《機(jī)械原理 第5版》 課件 07-輪系

第七章輪系及其設(shè)計(jì)機(jī)械原理本章內(nèi)容提要第二節(jié)定軸輪系的傳動(dòng)比第五節(jié)輪系的功用第六節(jié)行星輪系的效率計(jì)算第七節(jié)行星輪系的類型選擇及設(shè)計(jì)第一節(jié)輪系及其分類第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比第四節(jié)復(fù)合輪系的傳動(dòng)比由一系列相互嚙合的齒輪而組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為輪系。第一節(jié)輪系及其分類滾齒機(jī)工作臺(tái)傳動(dòng)行星輪系減速器輪系定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系復(fù)合輪系根據(jù)輪系中各齒輪軸線的位置是否固定來(lái)分類：輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各齒輪軸線的位置相對(duì)于機(jī)架都固定不動(dòng)，則該輪系稱為定軸輪系。

返回至少有一個(gè)行星輪的輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系。輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，既能自轉(zhuǎn)，又能公轉(zhuǎn)的齒輪稱為行星輪。返回由定軸輪系部分和周轉(zhuǎn)輪系部分組成的輪系或由幾個(gè)周轉(zhuǎn)輪系部分組成的輪系叫做復(fù)合輪系。返回一、輪系的傳動(dòng)比及表示方法1．輪系的傳動(dòng)比右圖所示定軸輪系的傳動(dòng)比為第二節(jié)定軸輪系的傳動(dòng)比2.嚙合齒輪轉(zhuǎn)向關(guān)系的表示方法兩輪軸線平行：兩輪軸線不平行：只能用畫(huà)箭頭的方法表示其轉(zhuǎn)向關(guān)系或用畫(huà)箭頭方法表示其轉(zhuǎn)向關(guān)系

（外嚙合轉(zhuǎn)向相反，內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)向相同）可用“±”號(hào)表示轉(zhuǎn)向關(guān)系（+——轉(zhuǎn)向相同，-——轉(zhuǎn)向相反）蝸輪蝸桿傳動(dòng)轉(zhuǎn)向關(guān)系的判定：右旋蝸桿用左手法則判斷左旋蝸桿用右手法則判斷

左（右）手握住蝸桿軸線，拇指自然伸直的方向表示蝸輪嚙合點(diǎn)的速度方向。左（右）手法則：

右圖為一定軸輪系，各輪齒數(shù)為z1

’z2

’z3

’z3'’z4

’z4'’z5

；各輪轉(zhuǎn)速為n1

’n2

’n3

’n3'’

n4’n4'’

n5

。二、定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算各對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)比為將上面四式連乘可得（

n3=n3',n4=n4')三、定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算公式③若各輪軸線不平行（一般輪系中有錐齒輪或蝸桿傳動(dòng)）時(shí)，不能用(-1)m來(lái)判斷轉(zhuǎn)向關(guān)系,只能用畫(huà)箭頭的方法來(lái)判斷其轉(zhuǎn)向關(guān)系。在應(yīng)用上式時(shí)請(qǐng)注意：①各輪主、從動(dòng)關(guān)系以G、K為輪系的首輪和末輪來(lái)區(qū)分。②若各輪軸線平行，可用(-1)m來(lái)判斷首輪和末輪轉(zhuǎn)向關(guān)系，m是外嚙合齒輪的對(duì)數(shù)；也可用畫(huà)箭頭的方法來(lái)判斷其轉(zhuǎn)向關(guān)系?！?/p>

齒輪2稱為惰輪或過(guò)橋齒輪（過(guò)輪或介輪）。例7-1

在圖示的定軸輪系中，已知z1=15，z2=25，z2′=z4=14，z3=24，z4'=20，z5=24，z6=40，z6'=2，z7=60；若n1=800r/min,求傳動(dòng)比i17、蝸輪7的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。各輪轉(zhuǎn)向如右圖所示。解：計(jì)算傳動(dòng)比的大小5四、應(yīng)用舉例一、周轉(zhuǎn)輪系的結(jié)構(gòu)組成

太陽(yáng)輪；行星架H

（轉(zhuǎn)臂或系桿）；行星輪；機(jī)架?；緲?gòu)件應(yīng)繞同一軸線回轉(zhuǎn)︸基本構(gòu)件第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比二、周轉(zhuǎn)輪系的類型1.根據(jù)自由度數(shù)來(lái)分

①差動(dòng)輪系——自由度為2

②行星輪系

——自由度為1圖a

F=3n-2PL-PH=3×4-2×4-2=2圖b

F=3n-2PL-PH=3×3-2×3-2=1a)b)2.根據(jù)基本構(gòu)件不同來(lái)分

①2K-H型如右圖所示②3K型

如右圖所示轉(zhuǎn)化后

相對(duì)于構(gòu)件H的定軸輪系叫做原周轉(zhuǎn)輪系的

轉(zhuǎn)化輪系（轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)）。三、周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比設(shè)想給整個(gè)輪系加上一個(gè)“-ωH”的轉(zhuǎn)動(dòng)。該轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式：轉(zhuǎn)化前后各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的通用計(jì)算公式：G——周轉(zhuǎn)輪系中的主動(dòng)輪；K——周轉(zhuǎn)輪系中的從動(dòng)輪；H——周轉(zhuǎn)輪系中的行星架。應(yīng)用上式時(shí)應(yīng)注意：

①由圓柱齒輪組成的周轉(zhuǎn)輪系可用(-1)m或畫(huà)箭頭確定；

②含有錐齒輪的周轉(zhuǎn)輪系，只能用畫(huà)箭頭的方法確定。6.轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比為正號(hào)的周轉(zhuǎn)輪系稱為正號(hào)機(jī)構(gòu)；為負(fù)號(hào)的周轉(zhuǎn)輪系稱為負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)。5.公式右邊的正負(fù)號(hào)按轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)處理：1.以G為首輪，K為末輪來(lái)判定各齒輪主、從動(dòng)關(guān)系。2.G輪、K輪、轉(zhuǎn)臂H三構(gòu)件軸線平行。

3.注意nG

、nH

、nK的大小與方向，它們均為代數(shù)值。

4.iGKH≠iGK。課堂小結(jié)1.定軸輪系傳動(dòng)比2.周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比主從動(dòng)輪的確定式中符號(hào)的確定轉(zhuǎn)速數(shù)值的代入輪系傳動(dòng)比公式轉(zhuǎn)向關(guān)系的判定（含空間齒輪時(shí)的轉(zhuǎn)向關(guān)系）例7-2

在右圖行星輪系中，各輪齒數(shù)z1=27，z2=17，z3=61，n1=6000r/min，求傳動(dòng)比i1H和轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速。在該輪系中，由于齒輪1、2和轉(zhuǎn)臂H三構(gòu)件的軸線平行，故可求n2。設(shè)n1轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，則

,

nH和n1轉(zhuǎn)向相同。

解：四、應(yīng)用舉例由得負(fù)號(hào)表示n2和n1轉(zhuǎn)向相反。n1為正值說(shuō)明1

、3兩輪轉(zhuǎn)向相同。(注意：此輪系行星輪轉(zhuǎn)速不能求)

例7-3

如圖所示輪系中，各輪齒數(shù)z3=z2'=60，z2=20，z1=30，

n3=60r/min，nH=180r/min，n3、nH轉(zhuǎn)向相同，求n1。解：

此輪系需用箭頭法確定式中正負(fù)號(hào)設(shè)n3轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，則

得n1=260

r/min一、復(fù)合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算思路（從復(fù)合輪系的組成來(lái)分析）二、復(fù)合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算步驟1.分析單一周轉(zhuǎn)輪系：2.分析定軸輪系。3.分別列方程，聯(lián)立求解。太陽(yáng)輪——行星輪——太陽(yáng)輪行星架第四節(jié)復(fù)合輪系的傳動(dòng)比聯(lián)立可得結(jié)果為負(fù)值，說(shuō)明齒輪1和轉(zhuǎn)臂H轉(zhuǎn)向相反。解：周轉(zhuǎn)輪系：2'——3——4

H三、應(yīng)用舉例

例7-4

如圖所示輪系中，各輪齒數(shù)為

z1=20，z2=40，z2'=20，z3=30，z4=80，求i1H。定軸輪系：1——2在周轉(zhuǎn)輪系中在定軸輪系中解上面兩方程可得結(jié)果為正值，說(shuō)明齒輪1和轉(zhuǎn)臂H轉(zhuǎn)向相同。解：周轉(zhuǎn)輪系：1——2=2′——3

H例7-5

在右圖所示的電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)減速器中，各輪齒數(shù)為z1=24，z2=52，z2'=21，z3=78，z3'=18，z4=30，z5=78，求i1H

。定軸輪系：3'——4——5在定軸輪系中在周轉(zhuǎn)輪系中課堂小結(jié)1.定軸輪系傳動(dòng)比含空間齒輪時(shí)轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定。2.周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比主從動(dòng)輪的確定，式中符號(hào)的確定，轉(zhuǎn)速數(shù)值的代入。3.復(fù)合輪系傳動(dòng)比基本輪系的劃分，基本方程的聯(lián)立。作業(yè)：11-11、11-17、11-18

用途⒈實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)傳遞，保證結(jié)構(gòu)緊湊⒉實(shí)現(xiàn)大功率傳遞，保證結(jié)構(gòu)緊湊⒊實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)⒋獲得大的傳動(dòng)比⒌實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)⒍實(shí)現(xiàn)換向運(yùn)動(dòng)⒎實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成⒏實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解第五節(jié)輪系的功用1.實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)傳遞，保證結(jié)構(gòu)緊湊2.實(shí)現(xiàn)大功率傳動(dòng)，保證結(jié)構(gòu)緊湊⑴周轉(zhuǎn)輪系用作動(dòng)力傳遞時(shí)，要采用多個(gè)行星輪，且均勻分布在太陽(yáng)輪四周。⑵周轉(zhuǎn)輪系（行星減速器）用作動(dòng)力傳遞時(shí)，一般采用內(nèi)嚙合齒輪，以提高空間的利用率和減小行星減速器的徑向尺寸。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)減速器3.實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)可以使一個(gè)主動(dòng)軸帶動(dòng)若干個(gè)從動(dòng)軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)。如圖所示為一滾齒機(jī)床的刀具與工件的分路傳動(dòng)圖。4.獲得大的傳動(dòng)比⑴采用定軸輪系，齒輪和軸的增多會(huì)使機(jī)構(gòu)趨于復(fù)雜。⑵采用行星輪系，很少幾個(gè)齒輪可得到很大的傳動(dòng)比。解：如右圖所示為一行星輪系，z1=100，z2=101，z2′=100，z3=99，其傳動(dòng)比iH1=？5.實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)第一檔

運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪1—2、5—6傳至Ⅱ軸；第二檔運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪1—2、3—4傳至Ⅱ軸；第三擋運(yùn)動(dòng)經(jīng)離合器A—B傳至Ⅱ軸；倒退擋運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪1—2、7—8—6傳至Ⅱ軸。如右圖所示為一汽車(chē)變速箱，四種轉(zhuǎn)速的運(yùn)動(dòng)傳遞路線為6.實(shí)現(xiàn)換向運(yùn)動(dòng)可在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)向不變的條件下改變從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向。如圖所示為車(chē)床上走刀絲桿的三星輪換向機(jī)構(gòu)。7.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成利用差動(dòng)輪系可將兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成為一個(gè)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)合成作用被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、計(jì)算機(jī)構(gòu)和補(bǔ)償調(diào)整等裝置中。如右圖所示為一差動(dòng)輪系，其中z1=z38.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解利用差動(dòng)輪系還可將一個(gè)主動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)按需要的比例分解成從動(dòng)構(gòu)件的兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)n5已知時(shí)，如圖所示為汽車(chē)后軸（習(xí)慣稱為汽車(chē)后橋）的差速器。當(dāng)汽車(chē)兩前輪拐彎時(shí)（如圖所示），車(chē)身繞瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心P轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)左右兩輪走過(guò)的弧長(zhǎng)與它們至P點(diǎn)的距離成正比。差動(dòng)輪系可分解運(yùn)動(dòng)這一作用，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)和飛機(jī)等動(dòng)力傳動(dòng)中。解由(a)、(b)組成的方程組可求得兩輪的轉(zhuǎn)速n1和n3。即一、輪系效率計(jì)算原則定軸輪系：

根據(jù)串聯(lián)或并聯(lián)情況按“機(jī)械的效率”計(jì)算方法計(jì)算。周轉(zhuǎn)輪系：

因差動(dòng)輪系主要用于傳遞運(yùn)動(dòng)，而行星輪系多用于傳遞動(dòng)力，故常按“轉(zhuǎn)化輪系法”計(jì)算其效率。第六節(jié)行星輪系的效率計(jì)算二、輪系效率的變化規(guī)律i1H1.行星輪系用于降速傳動(dòng)時(shí)效率較高,用于升速傳動(dòng)時(shí)效率較低。2.行星輪系升速比足夠大時(shí)，傳動(dòng)效率趨于0，會(huì)出現(xiàn)自鎖。3.負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)效率高于正號(hào)機(jī)構(gòu)。1.滿足傳動(dòng)比的要求一、類型選擇原則3.注意輪系中功率流的問(wèn)題

盡量避免造成封閉功率流。2.考慮機(jī)械傳動(dòng)的效率負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)的效率要比正號(hào)機(jī)構(gòu)高，主要用于動(dòng)力傳動(dòng)；正號(hào)機(jī)構(gòu)主要用于要求傳動(dòng)比大而對(duì)效率要求不高的輔助機(jī)構(gòu)中；幾個(gè)負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)串聯(lián)起來(lái)或定軸輪系和負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)的組合（復(fù)合輪系）可獲得大傳動(dòng)比及較高的效率。負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)的減速比i1H較??；正號(hào)機(jī)構(gòu)的減速比則很大。第七節(jié)行星輪系的類型選擇及設(shè)計(jì)圖a、b、c、d——負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)；圖e、f、g——正號(hào)機(jī)構(gòu)。a)c)b)e)d)f)g)二、各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)的確定1.傳動(dòng)比條件行星輪系必須能實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比i1H。從上式可知：兩太陽(yáng)輪的齒數(shù)應(yīng)同時(shí)為偶數(shù)或同時(shí)為奇數(shù)。2.同心條件行星輪系的三個(gè)基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線必須在同一直線上。由圖示行星輪系知若采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪或等變位齒輪傳動(dòng)時(shí)，上式變?yōu)?/p>

r3=r1+2r2

或

z3=z1+2z2即若行星輪的個(gè)數(shù)為k，則各輪的齒數(shù)應(yīng)滿足均布安裝條件：

N=(z1+z3)/k其中N為整數(shù)。3.裝配條件行星輪系中行星輪的數(shù)目和各輪的齒數(shù)選擇必須正確，否則就裝配不起來(lái)。即兩太陽(yáng)輪齒數(shù)之和應(yīng)為行星輪數(shù)的整數(shù)倍。兩太陽(yáng)輪的齒數(shù)之和應(yīng)為行星輪數(shù)的整數(shù)倍。設(shè)行星輪個(gè)數(shù)為k，相鄰行星輪相隔

=2

/k

。若固定輪3，使輪1轉(zhuǎn)過(guò)

角時(shí)行星輪剛好轉(zhuǎn)過(guò)∠O2O

O2′=

，

與

的關(guān)系為

i1H=1+z3/z1=n1/nH=

/

得

=(1+z3/z1)

=(1+z3/z1)2

/k(a)如果輪1轉(zhuǎn)過(guò)N個(gè)齒（N為整數(shù)）則

=N2

/z1(b)由(a)、(b)

得

N