【文章內(nèi)容簡介】 馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩 Tmax 時(shí)，氣馬達(dá)停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為零，此時(shí)輸出功率也為零。當(dāng)外加載荷轉(zhuǎn)矩等于氣馬達(dá)最大轉(zhuǎn)矩的一半時(shí)，其轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)速的一半， 此時(shí)馬達(dá)輸出功率達(dá)最大值 Pmax。一般說來，這就是氣馬達(dá)的額定功率。 圖 正反轉(zhuǎn)性能相同的葉片式馬達(dá)特性曲線 活塞式氣馬達(dá) 常用活塞式氣馬達(dá)大多是徑向連桿式的，圖 為徑向連桿活塞氣馬達(dá)工作原理圖。壓縮空氣由進(jìn)氣口（圖中未畫出）進(jìn)入配氣閥套 1 及配氣閥 2，經(jīng)配氣閥及配氣閥套上的孔進(jìn)入氣缸 3（圖示進(jìn)入氣缸 I 和Ⅱ），推動(dòng)活塞 4 及連 桿組件 5 運(yùn)動(dòng)。通過活塞連桿帶動(dòng)曲軸 6 旋轉(zhuǎn)。曲軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，帶動(dòng)與曲軸固定在一起的配氣閥2 同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓縮空氣隨著配氣閥角度位置的改變進(jìn)入不同的缸內(nèi)（圖示順序?yàn)棰瘛ⅱ?、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），依次推?dòng)各個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)，各活塞及連桿帶動(dòng)曲軸連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)進(jìn)氣缸對應(yīng)的氣缸分別處于排氣狀態(tài)。圖 為一小型活塞式氣馬達(dá)的特性曲線?？梢娀钊綒怦R達(dá)也具有軟特性的特點(diǎn)。特性曲線各值隨馬達(dá)工作壓力的變化有較大的變化，工作壓力增高，馬達(dá)的輸出功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均大幅度增加；當(dāng)工作壓力不變時(shí)，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率均隨外加載荷的變化而變化。 其基本情況與葉片式氣馬達(dá)大致相同。 9 圖 徑向連桿活塞氣馬達(dá)工作原理圖 圖 小型活塞式氣馬達(dá)的特性曲線 表 葉片式與活塞式氣馬達(dá)性能對比 性能 葉片式氣馬達(dá) 活塞式氣馬達(dá) 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速高，可達(dá) 3000~5000r∕min 轉(zhuǎn)速比葉片式低 單 位質(zhì)量功率 單位質(zhì)量產(chǎn)生的功率比活塞式要大得多，故相同功率條件下，葉片式比活塞式質(zhì)量小 單位質(zhì)量輸出的功率小，質(zhì)量較大 起 動(dòng)性能 起動(dòng)力矩比活塞式小 起動(dòng)、低速工作性能好，能在低速及其任何情況下拖動(dòng)重負(fù)載，尤其適合要求低速與大轉(zhuǎn)矩 的場合 耗氣量 在低速工作時(shí)耗氣量比活塞大 在低速時(shí)能較好的控制速度，耗氣量較少 10 結(jié) 構(gòu)尺寸 無配氣機(jī)構(gòu)和曲軸連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較簡單，外形尺寸小 有配氣機(jī)構(gòu)及曲軸連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造工藝較困難，外形尺寸大 運(yùn) 轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 由于無曲軸連桿機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)部分能夠均衡旋轉(zhuǎn)，因而工作比較穩(wěn)定 旋轉(zhuǎn)部分均衡運(yùn)轉(zhuǎn)畢業(yè)片式差，但工作穩(wěn)定性能滿足使用要求并能安全生產(chǎn) 維修 維護(hù)檢修容易 較葉片式有一定難度 綜上所述，本設(shè)計(jì)選用轉(zhuǎn)速高，單位質(zhì)量功率高，結(jié)構(gòu)簡單，檢修方便的葉片式氣動(dòng)馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)器。 的選取和傳動(dòng)方案確定 小車的基本參數(shù) 如下表 ： 表 小車整體參數(shù) 額定乘員 4人 整車外形尺寸（ mm） 3450 1450 1870 軸距（ mm） 2465 輪距（ mm） 1200 整備質(zhì)量 730kg 載重 375kg 最高車速 30km／ h 最高車速下制動(dòng)距離 ≤ 輪子 145／ 70R12，子午線輪胎，鐵鋼圈 11 傳動(dòng)系方案的確定 本次設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力小汽車的驅(qū)動(dòng)采用后橋驅(qū)動(dòng)，后驅(qū)動(dòng)橋是壓縮空氣動(dòng)力小汽車傳動(dòng)系的主要組成部分，主要由主減速器、差速 器、半軸組成。驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力合理的分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫向力。 （ 1）驅(qū)動(dòng)橋的分類 圖 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 定義：非斷開式驅(qū)動(dòng)橋也稱為整體式驅(qū)動(dòng)橋，其半軸套管與主減速器殼均與軸殼剛性地相連一個(gè)整體梁，因而兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪相關(guān)地?cái)[動(dòng)，通過彈性元件與車架相連。它由驅(qū)動(dòng)橋殼 1，主減速器，差速器和半軸組成。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制造工藝性好，維修和調(diào) 整易行，工作可靠。 用途：廣泛載貨汽車、客車、多數(shù)越野車、部分轎車用于上。 12 圖 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 定義：驅(qū)動(dòng)橋采用獨(dú)立懸架，即主減速器殼固定在車架上，兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪能在橫向平面相對于車體有相對運(yùn)動(dòng)的則稱為斷開式驅(qū)動(dòng)橋。為了與獨(dú)立懸架相配合，將主減速器殼固定在車架（或車身）上，驅(qū)動(dòng)橋殼分段并通過鉸鏈連接，或除主減速器殼外不再有驅(qū)動(dòng)橋殼的其它部分。為了適應(yīng)驅(qū)動(dòng)輪獨(dú)立上下跳動(dòng)的需要，差速器與車輪之間的半軸各段之間用萬向節(jié)連接。 優(yōu)點(diǎn)：可以增加 最小離地間隙，減少部分簧下質(zhì)量，減少車輪和車橋上的動(dòng)載兩半軸相互獨(dú)立，抗側(cè)滑能力強(qiáng)可使獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，提高操縱穩(wěn)定性 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高 用途：多用于輕、小型越野車和轎車 (2)主減速器 主減速器一般用來改變傳動(dòng)方向，降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，保證汽車有足夠的驅(qū)動(dòng)力和適當(dāng)?shù)乃倨?。主減速器類型較多，有單級、雙級、雙速、輪邊減速器等。 單級主減速器由一對減速齒輪實(shí)現(xiàn)減速的裝置，稱為單級減速器。其結(jié)構(gòu)簡單，重 量輕，東風(fēng) BQl090 型等輕、中型載重汽車上應(yīng)用廣泛。 圖 單級主減速器 雙級主減速 器對一些載重較大的載重汽車，要求較大的減速比，用單級主減速器傳動(dòng)，則從動(dòng)齒輪的直徑就必須增大，會影響驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙，所以采用兩次減速。通常稱為雙級減速器。雙級減速器有兩組減速齒輪，實(shí)現(xiàn)兩次減速增扭。 為提高錐形齒輪副的嚙合平穩(wěn)性和強(qiáng)度，第一級減速齒輪副是螺旋錐齒輪。二級齒輪副是斜齒圓柱齒輪。 13 主動(dòng)圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)從動(dòng)圓錐齒輪旋轉(zhuǎn)，從而完成一級減速。第二級減速的主動(dòng)圓柱齒輪與從動(dòng)圓錐齒輪同軸而一起旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)從動(dòng)圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第二級減速。因從動(dòng)圓柱齒輪安裝于差速器外殼上，所以，當(dāng)從動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過差速器和半軸即驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 雙級主減速器 (3)差速器 差速器用以連接左右半軸，可使兩側(cè)車輪以不同角速度旋轉(zhuǎn)同時(shí)傳遞扭矩。保證車輪的正常滾動(dòng)。有的多橋驅(qū)動(dòng)的汽車，在分動(dòng)器內(nèi)或在貫通式傳動(dòng)的軸間也裝有差速器，稱為橋間差速器。其作用是在汽車轉(zhuǎn)彎或在不平坦的路面上行駛時(shí)，使前后驅(qū)動(dòng)車輪之間產(chǎn)生差速作用。驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪若用一根整軸剛性連接 ,則兩輪只能以相同的角速度旋轉(zhuǎn)。這樣 ,當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí) ,由于外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪移過的距離大 ,將使外側(cè)車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑拖 ,而內(nèi)側(cè)車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生 滑轉(zhuǎn)。即使是汽車直線行駛 ,也會因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動(dòng)半徑不等（輪胎制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等）而引起車輪的滑動(dòng)。 車輪滑動(dòng)時(shí)不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗 ,還會使汽車轉(zhuǎn)向困難、制動(dòng)性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動(dòng) ,在結(jié)構(gòu)上必須保證各車輛能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。通常從動(dòng)車輪用軸承支承在心軸上 ,使之能以任何角速度旋轉(zhuǎn) ,而驅(qū)動(dòng)車輪分別與兩根半軸剛性連接 ,在兩根半軸之間裝有差速器。這種差速器又稱為輪間差速器。多軸驅(qū)動(dòng)的越 14 野汽車 ,為使各驅(qū)動(dòng)橋能以不同角速度旋轉(zhuǎn) ,以消除各橋上驅(qū)動(dòng)輪的滑動(dòng) ,有的在兩驅(qū)動(dòng)橋之間裝有軸間差速器?，F(xiàn)代汽車上的差速器通常按其工作特性分為齒輪式差速器和防滑差速器兩大類。 齒輪式差速器當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí) ,差速器分配給慢轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩大于快轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩。這種差速器轉(zhuǎn)矩均分特性能滿足汽車在良好路面上正常行駛。但當(dāng)汽車在壞路上行駛時(shí) ,卻嚴(yán)重影響通過能力。例如當(dāng)汽車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪陷入泥濘路面時(shí) ,雖然另一驅(qū)動(dòng)輪在良好路面上 ,汽車卻往往不能前進(jìn)（俗稱打滑）。此時(shí)在泥濘路面上的驅(qū)動(dòng)輪原地滑轉(zhuǎn) ,在良好路面上的車輪卻靜止不動(dòng)。這是因?yàn)樵谀酀袈访嫔系能囕喤c路面之間的附著力較小 ,路面只能 通過此輪對半軸作用較小的反作用力矩 ,因此差速器分配給此輪的轉(zhuǎn)矩也較小 ,盡管另一驅(qū)動(dòng)輪與良好路面間的附著力較大 ,但因平均分配轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn) ,使這一驅(qū)動(dòng)輪也只能分到與滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪等量的轉(zhuǎn)矩 ,以致驅(qū)動(dòng)力不足以克服行駛阻力 ,汽車不能前進(jìn) ,而動(dòng)力則消耗在滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪上。此時(shí)加大油門不僅不能使汽車前進(jìn) ,反而浪費(fèi)燃油 ,加速機(jī)件磨損 ,尤其使輪胎磨損加劇。有效的解決辦法是：挖掉滑轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪下的稀泥或在此輪下墊干土、碎石、樹枝、干草等。為提高汽車在壞路上的通過能力 ,某些越野汽車及高級轎車上裝置防滑差速器。防滑差速器的特點(diǎn)是 ,當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪 在壞路上滑轉(zhuǎn)時(shí) ,能使大部分甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給在良好路面上的驅(qū)動(dòng)輪 ,以充分利用這一驅(qū)動(dòng)輪的附著力來產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力 ,使汽車順利起步或繼續(xù)行駛。 (4) 半軸 半軸是將差速器傳來的扭矩再傳給車輪，驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)汽車行駛的實(shí)心軸。由于輪轂的安裝結(jié)構(gòu)不同，而半軸的受力情況也不同。所以，半軸分為全浮式、半浮式、 3／ 4 浮式三種型式。 一般大、中型汽車均采用全浮式結(jié)構(gòu)。 半軸的內(nèi)端用花鍵與差速器的半軸齒輪相連接，半軸的外端鍛出凸緣，用螺栓和輪轂連接。輪轂通過兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的圓錐滾子軸承文承在半軸套管上。半 軸套管與后橋殼壓配成一體，組成驅(qū)動(dòng)橋殼。用這樣的支承形式，半軸與橋殼沒有直接聯(lián)系，使半軸只承受驅(qū)動(dòng)扭矩而不承受任何彎矩，這種半軸稱為“全浮式”半軸。所謂“浮”意即半軸不受彎曲載荷。全浮式半軸，外端為凸緣盤與軸制成一體。但也有一些載重汽車把凸緣制成單獨(dú)零件，并借花鍵套合在半軸外端。因而，半軸的兩端都是花鍵，可以換頭使用。 半浮式半軸的內(nèi)端與全浮式的一樣，不承受彎扭。其外端通過一個(gè)軸承直接支承在半軸外殼的內(nèi)側(cè)。這種支承方式將使半軸外端承受彎矩。因此，這種半袖除傳 15 遞扭矩外，還局部地承受彎矩，故稱為 半浮式半軸。這種結(jié)構(gòu)型式主要用于小客車。 ／ 4 浮式半軸 3／ 4 浮式半軸是受彎短的程度介于半浮式和全浮式之間。此式半軸目前應(yīng)用不多，只在個(gè)別小臥車上應(yīng)用，如華沙 M20 型汽車。 (5) 橋殼 ：整體式橋殼因強(qiáng)度和剛度性能好，便于主減速器的安裝、調(diào)整和維修，而得到廣泛應(yīng)用。整體式橋殼因制造方法不同，可分為整體鑄造式、中段鑄造壓入鋼管式和鋼板沖壓焊接式等。 ：分段式橋殼一般分為兩段，由螺栓 1 將兩段連成一體。分段式橋殼比較易于鑄造和加工。 綜上所述，傳動(dòng)系能量的傳送路線為：主減速 器的主動(dòng)齒輪將葉片式氣發(fā)達(dá)的能量傳遞給差速器殼上的從動(dòng)錐齒輪，從動(dòng)錐齒輪帶動(dòng)差速器殼旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞給半軸齒輪，最后半軸齒輪帶動(dòng)半軸使輪轂旋轉(zhuǎn)，汽車啟動(dòng)。主減速器選用單級式弧齒雙曲面齒輪的主減速器，而差速器采用對稱式錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)半軸使用半浮式半軸。 (4)制動(dòng)器的選取 汽車盤式制動(dòng)器分為定鉗盤式制動(dòng)器和浮鉗盤式制動(dòng)器。與定鉗盤式制動(dòng)器相比，浮鉗盤式制動(dòng)器軸向和徑向尺寸較小，而且制動(dòng)液受熱汽化的機(jī)會較少，故自 70 年代以來，浮鉗盤式制動(dòng)器逐漸取代了頂鉗盤式制動(dòng)器。 圖 浮鉗盤式制動(dòng)器 本次設(shè)計(jì)的小車 采用浮鉗盤式制動(dòng)器（圖 ），它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)盤、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。制動(dòng)盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。分泵固定在制動(dòng)器的底板上固定不動(dòng)，制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)，分泵的活塞受油管輸送來的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤發(fā)生摩擦制 16 動(dòng)，動(dòng)作起來就好像用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來一樣。 17 第 3 章 葉片式馬達(dá)的計(jì)算與選型 葉片式氣馬達(dá)主要參數(shù)為：額定功率（ kW），額定扭矩 （ N m） 。當(dāng)氣動(dòng)馬達(dá)的這兩個(gè)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定下來后，氣動(dòng)馬達(dá)的型號也就確定下來了，而氣動(dòng)馬達(dá) 的特性主要與這兩個(gè)參數(shù)有關(guān)。 由前面介紹的葉片式馬達(dá)的工作原理可知，葉片式氣動(dòng)馬達(dá)的額定功率一般指轉(zhuǎn)速在最高轉(zhuǎn)速的一半時(shí)的輸出功率，額定扭矩即額定功率下的扭矩。 本次設(shè)計(jì)小車的最高速度要求為 30km/h，即 V1=。小車載重（含自重）M=1030kg，小車車輪的滾動(dòng)半徑為 D1=255mm，小車受力如 圖所示 。 Fr 2Fr 1m g 圖 小車受力示意圖 當(dāng)小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)有： NF mg? () 式中： m—小車的總質(zhì)量，取 1030kg； g—重力加速度，取 。 將數(shù)據(jù)代入式子得： 10094NNF ? 。 小車所受阻力： fNFF?? () 式中： ? —汽車滾動(dòng)摩擦阻尼系數(shù) ，取 ； NF —地 面對小車的支持力，取 10094N。 將數(shù)據(jù)代入式子得： fF ?。 小車勻速運(yùn)動(dòng)所需的牽引力為： fFF? () 18 所以，牽引力 F=。 小車勻速運(yùn)動(dòng)所需的功率為： P FV? () 式中： F—小車勻速運(yùn)動(dòng)所需牽引力 ， ； V—小車 勻速運(yùn)動(dòng)的速度， 。 將數(shù)據(jù)代入式（ 34）得， P=。 小車勻速運(yùn)動(dòng)所需的扭矩為： T Fr? () 式中： F—小車勻速運(yùn)動(dòng)所需牽引力 ， ； r—車輪滾動(dòng)半徑， 。 將數(shù)據(jù)代入式（ 35）得， T= m。 根據(jù)上述所求的額定功率和額定轉(zhuǎn)矩可確定型號為 的葉片式氣