综合轮系实验台的设计（全套CAD图纸+设计说明书+翻译）
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设计综合轮系实验台
摘 要
由于轮系在其结构和运动形式上的复杂性，使得同学们在理解和掌握该部分内容时非常困难。针对同学们的这一困惑设计了一种有利于同学们学习的轮系综合实验台。本轮系综合实验台结构简单、操作方便，并且可以在保证基本结构不变的情况下，只进行简单的拆装就可以组成所需要的轮系，从而把定轴轮系、行星轮系、差动轮系、复合轮系和空间轮系分别与支架构成一个齿轮系统。在该实验台上可以安装他们自己设计的轮系，进行实验。使同学们能更好的学习和了解各种轮系的结构特点和传动特性。
关键词：轮系；实验台；设计
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毕业设计任务书 学 院 、 系 ： 机械工程与自动化学院 机械 自动化 系 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 设 计 题 目 ： 综合轮系 实 验台 的设计 起 迄 日 期 : 指 导 教 师 : 系 主 任 : 发任务书日期 : 年 月 日 任务书填写要求 1毕业设计任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经 学生所在 系 的负责人 审查、签字后生效。此任务书应在毕业设计开始前一周内 填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“学院 、 系”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（如 0201140102），不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 20011 年 3 月 15 日”或“ 20011 毕 业 设 计 任 务 书 1毕业设计的任务和要求： 任务： 综合轮系 试验台 的设计 要求：设计 装配图四张（定轴轮系、差动轮系、行星轮系、复合轮系），部件图一 张 （底座），零件图四张。 设计说明书一份。 2毕业设计的具体工作内容： 原始数据： 1） 电动机的功率： 500w。 2） 磁粉制动器功率 ： 3）输入转速： 01500r/ 4） 轮系空间 ： 240 技术要求： 1）输入轴跳动 2）输出轴跳动 工作要求： 1）学习 件。 2）结构设计合理。 3）撰写设计说明书。 4）翻译英文资料一份。 5）刻录光盘一张。 毕 业 设 计 任 务 书 3对毕业设计成果的要求： 设计装配图四张（定轴轮系、差动轮系、行星轮系、复合轮系），部 件图一张（底座），零件图四张。 设计说明书一份。 4毕业设计工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2011 年 3 月 1 日 3 月 10 日 3 月 11 日 3 月 20 日 3 月 21 日 4 月 15 日 4 月 16 日 5 月 15 日 5 月 16 日 6 月 10 日 6 月 10 日 6 月 15 日 查阅 有关 带式输送机自动 张紧 装置 的 资料，准备开题； 完成开题报告； 机械式变速器实验台设计的理论分析 ； 机械式变速器实验台的 总体和结构 设计； 完成毕业 设计说明书 的 撰写 ， 翻译英文资料； 论文答辩 学生所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 毕业设计说明书 题目： 设计综合 轮系 实验台 作 者 : 学 号： 学院 (系 ): 机械工程系 专 业 : 机械设计制造及其自动化 指导教师 ： 评 阅 人 ： (姓 名 ) (职称或学历 ) 年 月 大学 届本科毕业设计说明书 设计 综合 轮系 实验台 摘 要 由于轮系在其结构和运动形式上的复杂性，使得同学们在理解和掌握 该部分内容时非常困难。针对同学们的这一困惑设计了一种有利于同学们学习的轮系综合实验台。本轮系综合实验台结构简单、操作方便，并且可以在保证基本结构不变的情况下，只进行简单的拆装就可以组成所需要的轮系 ，从而把定轴轮系、行星轮系、差动轮系、复合轮系和空间轮系分别与支架构成一个齿轮系统。在该实验台上可以安装他们自己设计的轮系，进行实验。使同学们能更好的学习和了解各种轮系的结构特点和传动特性。 关键词 ： 轮系 ；实验台；设计 大学 届本科毕业设计说明书 of at it is to a of a is to of as so to it be on of It be by It is to 本科毕业设计说明书 第 1 页 共 47 页 绪 论 18 世纪下半叶第一次工业革命促进了机械工程学科的迅速发展，促使机械原理在原来的机械力学基础上发展成为一门独立的学科，它对传统形式的机械的结构和性能的完善起了很大的推动作用。随着科学技术的飞跃发展，当今世界又在经历一场新的产业革命，现代机械的概念已大大不同于 19 世纪机械的概念，其特征是具有计算机信息处理和控制手段。因此，现代机械的工作原理、结构组成、设计思维方式已大大不同于传统的机器，促进了机械原理学科发生广泛、深刻和质的变化，这就要求机械原理课程的体系和内容作出与之适应的改革。 21 世纪机械产品 的国际竞争将愈来愈剧烈，要求机械产品不断创新，努力提高产品质量，完善改进机械性能，满足市场需要。这是每一个机械设计人员的责任，也是机械学学科的研究内容。开发新产品，设计要先行。不少专家认为，一个产品的好坏，关键在于设计。机械产品设计又可分为两个阶段：机械产品的概念设计（ 机械产品的构形设计（ 概念设计是决定机械产品质量水平的高低、性能的优劣和经济效益好坏的关键性一步。机械原理的重要任务应是进行机械运动方案的构思、各个执行机构的类型 和尺度综合等。这些内容是机械产品概念设计中不可缺少的部分。机械原理课程应紧密结合机械产品概念设计需要，充实机构创新设计内容，加强机构系统设计原理和方法的阐述，这不但是适应 21 世纪机械产品市场竞争的需要，也是机械原理课程体系、内容改革应该遵循的方向 。 在世界正面临着新技术革命的严重挑战时，教育首当其冲，信息化时代的到来和新的人才观念的转变，教育改革势在必行。其中使教育方法和教学手段更有效的有利于提高实用性教育成为教育改革的主要目标之一。国内的教育体制正在不断的经受考验，以前的应试教育和纯理论的教育受到国外的应 用型教育的影响也不断的改革创新。综合性的实验台就是在这种条件下产生的，国内外各种综合性的实验台相继产生。研究轮系的实验装置也在这种情况的促进下不断的发展变化着，由最初本科毕业设计说明书 第 2 页 共 47 页 的简单 的理论的讲解到简单的平面轮系的实验板到有复杂机构的轮系综合实装置，这些实验装置 使人们更好的将理论的知识直观化了。 本设计的目的是针对我校使用的是“面向 21 世纪课程教材 由邹慧君 傅祥志 张春林 李杞仪 主编的机械原理”，设计出一台能够弥补传统的轮系实验装置不能直观的看到各级传动且 结构复杂和不能很好的将其内部结构清楚地展示的缺点，而且结 构简单在保证基本结构不变的情况下，只进行简单的通用件的拆装就可以组成所需要的轮系。从而把定轴轮系、行星轮系、差动轮系、复合轮系分别和支架构成一个齿轮传动系统，学生在该实验台上可以组装自己设计的轮系进行实验能够更加直观的了解各种轮系在实际生产和生活中的应用，从而开发他们的视野，提高他们的设计思维能力、动手能力、创新能 力为他们能够更好的掌握书本知识奠定必不可少的基础 。 本科毕业设计说明书 第 3 页 共 47 页 本设计的意义 轮系的应用 随着科学技术的飞速 发 展， 现代机械的工作原理、结构组成、设计思维方式已大大不同于传统的 机器，各种传动机构在机器中的应用也越来越多，在众多的传动机构中轮系的优越性变的越来越突出。轮系在工业、军事、航空航天以及生活中都有广泛的应用。 近年来由于齿轮制造技术的迅速发展，加工精度的不断提高，齿轮的应用范围更加扩大。因此齿轮在机械制造业中的重要性就更为显著。 轮系在应用中主要实现的功能有以下几点： （） 实现分路传动 利用轮系，可以将主动轴上的运动传递给若干个从动轴，实现分路传动。 （） 获得较大的传动比，而且结构紧凑。 一对外啮合圆柱齿轮传动，其传动比一般可为 i =5是行星轮系传动比可达 i =10000,而且结构紧凑。 （） 实现准确传动 。 （） 实现换向传动 。 （） 在尺寸和重量较小时，实现大功率传动。 （ ）实现运动的合成和分解。 广泛应用于机床等机械调整和补偿之中。 轮系实验台的特点分析 与时俱进，是事物发展的一条必然现律。在轮系实验装置的发展过程中，从最早的 理论行的实验到简单的平面的轮系实验板，再到 综合型的轮系实验装置，设计者们都力求做到使实验装置 达到功能合理、性能可靠、使用方便 等现代设计 基本要求。 本实 轮系综合 验台的设计就是在以 前轮系实验装置所具有优点的基础之上，设计出一台能够弥补传统的轮系实验装置不能直观的看到各级传动、结构复杂和 不能很好的将其内部结构清楚地展示的缺点，本科毕业设计说明书 第 4 页 共 47 页 而且结构简单在保证基本结构不变的情况下，只进行简单的通用件的拆装就可以组成我校所用教材中所出现的各种轮系。从而把定轴轮系、行星轮系、差动轮系、复合轮系分别和支架构成一个齿轮传动系统，学生在该实验台上可以组装自己设计的轮系进行实验能够更加直观的了解各种轮系在实际生产和生活中的应用，从而开发他们的视野，提高他们的设计 思维能力、动手能力、创新能力，使他们通过实验更好的理解和掌握所学的知识。 本设计的意义 概念设计是决定机械产品质量水平的高低、性能的优劣和经济效益好坏的关键性一步。机械原理的重要任务应是进行机械运动方案的构思、各个执行机构的类型和尺度综合等。这些内容是机械产品概念设计中不可缺少的部分。机械原理课程应紧密结合机械产品概念设计需要，充实机构创新设计内容，加强机构系统设计原理和方法的 学习 ，这不但是适应 21 世纪机械产品市场竞争的需要，也是机械原理课程体系、内容改革应该遵循的方向 。 在加强基础理论教学的同时注 重实验教学，以培养学生的机械设计能力与实践能力，已成为人们的一种共识。如何使传统的再现性、单一性、封闭性 机械设计实验向探究性、综合性、开放性实验转变，越来越成为教育界关注的一大问题。不解决这一问题，达到提高 课程教学质量，培养机械创新设计人才的目标是难以实现的。在实现这一转变过程中，制约问题的因素主 要有二：一是实验教学观念的陈旧，即将实验教学当作知识传承的辅助 教学环节，而忽视或轻视它在培养创新精神与实践能力方面的重要地位；其二，实验设备的开发研制水平不 能适应教学改革的需要，尤其缺乏支持探究性、综合性、开放性 的 新型实验设备。 正如上面所说的那样，传统的轮系实验装置 已不能满足现在教学的理论联系实际，学以致用，注重发展学生的创新能力和动手能力的需要，本设计可以很好的填补这一空缺，不仅能实现传统的实验装置的功能还能 够弥补传统的轮系实验装置不能直观的看到各级传动、 结构复杂和不本科毕业设计说明书 第 5 页 共 47 页 能很好的将其内部结构清楚地展示的缺点，还能够实现空间轮系的安装实验。 这种实验台最大限度的实现了在实验台 固定的结构中 ， 只需按照 所设计 轮系的需要改变工作 底板 部 分 的结构，通过安装或拆除支架就能轻松的得到所需类型 的 轮系。该实验台 的 结构简单、加工容易、操作方 便。适宜教学和实验用途，具有较好的实用价值。 本科毕业设计说明书 第 6 页 共 47 页 机械运动方案设计 机械现代设计方法简介 机械现代设计方法通常是相对传统的设计方法而言的。由于现代设计方法正在不断发展，人们对他的内涵看法不一，尚无明确的域界。但对它的特征和发展方向，可以从总体上概括为力求运用现代应用数学、应用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下述某些方面的转化： 1） 以动态的取代静态的 如以机器结构动力学计算取代静力学计算；以实时在线测试数据作为评价依据等。 2） 以定量的取代定性的 如以有 限元法或（和）边界元法计算箱体的尺寸和刚度取代经验类比法的设计。 3） 以变量取代常量 如可靠性设计中用随机变量取代传统设计方法中当作常量的粗略处理方法。 4） 以优化设计取代可行性设计 用相关的设计变量恰当的建立设计目标的数学模型，从众多的可行解（方案）中寻求其最优解。 5） 以并行设计取代串行设计 6） 以微观的取代宏观的 如以断裂力学理论处理零件材料本身微观裂纹扩展引起的低应力脆断现象，建立以损伤容限为设计判断的设计方法；润滑理论中的微 7） 以系统工程法取代分部处理法 将产品的整个设计工作作为一个单级或多 级的系统。用系统工程的观点分析划分其设计阶段及组成单元，通过仿真及自动控制等手段，综合最优地处理它们的内在关系及系统与外界环境的关系。 8） 以自动化设计取代人工设计 总之，设计工作本质上是一种创造性的活动，是对知识和信息等进行创造性的运作和处理。发展机械现代设计方法，实质上就是不断追求最机智、最恰当而且最迅速地解决用户要求、社会效益、经济效益、机本科毕业设计说明书 第 7 页 共 47 页 械内在要求等对机械构成的全部约束条件。 机械现代设计方法发展很快，目前常见或较易见到的有：计算机辅助设计（ 、优化设计 （ 、可靠性设计（ 、摩擦学设计（ TD:、设计方法学设计（ 、并行设计（ 虚拟产品设计（ 、质量驱动设计（ 、参数化设计（ 、智能设计（ 、分形设计（ 、基于实例设计（ 、网上设计（ 等。 功能分析 我的毕业设计题目是：设计 综合 轮系综合实验台。它要求该实验台具有一个通用底座，通过 简单的 通用件的拆装就可以把 定轴轮系、行星轮系、差动轮 系、复合轮系分别按一定原理和方法进行安装实验 ，如果给一个或两个动力，就能够使 安装的 轮系 能 正常运转， 并且通过传感器进行测速来验证各种轮系实际传动比与理论传 动比的差异，本设计性轮系综合实验台要求可以应用于 教学环节中 ，适应同学们对轮系实验的需要。 随着改革开放的不断进行，社会对于人才的要求也在不断增长，也对人才的质量要求越来越高，这就要求学校要加强对学生质量的管理，在掌握书本知识的同时，加强对学生动手能力的训练，把他们培养成为社会所需要的合格的科学技术人才。 我的设计主要针对的是学生，主要用于我校使用的 “面向 21 世纪课程教材 由邹慧君 傅祥志 张春林 李杞仪 主编的机械原理”，所以该设计主要是把定轴轮系、行星轮系、差动轮系、复合轮系分别和 通用 支架构成一个齿轮 传动系统，学生通过该实验能够更加直观的了解各种轮系在实际生产 和生活中的应用，从而开阔 他们的视野，为他们能够更好的掌握书本知识奠定必不可少的基础。 本科毕业设计说明书 第 8 页 共 47 页 设计性轮系综合实验台设计要求 加工容易、操作方便、 结构紧凑，动作稳定可靠。 本概念 在机器中，常将一系列相互啮合的齿轮组成传动系统，以实 现变速、分路传动、运动分解与合成等功用。这种由一系列齿轮组成 的 传动系统称为轮系。 根据轮系运转中齿轮轴线的空间位置是否固定，将轮系分为定轴轮系和周转轮系两大类。 轮系运转时，其中各齿轮的回转轴线 位置固定不动，则称之为定轴轮系。 若所有齿轮的轴线全部在同一平面或相互平行的平面内，则称为平面定轴轮系；若所有齿轮的轴线并不全部在同一平面或相互平行的平面内，则称为空间定轴轮系。 它可以由圆柱齿轮，圆锥齿轮，蜗杆蜗轮等组成。如图 图 轮系运转时，至少有一个齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转，称该轮系为周转轮系。如图 示。又可根据自由度数的不同，将周转轮系分为差动轮系和行星轮系两类。 （ ）差动轮系 若周转轮系的自 由度为 2，则称其为差动轮系。此轮系需要有两个独立运动的主动件。 如图 . a 所示 。 本科毕业设计说明书 第 9 页 共 47 页 （ ）行星轮系 若周转轮系的自由度为 1，则称它为行星轮系。该轮系只需要有一个独立运动的主动件。 如图 . b 所示。 图 周转轮系还可根据基本构件的不同分类。 其中绕着固定轴线回转的这种齿轮称为中心轮（或太阳轮） 以 K 表示 ， 支撑行星轮的构件称为系杆 以 H 表示 ， 绕自身轴线回转又绕着其它齿轮的固定轴线回转的齿轮称为行星轮，在周转轮系中，一般都以中心轮或系杆作为运动的输入或输出构 件，常称其为周转轮系的基本构件， 则图 示轮系可称为 2周转轮系，图 示轮系则称为 3K 型周转轮系。 图 示的轮系中有 3 个中心轮 (图中的齿轮 1、 3 和 4)故称为3K 型周转轮系，该轮系的系杆 H 仅起支承行星轮 2作用，不传递外力矩，因而不是基本 构 件。 图 图 由定轴轮系和周转轮系或者由两个以上的周转轮系所组成的轮系，本科毕业设计说明书 第 10 页 共 47 页 称为 复 合轮系，如图 示，该机构左部由齿轮 1、 2、 2 和 3 组成定轴轮系，而其右部则为周转轮系。 系传动比及设计要点 在机器中，常将一系列相互啮合的齿轮组成传动系统，以实 现变速、分路传动、运动分解与合成等功用。这种由一系列齿轮组成 的 传动系统称为轮系 。 轮系运转时，其中各齿轮的回转轴线位置固定不动，则称之为定轴轮系 。 它可以由圆柱齿轮，圆锥齿轮，蜗杆蜗轮等组成。 轮系中 首轮和末轮的角速度（或转速）比称为轮系的传动比。当首轮用“ ”，末轮用“ k”表示时，其传动比的大小为： 1 1 1/k k ki w w n n在进行轮系的运动分析时，主要是确定其传动比的大小及首末两 轮的转向。 前述已知一对齿轮的传动比 1 2 1 2 2 1/i w w z z此等式表示齿轮 1 与齿轮 2 的角速度之比与两齿轮的齿数成反比。 当一对外啮合齿轮传动时，两齿轮的转向相反；一对内啮合齿轮传动时，两齿轮转向相同。图 . a、图 . b、图 . c 所示分别为外啮合齿轮、内啮合齿轮及锥齿轮传动各齿轮转向的标注法。 a b c 图 本科毕业设计说明书 第 11 页 共 47 页 平面定轴轮系的传动比 1. 传动比的大小 设各轮的角速度和齿数分别用1w、2w、3w、4w、5z、3z、4z、5系中各对齿轮的传动比为： 1 2 1 2 1 2/i w w z z2 3 2 3 3 2/i w w z z3 4 3 4 4 3/i w w z z4 5 4 5 5 4/i w w z z将以上各式等号两边联乘后的： 1 2 3 4 2 3 4 51 2 2 3 3 4 4 52 3 4 5 1 2 3 4w w w w z z z zi i i i w w w w z z z z 故1 5 1 5 5 1/i w w z z上式表示定轴轮系首、末两轮的传动比的值为所有从动轮齿数的乘积与所有主动轮齿数的乘积的反比。其值也等于组成该轮系中各对齿轮的传动比的连乘积。 对于齿轮系，设输入轴的角速度为1w， 输出轴的角速度为定义有： 11/w w 当1 1时 为减速 , 1 1时为增速 。 因为轮系是由多对 齿轮相互啮合组成的，当轮系由 k 对啮合齿轮组成时，有： 3 1 2 3 41 1 2 112 3 4 1 2 3 1k k kw w z z z zn w w wi n w w w w w z z z z 本科毕业设计说明书 第 12 页 共 47 页 所 有 从 动 轮 齿 数 连 乘 积所 有 主 动 轮 齿 数 连 乘 积（ 2. 首、末两轮转向的确定 因为角速度是矢量，故传动比计算还要确定首、末两轮的转向，由于平面定轴轮系各轮的轴线均平行 ，故首、 末两轮的转向不是相同，就是相反，因此在计算 轮系的 传动比时，应计入传动比11 0时，首 、 末两轮转向相同；当1 0时，首 、 末两轮转向相反。对直齿轮表示方法有两种。 ） 用 “ ”、 “ ”表示 适用于平面定轴轮系，由于所有齿轮轴线平行，故首、末两轮转向不是相同就是相反，相同取 “ ”表示，相反取 “ ”表示，一对齿轮外啮合时两轮转向相反，用 “ ”表示；一 对齿轮内啮合时两轮转向相同，用“ ”表示。可用此法逐一对各对啮合的齿轮进行分析，直至确定首、末两轮的转向关系。假设轮系中有 m 对外啮合齿轮，则末轮转向为 ( 1)m ，此时有： 1 2 3 411 2 3 1( 1 )m z z z zi w z z z z ( 1 ) m 所 有 从 动 轮 齿 数 连 乘 积所 有 主 动 轮 齿 数 连 乘 积 （ 另外，从以上定轴轮系传动比的公式可知，当一齿轮对轮系的传动比大小无影响，但它却影响了末轮的转向。如果将这一齿轮去掉，该轮系的传动比保持不变，但此时末轮的转向变了，这种齿轮通称为惰轮。 ） 用箭头标注法 在已知首轮的转向时（若首轮的转向未给出，则假设给首轮一个转向），可根据运动传递的顺序，在运动简图的各齿轮上逐个画出箭头以确定末轮的转向。外啮合时：两箭头同时指向（或远离）啮合点。头头相对或尾尾相对。内啮合时：两箭头同向。 本科毕业设计说明书 第 13 页 共 47 页 定轴轮系设计要点 . 应根据工作要求和使用场合恰当的选择 定轴 轮系的类型 : 当设计的定轴轮系用于高速、重载场合时，为了减小传动的冲击、振动和噪音，提高传动性能，宜优先选用由平行轴斜齿轮组成的定轴轮系 ； 当设计的轮系在主、从动轴传递过程中，由于工作或结构空间的要求，需要转换运动轴线方向或改变从动轴轴向时，可选择含有圆锥齿轮传动的定轴轮系； 当设计的轮系用于功率较小、速度不高但需要满足交错角为任意值的空间交错轴之间的传动时，可选用含有交错轴斜齿轮传动的定轴轮系； 当设计的轮系要求传动比大、结构紧凑或用于分度、微调及有自锁要求的场合时，则应选择含有蜗杆传动的定轴轮系。 . 要确定定轴轮系中各轮的齿数，关键在于合理的分配轮系中各对齿轮的传动比。为了把轮系的总传动比合理的分配给各对齿轮，在具体分配时应注 意下述几点： ） 每一级齿轮的传动比要在其常用范围内选取。齿轮传动时，传动比为 5 7；蜗杆传动时，传动比不大于 80。 ） 当轮系的传动比过大时，为了减小外廓尺寸和改善传动性能，通常采用多级传动。当齿轮传动的传动比大于 8 时，一般应设计成两级传动；当传动比大于 30 时，常设计成两级以上齿轮传动。 ） 当轮系为减速传动时，按照 前大后小 的原则分配传动比较有利。同时，为了使机构 外廓尺寸协调和结构匀称，相邻两级传动比的差值不宜过大。运动链 逐级减速，可使各级中间轴有较高的转速和较小的扭矩，从而获得较为紧凑的结 构。 ） 当设计闭式齿轮减速器时，为了润滑方便，应使各级传动中的大齿轮都能浸入油池，且浸入的深度应大致相等，以防止某个大齿轮浸油过深而增加搅油损耗。根据这一条件分配传动比时，高速级的传动本科毕业设计说明书 第 14 页 共 47 页 比应大于低速级的传动比，通常取高速级的传动比为 速级传动比 。 由以上分析可见，当考虑问题的角度不同时，就有不同的传动比方案。因此，在具体分配定轴轮系各级传动比时，应根据不同条件进行具体分析，不能简单的生搬硬套某种原则。一旦根据具体条件合理的分配了各对齿轮传动的传动比，就可以根据各对齿轮的传动比来确定每一个齿轮 的齿数 。 周转轮系的传动比及设计要点 周转轮系的分类 轮系运转时，至少有一个齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转，称该轮系为周转轮系。 周转轮系的种类很多，常用的分类方法如下： . 按周转轮系的自由度分类 ） 差动轮系 若周转轮系的自由度为 2，则称其为差动轮系。此轮系需要有两个独立运动的主动件。 ） 行星轮系 若周转轮系的自由度为 1，则称它为行星轮系。该轮系只需要有一个独立运动的主动件。 . 按基本构件的组成分类 ） 2周转轮系 该轮系的特点是轮系中有 2 个中心 轮。 ） 3K 型周转轮系 该轮系中有三个中心轮，而其中的行星架H 只是起支撑行星轮的作用。 ） 星轮系 该轮系中只有一个中心轮，其运动是通过等角速机构由 V 轴输出。 周转轮系的传动比 周转轮系由回转轴线固定的基本构件太阳轮（中心轮）、行星架（系杆或转臂）和回转轴线不固定的其它构件行星轮组成。由于有一个既有公转又有自转的行星轮，因此传动比计算时不能直接套用定轴轮系的传本科毕业设计说明书 第 15 页 共 47 页 动比计算公式，因为定轴轮系中所有的齿轮轴线都是固定的。为了套用定轴轮系传动比计算公式，必须想办法将行星轮的 回转轴线固定 ，同时不能让基本构件的回转轴线发生变化。我们发现在周 转轮系中，基本构件的回转轴线相同，而行星轮绕其自身轴线转动，有随系杆绕其回转轴线转动，因此，只要想办法让系杆固定，就可将行星轮的回转轴线固定，即把周转轮系变为定轴轮系，这种方法称为反转法或转化机构法。 反转原理：给周转轮系施以附加的公共转动，不改变轮系中各构件之间的相对运动， 但原轮系将转化成为一新的定轴轮系，可按定轴轮系的公式计算该新轮系的传动比。转化后所得的定轴轮系称为原周转轮系轮系的 “ 转化轮系 ” 。 设1w、3w、2w、 3、行星轮和行星架的角速度（绝对角速度），如果给整个周转轮系加上一个公共角速度，此时行星架就相对固定不动，原周转轮系就转化为固定轮系，在转化轮系中各构件的角速 度如下： 构件 转化轮系中各构件的角速度（相对于行星架的角速度） 1 1 2 213( ) s i n 2 az z z 11H Hw w w 2 22H Hw w w3 33H Hw w wH 44H Hw w w . 转化轮系的传动比计算 本科毕业设计说明书 第 16 页 共 47 页 由于转化轮系相当于定轴轮系，故其传动比 i 1 1 2111()H H H K H kw w n n z zi w w n n z z （ . 使用转化轮系传动比公式的注意事项 ） 式（ 适用于转化轮系的首、末两轮轴线平行的情况。 ） 由于使用式（ ，首、末两轮轴线必须平行，故齿数比前要加“ +”号或“”号。“ +”号表示转化轮系首、末两轮转向相同，“”号表示首末两轮转向相反。因为此处的“ +”、“”号不仅表明转化轮系首末两轮的转向，还直接影响各构件角速度之间的数值关系。 ） 1w、用式（ 要带相应的“ +”、“”号，如转向相同，用同号带入，若转向不同应分别用“ +”、“”号代入。 在已知周转轮系中各轮齿数的条件下，已知1w、括大小和转向），就可按式（ 定第三个量并注意第三个构件的转向应由计算结果的“ +”、“”号来判断。 由于行星轮系中有一个中心轮的转速为零，若令行星轮系的中心轮k 固定，由于其转速 ,故由（ 3）式可推导出 1 1 11 ki i i 由以上分析可知，周转轮系中各个构件的转速的确定，轮系中两构件的传动比，一定要借助转化轮系的传动比求得。 行星轮系的设计要点 从传动原理出发设计行星轮系时，主要解决两个问题：选择传动类型和确定各轮的齿数和行星轮的个数。 1. 选择传动类型。 本科毕业设计说明书 第 17 页 共 47 页 在选择行星轮系的类型时，应考虑以下几个因素：传动比的要求、传动的效率、外廓结构尺寸和制造及装配工艺等。 ） 传动比 选择轮系的类型时，首先应考虑满足传动比的要求。 图 如图 示， a)型的传动比实用范围为 13； b)型的传动比实用范围为 c)型的传动比实用范围为 8 16； d)型的传动比为 2； e)型和 f )型是正号机构，其速比变化范围较大，但效率较低 。 ） 效率 从机械效率的角度看，不管是增速传动还是减速传动，负号机构的效率一般总比正号机构的效率高。正号机构一般用在传动比大、而对效率没有较高要求的场合。 2. 确定各轮的齿数和行星轮的个数。 设计行星轮系时，其各轮齿数和行星轮数目的选择必须满足下列四个条件才能装配起来，正常运转并实现预定的传动比。 ） 传动比条件 本科毕业设计说明书 第 18 页 共 47 页 行星轮系必须满足给定的传动比1图 a)为例，有 31 1 3111HH z 即3 1 1( 1)Hz i z（ ） 同心条件 即系杆的回转轴线应与中心轮的轴线相重合。若采用标准齿轮传动或高度变 位齿轮动，其同心条件为： 1 2 3 2r r r r 即2 3 1 111( 1 ) ( 2 )22 Hz z z z i （ 上式表明两中心轮的齿数应同时为奇数或偶数。 若采用角度变位齿轮传动，则同心条件按节圆半径计算： 1 2 3 2 r r r r ） 装配条件 为使各个行星轮都能均匀分布地装入两个中心轮之间，行星轮的数目 k 与各轮齿数之间必须满足以下关系 13k （ 式中： N 为正整数 即两中心轮齿数之和应能被行星轮个数 k 整除。 ） 邻接条件 为保证相邻两行星轮不致相碰，相邻两行星轮的中心距应大于行星轮齿顶圆直径：1 2 22 ( ) s i n 2 ( )ar r r h 即1 2 2( ) s i n 2 az z z （ 复合轮系的传动比 轮系中 包含有定轴轮系和周转轮系或者含有一个或多个周转轮系的齿轮传动系统称为复合轮系。由一个行星架及行星架上的行星轮（可以是多个行星轮串联）和与行星轮相啮合的中心轮组成一个基本周转轮系。 本科毕业设计说明书 第 19 页 共 47 页 复合轮系中，由于包含有定轴轮系及多个周转轮系，其传动比不能应用式（ 式（ 计算。对此类轮系传动比计算的一般步骤如下： . 正确的划分定轴轮系和基本周转轮系。划分轮系时应先将每个基本周转轮系划分出来。根据周转轮系具有行星轮的特点，首先要找出行星轮，再找出 行星架（注意行星架不一定是呈杆状），以及与行星轮相啮合的所有中心轮。分出一个基本的周转轮系后，还要判断是否有其它行星轮被另一个行星架支承，每一个行星架对应一个周转轮系，在逐一找出所有基本周转轮系后，剩下的便是定轴轮系了。 . 分别计算各轮系的传动比。 . 将各传动比关系式联立求解。 确定运动方案 . 定轴轮系运动方案的确定 定轴轮系的运动方案简图如图 图 . 差动轮系运动方案的确定 差动轮系的运动方案简图如图 本科毕业设计说明书 第 20 页 共 47 页 图 . 行星轮系运动方案的确定 行星轮系的运动方案简图如图 图 本科毕业设计说明书 第 21 页 共 47 页 . 复合轮系运动方案的确定 复合轮系的运动方案简图如图 齿轮的确定及计算 . 齿轮 材料及 模数的确定 齿轮的材料选用钢。 由于主要用于实验的目的，齿轮不受力，主要是克服自身的摩擦，且实验时不加负载，所以选用 齿轮的模数 m。 . 齿轮齿数的确定 初步确定选用 以下 四 种直齿轮： 1Z 2Z 3Z 4Z 内齿轮选用： 5Z d=定分度圆直径 1d 本科毕业设计说明书 第 22 页 共 47 页 2d 3d 4d 5d . 根据 m（ z ）确定齿顶圆直径 这里 取 =1 c = 1 2 3 4 5 . 根据 2 ( )fd m z m h a c 确定齿根圆直径 1 2 3 4 5 . 齿轮宽度的确定 齿轮宽度选用 k . 齿顶高计算 ha ha m . 齿根高计算 本科毕业设计说明书 第 23 页 共 47 页 ()fh m h a c (1+轮强度的校核 选取齿数为 25 与 35 的齿轮啮合进行强度校核 . 1 按齿面接触强度校核 2 由公式进行计算，即 3 211 )( （ 1） 确定公式内的各计算 数值 ） 试选载荷系数） 计算小齿轮传递的转矩 T 22 ） 由表选取齿宽系数 25.0d） 由表查的材料的弹性影响系数 。 ） 由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 00 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 502 。 ） 由图取接触疲劳寿 命系数 K。 ） 计算接触疲劳许应力。 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由公式得 M P 2l i i （ 2） 计算 ） 试算小齿轮分度圆直径入 H 。 ( 243 211 2）计算圆周速度 v 本科毕业设计说明书 第 24 页 共 47 页 t /00060 1 3) 计算齿宽 b 3 =) 计算齿宽与高之比 模数 齿高 9 ） 计算载荷系数。 根据 v=s,7 及精度，由图查得动载荷系数 12.1K； 由表查得使用系数 1 由表用插值法查得 b/h=载荷系数 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由公式得 311 ） 计算模数 m 按齿根弯曲强度 设计 由公式得弯曲强度的计算公式为：3 211 )(2(1) 确定公式内的各计算数值 ） 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 00 ；大齿轮的弯本科毕业设计说明书 第 25 页 共 47 页 曲强度极限 802 ； ） 由图取弯曲疲劳寿命系数 K; ） J 计算弯曲疲劳许应力。 取弯曲疲劳安全系数 S=公式得 M P 1221114 ) 计算载荷系数 K。 5 1 ） 查取齿形系数。得 2 2 Y。 6）查取应力校正系数。 7 Y。 计算大小齿轮的 加以比较。 222111 大齿轮的数值大 。 （ 3） 设计计算 6 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿 轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度多决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承受能力，仅于齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 就近圆整为标准值m=样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免了浪费。 本科毕业设计说明书 第 26 页 共 47 页 零件图的确定 外啮合齿轮零件图的确定 图 内啮合齿轮零件图的确定 图 输入 轴零件图的确定 作回转运动的零件都要装在 轴上来 实现其回转运动，大多数轴还起着传递转距的作用。轴要用滑动轴承来支承。 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力本科毕业设计说明书 第 27 页 共 47 页 集中敏感性较小，较常用。最常用的 45 钢 ，为保证其力学性能应进行调质或正火处理。 输入轴设计的主要问题 在一般情况下 ， 轴的工作能力取决于它的强度和刚度。在设计轴时 ，除应按工作能力准则进行设计计算或校合计算在结构设计上还需满足其它一系列的要求，例如： 1）多数轴上零件不允许在轴上有轴线移动，要用轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位置： 2）为传递扭 矩，轴上零件还要作轴上固 定； 3）对轴与其它零件间有相对滑动的表面应有耐磨性的要求； 4）轴的加工、热处理、装配、检验、维修等多应有良好的工艺性 。 输入轴的设计 轴的材料 是 45 钢，车制，由于本设计装置中 运转 低 ，是传递转矩为主所以按许用切应力计算便可。 已知 输入功率 P=速 n=300/受扭矩，在剖面中出现扭应力，其强度条件为 30 T 395500000 . 2T T故按扭矩计算的公式为 233 095500000 . 2 m 30 pA n（ 其中为扭矩（ N/ 2 ； p 为传递的功率（）； n 为转速（ 1）； T 为材料的许用扭应力 2（ N /m m ） ； 本科毕业设计说明书 第 28 页 共 47 页 d 为轴的直径（ 查表 由式（ 得 126 3 取轴的最小直径为 27 表 T及0轴的材料 20 35 (1 45 403583T a 15 25 20 35 25 45 35 55 0126 135 112 126 103 112 97 本科毕业设计说明书 第 29 页 共 47 页 安弯扭合成 应力 校核轴的强度 ,由于输出轴所受弯扭合成应力最大，故选取输出轴进行强度校核。 作出轴的弯曲图及扭矩图如下： 进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩的截面（即危险截面）的强度。很据公 式 及轴单项旋转，扭矩切应力为脉动循环应变力，取 =的计算应力 M P )7)( 222 前面已选定轴的材料为 45 钢，调制处理，查表得 1 =60此 1 ，故安全。 本科毕业设计说明书 第 30 页 共 47 页 输入轴的设计图如下： 图 轴承的选择 轴承是支承轴 的部件。滑动 轴承一般用在重载、有润滑的条件下。本设备转速底、用力不大、脂润滑所以 采用滚动轴承。 滚动轴承的优点： 1）在一般工作条件下，摩擦阻力矩大体和液体动力润滑轴承相当，采用它机器启动力矩小； 2）径向游隙比较小； 3）对于同尺寸的轴颈，滚动轴承的宽度要比华东轴承的小，可使机器的轴向结构紧凑； 4）大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，轴承组合结构简单。 5）消耗润滑剂少，便于密封、易于维护； 6）不需要用有色金属； 7）标准化程度高成批生产，成本低。 滚动轴承的缺点： 1）承受冲击载荷能力差； 2）高速重载下轴承寿命低； 3）振 动及噪声较大； 4）径向尺寸比滑动轴承大。 根据常用滚动大径向载荷较小时轴承的特点、类型和性能以及选择本科毕业设计说明书 第 31 页 共 47 页 轴承时必须了解轴承的工作载荷、转速及其它使用要求选择的选用原则： a. 转速较高、载荷较小、要求旋转精度高时应 选用球轴承；载荷大或有冲击载荷时选用滚子轴承。 b. 轴承在受径向和轴向载荷时一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；若径向载荷较大轴向载荷小可选用深沟球轴承；当轴向载荷较，可采用推力角接触球轴承。 本设计 中选 用的 是 较常用的深沟球轴承。它结构简 单， 主承受径向载荷也可承受一定的双向的轴向 载荷。 设备中的润滑 设备 中润滑剂的作用是：减少摩擦损失、减轻磨损、冷却和吸振等，因此，应该尽可能的使润滑剂充满摩擦面间。 常用的润滑剂是液体的，称为润滑油，其次是半固体的，在常温下呈油膏状，称为润滑脂。 根据设备的运动特点： 由于齿轮实验时要 经常 拆装， 所以实验台 主要是轴的润滑且 低速 转动， 所以选择脂润滑 。 支承架零件图的确定 本科毕业设计说明书 第 32 页 共 47 页 图 部件图的确定 定轴轮系部件图的确定 选择定轴轮系要 使用齿轮的齿数 为 ： 1z=35，2z=25，2z=30 3z=30； 则 其 传动比为： 2 2 3131 2 2 2 5 3 0 3 0 3 03 5 2 5 3 0 3 5z z zi z z z 定轴轮系的部件图如图 本科毕业设计说明书 第 33 页 共 47 页 图 差动轮系部件图的确定 选择差动轮系要使用齿轮的齿数为 ： 1z，2z3z，4z 5z 6z； 则其传动比为： 21 4 1 4 1 212 5 1 21 1 1 ( ) 1 3 5 7HH zi i i z 差动轮
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