机械设计基础第5章轮系

1、n第六章第六章 轮轮 系系教材教材教材：高等教育出版社教材：高等教育出版社 机械设计基础机械设计基础 杨可桢杨可桢参考书：高等教育出版社参考书：高等教育出版社 机械原理机械原理 孙恒孙恒 高等教育出版社高等教育出版社 机械设计机械设计 濮良贵濮良贵轮系轮系概念：概念：在机械中，为了获得很大的传动比，或为了将在机械中，为了获得很大的传动比，或为了将输入轴的一种转速变换为输出轴的多种转速等原因，常输入轴的一种转速变换为输出轴的多种转速等原因，常采用一系列相互啮合的齿轮将输入轴和输出轴连接起来。采用一系列相互啮合的齿轮将输入轴和输出轴连接起来。这种这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。由一系列齿轮

2、组成的传动系统称为轮系。钟表的轮系钟表的轮系 S，M，H分别分别表示为秒针、分针、时针。分表示为秒针、分针、时针。分针转十二周，时针转一周针转十二周，时针转一周;分分针转一周，秒针转针转一周，秒针转60周。输出周。输出转速比满足：转速比满足： 实现分路传动实现分路传动CEDAFIGBHSMHMnn12MSnn60轮系应用轮系应用MnSnHnCn本章教学内容和要求1.了解轮系的分类和应用了解轮系的分类和应用2.掌握掌握定轴轮系传动比定轴轮系传动比的计算的计算3.理解和掌握理解和掌握周转轮系周转轮系和和混合轮系传动混合轮系传动比比的计算的计算4.简介几种特殊的行星轮系传动简介几种特殊的行星轮系传动

3、轮系轮系轮系的类型轮系的类型定轴轮系及其传动比定轴轮系及其传动比周转轮系及其传动比周转轮系及其传动比复合轮系及其传动比复合轮系及其传动比轮系的应用轮系的应用几种特殊的行星传动简介几种特殊的行星传动简介轮系的类型轮系的类型根据齿轮几何轴线是否平行：平面轮系和空间轮系根据齿轮几何轴线是否平行：平面轮系和空间轮系根据齿轮几何轴线位置是否固定：根据齿轮几何轴线位置是否固定：定轴轮系定轴轮系和和周转周转轮系轮系定轴轮系 传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的，传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的，这种轮系称为固定轮系。这种轮系称为固定轮系。周转轮系 至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮至少有一个齿轮的几何轴线

4、绕另一个齿轮的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系。的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系。定轴轮系及其传动比定轴轮系及其传动比 在轮系中，输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比称在轮系中，输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比称为轮系的传动比，用为轮系的传动比，用 表示，下标表示，下标a、b为输入轴和输出轴为输入轴和输出轴的代号，即的代号，即abibabaabnni 计算轮系传动比不仅要确定它的计算轮系传动比不仅要确定它的数值数值，而且要确定两，而且要确定两轴的相对轴的相对转动方向转动方向，这样才能完整表达输入轴和输出轴间的，这样才能完整表达输入轴和输出轴间的关系。关系。(1)转向的判断-1 一对平行轴

5、外啮一对平行轴外啮合齿轮，其两轮转向合齿轮，其两轮转向相反，故用方向相反相反，故用方向相反的箭头表示。的箭头表示。转向的判断-2 一对平行轴内啮一对平行轴内啮合齿轮，其两轮转向合齿轮，其两轮转向相同，故用方向相同相同，故用方向相同的箭头表示。的箭头表示。转向的判断-3 一对圆锥齿轮传动时，一对圆锥齿轮传动时，在节点具有相同速度，故表在节点具有相同速度，故表示转向的箭头或同时指向节示转向的箭头或同时指向节点，或同时背离节点。点，或同时背离节点。转向的判断-4 蜗轮的转向不仅与蜗蜗轮的转向不仅与蜗杆的转向有关，而且与螺杆的转向有关，而且与螺旋线方向有关，可借助于旋线方向有关，可借助于右手定则或左手

6、定则判断。右手定则或左手定则判断。判定蜗杆或蜗轮的旋向：将蜗轮或蜗杆的轴线竖起，螺旋判定蜗杆或蜗轮的旋向：将蜗轮或蜗杆的轴线竖起，螺旋线右面高为右旋，左面高为左旋。线右面高为右旋，左面高为左旋。右旋蜗杆右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的切向速：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的切向速 度度vp2的方向与拇指指向相同。的方向与拇指指向相同。传动比计算令令76655433221,zzzzzzzzzzz表示各齿轮的齿数表示各齿轮的齿数令令76655433221,nnnnnnnnnnn表示各轮的转速表示各轮的转速由图可以看到由图可以看到66553322,nnnnnnnn传动比计算各对啮合齿轮

7、的传动比数值为各对啮合齿轮的传动比数值为122112zznni；23323223zznnnni34434334zznnnni；455445zznni；56656556zznnnni；67767667zznnnni 设与轮设与轮1固联的轴为输入轴，与轮固联的轴为输入轴，与轮7固联的轴为固联的轴为输出轴，则输入轴和输出轴的传动比数值为：输出轴，则输入轴和输出轴的传动比数值为：6543217654326756453423127665544332217117zzzzzzzzzzzziiiiiinnnnnnnnnnnnnni(2)传动比计算65432176543267564534231276655443

8、32217117zzzzzzzzzzzziiiiiinnnnnnnnnnnnnni 上式表明，定轴轮系传动比的数值等于组成该轮系的上式表明，定轴轮系传动比的数值等于组成该轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于各对啮合齿轮中所各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于各对啮合齿轮中所有有从动轮齿数的乘积从动轮齿数的乘积与与所有主动轮齿数乘积所有主动轮齿数乘积之比。之比。 齿轮齿轮4只起到改变传动方向作用，对总只起到改变传动方向作用，对总传动比无影响，称为传动比无影响，称为惰轮或过桥齿轮惰轮或过桥齿轮。(2)传动比计算 推广到一般情况，设轮推广到一般情况，设轮1为起始主动轮，轮为起始主动轮，轮k为最末从

9、为最末从动轮，则定轴轮系始末两轮传动比数值计算的一般公式为：动轮，则定轴轮系始末两轮传动比数值计算的一般公式为KKKzzzzzzzzKKnni积间所有主动轮齿数的乘至轮轮积间所有从动轮齿数的乘至轮轮(3)传动比计算方向表达方向表达 当起始主动轮当起始主动轮1和最末从动轮和最末从动轮k的轴线相平的轴线相平行时，两轮转向的同异可用传动比的正负表示。转向行时，两轮转向的同异可用传动比的正负表示。转向相同为相同为“”，反之为，反之为“”，因此，平行两轴间的，因此，平行两轴间的定轴轮系传动比计算公式为：定轴轮系传动比计算公式为： 而对于始末两轴方向不平行的情况，方向只能用箭而对

10、于始末两轴方向不平行的情况，方向只能用箭头表示。头表示。 132143211KKKKzzzzzzzznni(4)传动比计算方向表达方向表达 对于所有齿轮轴都平行的轮系对于所有齿轮轴都平行的轮系主动轮齿数的连乘积从动轮齿数的连乘积mkkknni1111m指轮系中外啮合齿轮的对数指轮系中外啮合齿轮的对数 当当 为奇数时，为奇数时， 的符号为负，说明首的符号为负，说明首末两轮（即齿轮末两轮（即齿轮1和和k）的转向相反；反之，当）的转向相反；反之，当 为偶数时，为偶数时， 的符号为正，说明首末两轮的转向相的符号为正，说明首末两轮的转向相同。同。 ki1mmki1(5)周转轮系及其传动比周转轮系及其传动

11、比 与定轴轮系不同，至少有一个齿轮的几何轴线绕另与定轴轮系不同，至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动的轮系，称为一齿轮的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系周转轮系。行星轮：行星轮：轴线位置变动的齿轮称为行星轮。轴线位置变动的齿轮称为行星轮。行星架或转臂：行星架或转臂：支持行星轮自转和公转的构件称为行星架或转臂支持行星轮自转和公转的构件称为行星架或转臂中心轮或太阳轮：中心轮或太阳轮：轴线位置固定的齿轮称为中心轮或太阳轮。轴线位置固定的齿轮称为中心轮或太阳轮。由行星轮、支持它的行星架、与行星轮相啮合的两个（有时只有一个）中心轮及机架构成。差动轮系 行星轮系差动轮系两个中心轮都能转动；两个

12、中心轮都能转动；活动构件活动构件n=4, PL=4, PH=2机构的自由度机构的自由度:F=3n-2PL-PH=2实现确定运动，需要两实现确定运动，需要两个原动件。个原动件。行星轮系只有一个中心轮能转动，只有一个中心轮能转动，该机构活动构件该机构活动构件 n=3,PL=3、PH=2,机构的自由度：机构的自由度：F=3n-2PL-PH=1实现确定运动需要一个实现确定运动需要一个原动件。原动件。反转法原理：反转法原理：使行星架固定不动，使行星架固定不动，并保持周转轮系中各个构件之间的相并保持周转轮系中各个构件之间的相对运动不变，则周转轮系转化为一个对运动不变，则周转轮系转化为一个假想的定轴轮系，该

13、定轴轮系称为转假想的定轴轮系，该定轴轮系称为转化轮系。并通过求其传动比，得出周化轮系。并通过求其传动比，得出周转轮系传动比。转轮系传动比。 设设 为行星架为行星架H的转速，给整个轮系加上一个的转速，给整个轮系加上一个 - 的转速时，轮的转速时，轮系中各构件的转速为：系中各构件的转速为：HnHn构件原来的转速转化轮系中的转速构件原来的转速转化轮系中的转速132H1n2n3nHnHHnnn11HHnnn22HHnnn330HHHHnnn根据传动比定义求出传动比根据传动比定义求出传动比当始末齿轮与行星架的轴线平当始末齿轮与行星架的轴线平行时，由定轴轮系传动比计算行时，由定轴轮系传动比计算公式可得：公

14、式可得：Hn1Hn3Hn2HHHHHnnnnnni313113 2132313113zzzznnnnnniHHHHH其中，首末齿轮其中，首末齿轮G、K及行星架及行星架H的轴线都必须平行，上的轴线都必须平行，上式才成立。式才成立。假设假设 和和 为周转轮系中任意两个齿轮为周转轮系中任意两个齿轮G和和K的转速，的转速， 为行星架为行星架H的转速，则的转速，则GnKnHn(6)复合轮系及其传动比复合轮系及其传动比复合轮系复合轮系 由几个基本周转轮系或定轴轮系和周转轮系由几个基本周转轮系或定轴轮系和周转轮系组合而成的轮系。组合而成的轮系。复合轮系传动比计算方法复合轮系传动比计算方法1) 分离各个基本周

15、转轮系和定轴轮系；分离各个基本周转轮系和定轴轮系；2) 分别计算各个基本周转轮系和定轴轮系的传动比；分别计算各个基本周转轮系和定轴轮系的传动比；3) 最后联立解出所要求的传动比。最后联立解出所要求的传动比。复合轮系传动比计算举例举例 如图所示，已知各轮齿数为：。求Hizzzzzzz1543322178,3018,78,21,52,24解：解：在该轮系中，双联齿轮在该轮系中，双联齿轮 的几何轴线是绕着齿轮的几何轴线是绕着齿轮1和和3的轴线的轴线转动的，是行星轮。支持它运动的转动的，是行星轮。支持它运动的构件构件H就是行星架；齿轮就是行星架；齿轮1和齿轮和齿轮3是两个中心轮。因此齿轮是两个中心轮。

16、因此齿轮1、 、3和行星架和行星架H构成差动轮系。剩下构成差动轮系。剩下的的 、4、5构成定轴轮系。构成定轴轮系。22322举例举例差动轮系中：差动轮系中：定轴轮系中：定轴轮系中： 211692132313113zzzznnnnnniHHHHH2116931HHnnnnHnnn31331353 313355335zznni211693131HHHnnnn2116916311Hnn9 .4311HHnni轮系的应用轮系的应用 轮系广泛应用于各种机械中，利用它可以实现相距较远的两轴之间的传动、变速传动、获得大的传动比、合成运动和分解运动等特殊功能，达到工程目的。相距较远的两轴之间的传动 主动轴和从

17、动轴间的距离较远时，用轮系传动可以节省空间、材料。变速传动 主轴转速不变时，利用轮系可使从动轴获得多种工作转速。 I为动力输入轴，II为输出轴，4,6为滑移齿轮，A-B为牙嵌式离合器。该变速箱可使输出轴得到四档转速。获得大的传动比 采用行星轮系，只需很少几个齿轮，就可以获得很大传动比。当99,100,101,1003221zzzz时其传动比 可达10000，其计算如下：1Hi2132313113)(zzzznnnnnniHHHHH因 ，代入已知齿数值，上式变为：03n1001009910111Hnn1000010000111HHii或则合成运动和分解运动合成运动合成运动 是将两个输入运动合成为

18、一个输出运动。分解运动分解运动 是将一个输入运动分解为两个输出运动。合成运动和分解运动都可用差动轮系实现。合成运动举例 如图所示，最简单的用作合成运动的差动轮系，其中31zz 1)(13313113zznnnnnniHHHHH故312nnnH 这种合成作用在机床、计算机构和补偿装置中得到广泛的应用。分解运动举例 齿轮5所在轴为动力轴，齿轮1、3所在轴为输出轴，齿轮1、2、3与行星架4组成差动轮系，与合成运动的差动轮系机构完全相同，则3142nnn C为左右两轮的瞬时回转中心，则Brrrrnnss 3131。和，则可求出和、已知314nnrBn几种特殊的行星传动简介几种特殊的行星传动简介 除以上介绍的一般行星轮系外，工程上还常使用以下三种特殊行星轮系。1. 渐开线少齿差行星传动渐开线少齿差行星传动2. 摆线针行星传动摆线针行星传动3. 谐波齿轮传动谐波齿轮传动渐开线少齿差行星传动渐开线少齿差行星传动 由固定内齿轮（中心轮）1、行星轮2、行星架H(输入轴）、输出轴V。轴V