機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第5版）課件：輪系

輪系第一節(jié)概述一系列齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為齒輪系，簡稱輪系。如要求i=10,當(dāng)d1=100mm,d2=1000mm。

一對(duì)齒輪的嚙合傳動(dòng)的傳動(dòng)比，一般限制在i=4-6。為得到大傳動(dòng)比就需要采用多對(duì)齒輪傳動(dòng)。輪系分為：定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系

周轉(zhuǎn)輪系：在傳動(dòng)時(shí)，輪系中至少有一個(gè)齒輪的軸線不是固定的

定軸輪系：在傳動(dòng)時(shí)，輪系中各齒輪軸線位置相對(duì)于機(jī)架都是固定的定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系第二節(jié)

定軸輪系的傳動(dòng)比輪系傳動(dòng)比：為首末兩齒輪角速度之比目的：確定數(shù)值大小轉(zhuǎn)動(dòng)方向一、傳動(dòng)比的計(jì)算1．一對(duì)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比的計(jì)算“-”表示兩齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。外嚙合內(nèi)嚙合“+”表示兩齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。2．一對(duì)齒輪傳動(dòng)首、末輪轉(zhuǎn)向的判別

（1）正負(fù)號(hào)法

（2）畫箭頭法

上述傳動(dòng)的轉(zhuǎn)向也可用箭頭表示（箭頭方向表示齒輪的圓周速度方向），內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)向相同、外嚙合轉(zhuǎn)向相反。一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，兩輪轉(zhuǎn)向相同，用“+”號(hào)表示。一對(duì)外嚙合齒輪傳動(dòng)，兩輪轉(zhuǎn)向相反，用“-”號(hào)表示；3．定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算

以1表示首輪，k表示末輪，中間各輪的首末地位由傳動(dòng)路線確定，則定軸輪系的傳動(dòng)比大小為：4．定軸輪系首、末輪的轉(zhuǎn)向判別（1）正負(fù)號(hào)法首、末兩輪轉(zhuǎn)向相同還是相反，取決于外嚙合的次數(shù)。每經(jīng)1次外嚙合，轉(zhuǎn)向改變1次；若經(jīng)m次外嚙合，轉(zhuǎn)向改變次。

（2）畫箭頭法

輪系中首末兩輪的轉(zhuǎn)向，也可依次用畫箭頭的方法確定，見圖10-1。5．圓錐齒輪和蝸輪蝸桿

由于它們的軸線不平行，其轉(zhuǎn)向關(guān)系不能用傳動(dòng)比前的“±”表示，只能用畫箭頭的方法判定。第三節(jié)

周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比一、周轉(zhuǎn)輪系的組成及類型周轉(zhuǎn)輪系的組成：行星輪、轉(zhuǎn)臂（行星架）、中心輪

周轉(zhuǎn)輪系的基本構(gòu)件：中心輪、轉(zhuǎn)臂

行星輪系：周轉(zhuǎn)輪系中只有一個(gè)太陽輪能轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的自由度為1的周轉(zhuǎn)輪系。

差動(dòng)輪系：周轉(zhuǎn)輪系中的兩個(gè)中心輪都能轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的自由度為2的周轉(zhuǎn)輪系。差動(dòng)輪系轉(zhuǎn)化輪系行星輪系二、周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算

根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，在周轉(zhuǎn)輪系上加一個(gè)與轉(zhuǎn)臂H角速度ωH大小相等方向相反的公共角速度-ωH

，各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不改變，轉(zhuǎn)臂的角速度變?yōu)榱?，此時(shí)原周轉(zhuǎn)輪系經(jīng)轉(zhuǎn)化為假想定軸輪系，稱為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系，就可以用定軸輪系傳動(dòng)比公式計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)化輪系中各構(gòu)件的角速度構(gòu)件周轉(zhuǎn)輪系的角速度轉(zhuǎn)化輪系的角速度123H周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系中，中心輪1、3的傳動(dòng)比“－”表示輪1與輪3在轉(zhuǎn)化輪系中的轉(zhuǎn)向相反。周轉(zhuǎn)輪系中各齒輪角速度與齒數(shù)之間的關(guān)系，已知各輪的齒數(shù)和角速度

中任意兩值，可確定另一值。

周轉(zhuǎn)輪系中兩中心輪為A、B，系桿為H，則其轉(zhuǎn)化輪系的傳動(dòng)比

為：m

是A、B兩輪間所有齒輪外嚙合的次數(shù)。應(yīng)用傳動(dòng)比一般計(jì)算式的注意事項(xiàng)：（1）A、B和H三個(gè)構(gòu)件的軸線應(yīng)互相平行，以使ωA、ωB和ωH進(jìn)行代數(shù)計(jì)算。（2）ωA、ωB和ωH必須連同“+”或“－”一起代入公式計(jì)算，如對(duì)差動(dòng)輪系，當(dāng)已知兩輪角速度方向相反，計(jì)算時(shí)一個(gè)代正值，而另一個(gè)代負(fù)值。（3）（4）該公式也可以用于計(jì)算由錐齒輪組成的周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比，但A、B兩輪和轉(zhuǎn)臂H的軸線必須平行，且轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的正、負(fù)號(hào)用畫箭頭的方法確定。

第四節(jié)輪系的應(yīng)用一、獲得大的傳動(dòng)比已知輪系中：z1＝100，z2＝101、z2′=100、z3＝99時(shí)，求傳動(dòng)比iH1。iH1=10000。二、實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)動(dòng)1．車床變速箱2．汽車變速器III三聯(lián)滑移齒輪汽車變速器傳動(dòng)圖Ⅰ—輸入軸

Ⅱ—輸出軸A—牙嵌離合器1~8—齒輪在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不變的條件下，輪系可使從動(dòng)軸獲得多種工作轉(zhuǎn)速。汽車變速箱可使輸出軸得到四個(gè)檔次的轉(zhuǎn)速。三、合成運(yùn)動(dòng)

航向指示器四.分解運(yùn)動(dòng)汽車后橋差速器第五節(jié)幾種特殊的行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、漸開線少齒差行星傳動(dòng)1.結(jié)構(gòu)1）中心輪1

固定的漸開線內(nèi)齒輪。2）行星輪2

漸開線外齒輪。3）轉(zhuǎn)臂H—輸入軸4）等速輸出機(jī)構(gòu)3將星行輪2的絕對(duì)轉(zhuǎn)速不變地傳給輸出軸v。5）輸出軸v齒輪1和2的齒數(shù)相差很少，一般為1~4，故稱少齒差。漸開線少齒差行星傳動(dòng)1—中心輪2—行星輪3—輸出機(jī)構(gòu)2.工作原理

在行星輪2的輻板上半徑為ρ的圓周上均布

n個(gè)半徑為rw的圓孔。

同樣在等速輸出機(jī)構(gòu)3的圓盤上半徑亦為ρ的圓周上均布安裝相同數(shù)量的圓柱銷，并在銷上套裝半徑為rp的銷套。銷套分別裝入行星輪上的圓孔中，將行星輪與輸出軸連接起來。設(shè)計(jì)應(yīng)使：O2Ov—行星輪與輸出軸的中心距rw-rp=O2Ov四邊形O2OvOpOw為平行四邊形，可實(shí)現(xiàn)等傳動(dòng)比。O2Ow=OvOp=ρ故輸出軸v的轉(zhuǎn)速始終與行星輪2的轉(zhuǎn)速相同。3.傳動(dòng)比計(jì)算使轉(zhuǎn)臂H相對(duì)靜止。代入n1=0齒數(shù)差△z=z1-z2,△z越小，其傳動(dòng)比越大。

當(dāng)△z=1時(shí)，iHv=-z2故漸開線少齒差行星減速器可獲得很大的傳動(dòng)比。4.優(yōu)、缺點(diǎn)1)傳動(dòng)比大，一級(jí)減速iHv可達(dá)135，二級(jí)可達(dá)10000以上。2）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕；3）采用漸開線齒輪，便于加工和維修；4）效率高，一級(jí)減速、η=0.8~0.94；5）同時(shí)嚙合齒對(duì)少，受力情況差，多用于小功率傳動(dòng)；6）由于齒數(shù)差很小，為避免在非嚙合區(qū)齒廓發(fā)生重迭干涉，需降低齒頂高系數(shù)，或采用正變位齒輪。5.應(yīng)用多用于食品工業(yè)，輕化工業(yè)，起重、運(yùn)輸及儀表制造業(yè)。二、擺線針輪行星傳動(dòng)

擺線針輪行星傳動(dòng)屬于少齒差行星傳動(dòng)，其工作原理與漸開線少齒差行星傳動(dòng)相同，行星輪的運(yùn)動(dòng)依靠等角速比的銷孔輸出機(jī)構(gòu)傳給輸出軸。擺線針輪行星傳動(dòng)1—中心輪2—行星輪1.結(jié)構(gòu)組成1）中心輪1

是由裝在機(jī)殼上的許多帶套筒的圓柱銷組成的針輪。2）行星輪2

齒形為擺線，為平衡和提高承載能力，通常采用兩個(gè)完全相同的奇數(shù)齒的行星輪裝在雙偏心軸套上，相位錯(cuò)開1800。3)輸入軸—左側(cè)軸，裝有偏心套，相當(dāng)周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)臂。4）輸出軸—右側(cè)軸，通過孔銷輸出機(jī)構(gòu)與兩擺線行星輪連接，輸出軸的轉(zhuǎn)速等于行星輪的絕對(duì)轉(zhuǎn)速。2.傳動(dòng)比的計(jì)算

因?yàn)獒樰喤c擺線行星輪只相差一個(gè)齒，所以擺線針輪減速器是一種一齒差行星減速器。1）傳動(dòng)比大單級(jí)：雙級(jí)：2）傳遞功率能力較漸開線一齒差行星減速器大。一般：P=0.5~50KW；短期工作時(shí)可達(dá)P=100KW；最大扭矩Tmax=37000Nmm。優(yōu)點(diǎn)：3.優(yōu)缺點(diǎn)：3）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。4）效率高，一般η=0.9~0.94。5）嚙合齒間為高副滾動(dòng)，磨損輕，壽命長。6）無齒廓重迭、干涉現(xiàn)象。缺點(diǎn)：擺線輪加工工藝復(fù)雜，對(duì)制造精度要求高，需專用設(shè)備。4.應(yīng)用多用于國防、冶金、礦山、化工、紡織、造船等工業(yè)機(jī)械設(shè)備上。三、諧波齒輪傳動(dòng)1.結(jié)構(gòu)

諧波齒輪傳動(dòng)是依靠使薄壁齒圈產(chǎn)生彈性變形來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的新型傳動(dòng)，它突破了機(jī)械傳動(dòng)采用剛性構(gòu)件的模式，而在機(jī)構(gòu)中采用了柔性構(gòu)件。1）剛性輪1內(nèi)齒輪，相當(dāng)于中心輪。2）柔輪是一個(gè)容易變形的薄壁圓筒外齒輪，相當(dāng)于行星輪。諧波齒輪傳動(dòng)1—?jiǎng)傒?—柔輪H—轉(zhuǎn)臂

剛輪與柔輪的齒距相同，但柔輪比剛輪少一個(gè)或幾個(gè)齒。3）波發(fā)生器裝有滾子的轉(zhuǎn)臂。

通常波發(fā)生器為原動(dòng)件，柔輪和剛論之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件，一般剛輪固定。諧波齒輪傳動(dòng)1—?jiǎng)傒?—柔輪H—轉(zhuǎn)臂2.諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理

轉(zhuǎn)臂H的長度大于柔輪的內(nèi)孔直徑，當(dāng)將其裝入柔輪內(nèi)孔后迫使柔輪產(chǎn)生徑向變形呈橢圓狀。長軸兩端的柔輪與剛輪嚙合，短軸兩端的輪齒完全脫離嚙合，其余各處的輪齒視柔輪的回轉(zhuǎn)方向，有的處于嚙入狀態(tài)，有的處于嚙出狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器回轉(zhuǎn)時(shí)，柔輪長軸和短軸的位置不斷改變，使嚙合區(qū)不斷改變。使柔輪沿轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。臨近嚙合區(qū)前方的輪齒處于嚙入狀態(tài)，臨近嚙合區(qū)后方的輪齒處于嚙出狀態(tài)。諧波齒輪傳動(dòng)1—?jiǎng)傒?—柔輪H—轉(zhuǎn)臂因?yàn)槿彷喌淖冃卧谌彷唸A周的展開圖上是連續(xù)的簡諧波形，故將此種傳動(dòng)稱為諧波齒輪傳動(dòng)。3.傳動(dòng)比計(jì)算1）當(dāng)柔輪轉(zhuǎn)動(dòng)，剛輪固定時(shí)：發(fā)生器轉(zhuǎn)一周，柔輪倒轉(zhuǎn)Z1-Z2個(gè)齒，即反轉(zhuǎn)了周。2)當(dāng)剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪固定時(shí)。波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周，剛輪相對(duì)柔輪沿波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)過Z1-Z2個(gè)齒，即順轉(zhuǎn)了周。

實(shí)際中大部分諧波齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)差等于波數(shù)，此時(shí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比等于活動(dòng)齒輪的齒數(shù)除以波數(shù)。4