5齿轮系及其设计.ppt

1、齿轮系,5齿轮系及其设计,5-1 定轴齿轮系及其传动比 5-2 周转齿轮系及其传动比 5-3 复合齿轮系及其传动比 5-4 齿轮系的功用 5-5 新型行星传动简介,华中科技大学,汽车转弯,华中科技大学,指南车,华中科技大学,计算机光驱,齿轮系：由一系列齿轮组成的传动称为齿轮系,定轴轮系,周转轮系,华中科技大学,定轴轮系与周转轮系的区别,复合轮系,齿轮系的传动比： 轮系中首末两轮的角速度之比， 包括计算传动比大小和确定首末两轮的转向关系。,5-1 定轴齿轮系及其传动比,1、定轴齿轮系： 齿轮系传动过程中，其各齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定不变的。,2、传动比大小及方向的确定,例：设轮1为首轮

2、，轮5为末轮，已知各轮齿数为 z1，z2，z5，求传动比i15 .,解：,Z3：仅改变转向，惰轮,3.首、末两轮转向关系的确定（与齿轮传动类型有关）,1）全部由平行轴圆柱齿轮组成的定轴齿轮系，可在传动比计算公式的齿数比前乘以（-1）m，m为外啮合齿轮的对数。,2）轮系中首、末两轮的轴线不平行时，采用打箭头的方式确定转向关系。,华中科技大学,问题：大传动比传动,例： 钟表传动示意图如下。E为擒纵轮，N为发条盘，S、M及H各为秒针、分针及时针。设Z1=72， Z2=12， Z2=64 ， Z3=8， Z3=60 ， Z4=60， Z5 =6， Z2=8， Z6=24， Z6=6，问Z4、Z7各为多

3、少？,解：(1) 走秒传动，由轮1，2(2)，3(3),4组成定轴轮系 得,（a）,(2) 走分传动，由轮1，2组成定轴轮系，得,（b）,(3) 走时传动，由轮1，2（2），6（6），7组成定轴轮系，得,（c）,故,故,本题为分路传动的定轴轮系。 各路的首末两轮的转向关系用传动比正、负号表示，并可直接用外啮合的数目m来确定，即（-1）m。,华中科技大学,输入、输出轮的轴线不平行的情况,5-2 周转齿轮系及其传动比,周转齿轮系：在齿轮运转时，其中至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的几何轴线运动的齿轮系称为周转齿轮系,1、周转齿轮系的特点 由行星轮、中心轮、转臂和机架组成。行星轮绕自身几何轴线回转

4、（自转），同时随转臂绕中心轮轴线回转（公转）。,1,3,2,中心轮,行星轮,转臂,华中科技大学,2K-H型周转轮系转化机构的传动比,华中科技大学,周转轮系的 转化机构,周转轮系,华中科技大学,2、周转齿轮系传动比的计算（反转法）,转化齿轮系的传动比就可以按定轴 齿轮系传动比求解：,假定转向相同,注意i1kH与i1K的区别,对上式作以下说明：,1）只适用于转化齿轮系的首末轮的回转轴线平行（或重合）的周转齿轮系。,2）齿数比前一定有“+”或“”号。其正负号判定，可将转臂H视为静止，然后按定轴齿轮系判别主从动轮转向关系的方法确定。,3）注意1 、 k 、 H 应分别用正负号代入（推导时假定三者同向）

5、；,4）1 、 k 、 H 三个量，须知其中任意两个角速度的大小和转向，才能确定第三个角速度的大小和转向；,一般计算公式：,华中科技大学,例：z1=28，z2=18， z2=24，z3=70求： i1H,例：已知齿数z1=30， z2=20， z2= z3 = 25， n1=100r/min， n3=200r/min。 求nH。,解：,1） n1与n3 同向， n1=100r/min n3=200r/min代入，可得,nH=-100r/min,nH=700r/min,可得,所求转速的方向，须由计算结果得正负号来决定，决不能在图形中直观判断！,2） n1与n3 反向，即用 n1=100r/min

6、，n3= -200r/min代入，,F=1的行星齿轮系（K轮固定）将nk=0代入下式,可得,或 iH1=10000,可见行星轮系可实现很大的传动比。,故,例：已知齿数z1=100， z2=101， z2=100， z3 =99，,(一般用于减速传动),求,3.有多个行星轮的行星齿轮系,n4=0,5-3 复合齿轮系及其传动比,1、复合齿轮系：既含有定轴齿轮系，又含有行星齿轮系 ， 或者含有多个行星齿轮系的传动。,轮系的传动比：轮系中首轮与末轮的角速度的比值 传动比的计算内容包括：传动比的大小和齿轮的转向。,2 、复合齿轮系传动比的计算方法,2）分列方程,3）联立求解,1）分清轮系,首先找有特色的

7、齿轮-周转齿轮,1-2为两定轴轮系，2-3-4, H为行星轮系。,华中科技大学,2）分列方程,3）联立求解,d、 注意联立求解时，各单一轮系的转速之间的关系。,4）注意符号,1）分清轮系,a、齿数比连乘积前的符号；,b、已知转速应以代数量代入:即带“+”或“-” ；,c、求出的转速也带有符号，“+”表示与假定的正方向相同， “-”表示与假定的正方向相反；,已知：z1=30， z2=20， z2=30， z3 = 25， z4 = 100 n1=100r/min， 求i1H。,2）分列方程,3）联立求解：,1）分清轮系：,1-2为两定轴轮系，2-3-4, H为行星轮系。,（方向与n1同向）,华中

8、科技大学,蜗杆蜗轮简图,例 ：已知z1= 1(右旋), z1=101, z2=99, z4=100, z5=1(右旋), z5=100, z2= z4 , n1=100r/min，试求转臂H的转速nH。,解： 1、分清轮系,2、分列方程,3 联立求解,（方向与n2同向）,2-3-4, H为行星轮系； 1-2，1-5-5-4为两定轴轮系。,例：已知: z1=50，z2=100，z3 = z4 = 40, z4 =41, z5 =39, 求: i13 。,解:1、分清轮系:,3-4-4-5, 2(H)组成行星轮系;1-2组成两定轴轮系。,2、分列方程,3、 联立求解,(a),(b),改变齿数可实现

9、换向传动！,组合机床走刀机构,（方向与n1同向）,（方向与n1反向）,华中科技大学,例：z1=20，z2=30， z2=20， z3=40， z4=45， z4=44， z5=81， z6=80 求： i16,定轴,行星,两个轮系的关系,混合轮系的传动比,4,3K-H齿轮系,2K-H齿轮系,华中科技大学,如图(b), 1、2、2、3、H组成 F = 1的行星齿轮系,4,3K-H齿轮系,(a),齿轮3、2、2、4、H组成 F = 1的行星齿轮系,(b),华中科技大学,例：图示为电动三爪卡盘的传动轮系，已知Z1=6， Z2= Z2=25， Z3=57， Z4=56。试求传动比i14。,解：此轮系可

10、看作由轮1、2、3和行星架H组成的行星轮系及由轮4、2、2、3和行星架H组成的另一行星轮系组合而成。,（1）在1-2-3-H组成的行星轮系中，有：,华中科技大学,（2）在4-2-2-3-H组成的行星轮系中，有：,联立求解得：,图(a)1、2、2、3、H为行星齿轮系,(a),4、5、6、H为F = 1的行星齿轮系,(b),(c),华中科技大学,例：已知: z1=24，z2=33， z2=21, z3 =78, z3 =18, z4 = 30, z5 =78，转速n1=1500r/min. 求: n5 。,解: (1)分清轮系:1-2-2-3-H(5)组成周转轮系,3-4-5组成定轴轮系.,(2)

11、 分列方程,(3) 联立解方程,解得:,封闭式复合轮系,(n5与n1转向相同),5-4 齿轮系的功用,1、在体积较小及重量较轻的条件下，实现大功率传动,2、获得较大的传动比,3、用作运动的合成,或,或,Z1= Z3,广泛用于机床、计算装置、补偿调整装置中,华中科技大学,华中科技大学,4、用作运动的分解差速机构,求得,（a）,（b）,华中科技大学,汽车直行,汽车左转,华中科技大学,指南车,华中科技大学,5、实现变速传动,6、实现换向运动,华中科技大学,车床走刀丝杠三星轮换向机构,5-5 新型行星传动简介,一、渐开线少齿差行星传动： 行星轮与中心轮齿差小，输出运动为行星轮的绝对转动。,在2K-H行

12、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z2-z114，称为少齿差传动。传动比为：,华中科技大学,若z2-z11(称为一齿差传动)，z2100，则i1H100。,输出机构V,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V。,iH1=1/ i1H,= -z1 /(z2 - z1 ),称此种行星轮系为,K-H-V型。,华中科技大学,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，不仅轴向尺寸 大，而且不适用于有两个行星轮的场合，不实用。,当满足条件：,销孔和销轴始终保持接触。,四个圆心的连线构成一 平行四边形。,dh= ds + 2a,华中

13、科技大学,渐开线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z2-z1=14。,优点：,传动比大，一级减速i1H可达135，二级可达1000以上。,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1/3以上。,加工简单，装配方便。,效率较高。一级减速0.80.94,比蜗杆传动高。,缺点：,只能采用正变位齿轮传动，设计较复杂。,传递功率不大，N45KW。,径向分力大，行星轮轴承容易损坏。,华中科技大学,二、摆线针轮传动,结构特点： 行星轮齿廓曲线为摆线(称摆线轮)，固定轮采用针轮，,摆线轮,当满足条件： dh= ds + 2a,齿数差为: z2-z

14、1=1,销孔和销轴始终保持接触， 四个圆心的连线构成一 平行四边形。,华中科技大学,摆线针轮行星传动,华中科技大学,摆线针轮行星传动：中心轮为针齿行星轮齿廓为短幅外摆线。,华中科技大学,2,发生圆,外摆线： 发生圆2在导圆1(r1r2)上作纯滚动时，发生圆上点P的轨迹。,外摆线,齿廓曲线的形成,华中科技大学,a,o1,o4,o2,o3,o5,外摆线： 发生圆(r2)在导圆r1 (r2)上作纯滚动时，发生圆上点P的轨迹。,短幅外摆线： 发生圆在导圆上作纯滚动时，与发生圆上固联一点M的轨迹。,齿廓曲线： 短幅外摆线的内侧等距线(针齿的包络线)。,短幅外摆线,齿廓曲线,华中科技大学,优点：,传动比大

15、，一级减速i1H可达135，二级可达1000以上。,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1/3以上。,加工简单，装配方便。,效率较高。一级减速0.80.94,比蜗杆传动高。,华中科技大学,波发生器,刚轮,柔轮,三、谐波齿轮传动,工作原理：当波发生器旋转时，迫使柔轮由圆变形为椭圆，使长轴两端附近的齿进入啮合状态，而端轴附近的齿则脱开，其余不同区段上的齿有的处于逐渐啮入状态，而有的处于逐渐啮出状态。波发生器连续转动时，柔轮的变形部位也随之转动，使轮齿依次进入啮合，然后又依次退出啮合，从而实现啮合传动。,三个基本构件组成：波发生器(主动)、刚轮(固定)、

16、柔轮(输出)。,刚轮,波发生器,华中科技大学,谐波齿轮传动：,华中科技大学,转臂,优点：,传动比大，单级减速i1H可达50500；,同时啮合的齿数多，承载能力高；,传动平稳、传动精度高、磨损小；,在大传动比下，仍有较高的机械效率；,类型： 双波传动、 三波传动,零件数量少、重量轻、结构紧凑；,缺点：启动力矩较大、柔轮容易发生疲劳损坏、发热严重。,华中科技大学,谐波齿轮传动：由波发生器、刚轮和柔轮组成。,华中科技大学,华中科技大学,例图示轮系,若齿轮1每分钟转19转, z1=90, z2=60, z2=40, z3=30, z3=24, z4=18, z5=15, z5=30, z6=105, z6=35, z7=32, 求齿轮7转速大小及方向。,解： 3,4,5-5,6为行星轮系 1,2-2,3为定轴轮系 6,7为定轴轮系,华中科技大学,解： 3,4,5-5,6为行星轮系 i36=1-(z5z6/z3z5)=n3/n6=-57/48 1,2-2,3为定轴轮系