机械设计基础轮系

1、 单元8 轮系单元单元8 8 轮系轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算任务任务2 2 周转轮系周转轮系传动比计算传动比计算任务任务3 3 认识减速器认识减速器 单元8 轮系1.了解轮系的类型。 2.掌握定轴轮系传动比的计算方法。3.学会求解输出轴的转速和判断回转方向。1. 会判断定轴轮系。.掌握定轴轮系传动比的计算，并学会判断其回转方向。 任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算知识目标：知识目标：技能目标：技能目标： 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算1.1.轮系概述轮系概述（1 1） 轮系的分类轮系的分类表8-1 轮系的分类轮系

2、种类轮系种类定义定义图例图例定轴轮系 传动时，轮系中各齿轮的几何轴线位置都是固定的轮系称为定轴轮系，定轴轮系又称普通轮系。周转轮系传动时，轮系中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定，而是绕另一个齿轮的固定轴线回转，这种轮系称为周转轮系。在右图轮系中，齿轮1、3的轴线固定，齿轮2在H的作用下绕1、3的固定轴线回转。组合轮系既含有定轴轮系，又含有周转轮系或者含有多个周转齿轮系的传动，称为组合轮系。如图1的组合轮系：右部分为由齿轮1、2、3和构件H组成的周转轮系；左部分为由齿轮1、，和，所组成的定轴轮系。 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 （2 2） 轮系的应用轮系的应

3、用1）获得大的传动比。2）可做较远距离的传动。3）可实现变速要求。4）可实现改变速度方向的要求。5）可实现运动的合成或分解。 单元8 轮系 （1 1） 传动比的计算传动比的计算齿轮两轴的转速之比称为传动比。因为转速n=2，因此传动比又可以被表示为两轴的角速度之比。传动比用i表示。对轴1和轴2 的传动比可表示为： 式中，n1、1齿轮1的转速、角速度； n2、2 齿轮2的转速、角速度。 对于一对相啮合的齿轮来说，在同一时间内转过的齿数是相同的，因此有：n1z1=n2z2 式中， z1、z2两齿轮的齿数。一对相互啮合的齿轮的传动比又可以写成： 任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算2.

4、2.一对定轴齿轮传动比的计算一对定轴齿轮传动比的计算122112zznni212112nni 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 （2 2） 齿轮回转方向的判断齿轮回转方向的判断 齿轮的回转方向，在轮系传动系统图中可以用箭头表示，标注同向箭头的齿轮回转方向相同，标注反向箭头的齿轮回转方向相反，规定箭头指向为齿轮可见侧的圆周速度方向。（a）外啮合 (b)内啮合 图8-1 圆柱齿轮副的回转方向 因此，图8-1（a）中的传动比还可表示为： 图8-1（b）中的传动比还可表示为：122112zznni122112zznni 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴

5、轮系传动比计算 图8-3所示为圆锥齿轮副的啮合传动，图8-4所示为蜗轮蜗杆齿轮副的啮合传动均用作图法表示。图8-3所示为圆锥齿轮副图8-4 蜗轮蜗杆齿轮副 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 3.3.定轴轮系的传动比的计算定轴轮系的传动比的计算定轴轮系的传动比是指轮系中首、末两轮的角速度（或转速）之比。定轴轮系的传动比计算包括计算轮系传动比的大小和确定末轮的回转方向。图8-5 定轴轮系的传动比计算 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 表8-2 定轴轮系各齿轮间传动比啮合齿轮传动比齿轮1和齿轮2齿轮2和齿轮3齿轮3和齿轮4齿轮4和齿轮5

6、齿轮5和齿轮6 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 定轴轮系传动比的计算公式为：式中 m轮系中外啮合圆柱齿轮副的数目。 若结果为正，说明输出轴与输入轴的回转方向相同；结果为负，说明输出轴与输入轴的回转方向相反。 轮系中各齿轮的回转方向还可用箭头标注，如图8-6。齿数的连乘积各级齿轮副中主动齿轮齿数的连乘积各级齿轮副中从动齿轮mkknni) 1(11图8-6 定轴轮系回转方向 由图8-6中齿轮2同时与齿轮1和齿轮3相啮合。对于齿轮1而言，齿轮2是从动轮；对于齿轮3而言，齿轮2又是主动轮。齿轮2的作用仅仅是改变轮系的转向，而其齿数的多少并不影响该轮系传动比的大小，这种

7、齿轮称为惰轮。 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 4.4.定轴轮系的传动比计算定轴轮系的传动比计算实例实例在图8-1所示的组合机床动力滑台轮系中，运动由电动机输入，由蜗轮6输出。电动机转速n=940r/min,各齿轮齿数z1=34，z2=42，z3=21，z4=31，蜗轮齿数z6=38，蜗杆头数z5=2，螺旋线方向为右旋。试确定蜗轮的转速和转向。计算过程见表8-3。图8-1 机床动力滑台轮系 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 表8-3 机床动力滑台轮系输出轴速度计算步骤步骤内容内容结果结果1.分析传动路线，判断轮系类型 轮系动力由

8、电动机提供，从齿轮1输入，经齿轮2、3、4、蜗杆5，由蜗轮6输出定轴轮系2.了解相关参数电动机转速n1=940r/min,各齿轮齿数z1=34，z2=42，z3=21，z4=31，蜗轮齿数z6=38，蜗杆头数z5=2，螺旋线方向为右旋螺旋线方向为右旋3.计算轮系传动比i16=34.644.转速蜗轮转速n6 =n1/i16 =940/34.64=27.14(r/min)n6=27.14r/min5.分析轮系回转方向蜗轮的转动方向见左图箭头所示64.34221342831425316426116zzzzzznni 单元8 轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 练习题练习题 1.

9、1.选择题选择题（1）下列关于轮系说法正确的是。 a.不能获得很大的传动比 b.不适宜做较远距离的传动 c.可以实现运动的合成但不能分解运动 d.可以实现变向和变速要求（2）定轴轮系的传动比大小与轮系中惰轮的齿数。 a.有关b.无关c.成正比 d.成反比（3）根据轮系运转时，各齿轮的几何轴线在空间的相对位置是否固定，轮系分为。 a.定轴轮系和空间轮系b.定轴轮系和周转轮系 c.定轴论系和平面轮系 d.空间轮系和平面轮系（4）所有齿轮几何轴线的位置都固定的轮系称为，至少有一个齿轮的几何轴线绕位置固定的另一齿轮的几何轴线转动的轮系，称为。a.定轴轮系b.周转轮系c.平面轮系 d.空间轮系 单元8

10、轮系任务任务1 1 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算 2. 2.计算题计算题 在右图所示的车床溜板箱进给刻度盘轮系中，运动由齿轮1输入，由齿轮5输出。已知各齿轮齿数为z1=18，z2=87，z3=28，z4=20，z5=84。试计算轮系的传动比i15。 单元8 轮系任务任务2 2 周转轮系周转轮系 1.了解轮系的类型。2.掌握周转轮系传动比的计算。3.学会求解输出轴的转速和判断回转方向。知识目标：知识目标：技能目标：技能目标：1.学会判断周转轮系；2.掌握周转轮系传动比及齿轮转速的计算，并会判断其转向。 单元8 轮系任务任务2 2 周转轮系周转轮系 1.1.周转轮系概述周转轮系概述图8-1

11、0所示轮系中，齿轮1、3的轴线相重合，它们均为定轴齿轮,而齿轮2的转轴装在构件H的端部，在构件H的带动下，它可以绕齿轮1、3的轴线作周转。 在运转过程中至少有一个齿轮几何轴线的位置不固定，而是绕着其它定轴齿轮轴线回转的轮系，称为周转轮系周转轮系。周转轮系中，齿轮1和齿轮3是中心轮（齿轮1为太阳轮，齿轮3为内齿圈），齿轮2是行星轮，构件H为行星架。图8-10 周转轮系 单元8 轮系任务任务2 2 周转轮系周转轮系 2.2.周转轮系的分类周转轮系的分类 周转轮系分为差动轮系和行星轮系两大类，见下表所示。种类种类定义定义举例举例说明说明差动轮系 中心轮的转速都不为零的周转轮系称为差动轮系。 太阳轮1

12、、内齿圈3、行星架H均绕各自的轴线回转，行星轮2则作行星运动。行星轮系 有一个中心轮固定不动的周转轮系称为行星轮系。 中心轮3固定不动，太阳轮1绕自身轴线O1回转；行星架H绕自身轴线OH回转；行星轮2做行星运动，既绕自身轴线回转（也叫自转），又绕行星架回转轴线OH回转（也叫公转）。 单元8 轮系任务任务2 2 周转轮系周转轮系 3.3.周转轮系的传动比周转轮系的传动比 周转轮系传动时，行星轮做既有自转又有公转的复合运动，因此周转轮系传动比的计算方法不同于定轴轮系，但两者之间又存在着一定的内在联系。可以通过转化轮系的方法将周转轮系转化成一定条件下的定轴轮系，从而采用定轴轮系传动比的计算方法来计算

13、周转轮系的传动比。表8-4 周转轮系中各构件转化前后的转速构件构件原来的转速构件在转化轮系中的转速齿轮1n1齿轮2n2齿轮3n3行星架HnHHHnnn11HHnnn22HHnnn330HHHHnnn 单元8 轮系任务任务2 2 周转轮系周转轮系 由定轴轮系计算传动比的方法，可求出转化轮系的传动比，式中的“”号，表示转化轮系中齿轮1与齿轮3的啮合传动的转向相反。1321323131131) 1(zzzzzznnnnnniHHHHH 由于周转轮系的转化轮系是定轴轮系，因此可推出周转轮系的转化轮系转动比计算的一般公式：1531642111) 1(KKmHKHHKHHKzzzzzzzznnnnnni

14、单元8 轮系任务任务2 2 周转轮系周转轮系 4.4.周转轮系的传动比应用实例周转轮系的传动比应用实例 在图8-11所示的齿轮系中，已知齿数z1=30，z2=20，z2=25，z3=25，两中心轮的转速n1=100r/min,n3=200r/min。试分别求出n1、n3同向和反向两种情况下转臂的转速nH。计算步骤见表8-5。图8-11 周转轮系 单元8 轮系任务任务2 2 周转轮系周转轮系 表8-5 周转轮系转臂转速nH的求解步骤步骤步骤内容内容结果结果1.分析传动路线，判断轮系类型 齿轮2绕齿轮1的固定轴线旋转，齿轮2绕齿轮3的固定轴线旋转。该轮系属周转轮系2.了解相关参数齿数z1=30，z

15、2=20，z2=25，z3=25，两中心轮的转速n1=100r/min,n3=200r/min3.计算轮系传动比4. n1、n3同向时的转速转速大小即n1=100r/min,n3=200r/min，得nH=-100r/min转速方向计算结果为负nH与n1转向相反5. n1、n3反向时的转速转速大小即n1=100r/min,n3=-200r/min，得 nH=700 r/min转速方向计算结果为正nH与n1转向相同25302520) 1(21322313113zzzznnnnnniHHHHH3213Hi32200100HHnn32200100HHnn 单元8 轮系任务任务2 2 周转轮系周转轮系

16、 练习题练习题 题1图1.在下图所示行星轮系中，已知：z1=40，z2=20，z3=80，n1=120r/min。试求行星架H的转速nH并判定其转向。2.在下图所示的行星轮系中，各轮的齿数分别为:z1=27,z2=17,z3=61。已知n1=6000r/min，求传动比i1H和行星架H的转速nH。3、在下图所示圆锥齿轮组成的差动轮系中，已知z1=60，z2=40，z2=z3=20，若n1和 n3均为120 r/min，但转向相反（如图中箭头所示），求 nH的大小和方向。题3图题2图 单元8 轮系任务任务3 3 认识减速器认识减速器 1.了解减速器的类型、结构特点、应用场合。2.了解减速器附件的

17、种类及作用。1.学会分析部件工作原理；2.学会分析机器或部件内零件连接方式及定位方法。知识目标：知识目标：技能目标：技能目标： 单元8 轮系任务任务3 3 认识减速器认识减速器 减速器是用于原动机和工作机之间的独立的封闭式传动装置，由于减速器具有结构紧凑、传动效率高、传动准确可靠、使用维护方便等特点，故在各种机械设备中应用甚广。 减速器的种类很多，用以满足各种机械传动的不同要求。其主要类型、特点及应用见表8-4。 1.1.减速器的类型、特点和应用减速器的类型、特点和应用表8-4 常用减速器的型式、特点及应用名称名称运动简图运动简图推荐传动比范围推荐传动比范围特点及应用特点及应用单级圆柱齿轮减速

18、器i810齿轮可做成直齿、斜齿、人字齿。直齿用于速度较低（8m/s）或负荷较轻的传动；斜齿或人字齿用于速度较高或负荷较重的传动。箱体通常用铸铁做成，有时也采用焊接结构或铸钢件。轴承通常采用滚动轴承，只在重型或特高速时，才采用滑动轴承。其他型式的减速器也与此类同。 单元8 轮系任务任务3 3 认识减速器认识减速器 表8-4 常用减速器的型式、特点及应用（续）名称名称运动简图运动简图推荐传动比范围推荐传动比范围特点及应用特点及应用两级圆柱齿轮减速器展开式i=860 两级展开式圆柱齿轮减速器的结构简单，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应设计得具有较大的刚度。高速级可做成斜齿，低速级可做成直齿或斜齿

19、。同轴式i=860减速器长度较短，两对齿轮浸入油中深度大致相等。但减速器的轴向尺寸及重量较大；高速级齿轮的承载能力难于充分利用；中间轴较长，刚性差，载荷沿齿宽分布不均匀；仅能有一个输入和输出轴端，限制了传动布置的灵活性。 单元8 轮系任务任务3 3 认识减速器认识减速器 表8-4 常用减速器的型式、特点及应用（续）名称名称运动简图运动简图推荐传动比范围推荐传动比范围特点及应用特点及应用单级锥齿轮减速器锥-圆柱齿轮减速器i68i822 用于输入轴和输出轴两轴线垂直相交的传动，可做成卧式或立式。由于锥齿轮制造较复杂，仅在传动布置需要时才采用。 特点同单级锥齿轮减速器。锥齿轮应布置在高速级，以使锥齿轮的尺寸不致于过大，否则加工困难。锥齿轮可做成直齿、斜齿或曲线齿，圆柱齿轮可做成直齿或斜齿。 单元8 轮系任务任务3 3 认识减速器认识减速器 表8-4 常用减速器的型式、特点及应用（续