第八章 机械原理设计 齿轮系

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、换向、大传动比、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。,81齿轮系的分类,一、轮系的类型,1.定轴轮系(1).平面轮系：如果轮系中各齿轮的轴线互相平行，称为平面轮系（全部是圆柱齿轮）,根据轮系运转时齿轮的轴线位置相对于机架是否固定，又将轮系分为两大类：定轴轮系、行星轮系。,第八章齿轮系,(2).空间轮系：如果轮系中各齿轮的轴线不完全平行，称为空间轮系（有圆锥齿轮传动或蜗杆传动）,2、行星轮系,轮系中，至少有一个齿轮的几何轴线不固定，而绕其它齿轮的固定几何轴线回转，称为周转轮系,运动演示拆装,行星轮2:既做自转又做公转,行星架（系杆）H：支持行星轮（其轴线必须与太阳轮轴线重合）,中心轮1、3：轴线位置固定1：太阳轮3：内齿圈,行星轮系类型：1.按复杂程度：,2.按自由度：,差动轮系:二中心轮都能转动（F=2）,简单行星轮系:二中心轮之一固定不动（F=1）,3.按中心轮个数：,82定轴齿轮系传动比的计算,a输入轴b输出轴,轮系的传动比:轮系中输入轴和输出轴(即首、末两轮)角速度（或转速）的比值。,1.大小2.首、末两轮转向关系,一、定轴轮系中齿轮传动方向的确定(图上画箭头),1、一对圆柱齿轮传动外啮合:相反内啮合:相同,2、圆锥齿轮传动同时指向(或背离)节点,3、蜗杆传动左(右)手定则,二、定轴轮系传动比计算,1、平面定轴轮系,2、空间定轴轮系大小仍用公式计算,但首末两轮的转向关系只能在图上画箭头得到.(若首末两轮轴线平行,在大小数值前加正负号),惰轮(过轮):不影响传动比大小只起改变转向作用的齿轮,83行星齿轮系传动比计算,一.单级行星齿轮系传动比的计算,4.是利用定轴轮系解决行星轮系问题的过渡环节。,2.代入已知转速时，必须带入符号，求得的转速与哪个已知量的符号相同就与谁的转向相同。3.不是周转轮系的传动比.,2.转化轮系传动比的计算遵循定轴轮系的计算准则。,注意：1.公式只适用于G,K,H平行的场合。,圆锥齿轮组成的周转轮系,（作矢量作）,例行星轮系如图所示。已知Z1=15,Z2=25,Z3=20,Z4=60,n1=200r/min,n4=50r/min,且两太阳轮1、4转向相反。试求行星架转速nH及行星轮转速n3。,例图示是由圆锥齿轮组成的行星轮系。已知Z1=60,Z2=40,Z2=Z3=20,n1=n3=120r/min。设中心轮1、3的转向相反，试求nH的大小与方向。,二、多级行星齿轮系传动比的计算多级行星齿轮系传动比是建立在各单级行星齿轮传动比基础上的。其具体方法是：把整个齿轮系分解为几个单级行星齿轮系，然后分别列出各单级行星齿轮系转化机构的传动比计算式，最后再根据相应的关系联立求解。划分单级行星齿轮系的方法是：找出行星轮和相应的系杆（行星轮的支架）；找出和行星齿轮相啮合的中心轮由行星轮、中心轮、系杆和机架组成的就是单级行星齿轮系。在多级行星齿轮系中，划分出一个单级行星齿轮系后，其余部分可按上述方法继续划分，直至划分完毕为之。列出各自独立的转化机构的传动比方程，进行求解。,例图示的输送带行星轮系中，已知各齿轮的齿数分别为Z1=12,Z2=33,Z2=30,Z3=78,Z4=75。电动机的转速n1=1450r/min。试求输出轴转速n4的大小与方向。,举例：图示为一大传动比的减速器，Z1=100，Z2=101，Z2=100，Z3=99求：输入件H对输出件1的传动比iH1,若Z1=99,周转轮系传动比正负是计算出来的，而不是判断出来的。,组合行星齿轮系传动比计算,关键是找出行星轮系，剩下的就是定轴轮系。,在计算混合轮系传动比时，既不能将整个轮系作为定轴轮系来处理，也不能对整个机构采用转化机构的办法。,计算混合轮系传动比的正确方法是：,（1）首先将各个基本轮系正确地区分开来,（2）分别列出计算各基本轮系传动比的方程式。,（3）找出各基本轮系之间的联系。,（4）将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求得混合轮系的传动比。,例：已知各轮齿数，求传动比i1H,1、分析轮系的组成,1，2，2，3定轴轮系,1，4，3，H周转轮系,2、分别写出各轮系的传动比,定轴轮系：,周转轮系：,3、找出轮系之间的运动关系,4、联立求解：,例图示的电动机卷扬机减速器中，已知各轮的齿数Z1=18,Z2=39,Z2=35,Z3=130,Z3=18,Z4=30,Z5=78。求传动比i15。,例2：,电动卷扬机减速器Z1=24，Z2=48，Z2=30，Z3=90,Z3=20，Z4=30，Z5=80,求i1H,（H，5为一整体）,（一）1，2-2，3，H周转轮系,3，4，5定轴轮系,（二）,（三）,（四）联立,1、传递相距较远的两轴之间的运动和动力；,84齿轮系的功用,2、获得大的传动比：一对外啮合圆柱齿轮传动，其传动比一般可为i=5-7。但是行星轮系传动比可达i=1000,而且结构紧凑。,举例：图示为一大传动比的减速器，Z1=100，Z2=101，Z2=100，Z3=99求：输入件H对输出件1的传动比iH1,若Z1=99,4、实现变速和换向,三轴五档位变速器结构简图,三轴式五档位变速器,六、各档换档过程,1、一档,2、二档,3、三档,4、四档,5、五档,6、倒档,4、实现运动的合成与分解,差动轮系：2个输入，1个输出。合成,差动轮系：1个输入，2个输出。合成,直行：n1=n3=n4,行星轮2没有自转,拐弯：n1n3,行星轮2既有自转又有公转（当汽车转弯时，例如左转弯，左轮走的是小圆弧，右轮走的是大圆弧，以保证汽车转弯时，两后轮与地面均作纯滚动，以减轻轮胎的磨损）,当车身绕瞬时转心转动时，左右两车轮走过的弧长与它们至瞬心的距离成正比,又,所以,又,当给定发动机的转速或转速n5和轮距L时，左右两后轮的转速随转弯半径r的大小不同而自动改变，即利用该差速器在汽车转弯时可将原动机的转速分解为两后车轮的两个不同的转速，以保证汽车转弯时，两后轮与地面均作纯滚动,差动轮系不仅能将两个独立地运动合成为一个运动，而且还可将一个基本构件的主动转动，按所需比例分解成另两个基本构件的不同运动。汽车后桥的差速器就利用了差动轮系的这一特性。,85几种特殊形式的行星传动简介,一、渐开线少齿差行星传动,固定的太阳轮1、行星轮2、行星架H及输出机构3（等角速比机构）组成。输出机构转速=行星轮的转速,少齿差行星传动,特点：传动比大，结构紧凑，加工容易同时啮合齿数少，承载能力低，计算复杂（变位）,二、摆线针轮行星传动摆线针轮行星传动的工作原理、输出机构与渐开线少齿差行星传动基本相同，其结构上的差别在于固定太阳轮的内齿是带套筒的圆柱形针齿（称为针轮），行星轮2改为短幅外摆线的等距曲线作齿廓称为摆线轮。,特点：传动比大，结构紧凑，效率高，同时承担载荷的齿数多齿廓间为滚动摩擦，所以传动平稳，承载能力高，磨损小，寿命长。加工工艺复杂，精度要求高，加工摆线齿轮需专用机床和刀具。,三、谐波齿轮传动这种传动是借助波