单元四 汽车常用机构传动（教案）-《汽车机械基础》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

单元四 汽车常用机构传动 一、教学目标 使学生具备联接与支承零部件的基础知识、汽车机械所涉及的带传动与链传动的基本知识、汽车机械所应用的齿轮传动基本知识、汽车机械中齿轮系与减速器的基本知识和常用机构的基本知识。认识相应的联接件；掌握带传动与链传动的类型、特点与应用；掌握渐开线齿轮基本特征及传动特点、斜齿轮传动特点与应用；掌握定轴齿轮系传动比计算方法及轮系中各个齿轮转向的判断，会确定主、从动轮转向关系；掌握平面连杆机构、凸轮机构、间歇机构、螺旋机构等基本形式与应用特点。 二、课时分配　 本单元共 5 个模块，本单元安排 10 个学时。其中理论学时 5 个学时，实践学时 5 个学时。 三、教学重点 带传动和链传动；齿轮传动；螺杆传动；轮系和汽车上常用的传动机构 四、教学难点 带传动和链传动；齿轮传动；螺杆传动；轮系的结构及工作原理 五、教学内容 模块一 平面连杆机构 课题一 平面机构简介 一、运动副及其分类 运动副按两构件接触形式及保留运动的性质分为低副和高副。 二、机构的组成及分类 1. 机构的组成 ①机架：用于支承，便于安装其他活动构件的构件，研究机构运动时，常为参考坐标系。 ②原动件：运动规律已知的活动构件，其运动规律由外界给定，如内燃机中的活塞。 ③从动件：机构中随原动件而运动的其它活动构件，其运动规律取决于原动件的运动规律和机构的组成情况。 2. 机构的分类 机构按其运动空间一般分为两类。 ①平面机构：组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行平面内运动。 ②空间机构：组成机构的所有构件在空间运动。 机构按其运动副的形式也分为两类 ①低副机构：机构中所有运动副均为低副的机构叫低副机构 ②高副机构：机构中运动副不全为低副的机构叫高副机构 三、平面机构的运动简图 机构运动简图作用： 2 表示机构的结构和运动情况。 ②作为运动分析和动力分析以及判断是否是创新机构的依据。 课题二 铰链四杆机构的组成与分类 一、铰链四杆机构组成 铰链四杆机构中，固定不动的构件称为机架（又称静件、固定件）。机构中不与机架直接相连的构件称为连杆。机构中直接与机架相连的构件称为连架杆。 二、铰链四杆机构的基本类型及应用 在铰链四杆机构中，根据两连架杆运动形式的不同一般可分为三种基本类型： 曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 课题三 铰链四杆机构的基本性质 一、曲柄存在的条件 ①连架杆与机架中必有一个是最短杆。 ②最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。 上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。 二、急回特性 三、死点位置 在铰链四杆机构中，当连杆与从动件处于共线位置时，如不计各运动副中的摩擦和各杆件的质量，则主动件摇杆通过连杆传给从动件的驱动力必通过从动件铰链的中心，也就是说驱动力对从动件的回转力矩等于零。此时，无论施加多大的驱动力，均不能使从动件转动，且转向也不能确定。我们把机构中的这种位置称为死点位置。 课题四 铰链四杆机构的演化 一、曲柄滑块机构 （1）转化 在曲柄摇杆机构中，使一个转动副转化为一个移动副时，该机构就转化成曲柄滑块机构。 （2）应用 曲柄滑块机构的用途很广，主要用于将转动变为往复移动，如自动送料机构、冲孔钳和内燃机配气机构等，都应用了曲柄滑块机构。 二、导杆机构 （1）转化 　　曲柄滑块机构如取构件1为机架，构件2为原动件，则当构件2作圆周转动时，导杆4也作整周回转（其条件为L1＜L2）。此机构称作转动导杆机构。当L1＞L2，以构件2为原动件作连续转动时，导杆4只能往复摆动，故称为摆动导杆机构。 （2）应用 简易刨床的主运动就是利用了转动导杆机构。牛头刨床中的主运动机构则是利用摆动导杆机构。 三、摇块机构 （1）转化 曲柄滑块机构中，如取构件2为机架，构件1作整周运动，则滑块3成了绕机架上C点作来回摆动的摇块故称为摇块机构。 （2）应用 该机构常用于摆动液压泵和液压驱动装置中。下图（ｃ）所示的自卸汽车的翻斗机构也是摇块机构的实际应用。当液压缸3的压力推动活塞4运动时，车斗1便绕回转副中心B倾斜，当达到一定角度时，物料就自动卸下。 四、定块机构 （1）转化 曲柄滑块机构中，如取滑块3为机架，即得定块机构［图（a）］。 （2）应用 图（b）所示的手动压水机是定块机构的应用实例。 模块二 凸轮机构 课题一 凸轮传动机构的组成、应用和分类 一、凸轮传动机构的组成、特点 凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成，在凸轮机构中，凸轮通常作主动件并作等速回转或移动，借助其曲线轮廓使从动件作相应的运动。通过改变凸轮轮廓的外形，可使从动件实现设计要求的运动。 与平面连杆传动机构相比，凸轮传动机构的特点是： 结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计；但是，由于从动件与凸轮间为高副接触，易磨损。因而凸轮机构只宜用于传力不大的控制机构和调节机构中。 二、凸轮机构的应用 凸轮机构是一种常用机构，应用较为广泛。凸轮机构应用实例：一般汽车的发动机都采用气门式配气机构，配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，适时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。 三、凸轮传动机构的类型 按从动件的运动形式分类，分为移动从动件和摆动从动件。前述三种形式的从动件均可用作移动和摆动从动件。各种形式的从动件和各种形式的凸轮可以组成不同形式的凸轮传动。 课题二 凸轮机构的工作原理 一、凸轮机构的工作过程 凸轮机构中最常用的运动形式为为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动。凸轮回转时，从动件作“升→停→降→停”的运动循环。 二、常用的从动件运动规律 1. 等速运动规律 2. 等加速等减速运动规律 三、凸轮传动机构的材料 设计凸轮传动机构，除了前述根据从动件的运动规律设计出凸轮轮廓曲线外，还要选择适当的材料及处理方式。 模块三 带传动和链传动 课题一 带传动 一、带传动的工作原理和传动比 1. 带传动的工作原理 如图所示，一般带传动是由主动带轮1、从动带轮2和紧套在带轮上的传动带3组成。因为传动带是紧套在带轮上，在带与带轮之间存在一定的正压力。当主动带轮转动时，依靠带与带轮接触面上所产生的摩擦力（或啮合，同步齿形带）带动从动轮运动，从而传递一定的运动和动力。因此，带传动是一种利用中间挠性件的摩擦传动。 2. 带传动的传动比 带传动的传动比i就是带轮角速度之比，或带轮的转速之比，用公式表示为 i＝ω1/ω2＝n1/n2 　　式中，ω1——主动轮的角速度，rad/s； 　　ω2——从动轮的角速度，rad/s。 在不考虑传动中的弹性滑动时，传动比可用从动轮与主动轮直径之比计算，即 i＝n1/n2＝d2/d1 3. 带传动的主要特点 ①带富有弹性，能够缓冲、吸振，传动平稳，噪声低，无油污染。 ②过载时产生打滑，可防止其他零部件的损伤，起到安全保护作用。 ③结构简单，便于加工、装配和维修，成本低廉。 ④适用于两轴中心距较大的传动，并可通过增减带长适应不同的中心距要求。 ⑤带传动外廓尺寸较大，传动效率低，带的寿命短，传动中对轴的作用较大。 ⑥当带传动依靠摩擦传动时，带与带轮之间存在弹性滑动，不能保证恒定的传动比。 二、带传动的类型与应用 带传动按传动原理可分为摩擦式和啮合式带传动。 三、带传动的张紧、安装和维护 1. 带传动的张紧装置 2. 带的安装与维护 带传动的正确安装、使用与维护可以使带传动发挥应有的传动能力，延长使用寿命。 课题二 链传动 一、链传动的组成及其传动比 链传动主要由主动链轮、链条和从动链轮组成。链轮上制有特殊齿形的齿，通过轮齿与链节相啮合而进行传动。因此，链传动是一种以链条作中间挠性件的啮合传动。 二、链与链轮 1. 滚子链的结构 链传动所用的链条种类很多。它由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板等组成。 三、链传动的失效形式 ①链板的疲劳破坏。 ②链条铰链的磨损。 ③销轴与套筒的胶合。 ④链条的拉断。 四、链传动的布置 链传动的布置方式有水平布置、倾斜布置和垂直布置。其中，水平布置最好，尽量避免垂直布置。 五、链传动的张紧 链传动的张紧方法有： ①通过调整链轮中心距来张紧链条。 ②采用张紧轮张紧，张紧轮常设在链条松边的内侧或外侧。 ③拆除1～2个链节，缩短链长，使链张紧。 六、链传动的应用特点 ①由于是啮合传动，没有滑动，能保持准确的平均传动比。 ②链条安装时不需很大的初拉力，故工作时作用在轴上的载荷较小，有利于延长轴承寿命，效率也比带传动高。 ③且对工作条件要求较低，可在恶劣环境下（如高温、多尘、油污、潮湿、易燃及有腐蚀性等）可靠工作。 3 传递功率较大，结构比较紧凑，维护方便。 模块四 齿轮传动 课题一 齿轮传动的类型与应用特点 一、齿轮传动的应用特点 1. 齿轮传动及其传动比 2. 应用特点 齿轮传动与摩擦轮、带传动和链传动等相比，具有以下优点： ①能保持瞬时传动比的恒定，传动平稳可靠。 ②传递功率和速度范围大。 ③传动效率高。一般传动效率为η＝0.94～0.98。 ④结构紧凑、维护简便、使用寿命长。 齿轮传动也存在以下不足： ①齿轮的制造、安装精度要求高，工作时有噪音。 ②不能实现无极变速，没有过载保护作用。 ③不适宜用于中心距较大的场合。 二、齿轮传动的常用类型 按照一对齿轮轴线的相互位置，可以分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两类。 课题二 常用齿轮传动 一、直齿圆柱齿轮传动 1. 渐开线齿廓的啮合特性 ①能保持瞬时传动比的恒定。 ②具有传动的可分离性。 2. 直齿圆柱齿轮的正确啮合条件 ①两齿轮的模数必须相等，m1＝m2。 ②两齿轮分度圆上的齿形角必须相等，α1＝α2。 二、斜齿圆柱齿轮传动 1. 斜齿圆柱齿轮 齿线为螺旋线的圆柱齿轮称为斜齿圆柱齿轮，简称斜齿轮。斜齿圆柱齿轮是为了弥补直齿圆柱齿轮传动的不足，适应高速、重载传动的要求发展起来的渐开线圆柱齿轮。 2. 斜齿圆柱齿轮传动的特点 ①传动平稳、承载能力高。 ②传动时产生轴向力。 3. 斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件 一对斜齿轮的正确啮合条件是： ①两齿轮法面模数相等，即mn1＝mn2。 ②两齿轮法面压力角相等，即αn1＝αn2。 ③两齿轮分度圆上的螺旋角相等，方向相反，即β1＝－β2。 三、锥齿轮传动 锥齿轮机构用来传递两轴相交的运动和动力。其轮齿分布在一个圆锥体的锥面上，一对锥齿轮传动相当于一对节圆锥作纯滚动。锥齿轮按轮齿的形状，可分为直齿、斜齿和曲齿三种。 四、齿轮齿条传动 1. 齿条 齿轮的齿数增加到无穷多时，其圆心位于无穷远处，齿轮上的基圆、分度圆、齿顶圆等各圆成为基线、分度线、齿顶线等互相平行的直线，渐开线齿廓也变成直线齿廓，齿轮即演化成为齿条。 课题三 蜗杆传动 一、蜗杆传动的组成及传动比 1. 蜗杆传动的组成蜗杆传动是利用蜗杆副传递运动和（或）动力的一种机械传动。蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成。蜗杆类似于螺杆，蜗轮类似于一个具有凹形轮缘的斜齿轮。一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件，通常两轴在空间交错成90°。蜗杆传动今已广泛用于汽车等各种机器和仪器中的减速装置。 二、蜗杆传动特点、类型 根据蜗杆的不同形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动三种类型。圆柱蜗杆按螺旋齿面在相同剖面内其齿廓曲线形状不同，又分为阿基米德蜗杆（ZA蜗杆），法面直廓蜗杆（ZN蜗杆）和渐开线蜗杆（ZI蜗杆）。 三、蜗杆传动的正确啮合条件 圆柱蜗杆传动的正确啮合条件如下： ①在中间平面内，蜗杆的轴向模数mx1和蜗轮的端面模数mt2相等，即mx1＝mt2＝m。 ②在中间平面内，蜗杆的轴向压力角αx1和蜗轮的端面压力角αt2相等，即αx1＝αt2＝20°。 4 蜗杆分度圆上的导程角λ和蜗轮分度圆上的螺旋角β相等，且旋向相同，即λ＝β。 模块五 轮系 课题一 轮系的分类与应用 一、轮系的分类 根据轮系运转时各齿轮的几何轴线位置相对于机架是否固定，轮系可分为定轴轮系、周转轮系和混合轮系。 1. 定轴轮系 当轮系运动时，如果各齿轮几何轴线的位置是固定不变的，则称为定轴轮系或普通轮系。 2. 周转轮系 当轮系运转时，至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一个齿轮的几何轴线转动的轮系称为周转轮系。 3. 混合轮系 实际机械中采用的轮系，往往不是由单一的定轴轮系或单一的周转轮系组成，而是既含有定轴轮系，又含有周转轮系。这种由两种轮系复合组成的轮系，称为混合轮系。组成混合轮系中的定轴轮系与各个单一的周转轮系，又称为组成混合轮系的基本轮系。 二、轮系的应用特点 1. 可传递相距较远的两轴之间的运动和动力 　　当两轴中心距较远时，若仅用一对齿轮传动，势必将齿轮做得很大，结构不合理，而采用轮系传动则制造安装方便，结构紧凑、合理。 2. 可实现变速和转向 主动轴不变时，利用轮系可使从动轴获得多种工作转速或实现转向。 3. 可获取大的传动比 用一对相互啮合的齿轮传动，受结构的限制，传动比不能过大，一般只能达到３～8，而采用轮系就可以达到很大的传动比，满足各种工作速度的要求。 4. 可实现分路传动 在同一个主动轴带动下，利用轮系可以实现几个从动轴分路输出运动。 4. 可实现分路传动 在同一个主动轴带动下，利用轮系可以实现几个从动轴分路输出运动。 5. 可实现运动的分解与合成 将一根主动轴的转动分解成两根从动轴的转动，或将两根主动轴的转动合成为一根从动轴的转动。 课题二 轮系的传动比计算 一、定轴轮系的传动比计算 1. 定轴轮系中齿轮传动方向的确定 定轴轮系各轮的相对转向可以通过逐对齿轮标注箭头的方法来确定。 2. 定轴轮系传动比的计算 二、周转轮系的传动比计算 六、课后作业 完成每个任务的单元检测。 学科网（北京）股份有限公司 $$