機械原理：第21章 輪系機構(gòu)

輪系機構(gòu)課程研究內(nèi)容機構(gòu)的組成原理機構(gòu)系統(tǒng)的分析與設(shè)計

機械動力學常用機構(gòu)的分析與設(shè)計

連桿機構(gòu)齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)輪系機構(gòu)其他機構(gòu)第一章第二章~第六章第七章第八章第21章輪系機構(gòu)21.0輪系簡介21.1

輪系的類型21.2輪系的傳動比計算

21.2.1定軸輪系的傳動比計算

21.2.2周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算

21.2.3混合輪系的傳動比計算齒輪機構(gòu)輪系輪系：由一對以上的齒輪組成的齒輪系統(tǒng)。傳動比一般不大于5-7可實現(xiàn)較大的傳動比21.0輪系簡介輪系的功用：用于原動機和執(zhí)行機構(gòu)之間的運動和動力傳遞。原動機減速裝置執(zhí)行機構(gòu)輪系

根據(jù)輪系在運轉(zhuǎn)過程中，各齒輪的幾何軸線在空間的相對位置是否變化，可以將輪系分為三大類：1定軸輪系2周轉(zhuǎn)輪系3混合輪系21.1輪系的分類

1定軸輪系：輪系運轉(zhuǎn)過程中，所有齒輪軸線的幾何位置都相對機架固定不動。平面定軸輪系：各齒輪在同一個平面或互相平行的平面內(nèi)運動。特點：均是由圓柱齒輪組成，各齒輪軸線平行。輸入輸出輸出空間定軸輪系：并不是所有的齒輪均在同一個平面或互相平行的平面內(nèi)運動。特點：其中至少包含一對蝸輪蝸桿或圓錐齒輪。2周轉(zhuǎn)輪系:輪系在運轉(zhuǎn)過程中，至少有一個齒輪軸線的幾何位置不固定，而是繞著其它定軸齒輪的軸線回轉(zhuǎn)。2——行星輪H——系桿（轉(zhuǎn)臂）3——中心輪K1——中心輪（太陽輪）K基本構(gòu)件特點：系桿H與兩個中心輪繞互相重合的軸線轉(zhuǎn)動。雙排2K－H型3K型單排2K－H型根據(jù)基本構(gòu)件不同基本型復合型：3K型單排2K-H型雙排2K-H型差動輪系（F＝2）兩個中心輪均為活動構(gòu)件。行星輪系（F＝1）其中一個中心輪固定不動?；拘椭苻D(zhuǎn)輪系按F不同可分為：行星輪系和差動輪系。定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系3混合輪系：輪系中既包含定軸輪系又包含周轉(zhuǎn)輪系，或由幾個周轉(zhuǎn)輪系組成。周轉(zhuǎn)輪系I周轉(zhuǎn)輪系II輪系調(diào)研資料展示周轉(zhuǎn)輪系的功用錄像(4:48-12:00)航空發(fā)動機運動的分解與合成旋輪線輪系的傳動比：

傳動比的大小輸入、輸出軸的轉(zhuǎn)向關(guān)系21.2輪系傳動比計算

外嚙合內(nèi)嚙合齒輪機構(gòu)的傳動比平面齒輪機構(gòu)注：可用“+”、“-”號表示方向。注：用箭頭表示方向?？臻g齒輪機構(gòu)21.2.1定軸輪系的傳動比計算

求：21.2.1定軸輪系的傳動比計算

求：大?。浩矫娑ㄝS輪系（各齒輪軸線相互平行）惰輪轉(zhuǎn)向的確定空間定軸輪系（輸入軸與輸出軸軸線平行）傳動比方向判斷：畫箭頭表示：在傳動比大小前加正負號空間定軸輪系（輸入軸與輸出軸軸線不平行）傳動比方向判斷表示畫箭頭定軸輪系的傳動比

大?。恨D(zhuǎn)向：法（只適合所有齒輪軸線都平行的情況）畫箭頭法（適合任何定軸輪系）結(jié)果表示：±（輸入、輸出軸平行）圖中畫箭頭表示（其它情況）

例題

圖示為一鐘表機構(gòu)。已知：z1=8，z2=60，z3

=8，z7=12，z5=15；各齒輪的模數(shù)均相等。求齒輪4，6，8的齒數(shù)。解

由秒針S到分針M的傳動路線所確定的定軸輪系為1(S)－2(3)－4(M)，其傳動比是

由分針M到時針H的傳動路線所確定的定軸輪系為5(M)－6(7)－8(H)，其傳動比是

輪系5－6－7－8中，有(1)(2)(3)

聯(lián)立式(1)、(2)和(3)，解得：z4=64，z5=45，z8

=4821.2.2周轉(zhuǎn)輪系的傳動比

能否按照定軸輪系傳動比計算公式進行計算？截取北航課件行星輪系動畫，插入在此處。截取北航課件行星輪系動畫，插入在此處。w

H-w

H周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機構(gòu)周轉(zhuǎn)輪系w

H-

w

H=0假想定軸輪系“-”的意義？注：表達式中w1、wn、wH帶正負號的代數(shù)量。若基本構(gòu)件的實際轉(zhuǎn)速方向相反，則w的正負號應該不同。周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算公式1）對差動齒輪：2）對行星齒輪：推廣到一般情況：注意事項：（1）該式僅僅適用于G、K和

H三者軸線平行（或重合）的情況。（2）式中的“

”不表示周轉(zhuǎn)輪系中的G輪和K輪的實際轉(zhuǎn)向關(guān)系。（3）ωG

、

ωK

、

ωH

三個參數(shù)均為代數(shù)值，用該式計算時，必須注意已知數(shù)值的正、負號。例1：z1=15，z2=25，z2’=20，z3=60

求：i1H？試判斷H為輸入構(gòu)件時，該輪系是減速還是增速？解：增速。，，

例題在如圖所示的輪系中，已知：z1=30，z2=25，z2=20，z3=75；齒輪1的轉(zhuǎn)速為210r/min（箭頭向上），齒輪3的轉(zhuǎn)速為54r/min（箭頭向下），求行星架轉(zhuǎn)速的大小和方向。解：負號表示nH

的轉(zhuǎn)向與n1

相反，與n3相同。，，

例題在如圖所示的輪系中，已知：z1=20，z2=24，z2=30，z3=40；n1=200r/min，n3=100r/min，

n1與n3的轉(zhuǎn)向相反。求nH

。解：負號表示nH

的轉(zhuǎn)向與n1

相反，與n3相同。?正確解答：周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算方法周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機構(gòu)：假想的定軸輪系計算轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比計算周轉(zhuǎn)輪系傳動比-

w

H上角標H正負號問題例2：z1=18，z2=36，z2’=33，z3=90

z4=87。求：i14解：對于行星輪系1-2-3-H對于行星輪系4-2`-2-3-H最后可得總傳動比為例3：z1=z2=48，z2’=18,z3=24，w1=250rad/s，w3=100rad/s，方向如圖所示。求：wH2H2‘31例3：z1=z2=48，z2’=18,z3=24，w1=250rad/s，w3=100rad/s，方向如圖所示。求：wH2H2‘31解：討論：能否用公式表示齒輪1和齒輪2的關(guān)系？?21.2.3混合輪系的傳動比計算

混合輪系傳動比的求解方法：將混合輪系分解為幾個基本輪系；分別計算各基本輪系的傳動比；尋找各基本輪系之間的關(guān)系；聯(lián)立求解?；据喯档膭澐中行禽喯禇U中心輪周轉(zhuǎn)輪系定軸輪系例4：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，

z5=81，z6=80求：i16122‘344‘56H例4：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，

z5=81，z6=80求：i16122‘344‘56H對于定軸齒輪機構(gòu)1-2有：解：例4：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，

z5=81，z6=80求：i16122‘344‘56H對于定軸齒輪機構(gòu)1-2有：對于行星輪系5-4-4’-6-H有：解：例4：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，

z5=81，z6=80求：i16122‘344‘56H對于定軸齒輪機構(gòu)1-2有：對于行星輪系5-4-4’-6-H有：又有：解：得：例5：如圖為某渦輪螺旋槳發(fā)動機減速器，已知發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速，各輪齒數(shù)計算螺旋槳的轉(zhuǎn)速，并判斷轉(zhuǎn)向（與同向還是反向）例5：如圖為某渦輪螺旋槳發(fā)動機減速器，已知發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速，各輪齒數(shù)計算螺旋槳的轉(zhuǎn)速，并判斷轉(zhuǎn)向（與同向還是反向）解：如圖可知，齒輪1、2、3和系桿H組成一差動輪系，齒輪3`、4、5組成定軸輪系對于差動輪系1-2-3-H例5：如圖為某渦輪螺旋槳發(fā)動機減速器，已知發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速，各輪齒數(shù)計算螺旋槳的轉(zhuǎn)速，并判斷轉(zhuǎn)向（與同向還是反向）解：如圖可知，齒輪1、2、3和系桿H組成一差動輪系，齒輪3`、4、5組成定軸輪系對于差動輪系1-2-3-H對于定軸輪系3`-4-5由于則由為“+”，知與轉(zhuǎn)向相同輪系的功用輪系的功用一對齒輪:i<8輪系的傳動比i可達很大值。

1）獲得較大的傳動比大傳動比行星輪系視頻：實現(xiàn)大傳動比取

z1=z2

=100,z2=99,z3

＝101，則：2）實現(xiàn)變速換向傳動

在主動軸轉(zhuǎn)速不變的條件下，利用輪系可以使從動輪獲得若干種轉(zhuǎn)速或改變輸出軸的轉(zhuǎn)向，這種傳動稱為變速換向傳動。汽車齒輪變速箱傳動示意圖3）實現(xiàn)分路傳動

當輸入軸轉(zhuǎn)速一定時，利用定軸輪系使一個輸入轉(zhuǎn)速同時傳到若干個輸出軸上，獲得所需的各種轉(zhuǎn)速，這種傳動稱為分路傳動。輸入輸出輸出輸出4）實現(xiàn)運動的合成兩個輸入，一個輸出運動合成差動輪系用于運動合成5）實現(xiàn)運動的分解一個輸入，兩個輸出運動分解汽車后橋差速器汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)5）實現(xiàn)運動的分解獲得較大的傳動比實現(xiàn)變速換向傳動實現(xiàn)分路傳動實現(xiàn)運動的合成實現(xiàn)運動的分解小結(jié)輪系的功用：5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計及各輪齒數(shù)的確定

在設(shè)計周轉(zhuǎn)輪系時，除了各輪齒數(shù)的確定除了滿足單級齒輪傳動齒數(shù)選擇的原則外，還必須滿足傳動比條件、同心條件、裝配條件以及鄰接條件。5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計及各輪齒數(shù)的確定現(xiàn)以基本型式的行星輪系為例討論。齒數(shù)與行星輪數(shù)的確定5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計及各輪齒數(shù)的確定1）傳動比條件2）同心條件

中心輪1和行星輪2組成外嚙合，中心輪3與行星輪2組成內(nèi)嚙合，同心條件就是要求這兩組傳動的中心距必須相等。5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計及各輪齒數(shù)的確定3）裝配條件

欲將行星輪均勻地分布安裝在中心輪的四周，則行星輪系中兩中心輪的齒數(shù)之和應能被行星輪數(shù)整除。5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計及各輪齒數(shù)的確定4）鄰接條件保證相鄰兩個行星輪運動時齒頂不發(fā)生相互碰撞的條件。特殊輪系簡介漸開線少齒差行星傳動

擺線針輪行星傳動

諧波齒輪傳動其他輪系簡介視頻：漸開線少齒差行星傳動的運動過程（15秒）5.5其他輪系簡介1）漸開線少齒差行星齒輪傳動

少齒差行星齒輪系銷孔式輸出機構(gòu)原理圖5.5其他輪系簡介1）漸開線少齒差行星齒輪傳動2）擺線針輪傳動擺線針輪傳動原理圖5.5其他輪系簡介5.5其他輪系簡介視頻：擺線針輪行星傳動的運動過程（15秒）2）擺線針輪傳動3）諧波齒輪傳動組成：具有內(nèi)齒的剛輪、具有外齒的柔輪和波發(fā)生器H。通常將波發(fā)生器作為主動件，而剛輪和柔輪之一為從動件，另一個為固定件。5.5其他輪系簡介諧波齒輪傳動示意圖5.5