輪軸線平行。安裝V帶時不能硬撬，應(yīng)縮小中心距后再套上，然后調(diào)整。兩輪相對應(yīng)的V形槽的對稱平面應(yīng)重合。③同組使用的V帶的型號應(yīng)相同，長度應(yīng)相等，以免各V帶受力不均勻；另外，新舊不同的V帶不能同時使用。④V帶不宜與酸、堿或礦物油等介質(zhì)接觸，工作溫度不宜超過60℃，應(yīng)避免日光暴曬。⑤V帶傳動裝置必須安裝防護(hù)罩。這樣既可防止傷人，又可防止灰塵、油及其他雜物飛濺到V帶上影響傳動。⑥拆卸V帶時不能硬撬，應(yīng)先縮短中心距后再拆卸V帶。⑦定期檢查V帶有無松弛或斷裂現(xiàn)象，若有一根松弛或斷裂，則應(yīng)全部更換新帶。⑧禁止給V帶輪加潤滑劑，應(yīng)及時清除V帶輪槽及V帶上的油污。⑨若V帶久置后再用，應(yīng)將V帶放松。二、V帶傳動課后練習(xí)1．帶傳動一般由、、組成。2．帶傳動的彈性滑動和打滑有什么不同？能否避免？3．一般帶輪采用什么材料？帶輪的形式有哪些？根據(jù)什么來選定帶輪的形式？4．摩擦帶傳動按帶截面形狀可分為哪幾種？各有什么特點(diǎn)？為什么傳遞動力多采用V帶傳動？5．按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通V帶橫截面的尺寸有哪幾種？6．帶傳動為什么要張緊？張緊的方法有哪些？思政元素正時皮帶是發(fā)動機(jī)配氣系統(tǒng)的重要組成部分，通過與曲軸的連接并配合一定的傳動比來保證進(jìn)、排氣時間的準(zhǔn)確。使用皮帶而不是齒輪來傳動是因?yàn)槠г肼曅。陨碜兓啃《乙子谘a(bǔ)償。正時皮帶起到承上啟下的作用，上部連接發(fā)動機(jī)缸蓋的正時輪，下部連接曲軸正時輪。缸蓋正時輪連接凸輪軸，這個凸輪軸上有凸輪，它的接觸點(diǎn)是氣門挺柱，挺柱通過正時皮帶帶來的動力產(chǎn)生壓力，起到頂起氣門的作用。頂起進(jìn)氣門可讓霧化的汽油進(jìn)入缸體，頂起排氣門可將廢氣排出缸體；當(dāng)凸輪軸凹陷的地方同時接觸挺柱的時候，進(jìn)氣門、排氣門都關(guān)閉，產(chǎn)生壓縮比，火花塞點(diǎn)火，內(nèi)燃開始并產(chǎn)生動力！汽車發(fā)動機(jī)工作過程中，在氣缸內(nèi)不斷發(fā)生進(jìn)氣、壓縮、爆炸、排氣四個過程，并且，每個步驟的時機(jī)都要與活塞的運(yùn)動狀態(tài)和位置相配合，使進(jìn)氣與排氣及活塞升降相互協(xié)調(diào)，正時皮帶在發(fā)動機(jī)里起到“橋梁”的作用，在曲軸的帶動下將力量傳遞給相應(yīng)機(jī)件。項(xiàng)目九汽車常用機(jī)械傳動分析任務(wù)二齒輪傳動在汽車中的應(yīng)用汽車機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解齒輪傳動的類型及特點(diǎn)。2．熟悉汽車齒輪的類型及結(jié)構(gòu)。3．了解傳動比的計(jì)算。4．了解齒輪傳動在汽車中的應(yīng)用。思政目標(biāo)1．提高對工業(yè)現(xiàn)代化的認(rèn)識。2．了解我國制造業(yè)現(xiàn)狀，激發(fā)對專業(yè)學(xué)習(xí)的使命感。任務(wù)引入在汽車動力傳動部分中，常常用齒輪機(jī)構(gòu)來傳遞動力、改變轉(zhuǎn)速或方向。例如，曲軸與凸輪軸的動力傳動、變速器各擋位的動力傳動、主減速器和差速器的動力傳動中，都使用齒輪機(jī)構(gòu)傳遞動力。輪機(jī)構(gòu)由主動齒輪、從動齒輪和機(jī)架組成。由于兩齒輪以高副相連，所以齒輪機(jī)構(gòu)屬于高副機(jī)構(gòu)。輪機(jī)構(gòu)的功能是將主動軸的運(yùn)動和動力，通過齒輪副傳遞給從動軸，使從動軸獲得要求的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)矩。一、齒輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用1．齒輪機(jī)構(gòu)的分類（見表9-2）一、齒輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用每個具體的齒輪機(jī)構(gòu)，都是這些類型的不同組合。圖9-11（a）所示齒輪機(jī)構(gòu)為兩軸線平行的直齒圓柱外嚙合平面齒輪機(jī)構(gòu)。圖9-11齒輪和齒輪機(jī)構(gòu)一、齒輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用圖9-11齒輪和齒輪機(jī)構(gòu)（續(xù)）一、齒輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用一、齒輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用1—主動齒輪，齒數(shù)為Z1；2—從動齒輪，齒數(shù)為Z2圖9-12齒輪傳動的基本原理2．齒輪傳動的應(yīng)用1）傳動比一對齒數(shù)不同的齒輪嚙合傳動時可以變速，而且兩齒輪的轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。設(shè)主動齒輪的轉(zhuǎn)速為n1，齒數(shù)為Z1；從動齒輪的轉(zhuǎn)速為n2，齒數(shù)為Z2。主動輪（輸入軸）轉(zhuǎn)速與從動輪（輸出軸）轉(zhuǎn)速之比稱為傳動比，用字母i12表示。即如圖9-12（a）所示，當(dāng)以小齒輪為主動輪（Z1<Z2）時，其轉(zhuǎn)速經(jīng)大齒輪傳出后就降低了，即n2<n1，稱為減速傳動，此時傳動比i>1；如圖9-12（b）所示，當(dāng)以大齒輪為主動輪（Z1>Z2），其轉(zhuǎn)速經(jīng)小齒輪傳出后就升高了，即n2>n1，稱為增速傳動，此時傳動比i<1。這就是齒輪傳動的變速原理。一、齒輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用2）變矩比一對齒輪嚙合傳動時，齒輪的齒數(shù)越多，其轉(zhuǎn)速就越低，而其轉(zhuǎn)矩越大；反之，齒輪的齒數(shù)越少，其轉(zhuǎn)速就越高，而其轉(zhuǎn)矩則越小，就是說齒輪傳動的轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)速成反比。設(shè)主動輪的轉(zhuǎn)速為n1，轉(zhuǎn)矩為M1；從動輪的轉(zhuǎn)速為n2，轉(zhuǎn)矩為M2，即由此可見，齒輪式變速器在改變轉(zhuǎn)速的同時也改變了輸出轉(zhuǎn)矩，傳動比既是變速比也是變矩比，而且輸出轉(zhuǎn)速降低則輸出轉(zhuǎn)矩增大；輸出轉(zhuǎn)速升高則輸出轉(zhuǎn)矩減小。汽車變速器就是利用這一原理，通過改變各擋的傳動比來改變輸出轉(zhuǎn)速，從而改變其輸出轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)汽車行駛阻力的變化。一、齒輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用3）齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)（見表9-3）二、輪齒的受力分析1．直齒圓柱齒輪（簡稱直齒輪）為了計(jì)算齒輪的強(qiáng)度以及設(shè)計(jì)軸和軸承，首先應(yīng)分析齒輪上的作用力大小和方向。圖9-13所示為一對標(biāo)準(zhǔn)直齒輪輪齒嚙合時的受力情況，其齒廓在節(jié)點(diǎn)接觸，略去齒面間的摩擦力。齒輪間的相互作用力Fn分別作用在主、被動齒輪上，其大小相等，方向相反。該力沿公法線方向，指向齒廓，稱法向力。為了設(shè)計(jì)軸和軸承的方便，將法向力分解為相互垂直的兩個力：圓周力和徑向力。圓周力Ft的方向，在主動輪上與運(yùn)動方向相反，在從動輪上與運(yùn)動方向相同。徑向力Fr的方向，對兩輪都是由作用點(diǎn)指向各自輪心。圖9-13標(biāo)準(zhǔn)直齒輪輪齒嚙合時的受力情況二、輪齒的受力分析2．斜齒圓柱齒輪1）斜齒圓柱齒輪（簡稱斜齒輪）傳動的特點(diǎn)與直齒輪傳動相比，斜齒輪傳動具有以下特點(diǎn)：（1）齒廓接觸線是斜線，如圖9-14所示，一對輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合和脫離嚙合的，故運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沖擊和噪聲小。（2）重合度大，并隨齒寬和螺旋角的增大而增大，有利于提高承載能力和傳動平穩(wěn)性，適合于高速傳動。（3）斜齒輪的最小齒數(shù)少于直齒輪的最小齒數(shù)，因此，斜齒輪的結(jié)構(gòu)比直齒輪緊湊。（4）斜齒輪運(yùn)動時會產(chǎn)生軸向力Fa，使軸及軸承的設(shè)計(jì)更復(fù)雜。2）斜齒圓柱齒輪的受力分析若略去齒面間的摩擦力，則作用于節(jié)點(diǎn)P的法向力Fn可分解為三個分力，即圓周力Ft、徑向力Fr、軸向力Fa，如圖9-14所示。汽車普通三軸式變速器中，嚙合齒輪多采用斜齒輪傳動；雙級主減速器中，第二級圓柱齒輪傳動一般采用斜齒輪傳動。圖9-14斜齒輪的受力分析二、輪齒的受力分析3．直齒圓錐齒輪1）直齒圓錐齒輪傳動的特點(diǎn)直齒圓錐齒輪傳動用于傳遞兩相交軸之間的運(yùn)動和動力。其輪齒分布在截圓錐體上，由大端向小端逐漸變小。直齒圓錐齒輪一般用于低速、輕載的場合。2）直齒圓錐齒輪的受力分析不計(jì)齒面間的摩擦力，齒面間的法向力Fn可分解為三個分力：圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa，如圖9-15所示。圖9-14斜齒輪的受力分析三、輪齒的失效形式和材料1．輪齒的失效形式齒輪傳力過程中，兩輪齒面逐點(diǎn)進(jìn)入嚙合、逐點(diǎn)退出嚙合，齒面間有相對滑動，因而輪齒既受法向壓力Fn，又受切向摩擦力；這些力的作用點(diǎn)沿齒面不斷移動，導(dǎo)致輪齒出現(xiàn)各種失效形式。常見的輪齒失效形式有以下五種。1）輪齒折斷（見圖9-16）齒輪折斷一般發(fā)生在齒根部位。折斷有兩種：一種是由于法向壓力Fn沿齒面移動［見圖9-16（a）］，齒根彎曲應(yīng)力不斷變化（若單側(cè)受力，齒根A點(diǎn)應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力；若兩側(cè)受力，齒根A點(diǎn)應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)力），同時有應(yīng)力集中，致使根部發(fā)生彎曲疲勞裂紋，經(jīng)歷長期應(yīng)力循環(huán)，裂紋不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致整個齒折斷，這種折斷稱為彎曲疲勞折斷［見圖9-16（b）］。另一種是短時間嚴(yán)重過載致使輪齒突然折斷，這種折斷稱為彎曲過載折斷。防止彎曲疲勞折斷的方法是，保證輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度，加大齒根圓角以緩和應(yīng)力集中。防止彎曲過載折斷的方法是，禁止超載使用。圖9-16輪齒折斷三、輪齒的失效形式和材料2）齒面點(diǎn)蝕［見圖9-17（a）］齒輪傳動中，兩齒面是線接觸的，表層產(chǎn)生很大接觸應(yīng)力，由于力的作用點(diǎn)沿齒面移動，接觸應(yīng)力按脈動循環(huán)變化；經(jīng)歷長期應(yīng)力循環(huán)，便在齒面節(jié)點(diǎn)附近，由于疲勞而產(chǎn)生小片金屬剝落，形成麻點(diǎn)，這種疲勞稱為疲勞點(diǎn)蝕或接觸疲勞。由于齒面損壞，嚙合狀況迅速惡化，從而導(dǎo)致輪齒失效。防止齒面疲勞點(diǎn)蝕的方法是，限制接觸應(yīng)力，提高齒面硬度，以保證齒面接觸強(qiáng)度。齒面疲勞點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳動的主要失效形式。圖9-17輪齒齒面失效形式三、輪齒的失效形式和材料3）齒面膠合［見圖9-17（b）］高速重載傳動中，由于輪齒嚙合區(qū)局部溫度升高，油膜脫落，失去潤滑作用，使兩金屬表面直接接觸，相互粘連在一起，當(dāng)齒面相對滑動時，將較軟的金屬表面沿滑動方向劃傷、撕脫，形成溝紋，嚴(yán)重時甚至相互咬死，這種現(xiàn)象稱為膠合。此時齒面嚴(yán)重?fù)p壞而失效。低速重載時，齒面間油膜不易形成，也會產(chǎn)生膠合。防止膠合的方法有：采用黏度大或含抗膠合添加劑的潤滑油（如硫化油），提高齒面硬度、改善齒面粗糙度，配對齒輪采用不同的材料，對于高速重載傳動還要加強(qiáng)散熱措施。圖9-17輪齒齒面失效形式三、輪齒的失效形式和材料4）齒面磨損［見圖9-17（c）］齒輪傳動中的磨損有兩種：一種是跑合，一種是磨粒磨損。新齒輪使用前，先加輕載，經(jīng)短期運(yùn)行后，兩齒面逐漸磨光、貼合，稱為跑合。跑合有利于改善傳動嚙合狀況，但跑合后，應(yīng)清洗磨損的金屬屑。開式齒輪傳動中，油池中有塵土、金屬屑，對齒面會形成磨粒磨損，破壞齒形，引起附加載荷和噪聲，致使齒輪失效，在齒磨薄后會造成輪齒折斷。防止磨粒磨損的方法有：采用閉式傳動，保持良好的潤滑，提高齒面硬度。圖9-17輪齒齒面失效形式三、輪齒的失效形式和材料5）齒面塑性變形在嚴(yán)重過載、啟動頻繁或重載傳動中，較軟齒面會發(fā)生塑性變形，破壞齒形。防止塑性變形的方法是提高齒面硬度，遵守操作規(guī)程。綜上所述，防止失效的方法是，在設(shè)計(jì)方面，要保證彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度，選擇合適的材料和熱處理方法，提高齒面硬度和耐磨性；在制造方面，要保證精度和改善齒面粗糙度；在維護(hù)方面，要保證良好潤滑和遵守操作規(guī)程。三、輪齒的失效形式和材料2．齒輪的常用材料對齒輪材料的基本要求如下：輪齒表面具有足夠的硬度和耐磨性；齒輪輪齒要有足夠的彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性；具有良好的加工工藝性能和熱處理性能。制造齒輪的常用材料有鍛鋼、鑄鋼和鑄鐵等，特殊情況下可采用有色金屬和非金屬。表面淬火是將鋼件表面進(jìn)行淬火，而內(nèi)部仍保持原先的組織的一種熱處理方法，常用于中碳鋼或中碳合金鋼，淬火后表面硬度為45～50HRC，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，內(nèi)部較軟，有較高的韌性，一般用于受中等沖擊載荷的重要齒輪傳動。滲碳淬火后表面硬度為56～62HRC，內(nèi)部仍保持較高的韌性，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，一般用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為200～280HBS，因硬度不高，故可在熱處理后進(jìn)行精加工，一般用于批量小、對傳動尺寸沒有嚴(yán)格限制的齒輪傳動。對機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪傳動可用中碳鋼正火處理或鑄鋼正火處理作為最終熱處理方法，正火處理后齒面硬度一般為160～220HBS。氮化后表面硬度可達(dá)65HRC，變形小，適用于難以磨齒的場合，常用材料為38CrMoAl。上述五種熱處理方法中，經(jīng)調(diào)質(zhì)和正火兩種處理后的齒面硬度較低，為軟齒面；經(jīng)其他三種處理后的齒面硬度較高，為硬齒面。配對齒輪的材料和硬度應(yīng)有所區(qū)別，小齒輪的材料比大齒輪的好一些或硬度高一些。四、齒輪傳動的維護(hù)齒輪傳動的維護(hù)，是保證齒輪傳動設(shè)備正常運(yùn)行、延長使用壽命、防止意外事故的重要技術(shù)措施。1．科學(xué)的潤滑管理制度工廠將潤滑工作制度化，并歸結(jié)為“五定”，具體見表9-4。對于自動潤滑的設(shè)備，要經(jīng)常檢查潤滑系統(tǒng)是否完好和暢通，潤滑機(jī)構(gòu)有無失靈。四、齒輪傳動的維護(hù)2．保持良好的工作環(huán)境通常齒輪傳動采用閉式傳動，以防塵土和異物進(jìn)入傳動裝置內(nèi)部，也保護(hù)了操作者的安全。要注意防止酸、堿的侵入，對特別精密的儀器，為防止高溫、低溫和潮濕，可采用恒溫的空調(diào)設(shè)備。3．遵守操作規(guī)程，嚴(yán)防超載使用設(shè)備的使用注意事項(xiàng)、操作規(guī)程，都必須遵守，以防事故。例如，減速器有規(guī)定的轉(zhuǎn)速和功率，使用時不得超速、超載；變速器換擋前，必須空載，以免折斷齒輪。過載保護(hù)裝置，如安全聯(lián)軸器、摩擦離合器，要保持靈敏。有的設(shè)備，在非規(guī)范操作時，會閃燈或發(fā)出蜂鳴聲，以示警告，這時必須停止運(yùn)行，進(jìn)行檢查。四、齒輪傳動的維護(hù)4．經(jīng)常觀察，定期檢修傳動失效或運(yùn)行不正常，一般有預(yù)兆。齒形損壞和輪齒折斷，會產(chǎn)生沖擊、振動和噪聲，膠合會產(chǎn)生高溫。所以要勤看、勤聽、勤摸，才能及時發(fā)現(xiàn)故障，加以排除。定期進(jìn)行檢查、小修和中修，不僅可及早排除故障，也可防止突然損壞，影響正常生產(chǎn)。課后練習(xí)1．兩軸線既不相交也不平行的齒輪傳動稱為，常見的有交錯軸斜齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪。2．齒輪傳動是依靠來傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動和動力的。3．直齒圓錐齒輪傳動屬于。A．平行軸齒輪傳動B．相交軸齒輪傳動C．交錯軸齒輪傳動D．開式傳動4．直齒圓柱齒輪傳動屬于。A．平行軸齒輪傳動B．相交軸齒輪傳動C．交錯軸齒輪傳動D．開式傳動5．下列屬于交錯軸齒輪傳動的是。A．直齒圓柱齒輪傳動B．直齒圓錐齒輪傳動C．蝸桿傳動D．齒輪齒條傳動6．內(nèi)嚙合齒輪傳動就是的齒輪傳動。A．兩個外齒輪間B．兩個內(nèi)齒輪間C．一個外齒輪與一個內(nèi)齒輪間D．一個外齒輪與兩個內(nèi)齒輪間思政元素齒輪在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見，那你知道齒輪最早誕生于什么時候嗎？在西方，古希臘哲學(xué)家亞里士多德在《機(jī)械問題》中，就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的問題。此后齒輪傳動裝置開始在歐洲出現(xiàn)。1956年發(fā)掘的河北武安午汲古城遺址中，發(fā)現(xiàn)了鐵制棘齒輪，齒輪直徑約80毫米，雖已殘缺，但鐵質(zhì)較好，經(jīng)研究，確認(rèn)為戰(zhàn)國末期到西漢時期的制品。三國時期的指南車和記里鼓車已采用齒輪傳動系統(tǒng)。1957年陜西省長安縣紅慶村出土了一對青銅人字齒輪。根據(jù)墓結(jié)構(gòu)和墓葬物品情況分析，認(rèn)定這對齒輪出現(xiàn)于東漢初年。1733年，法國的M.Camus提出輪齒接觸點(diǎn)的公法線必須通過中心連線上的節(jié)點(diǎn)，明確建立了現(xiàn)代關(guān)于接觸點(diǎn)軌跡的概念。從1765年，瑞士的L．Euler提出漸開線齒形解析研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，闡明了相嚙合的一對齒輪，其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關(guān)系。到1873年，德國工程師Hoppe提出不同齒數(shù)的齒輪在壓力角改變時的漸開線齒形，從而奠定了現(xiàn)代變位齒輪的思想基礎(chǔ)。思政元素我們熟悉的齒輪便是這樣發(fā)展而來的，一個小小的齒輪經(jīng)過了漫長歲月的演變，成為現(xiàn)代生活中必不可少的元素。齒輪雖小，卻是現(xiàn)代工業(yè)之基，萬物都有屬于自己的光芒。我們的人生就像一顆等待發(fā)光的小小的齒輪，與社會嚙合在一起形成一個龐大精密的齒輪系統(tǒng)。希望大家有一天能發(fā)揮自己的光芒，做一個對社會有用的人。項(xiàng)目九汽車常用機(jī)械傳動分析任務(wù)三輪系的認(rèn)識與傳動比的計(jì)算汽車機(jī)械基礎(chǔ)任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．熟悉輪系的種類及作用。2．了解輪系傳動比的計(jì)算。3．熟悉輪系在汽車中的應(yīng)用。思政目標(biāo)1．提高對工業(yè)現(xiàn)代化的認(rèn)識。2．了解我國制造業(yè)現(xiàn)狀，激發(fā)對專業(yè)學(xué)習(xí)的使命感。任務(wù)引入在實(shí)際的機(jī)械工程中，由于一對齒輪組成的齒輪機(jī)構(gòu)功能單一，不能滿足機(jī)械傳動的多種要求，如需要較大的傳動比、遠(yuǎn)距離傳動、獲得不同的傳動比或轉(zhuǎn)速、改變方向等，需采用一系列互相嚙合的齒輪將主動軸的動力傳遞到從動軸，這樣的傳動系統(tǒng)稱為輪系。一、輪系的分類（見表9-5）一、輪系的分類（見表9-5）二、定軸輪系二、定軸輪系輪系中，輸入軸與輸出軸的角速度或轉(zhuǎn)速之比，稱為輪系傳動比。計(jì)算傳動比時，不僅計(jì)算其大小，還要確定輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)向關(guān)系；對于輸入軸與輸出軸平行的輪系，其轉(zhuǎn)向關(guān)系用正、負(fù)號表示：轉(zhuǎn)向相同用正號表示，轉(zhuǎn)向相反用負(fù)號表示。1．各軸線平行的定軸輪系傳動比的計(jì)算圖9-18所示為各軸線平行的定軸輪系機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，輸入軸與主動首輪1固連，輸出軸與從動末輪5固連，所以該輪系的傳動比是輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速比，也就是主動首輪1與從動末輪5的傳動比i15，其求法如下。圖9-18各軸線平行的定軸輪系機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖二、定軸輪系由圖9-18所示的輪系機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，可知齒輪嚙合順序線（或稱傳動線）為：1—2=2′—3=3′—4=4—5其中：輪1、2′、3′、4為主動輪，2、3、4、5為從動輪；以“—”所連兩輪表示嚙合，以“=”所連兩輪表示固連為一體。設(shè)n1、n2、n2'、n3、n3'、n4、n5為各輪轉(zhuǎn)速，Z1、Z2、Z2'、Z3、Z3'、Z4、Z5為各輪齒數(shù)。輪系傳動比可由各對齒輪的傳動比求得：二、定軸輪系二、定軸輪系例題1圖9-20所示為雙級齒輪傳動式變速器示意圖，通過軸Ⅱ上的一組雙聯(lián)滑移齒輪4、6，將輸入軸Ⅰ的一種轉(zhuǎn)速變換為兩擋轉(zhuǎn)速，由軸Ⅱ輸出。求各擋的傳動比。圖9-20雙級齒輪傳動式變速器示意圖二、定軸輪系解：將滑移齒輪4、6左、右移動可得兩擋，共有兩條嚙合順序線，并得兩擋傳動比，見表9-6。三、行星輪系圖9-21所示為行星輪系，齒輪4（共4個）的軸線可轉(zhuǎn)動，是行星輪；齒輪1、2與行星輪嚙合、軸線固定，稱為太陽輪；構(gòu)件3支持行星輪并與太陽輪共軸線，稱為行星架。行星輪系由行星輪、太陽輪、行星架和齒圈組成。在汽車相關(guān)結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的行星輪系中，一般把齒輪1稱為太陽輪，把齒輪2稱為齒圈，以示區(qū)分。1—太陽輪；2—齒圈；3—行星架；4—行星輪圖9-21行星輪系三、行星輪系1．行星輪系的傳動特點(diǎn)與應(yīng)用在行星輪系中，多個行星輪均勻地分布在太陽輪的四周，載荷由多對齒輪承受，可大大提高承載能力與改善受力狀況。由于在此輪系中采用內(nèi)嚙合有效地利用了空間，加之其輸入軸與輸出軸共線，可減小徑向尺寸，因此在結(jié)構(gòu)緊湊的條件下，可實(shí)現(xiàn)大功率傳動。汽車中，行星輪系多應(yīng)用在減速起動機(jī)、差速器、輪邊減速器、自動變速器的齒輪傳動裝置中。2．單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律為便于今后學(xué)習(xí)行星輪系在汽車相應(yīng)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，下面主要學(xué)習(xí)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律。根據(jù)能量守恒定律，由作用在單排行星齒輪機(jī)構(gòu)各元件上的力矩和結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以得到表示單排行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律的特性方程式式中，n1為太陽輪轉(zhuǎn)速；n2為齒圈轉(zhuǎn)速；n3為行星架轉(zhuǎn)速；α為齒圈齒數(shù)Z2與太陽輪齒數(shù)Z1之比，即21/αZZ，且α>1三、行星輪系由于一個方程有三個變量，如果將太陽輪、齒圈和行星架中某個元件作為主動（輸入）部分，將另一個元件作為從動（輸出）部分，則由于第三個元件不受任何約束和限制，所以從動部分的運(yùn)動是不確定的。因此，為了得到確定的運(yùn)動，必須對太陽輪、齒圈和行星架三者中的某個元件的運(yùn)動進(jìn)行約束和限制。由于行星輪是內(nèi)外嚙合的，而行星架真實(shí)存在，但沒有齒數(shù)，因此，設(shè)太陽輪齒數(shù)為Z1，內(nèi)齒圈齒數(shù)為Z2，想象中的行星架齒數(shù)為ZC，那么行星架的齒數(shù)應(yīng)為ZC=Z1+Z2。根據(jù)齒數(shù)的多少，三個元件齒數(shù)之間的大小關(guān)系即被確定為ZC>Z2>Z1（見圖9-22）。圖9-22單排行星齒輪機(jī)構(gòu)三個元件的齒數(shù)關(guān)系圖三、行星輪系根據(jù)圖9-22，我們可以在單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中根據(jù)傳動關(guān)系的不同，確定某一傳動方式是降速傳動還是增速傳動，進(jìn)而可掌握行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動規(guī)律，這對我們理解汽車減速起動機(jī)、輪邊減速器、自動變速器中單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動形式有很大的幫助。圖9-22單排行星齒輪機(jī)構(gòu)三個元件的齒數(shù)關(guān)系圖三、行星輪系3．單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的動力傳動方式如圖9-23所示，通過對不同的元件進(jìn)行約束和限制，可以得到不同的動力傳動方式。1—太陽輪；2—齒圈；3—行星架；4—行星輪圖9-23單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的動力傳動方式三、行星輪系（1）齒圈為主動件（輸入），行星架為動件（輸出），太陽輪固定，如圖9-23（a）所示。此時，n1=0，則傳動比i23為：由于傳動比大于1，說明為減速增扭傳動。（2）太陽輪為主動件（輸入），行星架為從動件（輸出），齒圈固定，如圖9-23（b）所示。此時，n2=0，則傳動比i13為：由于傳動比大于1，說明為減速增扭傳動。對比上述兩種情況的傳動比，由于i13＞i23，雖然都為減速增扭傳動，但i13可作為自動變速降速擋中的低擋，而i23為減速擋中的高擋。1—太陽輪；2—齒圈；3—行星架；4—行星輪圖9-23單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的動力傳動方式三、行星輪系（3）行星架為主動件（輸入），齒圈為從動件（輸出），太陽輪固定，如圖9-23（c）所示。此時，n1=0，則傳動比i32為：由于傳動比小于1，說明為增速傳動，可以作為自動變速器中的超速擋方案。（4）行星架為主動件（輸入），太陽輪為從動件（輸出），齒圈固定，如圖9-23（d）所示。此時，n2=0，則傳動比i31為：由于傳動比小于1，說明為增速傳動，也可以作為自動變速器中的超速擋方案之一。1—太陽輪；2—齒圈；3—行星架；4—行星輪圖9-23單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的動力傳動方式三、行星輪系（5）太陽輪為主動件（輸入），齒圈為從動件（輸出），行星架固定，如圖9-23（e）所示。此時，n3=0，則傳動比i12為：由于傳動比為負(fù)值，說明主、從動件的旋轉(zhuǎn)方向相反；又由于|i12|>1，說明為減速增扭傳動，可以作為自動變速器的倒擋設(shè)計(jì)方案。（6）齒圈為主動件（輸入），太陽輪為從動件（輸出），行星架固定，如圖9-23（f）所示。此時，n3=0，則傳動比i21為：由于傳動比為負(fù)值，說明主、從動件的旋轉(zhuǎn)方向相反；又由于|i21|<1，說明為增速傳動。1—太陽輪；2—齒圈；3—行星架；4—行星輪圖9-23單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的動力傳動方式三、行星輪系（8）如果太陽輪、齒圈和行星架三個元件沒有任何約束，則各元件的運(yùn)動是不確定的，此時可作為自動變速器的空擋設(shè)計(jì)方案。通過對以上傳動方式的分析，結(jié)合三個元件之間的大小關(guān)系，我們可以得出如下結(jié)論：（1）行星架。①當(dāng)行星架為從動件時，必為減速傳動。②當(dāng)行星架為主動件時，必為增速傳動。③當(dāng)行星架固定時，必為反向傳動（主、從動件旋向相反）。（2）太陽輪。①當(dāng)太陽輪為從動件時，必為增速傳動。②當(dāng)太陽輪為主動件時，必為減速傳動。③當(dāng)太陽輪固定時，必為傳動比接近1的減速傳動或增速傳動。（3）齒圈。①當(dāng)齒圈為主動件時，為減速傳動或增速傳動。②當(dāng)齒圈為從動件時，為增速傳動或反向傳動（主、從動件旋向相反）。③當(dāng)齒圈固定時，為增速傳動或減速傳動。掌握上述結(jié)論，對分析單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作情況有重要意義。四、行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車中的應(yīng)用實(shí)例1．減速起動機(jī)中的單排行星齒輪機(jī)構(gòu)（見圖9-24）在減速起動機(jī)中，齒圈固定不動，太陽輪壓裝在電樞軸上，三個行星輪的軸壓裝在行星架上（行星輪在軸上可自由轉(zhuǎn)動），行星架與驅(qū)動齒輪軸制成一體。由前述分析，我們可知，當(dāng)齒圈固定時，以太陽輪作為主動件，行星架作為從動件，可獲得單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中最大的減速增扭效果圖9-24減速起動機(jī)中的單排行星齒輪機(jī)構(gòu)四、行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車中的應(yīng)用實(shí)例2．自動變速器中的行星齒輪機(jī)構(gòu)由于單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動比范圍較窄，不能滿足汽車的性能要求，因此實(shí)際的汽車自動變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)，都是由2～3個單排行星齒輪機(jī)構(gòu)（簡稱行星排）組成的，借助自動變速器中的離合器控制行星齒輪機(jī)構(gòu)中某些元件與輸入軸連接或斷開；利用制動器將某些元件制動，以控制各行星排的運(yùn)動關(guān)系，構(gòu)成不同的組合，從而獲得不同的擋位。由于所采用的行星排和離合器及制動器的數(shù)目及組合方式不同，因此可以構(gòu)成不同形式的行星齒輪變速器。在現(xiàn)代汽車中，應(yīng)用較廣泛的是辛普森式行星齒輪變速器，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖9-25所示。四擋辛普森式行星齒輪變速器由四擋辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)和換擋執(zhí)行元件