第8章轮系及其设计p15

1、安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 第第8章章 轮系及其设计轮系及其设计81 轮系及其分类轮系及其分类82 定轴轮系及其传动比定轴轮系及其传动比83 周转轮系及其传动比周转轮系及其传动比84 复合轮系及其传动比复合轮系及其传动比86 行星轮系的类型选择及设计行星轮系的类型选择及设计85 轮系的功用轮系的功用87 其他轮系简介其他轮系简介安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 81 轮系及其分类轮系及其分类定义：定义：由齿轮组成的传动系统简称由齿轮组成的传动系统简称轮系轮系本章要解决的问题：本章要解决的问题：轮系分类轮系分类周转轮系周转轮系（轴有公转）（轴有公转）定轴轮系（轴线固定）定轴

2、轮系（轴线固定） 复合轮系复合轮系（两者混合）（两者混合） 差动轮系（差动轮系（F=2F=2）行星轮系（行星轮系（F=1F=1）1.1.轮系传动比轮系传动比 i 的计算的计算; ;2.2.从动轮转向的判断。从动轮转向的判断。平面定轴轮系平面定轴轮系空间定轴轮系空间定轴轮系安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 112 定轴轮系的传动比定轴轮系的传动比一、传动比大小的计算一、传动比大小的计算 i1m=1 /m 强调下标记法对于齿轮系，设输入轴的角速度为对于齿轮系，设输入轴的角速度为1 1，输出轴的角，输出轴的角速度为速度为m m , ,中间第中间第i 轴的角速度为轴的角速度为i ，按定义有：，

3、按定义有：一对齿轮：一对齿轮： i12 =1 /2 =z2 /z1 可直接得出当当i i1m1m11时为减速时为减速, i, i1m1m1 机架，机架， 周转轮系周转轮系= = 定轴轮系定轴轮系作者：潘存云教授构件构件 原角速度原角速度 转化后的角速度转化后的角速度2H13可直接套用可直接套用定轴轮系定轴轮系传动比的计算公式。传动比的计算公式。H H1 11 1H H H H2 22 2H H H H3 33 3H H H HH HH HH H0 0 作者：潘存云教授2H13安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 右边各轮的齿数为已知，左边三个基本构件的参数中，如果已知其中任意两个，则可求得

4、第三个参数。于是，可求得任意两个构件之间的传动比。上式上式“”说明在转化轮系中说明在转化轮系中H H1 1 与与H H3 3 方向相反。方向相反。 特别注意：特别注意： 1.1.齿轮齿轮m m、n n的轴线必须平行。的轴线必须平行。HHHi31132132zzzz13zz通用表达式：通用表达式：HnHmHmniHnHm各主动轮的乘积至转化轮系中由各从动轮的乘积至转化轮系中由nmnm= f(z)HH312.2.计算公式中的计算公式中的“” ” 不能去掉，它不仅表明转不能去掉，它不仅表明转化轮系中两个太阳轮化轮系中两个太阳轮m m、n n之间的转向关系，而且影之间的转向关系，而且影响到响到m m、

5、n n、H H的计算结果。的计算结果。安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 如果是行星轮系，则如果是行星轮系，则m m、n n中必有一个为中必有一个为0 0（不妨（不妨设设n n0 0）, ,则上述通式改写如下：则上述通式改写如下：HnHmHmnnni1mHHHmHmnii以上公式中的以上公式中的i i 可用转速可用转速n ni i 代替代替: : 两者关系如何？ 用转速表示有：用转速表示有：HnHmnnnn= f(z)(11zfiiHmnmH即n ni i=(=(i i/2 /2 )60)60=i i3030rpmrpm安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 例二例二 2K2KH H

6、轮系中，轮系中， z z1 110, z10, z2 220, z20, z3 35050 轮轮3 3固定固定, , 求求i1H 。2H13HHHi3113)1解HH0111Hi5 i1H=6 , 小齿轮转小齿轮转6圈，圈，系杆转系杆转1圈，圈， 且两者转向相同。且两者转向相同。HH312132zzzz105013zz11Hi5安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授例三例三 2K2KH H 轮系中，轮系中， z z1 1z z2 220, z20, z3 360601)轮轮3 3固定。求固定。求i1H 。2)n n1 1=1, n=1, n3 3=-1, =-1, 求求n

7、nH H 及及i1H 的值。的值。3)n n1 1=1, n=1, n3 3=1, =1, 求求n nH H 及及i1H 的值。的值。HHHi3113)1解HHHnni3113)2HH0111Hi2132zzzz13zz3 i1H=4 , 齿轮齿轮1和系杆转向相同和系杆转向相同HHnnnn31HHnn1132/1Hn两者转向相反。两者转向相反。得：得： i1H = n1 / nH =2 , 轮1逆时针转1圈，轮3顺时针转1圈，则系杆顺时针转半圈。2060HH312H13轮1逆转1圈，轮3顺转1圈轮1、轮3各逆转1圈轮1转4圈，系杆H转1圈。模型验证安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 HH

8、HHHnnnnnni313113)3结论：结论：1) 轮轮1 1转转4 4圈，系杆圈，系杆H H同向转同向转1 1圈。圈。2) 轮轮1 1逆时针转逆时针转1 1圈，轮圈，轮3 3顺时针转顺时针转1 1圈，则系杆顺时圈，则系杆顺时 针转半圈。针转半圈。3) 轮轮1 1轮轮3 3各逆时针转各逆时针转1 1圈，则系杆也逆时针转圈，则系杆也逆时针转1 1圈。圈。 实际上三个构件之间没有相对运动。实际上三个构件之间没有相对运动。特别强调：特别强调： i13 iH13 一是绝对运动、一是相对运动 i13 13 - z- z3 3 /z/z1 1HHnn111Hn=3两者转向相同。两者转向相同。得得： i1

9、H = n1 / nH =1 , 轮1轮3各逆时针转1圈，则系杆逆时针转1圈。n n1 1=1, n=1, n3 3=1=1三个基本构件无相对运动！三个基本构件无相对运动！特别强调：这是数学上0比0未定型应用实例!安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 例题例题83（p194）安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 84 复合轮系及的传动比复合轮系及的传动比除了上述基本轮系之外，工程实际中还大量采用混合轮系。将将复复合轮系分解为合轮系分解为基本轮系基本轮系，分别计算传动比，然后，分别计算传动比，然后根据组合方式联立求解。根据组合方式联立求解。方法：方法：先找行星轮先找行星轮混合轮系中可能有

10、多个周转轮系，而混合轮系中可能有多个周转轮系，而一一个基本周转轮个基本周转轮系中至多只有三个中心轮。系中至多只有三个中心轮。剩余的就是定轴轮系。剩余的就是定轴轮系。传动比求解思路：传动比求解思路：轮系分解的关键是：轮系分解的关键是：将周转轮系分离出来。将周转轮系分离出来。系杆（系杆（支承行星轮支承行星轮) )太阳轮（太阳轮（与行星轮啮合与行星轮啮合）例题例题84（p195）安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 混合轮系的解题步骤：混合轮系的解题步骤：1)找出所有的基本轮系。找出所有的基本轮系。2)2)求各基本轮系的传动比。求各基本轮系的传动比。3) 根据各基本轮系之间的连接条件，联立基本轮

11、系的根据各基本轮系之间的连接条件，联立基本轮系的 传动比方程组求解。传动比方程组求解。关键是找出周转轮系关键是找出周转轮系! !安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授1285 轮系的应用轮系的应用1)获得较大的传动比获得较大的传动比，而且结构紧凑。，而且结构紧凑。2)实现分路传动实现分路传动，如钟表时分秒针；，如钟表时分秒针；动画：1路输入6路输出轮系的传动比轮系的传动比i i可达可达1000010000。实例比较一对齿轮一对齿轮: : i8,i0 0 转化轮系中转化轮系中H H1 1与与H Hn n的方向相同。的方向相同。负号机构：负号机构：i iH H1n1n 0 正号

12、机构。正号机构。1)1)正号机构一般用在传动比大而对效率要求不高的辅助正号机构一般用在传动比大而对效率要求不高的辅助机构中，例如机构中，例如磨床的进给机构，轧钢机的指示器磨床的进给机构，轧钢机的指示器等。等。两对内啮合两对内啮合两对外啮合两对外啮合两对内啮合两对内啮合3)3)若单级负号机构不能满足大传动比要求时，可将几个若单级负号机构不能满足大传动比要求时，可将几个 负号机构串联起来，或采用负号机构与定轴轮系组合负号机构串联起来，或采用负号机构与定轴轮系组合 而成复和轮系。其传动比范围：而成复和轮系。其传动比范围： i1H 1060。选择原则：选择原则：安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授

13、 作者：潘存云教授二、各轮齿数的确定二、各轮齿数的确定行星轮系是一种共轴式传动装置，为了使惯性力互相平衡以及为了减轻轮齿上的载荷，一般采用两个以上的行星轮，且呈对称均布结构（模型为3个，发动机主减多达12个）。为了实现这种结构并正常运转，各轮的齿数必须满足以下要求：各轮的齿数必须满足以下要求：1)1)能实现给定的传动比；能实现给定的传动比；3)3)能均布安装多个行星轮；能均布安装多个行星轮；2)2)中心轮和系杆共轴；中心轮和系杆共轴；4)4)相邻行星轮不发生干涉。相邻行星轮不发生干涉。1.传动比条件传动比条件HHHi3113Hi1113zz113) 1(zizHz z1 1+z+z3 3 =

14、= i1H z z1 1强调此结论下一步要用z1z3z2H安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 上式表明上式表明: :两中心轮的齿数应同时为两中心轮的齿数应同时为偶数偶数或或奇数奇数。r3r1+ 2r2当采用标准齿轮传动或等变位齿轮当采用标准齿轮传动或等变位齿轮传动时有：传动时有：z z2 2(z(z3 3- z- z1 1 )/2)/22.同心条件同心条件系杆的轴线与两中心轮的轴线重合。系杆的轴线与两中心轮的轴线重合。r12r2r3或或 z z3 3z z1 1+ 2z+ 2z2 2z z1 1( (i1H1H-2)/2-2)/2作者：潘存云教授z1z3z2H113)1(zizH安徽工程

15、科技学院专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授设对称布列有设对称布列有K K个行星轮，个行星轮，2/k2/k在位置在位置O O1 1装入第一个行星轮，装入第一个行星轮，3)均布安装条件均布安装条件 能装入多个行星轮且仍呈能装入多个行星轮且仍呈对称布置，行星轮个数对称布置，行星轮个数K K与各轮与各轮齿数之间应满足的条件。齿数之间应满足的条件。 /1 1 /H H)1 (13zzi1H1H1+(z1+(z3 3 /z/z1 1 ) )则相邻两轮之间的夹角为：则相邻两轮之间的夹角为：固定轮固定轮3 3，转动系杆，转动系杆H H，使使H H, ,此时，行星轮从位置此时，行星轮从位置O O1 1运

16、动到位置运动到位置O O2 2，而中心轮而中心轮1 1从位置从位置A A转转到位置到位置A，转角为，转角为。kzzz2131AO O2 2O O1 1HA安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授13比较得：比较得：= N(= N(2/2/z z1 1 ) )如果此时轮1正好转过N个完整的齿，则齿轮1在A处又出现与安装第一个行星轮一样的情形，可在A处装入第二个行星轮。结论：结论：当系杆当系杆H转转过一个等份角过一个等份角时，时，若齿轮若齿轮1转过转过N个完个完整的齿整的齿, 就能实现就能实现均布安装。均布安装。轮轮1 1的转角为：的转角为：单个齿

17、中心角结论：结论：要满足均布安装条件，轮要满足均布安装条件，轮1 1和轮和轮3 3的齿数之和的齿数之和 应能被行星轮个数应能被行星轮个数K K整除。整除。N =(zN =(z1 1+z+z3 3)/k)/kkzzzzz2)1 (13113= z= z1 1 i1H1H /k/kAO O2 2O O1 1Akzzz2131= N(= N(2/2/z z1 1 ) )AA模型验证模型验证安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授即：即：(z(z1 1+z+z2 2)sin(/k) z)sin(/k) z2 2+2h+2h* *a a4)4)邻接条件邻接条件 相邻两个行星轮装入后不发

18、生干涉相邻两个行星轮装入后不发生干涉, ,即两行星轮中心距应大于两齿顶圆即两行星轮中心距应大于两齿顶圆半径之和半径之和: :2(r2(r1 1+r+r2 2)sin()sin(/2) )/2r r1 1+r+r2 22(r2(r2 2+h+h* *a am)m)为便于应用，将前三个条件合并得：Nzzz:321kiiiHHH111:) 1(:22:1z z2 2z z1 1( (i1H1H-2)/2-2)/2N Nz z1 1 i1H1H /k/k确定各轮齿数时，应保证确定各轮齿数时，应保证z z1 1、z z2 2、z z3 3、N N为正整数，为正整数，且且z z1 1、z z2 2、z z

19、3 3均大于均大于z zminmin。 O O1 1O O2 2 2r 2ra2a2O1O2kizizizzHHH1111111:) 1(:2)2(:Nzzz:321kiiiHHH111:) 1(:22:1配齿公式配齿公式z z3 3z z1 1( (i1H1H-1)/2-1)/2重写前三个条件安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 例：例：已知已知i i1H1H5 5，K=3K=3，采用标准齿轮，确定各轮齿数。，采用标准齿轮，确定各轮齿数。解：解：=6:9:24:10=6:9:24:10=1:3/2:4:5/3=1:3/2:4:5/3若取若取z z1 11818，验算邻接条件：验算邻接条件

20、：(18+27)sin/3= 39(18+27)sin/3= 39满足要求。满足要求。则则z z2 22727，z z3 3727227+229 29 z z2 2+2h+2h* *a a=1:(5-2)/2:(5=1:(5-2)/2:(51):5/31):5/3kiiiNzzzHHH111321:) 1(:22:1:安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 为了减少因制造误差引起的多个行星轮所承担为了减少因制造误差引起的多个行星轮所承担载荷不均匀的现象，实际应用时往往采用均载装置。载荷不均匀的现象，实际应用时往往采用均载装置。5)5)行星轮系均载装置行星轮系均载装置 均载装置的结构特点是采用

21、弹性元件使中心轮均载装置的结构特点是采用弹性元件使中心轮或系杆浮动。或系杆浮动。作者：潘存云教授中心轮浮动中心轮浮动312系杆浮动系杆浮动312安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 11117 7 其它轮系简介其它轮系简介 在在2K-H2K-H行星轮系中，去掉小中心轮，将行星轮加行星轮系中，去掉小中心轮，将行星轮加大使与中心轮的齿数差大使与中心轮的齿数差z z2 2-z-z1 11 14 4，称为少齿差传称为少齿差传动。传动比为：动。传动比为：HHHi2112若若z z2 2-z-z1 11(1(称为一齿差传动称为一齿差传动) )，z z1 1100100，则，则i iH1H1100100

22、。输入轴转100圈，输出轴只反向转一圈。可知这种少齿数差传动机构可获得很大的单级传动比。1121zzziH输出机构输出机构V 系杆为主动，输出行星轮的运动。由于行星轮作系杆为主动，输出行星轮的运动。由于行星轮作平面运动，故应增加一运动输出机构平面运动，故应增加一运动输出机构V V。12iH1=1/ i1H= -z1 /(z2 - z1 )称此种行星轮系为称此种行星轮系为: : K-H-VK-H-V型。型。Hi1112zz安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授工程上广泛采用的是孔销式输出机构工程上广泛采用的是孔销式输出机构图示输出机构为双万向联轴节，不仅轴向尺

23、寸大，而且不适用于有两个行星轮的场合。12当满足条件：当满足条件：销孔和销轴始终保持接触。销孔和销轴始终保持接触。四个圆心的连线构成四个圆心的连线构成:平行四边形平行四边形。dh= ds + 2aadhds根据齿廓曲线的不同，目前工程上有两种结构的减速器，即渐开线少齿差行星和摆线针轮减速器。不实用不实用! 结构如图 ohoso1o2安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 一、一、渐开线渐开线少齿差行星齿轮传动少齿差行星齿轮传动其齿廓曲线为普通的渐开线，齿数差一般为其齿廓曲线为普通的渐开线，齿数差一般为z z2 2-z-z1 1=1=14 4。优点：优点：传动比大，一级减速传动比大，一级减速i

24、1H可达可达135135，二级可达，二级可达10001000以上。以上。结构简单，体积小，重量轻。与同样传动比和同样结构简单，体积小，重量轻。与同样传动比和同样 功率的普通齿轮减速器相比，重量可减轻功率的普通齿轮减速器相比，重量可减轻1/31/3以上。以上。加工简单，装配方便。加工简单，装配方便。效率较高。一级减速效率较高。一级减速0.80.80.940.94, ,比蜗杆传动高。比蜗杆传动高。由于上述优点，使其获得了广泛的应用缺点缺点：只能采用正变位齿轮传动，设计较复杂。只能采用正变位齿轮传动，设计较复杂。存在重叠干涉现象传递功率不大，传递功率不大，N45KWN45KW。 受输出机构限制径向分

25、力大，行星轮轴承容易损坏。径向分力大，行星轮轴承容易损坏。 大安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授二、二、摆线针轮传动摆线针轮传动结构特点：结构特点：行星轮齿廓曲线为摆线行星轮齿廓曲线为摆线( (称摆线轮称摆线轮) )，固定轮采用，固定轮采用针轮针轮。摆线轮摆线轮销轴销轴当满足条件：当满足条件： dh= ds + 2a销轴套销轴套dsdhO1齿数差为齿数差为: : z z2 2-z-z1 1=1=1a销孔和销轴始终保持销孔和销轴始终保持接触，四个圆心的连接触，四个圆心的连线构成一平行四边形。线构成一平行四边形。针轮针轮O2针齿套针齿套针齿销针齿销安徽工程科技学院专用 作者

26、： 潘存云教授 作者：潘存云教授r2r22发生圆发生圆外摆线：外摆线：发生圆发生圆2 2在导圆在导圆1 1( (r r1 1rr2 2) )上作纯上作纯滚动时，发生圆上点滚动时，发生圆上点P P的轨迹。的轨迹。齿廓曲线的形成齿廓曲线的形成p3p4p2外摆线外摆线1导圆导圆r1p1 p5安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授a短幅外摆线：短幅外摆线：发生圆在导圆上作纯滚发生圆在导圆上作纯滚动时，与发生圆上固联动时，与发生圆上固联一点一点M M的轨迹。的轨迹。齿廓曲线：齿廓曲线：短幅外摆线的内侧等短幅外摆线的内侧等距线距线( (针齿的包络线针齿的包络线) )。短幅外摆线短幅外摆

27、线齿廓曲线齿廓曲线12r2p4p5BAr1p1p2p3导圆导圆发生圆发生圆M2o2M3o3o4M4o5M5M1o1c1c5外摆线：外摆线：发生圆发生圆2 2在导圆在导圆1 1( (r r1 1rr2 2) )上作纯滚动时，发生上作纯滚动时，发生圆上点圆上点P P的轨迹。的轨迹。齿廓曲线的形成齿廓曲线的形成安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授 优点：优点：传动比大，一级减速传动比大，一级减速i i1H1H可达可达135135，二级可达，二级可达10001000以上。以上。结构简单，体积小，重量轻。与同样传动比和同样结构简单，体积小，重量轻。与同样传动比和同样 功率的普通齿轮减速器相比，重量可减轻功率的普通齿轮减速器相比，重量可减轻1/31/3以上。以上。加工简单，装配