7-第六章1节轮系分类及其应用特点

7-第六章轮系第一节轮系分类及其应用特点在机械传动领域，单个齿轮副往往难以满足实际工作中对传动比、传动方向以及空间布局等多方面的复杂要求。此时，将一系列相互啮合的齿轮组合起来，便构成了所谓的“轮系”。轮系作为一种重要的传动装置，广泛应用于各种机械设备中，其性能直接影响整机的工作特性。对轮系进行科学分类，并深入理解各类轮系的应用特点，是合理设计和正确选用轮系的基础。一、轮系的分类轮系的种类繁多，分类方式也不尽相同。最常用的分类依据是轮系在运转过程中各齿轮轴线的相对位置是否固定。据此，轮系可分为两大类：定轴轮系和周转轮系。（一）定轴轮系当轮系运转时，若所有齿轮的几何轴线位置均固定不变，则该轮系称为定轴轮系，亦称为普通轮系。这是轮系中最为常见和简单的形式。在定轴轮系中，动力从主动轮输入，通过一系列相互啮合的齿轮传递，最终由从动轮输出。根据轮系中各齿轮的啮合方式和轴线是否平行，定轴轮系又可细分为平面定轴轮系（各齿轮轴线平行）和空间定轴轮系（包含相交轴或交错轴齿轮副，如锥齿轮、蜗杆蜗轮等）。（二）周转轮系与定轴轮系不同，周转轮系在运转时，至少有一个齿轮的几何轴线不是固定的，而是绕着另一齿轮的固定几何轴线回转，如同行星绕太阳运行一般。这种轴线可动的齿轮称为行星轮，支持行星轮运转的构件称为行星架（或转臂），而轴线固定且与行星轮相啮合的齿轮则称为中心轮（或太阳轮）。周转轮系根据其自由度的不同，又可进一步分为：1.行星轮系：自由度为1的周转轮系。这种轮系通常需要固定一个中心轮，当输入一个运动（如行星架或另一个中心轮的转动）时，整个轮系即有确定的运动。2.差动轮系：自由度为2的周转轮系。这种轮系需要两个独立的输入运动，才能使轮系具有确定的输出运动。在实际应用中，还常常出现由定轴轮系与周转轮系组合而成的轮系，或者由几个周转轮系组合而成的轮系，这类轮系通常称为复合轮系。对于复合轮系，分析时需先将其分解为各个基本轮系（定轴轮系或周转轮系），再分别进行计算。二、各类轮系的应用特点不同类型的轮系因其结构特性，在传动比、效率、结构紧凑性、功能实现等方面各具特点，从而决定了它们在不同场合的应用。（一）定轴轮系的应用特点定轴轮系的最大特点是结构简单，传动可靠，设计、制造和安装都比较方便。其主要应用特点如下：1.实现大传动比：通过多级齿轮的依次啮合，可以获得较大的传动比。例如，在机床的进给系统或某些减速装置中，常利用定轴轮系来实现低速输出。2.实现分路传动：利用定轴轮系可以将主动轴的运动和动力传递给多个从动轴，以带动不同的工作部件。如在机床主轴箱中，动力经主轴传入后，可通过不同的齿轮组合分传给进给系统、润滑系统等。3.实现变速传动：通过改变轮系中参与啮合的齿轮组合（如滑移齿轮、离合器等），可以实现在主动轴转速不变的情况下，从动轴获得多种不同的转速。汽车的手动变速箱就是典型的应用实例。4.实现运动的合成与分解（通常需配合其他机构）：虽然定轴轮系本身主要用于传递运动和动力，但其与其他机构（如凸轮机构、连杆机构）组合时，也能实现一定的运动合成与分解功能。5.改变从动轴的转向：通过改变齿轮的啮合方式（如增加惰轮），可以方便地改变从动轴的转动方向。定轴轮系的缺点是当传动比较大时，所需的齿轮对数增多，导致机构体积增大，结构不够紧凑，且效率可能有所降低。（二）周转轮系的应用特点周转轮系，特别是行星轮系，由于其独特的结构，具有许多定轴轮系无法比拟的优点：1.传动比大且结构紧凑：行星轮系可以在较小的结构尺寸下获得很大的传动比。这是因为行星轮在围绕中心轮公转的同时还进行自转，使得传动比的计算不仅与齿轮齿数有关，还与行星架的运动有关，从而可以用较少的齿轮实现大传动比。2.承载能力强，传动平稳：由于多个行星轮通常均匀分布在中心轮周围，能够共同承受载荷，使得每个齿轮所受的载荷较小，从而提高了整个轮系的承载能力。同时，多个行星轮的均匀分布也有助于平衡惯性力，减少振动和噪声，使传动更加平稳。3.运动形式多样：周转轮系可以实现运动的合成与分解。例如，汽车后桥的差速器就是一个典型的差动轮系，它能将发动机传来的动力分配给左右两个车轮，并允许左右车轮以不同的转速转动，以适应汽车转弯时内外轮行驶距离不同的需求。4.可实现同轴传动：输入轴和输出轴可以布置在同一条轴线上，使得结构更加紧凑，这在很多场合下是非常有利的。然而，周转轮系的结构相对复杂，零件数量较多，尤其是行星架的加工和装配要求较高，制造成本也相对较高。此外，其效率特性也较为复杂，在某些情况下可能会出现效率较低的情况。三、轮系的选择依据在实际机械设计中，选择轮系类型时，需要综合考虑以下因素：*传动比要求：所需传动比的大小是选择轮系类型的重要依据。大传动比时，行星轮系往往是更优选择。*结构空间限制：若对结构紧凑性要求较高，行星轮系通常比定轴轮系更具优势。*效率要求：一般情况下，定轴轮系的效率较高且稳定；行星轮系的效率则与其类型、传动比以及具体结构有关，需具体分析。*功能需求：是否需要实现运动的合成、分解、变速、换向等功能。*制造与成本：定轴轮系制造简单，成本较低；周转轮系结构复杂，成本较高。综上所述，轮系的分类是理解其工作原理和应用特性的基