導讀：速度和扭矩的轉換通過不同尺寸的齒輪或皮帶輪的排列在變速箱中進行。

• 1速度換算
• 1.1傳動比
• 1.2齒輪傳動
• 1.3皮帶傳動和鍊條傳動
• 2個齒輪級
• 3傳動比的形式
• 4扭矩的換算4.1齒輪傳動4.2皮帶傳動

正如文章中解釋的那樣，什麼是變速箱（變速箱）以及它的用途是什麼？，除其他外，變速箱用于将速度設置為所需值。當查看下面的動畫齒輪傳動時，這種速度轉換變得顯而易見。在這種情況下，速度會逐個齒輪降低。

動畫：齒輪傳動的操作

速度的降低可歸因于各個齒輪副之間的不同齒數。例如，驅動軸上的第一個驅動齒輪（綠色）共有 15 個齒。因此，當齒輪轉動時，這 15個齒會完全旋轉一次。它們将下面的從動齒輪 （橙色）再推 15 個齒。

然而，該從動齒輪由于其較大的直徑而具有更多的齒。結果，它不再移動一整圈。在本例中，從動齒輪總共有30個齒。因此，在主動齒輪轉動一圈期間，從動齒輪僅被推動半圈。這最終意味着速度減半。

請注意，較大齒輪的各個齒也具有與較小齒輪的齒相同的尺寸，因為各個齒必須配合在一起。這種齒輪的互鎖也稱為齧合。

從驅動輪到從動輪的速度變化由所謂的傳動比i 描述。定義如下：

(1)

在該等式中，n1表示驅動輪的轉速，n2表示從動輪的轉速。如果旋轉方向與齒輪級相反，通常用負号表示。然而，為簡單起見，以下将不應用該約定。

在上述情況下，兩個齒輪之間的傳動比為i = 2，這意味着主動輪的轉動速度是從動輪的兩倍或從動輪的移動速度隻有主動輪的一半。通常，傳動比也以 2:1（“二比一”）的形式給出。

傳動比定義為主動輪與從動輪的轉速之比。它描述性地顯示了驅動輪旋轉一圈的頻率！

對于兩對齒輪，傳動比由齒數z或對應的節圓直徑d的（反）比決定：

(2)

圖：齒輪的工作節圓直徑

工作節圓直徑是假想節圓圓柱體的直徑，它們相互滾動而不滑動（有點不精确，僅稱為節圓直徑）。因此，兩個齒輪的工作節圓上的圓周速度是相同的。齒輪的節圓直徑最終等于皮帶傳動的皮帶輪直徑。

工作節圓直徑是假想圓柱體的直徑，它們相互滾動而不打滑！

動畫：工作節圓不打滑

在摩擦輪傳動或皮帶傳動（或鍊傳動）的情況下，傳動比可以通過相應輪徑 d 的（反比）比來确定：

(3)

圖：牽引齒輪的輪徑

例如，如果從動輪是驅動輪的兩倍大，則這也适用于相應的車輪周長。當驅動輪旋轉一次時，雙尺寸輪僅旋轉半圈（在摩擦輪的情況下通過相互滾動或在皮帶傳動或鍊傳動的情況下通過鍊條或皮帶滾動）。因此速度減半并且再次出現 i = 2 的傳動比。

原則上，可以為變速器内的每個輪對分配特定的傳動比，在該變速器中速度改變。上面的齒輪傳動和皮帶傳動的動畫顯示，傳動通常不是由一對輪子組成，而是由幾個輪子組成，每個輪子都安裝在不同的軸上。

每對相互齧合的車輪代表一個所謂的齒輪級，并以一定的傳動比為特征。通常，變速箱具有多個齒輪級，每個齒輪級具有不同的傳動比。

圖：齒輪級

齒輪級是齒輪箱内的車輪配對，速度或扭矩在此發生變化！

所以當我們說整個變速箱的傳動比時，我們指的是整體傳動比，即整個齒輪箱的輸入軸和輸出軸之間的傳動比！總傳動比 i t可以通過将齒輪級的各個傳動比相乘來計算：

(4)

齒輪箱的總傳動比由各個齒輪級的各個傳動比相乘得出！

有關齒輪級的功能和結構的更多詳細信息，請參閱文章《什麼是齒輪級？》。

齒輪箱不必總是像上面的動畫那樣設計成降低速度。在許多技術應用中，還需要提高速度。例如，在高速公路上行駛時就是這種情況。為了盡可能快地前進，車輪必須盡可能快地轉動。因此，需要通過變速器來提高電機軸的轉速。然後一個大齒輪必須驅動一個較小的輪子。

在這種情況下，傳動比小于一，而一也稱為速比。在傳動比大于 1 時，從動輪比驅動輪旋轉得更慢，并且在某種程度上說的功率比有點不精确。請注意，物理意義上的力量并沒有改變，而是保持不變。隻有扭矩在功率比下增加。由于轉速随着扭矩的增加而降低，因此傳動裝置通常被稱為齒輪減速器或減速器。

導緻速度增加的傳動比稱為速比。導緻扭矩增加的傳動比稱為功率比。

例如，當汽車在一檔起步時，有一個最大傳動比約為 imax = 3.6 的功率比。因此，與電機速度相比，速度降低了 3.6 倍。另一方面，在最高檔時，可換檔電機變速箱的速比最小傳動比約為。我最小= 0.8。因此速度增加了 1.25 倍 (=1/0.8)。

可以改變其傳動比的變速箱也稱為可換檔變速箱或手動變速箱，或簡稱為換檔裝置。可換檔變速器的一個重要特征是傳動比從最小值增加到最大值。這種增加越大，可以改變的速度範圍就越大。這種增加也稱為傳輸傳播S，計算如下：

(5)

對于所描述的變速箱，差值為 S=4.5，這意味着齒輪比可以從最小值開始增加 4.5 倍。

可換檔變速箱的最大齒輪比與最小齒輪比之比稱為傳動比！

在上一節中，描述了兩個齒輪的速度轉換。由于能量守恒，扭矩的變化總是與這種速度變化相關聯（另見文章《什麼是變速箱以及它的用途？》）！這将在以下各節中更詳細地讨論。

當人們更仔細地觀察發生的力時，一對齒輪内的扭矩變化變得清晰。下面假設驅動齒輪具有扭矩M1。相鄰的齒輪由該扭矩驅動。

圖：牽引齒輪中的扭矩轉換

取決于驅動齒輪的直徑d1，一定的力F與扭矩M1相關。在這個力的作用下，主動齒輪節圓上的齒面現在壓在從動齒輪的齒面上（也作用在節圓上）。

作用力 F 可以從扭矩的定義中确定（“扭矩 = 施加的力 x 杠杆臂”）。因此，在給定扭矩 M 1下，可以使用相應的節圓直徑 d 1确定齒面處的相應力 F ：

(6)

(7)

注：為簡化起見，假設力與節圓相切，因此力和杠杆臂（= 節圓的一半直徑）相互垂直。有關漸開線齒輪實際受力方向的更多詳細信息，請參見相應文章。

由方程計算的驅動齒輪的力 F (7) 也作用于從動齒輪。然而，由于從動齒輪具有不同的節圓直徑，力現在作用在改變的杠杆臂上（d2 /2）。因此，這也與扭矩的變化有關：

它由等式（10) 從動齒輪上的扭矩M2與各個節圓直徑d2/d1的比值成正比。從動齒輪相對于主動齒輪越大，扭矩的增加就越大。

對于齒輪，節圓直徑與齒數成正比。因為采用雙倍（節圓）直徑，齒輪周長是兩倍大，因此也為兩倍齒數提供了空間。

如果從動齒輪的齒數是主動齒輪的兩倍，則相關的雙杠杆臂最終會使扭矩加倍。在這方面，扭矩的增加也可以用齒數的比率來表示：

等式中的節圓直徑之比 (10) 或等式中的齒數比 (11) 對應于等式 (2）。這意味着扭矩的變化也可以直接用傳動比來表示：

請注意，傳動比定義為主動齒輪與從動齒輪的轉速之比。因此，對于在某個傳動比 i 下的從動齒輪的速度 n 2 ，與原始速度 n 1的以下關系适用：

随着扭矩根據方程增加（12) 在一定的傳動比下，根據方程 (13) 反之亦然。這最終是能量守恒定律的直接結果。在“能量方法”一節中，這種關系是使用能量守恒定律明确推導出來的。

随着齒輪箱速度的增加，扭矩會降低到相同的程度，反之亦然！

請注意，上述等式僅适用于無耗散變速箱的理想情況。通常，摩擦會導緻功率降低，從而導緻從動軸的理論計算扭矩降低。齒輪效率考慮了這些功率損失 ηGηg：

然而，對于速度的計算，齒輪效率并沒有發揮作用，因為速度轉換是由齒數産生的（齒不能相互穿透，因此産生的速度低于按齒數比預設的速度）牙齒）。

同樣對于牽引機構，扭矩的變化以與齒輪傳動類似的方式發生。根據直徑 d 1 ，具有扭矩 M 1的驅動輪以一定的力 F 拉動皮帶或鍊條，根據方程 (7）。

圖：牽引齒輪中的扭矩轉換（輸入）

同樣的力F也通過皮帶或鍊條作用在從動輪上。由于從動輪的直徑d 2與驅動輪不同，因此産生扭矩M 2的變化。從動輪處改變的扭矩 M 2再次由等式（1010）。在單獨的文章中更詳細地描述了作用在皮帶驅動器上的确切力。

圖：牽引齒輪中的扭矩轉換（輸出）

今天就分享到這，喜歡這篇文章的小夥伴，記得點贊支持一下，關注我，分享更多内容，謝謝！

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!