齒輪系及其設(shè)計(jì)

1、（九） 齒輪系及其設(shè)計(jì)1、本章的教學(xué)要求1）了解輪系的分類方法，能正確劃分輪系的類型。2）能正確計(jì)算定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系、復(fù)合輪系的傳動(dòng)比。3）對(duì)輪系的主要功用有較清楚的了解。2、本章講授的重點(diǎn)本章講授的重點(diǎn)是周轉(zhuǎn)輪系和復(fù)合輪系的傳動(dòng)比計(jì)算，以及輪系的功用。3、本章的教案安排本章講授5學(xué)時(shí)，安排了三個(gè)教案，其中習(xí)題課為1學(xué)時(shí)，且穿插在課堂教學(xué)中進(jìn)行。教案JY9-1(2) 1）教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法本講的主要內(nèi)容有輪系及其分類，定軸輪系的傳動(dòng)比。1、輪系的分類根據(jù)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)中齒輪軸線的空間位置是否固定，將輪系分為兩大類。 (1) 定軸輪系輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其中各齒輪軸線位置固定不動(dòng)，則稱之為定軸輪系。如圖1所

2、示。 圖1 定軸輪系 (2) 周轉(zhuǎn)輪系輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，至少有一個(gè)齒輪軸線的位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)，稱該輪系為周轉(zhuǎn)輪系。如圖2所示。周轉(zhuǎn)輪系還可根據(jù)基本構(gòu)件的不同分類。以K表示中心輪，以H表示系桿，則圖2所示輪系可稱為2K-H型周轉(zhuǎn)輪系，圖3所示輪系則稱為3K型周轉(zhuǎn)輪系。 圖2 周轉(zhuǎn)輪系圖3 3K型周轉(zhuǎn)輪系由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系或者由兩個(gè)以上的周轉(zhuǎn)輪系所組成的輪系,稱為混合輪系,如圖4所示。圖6-4 混合輪系2、定軸輪系的傳動(dòng)比 輪系傳動(dòng)比的計(jì)算包括兩方面的任務(wù)，一是確定輪系中首、末兩構(gòu)件之間傳動(dòng)比的大小，另一則是確定首、末構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系。如圖5所示為定軸輪系，其傳動(dòng)比大小的計(jì)算公式可

3、推導(dǎo)為：圖 5定軸輪系推廣到一般情形，設(shè)A為輸入軸，B為輸出軸，則定軸輪系傳動(dòng)比大小的計(jì)算公式為：平面定軸輪系和空間定軸輪系的傳動(dòng)比大小均可用上式計(jì)算，但轉(zhuǎn)向的確定有不同的方法。平面定軸輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系可用在上式右側(cè)的分式前加注(-1)m來(lái)表示，m為從輸入軸到輸出軸所含外嚙合齒輪的對(duì)數(shù)。若傳動(dòng)比的計(jì)算結(jié)果為正，則表示輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)向相同，為負(fù)則表示輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)向相反?？臻g定軸輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系則必須在機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖上用箭頭來(lái)表示。對(duì)于圓錐齒輪傳動(dòng)，表示方向的箭頭應(yīng)該同時(shí)指向嚙合點(diǎn)即箭頭對(duì)箭頭，或同時(shí)背離嚙合點(diǎn)即箭尾對(duì)箭尾，如圖6所示。對(duì)于蝸桿傳動(dòng)，可用左右手規(guī)則進(jìn)行判斷，用多媒體演示。當(dāng)定軸輪系中

4、含有空間輪系，且首、末構(gòu)件的軸線相平行時(shí)，在計(jì)算其傳動(dòng)比時(shí)可以在上式右側(cè)的分式前加注“”來(lái)表示首、末構(gòu)件的方向，“+”表示兩構(gòu)件的轉(zhuǎn)向相同，“-”則表示兩構(gòu)件的轉(zhuǎn)向相反。如圖6所示的輪系，其傳動(dòng)比的大小和方向可以表示為：Z1 Z3 Z2 圖6 圓錐齒輪傳動(dòng) i13 = n1/n2 =-Z3/Z1當(dāng)定軸輪系中含有空間輪系，且首、末構(gòu)件的軸線不相平行時(shí)，在計(jì)算其傳動(dòng)比時(shí)傳動(dòng)比的大小和方向應(yīng)分別表示，用上式表示傳動(dòng)比的大小，方向則用畫(huà)箭頭的方法在圖上表示出來(lái)。對(duì)定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算進(jìn)行小結(jié)，舉三個(gè)例子：其一是平面定軸輪系；其二當(dāng)定軸輪系中含有空間輪系，且首、末構(gòu)件的軸線相平行時(shí)；其三是當(dāng)定軸輪系中含

5、有空間輪系，且首、末構(gòu)件的軸線不相平行時(shí)。 2）教學(xué)手段本講利用多媒體的圖形顯示和動(dòng)態(tài)演示來(lái)介紹輪系的定義及其分類，利用黑板推出定軸輪系的傳動(dòng)比，小結(jié)的內(nèi)容由屏幕顯示。舉例時(shí)，采用啟發(fā)討論的方法。3）注意事項(xiàng) 注意使學(xué)生掌握傳動(dòng)比的大小和方向。教案JY9-2(2) 1）教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法本講的主要內(nèi)容有周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算和復(fù)合輪系的傳動(dòng)比的計(jì)算，這也是本章的重點(diǎn)內(nèi)容。1、 周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比在作周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算之前，應(yīng)先對(duì)周轉(zhuǎn)輪系的組成作一介紹：太陽(yáng)輪、行星輪、行星架、基本構(gòu)件,它們的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，基本構(gòu)件的同心條件，行星輪系和差動(dòng)輪系。周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比不能直接計(jì)算，可將整個(gè)周轉(zhuǎn)輪系加上一個(gè)與系

6、桿H 的轉(zhuǎn)速大小相等、方向相反的公共轉(zhuǎn)速(-H)使其轉(zhuǎn)化為假想的定軸輪系，如下圖所示，轉(zhuǎn)化前后各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速見(jiàn)表1。 a） 周轉(zhuǎn)輪系 b） 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu) 既然周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)為一定軸輪系，因此轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中輸入軸和輸出軸之間的傳動(dòng)比可用定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法求出，轉(zhuǎn)向也可用定軸輪系的判斷方法確定。即 應(yīng)用上式時(shí)應(yīng)注意： 1)上式只適用于輸入軸、輸出軸軸線與系桿H 的回轉(zhuǎn)軸線重合或平行時(shí)的情況。 2)式中“”號(hào)的判斷方法同定軸輪系的傳動(dòng)比的正、負(fù)號(hào)判斷方法相同。 3)將A、K、H 的數(shù)值代入上式時(shí)，必須同時(shí)帶“”號(hào)。 對(duì)于差動(dòng)輪系，給定A、K、H 中的任意兩個(gè)，便可由上式求出第三個(gè)，從而求出任意兩個(gè)之

7、間的傳動(dòng)比。對(duì)于行星輪系，可由上式求出主、從動(dòng)軸之間的傳動(dòng)比。可舉三個(gè)例題與學(xué)生一起討論求解：傳動(dòng)比為萬(wàn)分之一的行星輪系；差動(dòng)輪系的傳動(dòng)比，主要講解帶入A、K、H 的數(shù)值時(shí)，必須同時(shí)帶“”號(hào)；由圓錐齒輪組成的周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比，主要講解齒數(shù)比前“”號(hào)的情況及其轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法求解周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算的限制條件。2、混合輪系的傳動(dòng)比計(jì)算混合輪系的傳動(dòng)比必須首先分清組成它的定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系，再分別用定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)算公式寫(xiě)出算式，然后根據(jù)這些輪系的組合方式聯(lián)立解出所求的傳動(dòng)比,因此計(jì)算混合輪系傳動(dòng)比的首要問(wèn)題是如何正確劃分混合輪系中的定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系，而其中關(guān)鍵是找出各個(gè)周轉(zhuǎn)輪系。找周轉(zhuǎn)輪系

8、的方法是：先找行星輪，支持行星輪的是系桿H，而與行星輪相嚙合的定軸齒輪就是中心輪。一個(gè)輪系中有幾個(gè)行星架，就包含了幾個(gè)簡(jiǎn)單的周轉(zhuǎn)輪系，其余部分就是定軸輪系。要注意：有幾個(gè)簡(jiǎn)單的周轉(zhuǎn)輪系，就得建立幾個(gè)方程，然后分別一一計(jì)算，最后聯(lián)立求解?？蛇x舉幾個(gè)例題與學(xué)生一起討論：串聯(lián)式、封閉式、3K機(jī)構(gòu)，若時(shí)間不夠，其余例題留下次課講述。 2）教學(xué)手段本講主要是利用多媒體的模型及其動(dòng)態(tài)演示，在黑板上進(jìn)行分析講解，關(guān)于傳動(dòng)比的計(jì)算注意事項(xiàng)及結(jié)論在多媒體上用文字顯示出來(lái)。3）注意事項(xiàng)對(duì)于周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比要提示學(xué)生區(qū)別i1n與iH1n ，加深學(xué)生對(duì)重要概念的理解；掌握周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法解題的特點(diǎn)及應(yīng)用的范圍。對(duì)于

9、復(fù)合輪系，要講清劃分輪系的方法，使學(xué)生掌握此內(nèi)容。教案JY9-3(2) 1）教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法本講的主要內(nèi)容是輪系的功用及其它行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介。在介紹輪系的功用時(shí)要穿插有關(guān)例題的講解。1、輪系的功用（1）、實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的兩軸之間的傳動(dòng)如圖1所示用四個(gè)小齒輪代替一對(duì)大齒輪實(shí)現(xiàn)嚙合傳動(dòng)，既節(jié)省空間、材料，又方便制造、安裝。 圖1 （2）、實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)如圖2是一滾齒機(jī)床的刀具與工件的分路傳動(dòng)圖。 圖2（3）、實(shí)現(xiàn)變速變向傳動(dòng)如圖3是一汽車(chē)三軸四速變速箱傳動(dòng)圖。 圖3（4）、實(shí)現(xiàn)大速比和大功率傳動(dòng) 由上一講的萬(wàn)分之一行星輪系傳動(dòng)比的例子說(shuō)起。（5）、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解在機(jī)床、汽車(chē)、補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中均有應(yīng)用。并

10、以汽車(chē)的差速器為例進(jìn)行講解。同時(shí)向?qū)W生提出以下兩個(gè)問(wèn)題，以培養(yǎng)學(xué)生深入觀察分析問(wèn)題的能力。 當(dāng)汽車(chē)一側(cè)后輪陷于泥潭或被懸空時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？有何缺點(diǎn)？如何解決？ 人力三輪車(chē)在行駛時(shí)，為什么會(huì)出現(xiàn)跑偏（自動(dòng)轉(zhuǎn)彎）現(xiàn)象？（因人力三輪車(chē)的后輪軸上無(wú)差速器，為解決在轉(zhuǎn)彎時(shí)兩后輪應(yīng)以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的需要，其后輪是單側(cè)驅(qū)動(dòng)的，即兩后輪一為驅(qū)動(dòng)輪，另一為空套在后軸上的隨動(dòng)輪）2、其他行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介（1） 漸開(kāi)線少齒差行星傳動(dòng) 漸開(kāi)線少齒差行星傳動(dòng)的基本原理如圖4所示。 圖4 漸開(kāi)線少齒差行星傳動(dòng)這種輪系的傳動(dòng)比用下式計(jì)算： （2） 諧波齒輪傳動(dòng)（用多媒體演示諧波齒輪傳動(dòng)）諧波齒輪傳動(dòng)和漸開(kāi)線少齒差行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式一樣： （3） 擺線針輪行星傳動(dòng) 擺線針輪行