四变速齿轮差速器.pdf
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1、文章编号:1004 - 2539(2002)04 - 0055 - 02 四变速齿轮差速器 (哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨 150006) 曲秀全 (大连理工大学, 辽宁 大连 116024) 戴恒震 (北京工业大学, 北京 100022) 刘红云 摘要 设计了一种可用于人力轿车的四变速齿轮差速器。该四变速齿轮差速器是将变速器与差速 器二者设计为一个整体。具有体积小、 重量轻等优点。它是人力轿车非常适用的传动机构。 关键词 变速器 差速器 人力轿车 1 引言 我们设计该变速差速器,主要从以下二个方面考 虑: 1.从环保方面来看1,在世界范围内环境污染日 趋严重的今天,汽车与汽车制造业带来的
2、空气污染占 60 % ,人们日常生活中的噪声污染也大部分来自汽车。 现在还没有一种更好的绿色能源来代替石油来驱动汽 车,而人力是一种绝对的绿色能源,为何不制造人力轿 车作为人类的代步工具呢?在人们物资文化生活不断 提高的今天,为何人们不能驾驶人力轿车到室外去健 身呢?同时,与自行车相比,人力轿车稳定性好,任何 人不需练习都会驾驶、 不受雨天和烈日限制。难道人 力轿车不是更好的绿色交通工具吗? 2.从人力轿车传动机构的选择来看,为了适应不 同路面,因此需要变速;同时要求双轮驱动和转弯灵 活,因此还应该具有差速功能。在设计中考虑要求体 积小、 重量轻不同方案比较,我们将变速和差速两部分 功能设计为
3、一个整体,同链传动有机结合,这样便满足 人力轿车传动机构的要求。 2 结构及工作原理 2.1 结构 如图1( a) 、(b)所示,该四变速齿轮差速器采用二 种结构形式,两者的差别是,图 1 (a) 的差速器的齿轮 采用的是圆柱齿轮,而图 1(b) 的差速器的齿轮采用的 是圆锥齿轮。我们以图 1 (a) 为例来加以分析。该四 变速齿轮差速器从功能上看,可以分为两部分:一部分 是变速器部分;另一部分是差速器部分。 变速部分由 轴、 轴、 轴、 轴及其上的齿轮 组成, 轴为变速器输入轴、 轴为变速轴、 轴为倒 档轴、 轴为行星架(系杆)轴、 同时 轴作为变速器 的输出轴。 差速部分由 轴、 二个 轴
4、、 轴(二个 轴与 轴的轴线重合)及其上的齿轮组成, 轴为行星齿 轮轴、 轴为差速器输入轴、 轴为中心齿轮轴作为 差速器输出轴。因此, 轴为该四变速齿轮差速器输 入轴,二个 轴为该四变速齿轮差速器输出轴。 图1 四变速齿轮差速器的结构形式 2.2 工作原理 齿轮z 1 与齿轮z 1 为常啮合,该对齿轮的作用 用来改变 轴、 轴的转动方向。齿轮z 2 和齿轮 z 3 为双联滑动齿轮,可以沿 轴滑动。同样,齿轮 z 4 和齿轮z 5 也为双联滑动齿轮,也可以沿 轴滑 动。齿轮z 1 与齿轮z 4 为常啮合齿轮。 轴上的 齿轮z 2、 齿轮 z 3 和齿轮z 4 为三联齿轮,可以分别 与 轴上的滑动
5、齿轮z 2、 齿轮 z 3 和齿轮z 4 相啮 合。 当齿轮z 3 与齿轮z 3 相啮合时, 轴转速最 高,称为高速档;当齿轮z 2 与齿轮z 2 相啮合时, 轴转速次之,称为中速档;当齿轮z 4 与齿轮z 4 相啮 55第26卷 第4期 四变速齿轮差速器 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/ 合时, 轴转速最低,称为低速档;当齿轮z 5 与齿轮 z 1 相啮合时,称为倒速档(注意:轴不在 轴、 轴、 轴的平面内)。这样, 轴作为该四变速齿轮差 速器动力
6、输入轴,二个 轴分别驱动两个车轮,因此, 该变速齿轮差速器具有三个前进速度一个后退速度并 且实现两轮差速驱动功能。 3 传动比计算 在设计中确定齿轮的齿数为z 1 = 36、z 1 = 30、 z 2 = 48、z 3 = 56、z 4 = 32、z 5 = 32、z 1 = 12、z 1 = 17、z 2 = 14、z 1 = 14、z 2 = 48、z 3 = 40、z 4 = 64、z 5 = 14。 3.1 差速比计算 当人力轿车沿着直线行驶时,二个 轴转速相同; 转弯时,由转弯半径来确定二个 轴转速差。这里我 们以二个 轴转速相同来计算差速比,设 轴的转速 为n、 轴的转速为n5。我
7、们定义差速比为差速器 的输入轴转速与输出轴转速之比,即n5/ n。 由反转法可得 n-n5 n-n5 =(- 1) 2 z 2 z 1 z 5 z 1 将数据代入解得 n5 n = 1 即 轴的转速和 轴的转速大小和方向相同。 因此差速器部分不影响该变速齿轮差速器传动比的计 算。 3.2 传动比计算 (1)高速档传动比计算 如图1所示,当齿轮z 3 和齿轮z 3 相啮合时,为 高速档,设 轴转速为n。 因此 i= n n =(- 1) 2 ( z 1 z 3) z 1 z 3 代入数据计算得 i= 1.68 (2)中速档传动比计算 当齿轮z 2 与齿轮z 2 相啮合时,为中速档。 因此 i=
8、n n =(- 1) 2 ( z 1 z 2) z 1 z 2 代入数据计算得 i= 1.2 (3)低速档传动比计算 当齿轮z 4 与齿轮z 4 相啮合时,为中速档。 因此 i= n n =(- 1) 2 ( z 1 z 4) z 1 z 4 代入数据计算得 i= 0.6 (4)倒速档传动比计算 当齿轮z 5 与齿轮z 1 相啮合时,为倒速档。 因此 i= n n =(- 1) 3 ( z 1 z 4 z 1) z 1 z 1 z 4 代入数据计算得 i= - 0.6 4 人力轿车传动机构示意图 在实际设计中,可以采用两种传动方案。一种是 输出轴直接驱动车轮,如图2所示;另一种是输出轴通 1.
9、链轮 2.棘轮 图2 直接驱动车轮式结构 过链轮链条来驱动车轮,如图3所示。两个方案的输 入轴都是通过一级链传动二人来驱动输入轴,当然也 可以一人来驱动输入轴。 如图2所示,在设计中,取链轮的齿数z1= 32,棘 轮的齿数z2= 20。因此该级链传动比i21= z1 z2 = 1.6。 这样总传动比为 高速时 i= 1.61.68 = 2.688 中速时 i= 1.61.2 = 1.92 低速时 i= 1.60.6 = 0.96 倒档时 i= - 1.60.6 = - 0.96 由此可见,该变速比范围比较合理(常见自行车的 传动比i= 2.4或1.8)。图3的传动机构示意图,链轮 1的齿数和棘
10、轮的齿数与图2相同,链轮3和链轮4的 齿数都取为20。因此图3方案与图2方案传动比相 同。 1.链轮1 2.棘轮 3.链轮2 4.链轮3 图3 通过链条驱动车轮式结构 65 机械传动 2002年 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/ 文章编号:1004 - 2539(2002)04 - 0057 - 02 渐开线直齿圆柱变位齿轮公法线长度测量中跨齿数确定的一种新方法 (大同市科林实业有限公司, 山西 大同 037036) 蒋望林 刘 晶 摘要 简要分析了
11、有关齿轮技术文献中所推荐的公法线长度测量跨齿数计算公式的不足,提出了 一种新的计算跨齿数的方法。 关键词 变位齿轮 公法线 跨齿数 在渐开线直齿圆柱齿轮的设计、 加工及检验过程 中,经常采用测量公法线长度的方法来评定齿轮传递 运动的准确性。因此,在测量齿轮的公法线长度时,计 算确定合适的跨齿数,是非常重要的。 1 确定跨齿数的常用方法 在渐开线直齿圆柱变位齿轮公法线长度计算中, 对跨齿数的确定,除按图表查找外,还可用下述两个公 式计算。 n= 180 z+ 0.5 - 2 xtan (1) n= 180 z+ 0.5 + 2 xcot (2) 式中 n 跨齿数 分度圆压力角 z 齿轮齿数 x
12、变位系数 2 式(1)和式(2)使用情况分析 实际工作中,用式(1)计算出的跨齿数,一般情况 下并不适用于测量。因为测量时,量具的两测量平面 与轮齿齿面的切点(简称测点 ) , 多不在齿高中部附近, 有时在齿根圆附近(当正变位时 ) , 或在齿顶圆附近(当 负变位时)。甚至有测点位于齿根圆下面(在齿轮材料 的实体内 ) , 或在齿顶圆上面(在齿轮材料的实体外)的 情形,使测量工作无法进行。 例1 一变位齿轮z= 54、m= 2mm 、 = 20 、x= 1.2。 按式(1)计算的跨齿数K= 6,其公法线长度经计 算后得W6= 35.628mm。 其测量圆直径dc=Wk2+db2= 107.56
13、mm 齿根圆直径 df=d- 2m ( ha 3 +c 3 - x) = 107.8mm 所以有 dcdf 由此可知,因测量圆在齿根圆的里面,使测量工作 无法进行。 实际工作中又发现,当变位系数x的数值偏大 时,由式(2)计算的跨齿数,有时亦不合适。因为测点 的位置往往偏离齿高中部,而与齿顶相接近,测量状态 不理想。 例2 一变位齿轮z= 48、m= 2mm 、 = 20 、x= 1.6。 按式(2)计算的跨齿数K= 9,其公法线长度经计 算后得W9= 53.72mm。 其测量圆直径dc=Wk2+db2= 104.99mm 齿顶圆直径da=d+ 2m( ha 3 + x) = 106.4mm
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