蝸輪蝸桿應用

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B94611019 沈君恆

課本上對蝸輪蝸桿介紹不多，看了一些資料，整理出一些蝸桿蝸輪應用上的心得和發現，分享給同學參考

蝸輪蝸桿應用

蝸輪蝸桿的應用主要有兩種，蝸輪減速器以及蝸輪升降機

1、蝸輪減速器

蝸輪減速器為工業傳動之樞紐，因為在馬達和機器的中間必須有蝸輪減速器來調節速度，它可以減速增扭及改變扭矩旋轉方向，尤其在需要速差很大的調節時，蝸輪減速器更可以發揮效用，因為它有很大的減速比， 減速比＝變速箱輸入軸轉速（引擎轉速）÷變速箱輸出軸轉速，另外可以改變扭矩旋轉方向的特性也使得它方便機件組合架設，減小機器體積，缺點則是它的工作效率較低，最高僅約85％，浪費較多能量，其中效率＝（出力輪馬力÷入力輪馬力）×100％。

<a href=" http://picasaweb.google.com/jjooeessaifan/YOErsI/photo#5076038987051497698" > 蝸輪減速器圖片</a>

<a href=" http://picasaweb.google.com/jjooeessaifan/YOErsI/photo#5076038987051497714 " >標註</a>

2、蝸輪升降機

蝸輪蝸桿原理簡單，由外觀看去很容易聯想到升降方面的功用，但時其實蝸桿蝸輪是寓於升降機的原因不只如此，它有個很大的特色就是可以將力放大，意即減速增扭，所以在升降機上可以只用較小型的電機即可產生很大的力矩運送物品，另外蝸桿上之蝸輪間隔也粉方便用來做高度定位，來有很重要的一點就是蝸桿不能反向驅動，所以當緊急狀況發生如停電時，蝸桿會產生自鎖，可作為一安全裝置，常應用於各工業領域之升降機台用，以下是簡單的蝸輪升降機運做影片

參考網頁

http://www.li-xiang.com.tw/new_page_8.htm

http://www.ysysgear.com.tw/chinese%20version/C-worm%20reducers.htm

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CVT無段自動變速箱

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B94611019 沈君恆

CVT無段自動變速箱

全名為Continuousiy Variavle Ttransmission 意思就是不間斷的變速系統，一般多用於速克達機車行駛的傳動方式。

機車用的CVT，引擎排氣量鮮少超過 600cc，但是在四輪汽車上則有高達1300cc的汽車使用（例：NISSAN MARCH），雖然都是以V形皮帶作為傳動媒介，不同的是，機車皮帶材質是橡膠、纖維合成，而汽車用的皮帶卻是不易斷裂的鋼帶。

機車CVT無段變速系統，由前普利盤與後離合器、開閉盤動力輸出， V形皮帶作為傳動連結，其作用就如同打檔車之鏈條與齒盤。

由於皮帶在傳遞動力時因採用摩擦變速方式，所以會產生打滑的現象，動力因而於傳動過程中損耗，當傳動系統溫度提高時，損失動力之情況將會隨之升高，所以現階段採用 CVT傳動之125cc速克達機車，因動力損耗而導致極速難以突破100km/h（真實速度）。



原理及構造

CVT無段變速系統中，傳動皮帶夾於普利盤與普利壓版（風葉盤）中間，而皮帶後端夾上下開閉盤中，開閉盤靠變速彈簧（俗稱大彈簧）將皮帶夾住。當引擎轉動，普利盤裡的配重錘因離心力的牽動，而滑動於普利盤的溝槽間，溝槽設有經過設計的斜坡設計，因而推擠皮帶向外擴張，因為皮帶長度固定，故皮帶受到普利盤擠壓向外滑動時，後端開閉盤便會被皮帶撐開，皮帶變成往開閉盤內側滑動，起步時前方直徑小，後方直徑大，加速時前後一樣大，高速時前方直徑大，後方直徑小，如此滑動便改變了變速比，而且毫無阻礙過程，所以沒有換檔頓挫的感覺，呈現順暢的加速反應，這就是為何 CVT稱為無段變速系統。

當動力傳導到後方遠心離合器時，因離合器旋轉，造成離心力，然後離合器之摩擦片向外甩開，貼於離合器外碗（俗稱碗公）同時帶動碗公旋轉，而碗公與軸心由多個鍵固定，所以碗公與軸心同時被帶動，再經一固定變速比之齒輪組傳動到後輪軸，使機車向前行走。

低速時，皮帶位於普利盤內端、開閉盤外端，此時可發揮較高的扭力，易於推動機車前進，而皮帶位置慢慢變化，到達位於普利盤外側、開閉盤內側，此時機車已達高速狀態，（皮帶於普利盤轉一圈，可讓開閉盤旋轉更多圈，就如同變速腳踏車的重檔，在動力未損耗的狀況下，引擎轉速越高，車速將越快。）


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凸輪軸應用

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凸輪軸應用------頂置凸輪軸

B94611019 沈君恆

汽車發動機是由曲柄連杆機構，配氣機構，冷卻系統，燃油系統，潤滑系統，電氣系統和機體等組成，大大小小零件有近千個，它們之中最具有代表性的就是凸輪軸了。在現代轎車的技術規格表上，經常可以看見 凸輪軸這個名詞出現在發動機性能欄裡。

　　凸輪軸是屬於發動機的配氣機構，配氣機構是保證發動機在工作中定時將新鮮的可燃混合氣充入氣缸，並及時將燃燒後的廢氣排出氣缸的機構。

　　它由進氣門，排氣門，氣門挺杆，挺柱，搖臂，凸輪軸等組成，其中凸輪軸因其橫截面形狀近似桃子，又稱桃子軸或偏心軸，是配氣機構中的驅動件，專門驅動氣門按時開啟和關閉。各種車型發動機的凸輪軸的架構大同小異，主要差別在於安裝的位置，凸輪的數目和形狀尺寸不盡相同，特別是凸輪軸的安裝位置，被列為區別發動機構造和性能的重要標誌。目前發動機的凸輪安裝位置分為下置，中置，頂置三種形式。

　　轎車發動機由於轉速較快，每分鐘轉速達5000轉以上，為保證進排氣效率，都採用進氣門和排氣門倒掛的形式，即頂置式氣門裝置，這種裝置都適合用凸輪軸的三種安裝形式。

　　如果採用下置式或者中置式的凸輪軸，由於氣門與凸輪軸的距離較遠需要氣門挺杆和挺柱等輔助零件，造成氣門傳動機件較多，架構複雜，發動機體積大，而且在高速運轉下還容易產生噪聲，而採用頂置式凸輪軸則可以改變這種現象。

　　現代車一般都採用了頂置式凸輪軸，將凸輪軸配置在發動機的上方，縮短了凸輪軸與氣門之間的距離，省略了氣門的挺杆和挺柱，簡化了凸輪軸到氣門之間的傳動機構，將發動機的架構變得更加緊湊。更重要的是，這種安裝模式可以減少整個系統往復運動的質量，提升了傳動效率。

　　任何事物都有其兩面性，頂置凸輪軸一方面縮短了與氣門的距離，另一方面卻拉大了凸輪軸與曲軸之間的距離。由於凸輪軸是由曲軸帶動的，因此兩者之間一拉開距離就必須要用鏈條及鏈輪做轉動，架構比下置式凸輪軸的齒輪嚙合傳動複雜得多。儘管如此，人們衡量利弊還是喜歡採用頂置式凸輪軸。

　　頂置式凸輪軸有多種驅動氣門的形式，有用搖臂過渡驅動式，也有直接驅動式，其中直接驅動式對凸輪軸和氣門彈簧的設計要求相對較低，往復運動的慣量最少，特別適用於高速運轉的轎車發動機上。另外，近年在高速轎車發動機上還廣泛採用齒形皮帶來代替傳動鏈，這種皮帶是用氯丁橡膠製作，混有玻璃纖維和尼龍織物以增加強度。採用齒形皮帶代替傳動鏈，可以減少噪聲，減輕架構質量的降低成本。

　　轎車發動機按照頂置凸輪軸的數目，分為單頂置凸輪軸和雙頂置凸輪軸，由於中高檔轎車發動機一般是多氣門及V型氣缸排列，需採用雙凸輪軸分別控制進排氣門，因此雙頂置凸輪軸被不少名牌發動機所採用。由於凸輪軸的安裝模式直接涉及到整台發動機的構造和性能，因此，頂置凸輪軸也和多氣門一樣，被視為衡量轎車發動機的一項重要的標誌，列入了轎車技術規格表中。

附檔裡有附圖完整版

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行星齒輪原理

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B94611019 沈君恆

行星齒輪相關

雖然現在市面上大部分都是自排車，我們比較少有機會去踩離合器，不過離合器還是存在於自排車中，只是我們無法看見，當我們換檔時它會自動運作，不像手排車要靠人力去操作，以下是行星齒輪應用，行星齒輪離合器的專利相關介紹。

1、傳統離合器領域的現狀︰從總體上看，離合器的種類是多種多樣的，但是，在汽車上應用最為普遍的離合器卻只有一種，那就是摩擦片式離合器。

2、傳統（摩擦片式）離合器的技術缺陷︰摩擦片式離合器其實質是採用主動摩擦片和從動摩擦片透過壓緊彈簧壓緊產生的摩擦力來實現動力的傳遞和分離的，這種離合器同比行星齒輪離合器而言，存在著諸多的技術缺陷和應用缺陷。現對此列述如下︰

• a、承載能力低︰單盤離合器不適合滿足傳遞發動機大轉矩的需求，對于重型大功率汽車而言，也需要設置輔助離合裝置；
• b、架構複印︰對于多盤離合器及配置有副離合器的離合器而言，架構都極其複雜，組件繁多，檢測維修不便；
• c、性能不穩定︰摩擦式離合器，相比行星齒輪離合器易于發生離合功能性故障，如︰分離不徹底，離合器打滑，傳力效率降低等；
• d、傳力效率低，導致發動機能量在力傳遞過程中大量損失，是摩擦式離合器的最大弊端︰比如說，當壓簧的壓緊力不夠或摩擦片油污，離合器打滑等等。總之，凡在傳力過程中，有主、從動摩擦片之間發生摩擦，相對位移的情況則發動機傳來的扭矩能量一部分轉變為摩擦片之間的摩擦熱而耗失，動力在傳遞過程中大量損失，油耗量相應增加。汽車動力性能下降。
• e、摩擦式離合器難以實現自動化。

技術解決方案--行星齒輪離合器

1、行星齒輪離合器的架構特點︰行星齒輪離合器架構非常簡單，它是採用一對傳入齒輪和一對傳出齒輪裝配在同一個傳動軸上而成，中間透過一組行星齒輪，並透過控制行星齒輪軸的狀態來實現動力傳遞的"離"、"合"。

2、行星齒輪離合器的工作原理︰

• a、支點在杠杆傳力過程中的作用；支點在杠杆傳力過程中起著決定性的作用，如果支點是固定于一點的，則杠杆可實現傳力，如果支點是隨杠杆的活動而活動的，則杠杆無法實現傳力。
• b、支點軸活動與支點軸約束︰單個行星齒輪均相當于一個由多個等力臂杠杆共用一個支點（行星齒輪軸）疊合而成的杠杆多聚體。此時，行星齒輪空套在行星齒輪軸上，則行星齒輪軸為支點軸。同"a "，當行星齒輪軸（支點軸）固定時（被約束）時，行星齒輪能實現順利傳力，反之，則行星齒輪無法實現傳力。
• c、行星齒輪離合器的工作原理︰利用上述原理，我們發明了行星齒輪離合器，其工作原理如下︰當行星齒輪軸在操控系統的作用下，被約束固定時，由傳入齒輪傳入的轉矩帶動空套在行星齒輪軸上的行星齒輪繞行星齒輪軸轉動，此時，行星齒輪相當于獲得一個支點，動力經由傳入齒輪傳遞給行星齒輪，行星齒輪傳遞給輸出齒輪，使之向相反方向運動。此時相當于離合器接合的情形。當行星齒輪軸在操控系統的作用下，失去約束可自由活動時，由傳入齒輪傳入的力矩，帶動空套在行星齒輪軸上的行星齒輪繞行星齒輪軸轉動，因行星齒輪軸失去約束，因此，在傳入齒輪的作用下，行星齒輪軸同時繞主軸（裝配軸）轉動。行星齒輪相當于失去一個支點，此時行星齒輪繞行星齒輪軸"自轉"的同時沿行星軌道"公轉"，動力傳遞終止，相當于離合器分離的情形。

3、行星齒輪離合器的應用優勢︰

行星齒輪離合器對於傳統各種離合器，特別是摩擦片式離合器，具有絕對的技術優勢和應用優勢，表現下如下方面︰

• a、架構簡單、緊湊、尺寸小；
• b、齒輪系統強度高，經久耐用，承載負荷範圍大，單離合器即可適用於一切載荷工況；
• c、同軸傳動，實現離合時，相嚙合的齒輪間不分離；
• d、傳力效率高，傳力效率近100%，不損失來自發動機的動力能量，有效減低因傳力能量損失導致的油耗增加，汽車動力性能下降；
• e、工作性能相當穩定，幾乎無離合功能故障，檢測維修方便；
• f、開發製造成本低，易于產業化；
• g、很容易實現氣、液、電控及全自動控制。

行星齒輪離合器是2006年才專利發佈的新產品，目前應該大部分車款仍是傳統式離合器，而且離合器並非只應用在汽車上，許多大型機械也配有離合器，未來有機會普遍被應用，以上分享給同學參考。 Read more!