清華大學(xué)機械原理——輪系PPT課件

1、第5章 輪系(Gear Train)5.1 輪系的類型第1頁/共75頁q由一系列齒輪組成的傳動系統(tǒng)輪系q分類定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系混合輪系第2頁/共75頁定軸輪系(Ordinary Gear Train)q 運轉(zhuǎn)中所有齒輪的軸心線不動的輪系定軸輪系(普通輪系)第3頁/共75頁周轉(zhuǎn)輪系(Planetary Gear Train)q至少有一個齒輪的軸線繞另一齒輪的軸心線回轉(zhuǎn)的輪系周轉(zhuǎn)輪系(動軸輪系)組成：太陽輪(中心輪)行星輪系桿太陽輪(中心輪)第4頁/共75頁中心輪1，3和系桿H 的回轉(zhuǎn)軸線的位置均固定且重合運動的輸入或輸出構(gòu)件周轉(zhuǎn)輪系的基本構(gòu)件第5頁/共75頁q周轉(zhuǎn)輪系行星輪系行星輪系(F=1)(F

2、=1)差動輪系差動輪系(F=2)(F=2)3 32 321F 自由度自由度 F F = =？ 行星輪系行星輪系( (兩個中心輪之一固定兩個中心輪之一固定) )第6頁/共75頁自由度 F =？q自由度:q差動輪系3 42 422F 運動復(fù)合兩個主動，一個從動運動分解一個主動，兩個從動第7頁/共75頁定軸輪系輪系的類型？第8頁/共75頁按周轉(zhuǎn)輪系中基本構(gòu)件的不同分類 2K-H型 單排 雙排2K-H型周轉(zhuǎn)輪系第9頁/共75頁 3K型基本構(gòu)件是3個中心輪，系桿H只起支承作用第10頁/共75頁混合輪系混合輪系( (Composite Gear Train)Composite Gear Train) 定軸

3、輪系定軸輪系 + + 周轉(zhuǎn)輪系周轉(zhuǎn)輪系中心輪中心輪1 1、3 3行星輪行星輪2 2系桿系桿H H差動輪系差動輪系（F F =2=2）33 3 311 1 1 封閉封閉（F F =1=1） 封閉差動輪系封閉差動輪系第11頁/共75頁周轉(zhuǎn)輪系2周轉(zhuǎn)輪系1周轉(zhuǎn)輪系周轉(zhuǎn)輪系1 1 + + 周轉(zhuǎn)輪系周轉(zhuǎn)輪系2 2混合輪系混合輪系第12頁/共75頁輪系類型？輪系類型？第13頁/共75頁混和輪系混和輪系定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系第14頁/共75頁5.2 輪系的傳動比q傳動比定軸輪系的傳動比ininiooutoutnin第15頁/共75頁312212232132354445344354zziizzzziizz 1155

4、?i312411223344523455iiii 2 3 4 515122334451 2 3 4z z z ziiiiiz z z z 第16頁/共75頁2 3 4 5151 2 3 4z z z ziz z z z q齒輪轉(zhuǎn)向？11( 1)mkkim 所有從動齒輪齒數(shù)連乘積所有主動齒輪齒數(shù)連乘積外嚙合齒輪對數(shù)2 3 51 2 3z z zz z z 齒輪4: 惰輪第17頁/共75頁 首尾兩輪幾何軸線平行2 3 411441 2 3z z ziz z z 第18頁/共75頁 首尾兩輪幾何軸線不平行第19頁/共75頁周轉(zhuǎn)輪系的傳動比周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化輪系第20頁/共75頁第21頁/共75頁周轉(zhuǎn)輪系周

5、轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化輪系轉(zhuǎn)化輪系第22頁/共75頁HH113H3i31zz 1H3H第23頁/共75頁H1H2n1nnH1n-1.zzizz一般公式一般公式轉(zhuǎn)化輪系傳動比轉(zhuǎn)化輪系傳動比“+ +”正號機構(gòu)正號機構(gòu)“- -”負(fù)號機構(gòu)負(fù)號機構(gòu)第24頁/共75頁例1 已知： 試求傳動比H231H133H1 218 701.87528 24z ziz z 311HH01 1.8752.875i 122328182470zzzz，1Hi系桿H與中心輪1轉(zhuǎn)向相同第25頁/共75頁例2 已知： 轉(zhuǎn)向如圖所示。試求 大小和方向。12231348481824250 / min100 / minzzzznrnr，HnHH23

6、11H13H33H1 2z znnninnnz z 48 24448 183 H35050 r / min7n 13250 / min100 / minnrnr，系桿H的轉(zhuǎn)向與齒輪1相同，與齒輪3相反。第26頁/共75頁注意 計算過程的正負(fù)號； 空間輪系的問題。第27頁/共75頁混合輪系的傳動比系桿H?q周轉(zhuǎn)輪系：q定軸輪系： 23123113zzzznnnniHHH53 3 3545 345 3nnnnzzzzzziH122334系桿H第28頁/共75頁例3：z1= z2 =z3 z1z2z30n0n131311331如：zznnnniHHH古代指南車區(qū)分定、動軸輪系混合輪系求解 對周轉(zhuǎn)輪系

7、進行簡化尋找兩種輪系的聯(lián)系第29頁/共75頁指南車：據(jù)傳說西周時就已發(fā)明，但最早的確切記載在三國時期。指南針：是利用了磁鐵或磁石在地球磁場中的南北指極性而制成的指向儀器。指南車：是車上裝有一套差動齒輪裝置。 現(xiàn)代軍事上的坦克、裝甲車是鋼鐵外殼，行駛時又震動很大，磁性羅盤在車內(nèi)難以正常工作，就要借助這種機械指向工具。第30頁/共75頁*5.3 輪系的效率5.4 輪系的功能1. 獲得大的傳動比q一對齒輪傳動，一般i57q獲得大的傳動比()定軸輪系 多級傳動周轉(zhuǎn)輪系和混和輪系第31頁/共75頁例1：已知：z1=z2=100，z2=99，z3=101。求iH1H3H11n010000nin由，得：思考

8、：該機構(gòu)能否用于升速傳動？思考：該機構(gòu)能否用于升速傳動？H231H133H1 299 1019999100 10010000z znninnz z第32頁/共75頁效率：轉(zhuǎn)化輪系H0.9H10.1%1H11100 效率極低發(fā)生自鎖第33頁/共75頁例2：在啤酒廠的大麥發(fā)酵池中，為了使攪拌器緩慢移動，以達到攪拌充分的目的，從電機到移動齒輪間采用了行星減速器，其傳動比高達702.25第34頁/共75頁2. 實現(xiàn)減速、增速或變速運動例1：汽車手動變速器（130）輸入輸出問題：實現(xiàn)幾檔變速？問題：實現(xiàn)幾檔變速？第35頁/共75頁例2：汽車自動變速器（紅旗）第36頁/共75頁第1檔：B1 制動4.286

9、i 第37頁/共75頁第2檔：B2 制動2.752i 第38頁/共75頁第3檔：B3 制動1.67i 第39頁/共75頁第4檔：C 合上1i 第40頁/共75頁第5檔：Br 制動6.453i 第41頁/共75頁3. 實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動q特點()()載荷由多對齒輪承受 承載能力高輸入輸出軸共線 徑向尺寸小第42頁/共75頁q飛機渦輪螺旋槳發(fā)動機主減速器HH135系桿系桿動力輸入齒輪螺旋槳內(nèi)齒輪內(nèi)齒輪第43頁/共75頁4. 實現(xiàn)分路傳動滾齒機工作臺中的傳動機構(gòu)第44頁/共75頁5. 實現(xiàn)運動的合成和分解(1)運動合成兩個主動件一個從動件(F=2) 加(減)法機構(gòu)123123113zzzznn

10、nniHHH312nnnH第45頁/共75頁(2) 運動分解)(2153nnnHLrLrnn53HHnrLrnnrLrn53第46頁/共75頁6. 實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的復(fù)雜運動行星輪既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)復(fù)雜運動例：行星攪拌機構(gòu)第47頁/共75頁q用于食品加工的行星攪拌機構(gòu)第48頁/共75頁5.5 輪系的設(shè)計 定軸輪系的設(shè)計基本內(nèi)容選擇輪系的類型確定輪系中各輪的齒數(shù)選擇輪系的布置方案第49頁/共75頁1.定軸輪系類型的選擇靈活性和復(fù)雜性直齒圓柱齒輪平行軸斜齒輪交錯軸斜齒輪蝸桿蝸輪圓錐齒輪機構(gòu)第50頁/共75頁選擇原則 除滿足使用要求外，考慮外廓尺寸、效率、重量和成本等因素。 高速重載場合減小沖擊、振動和噪

11、聲，提高傳動性能 平行軸斜齒輪 轉(zhuǎn)換運動軸線方向或改變從動軸轉(zhuǎn)向 圓錐齒輪傳動 低速、小功率、空間任意角度交錯軸傳動 交錯軸斜齒輪傳動 大傳動比、結(jié)構(gòu)緊湊或分度、微調(diào)及有自鎖要求的場合 蝸桿傳動第51頁/共75頁設(shè)計實例 滾齒機工作臺中的傳動機構(gòu)滾刀與輪坯不在同一平面內(nèi)運動圓錐齒輪傳動滾刀與輪坯間傳動比大、有分度功能蝸桿傳動改變傳動比，需更換齒輪一組圓柱齒輪傳動結(jié)論：滿足范成加工的基本要求；外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。第52頁/共75頁2.定軸輪系中各輪齒數(shù)的選擇合理分配輪系中各對齒輪的傳動比傳動比分配原則齒輪傳動： ，蝸桿傳動： ；多級減速傳動，“前小后大”；為使尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱，相鄰兩級傳動比

12、的差值不宜過大；閉式齒輪減速器，為便于潤滑，57i 80i =(1.31.4)ii低高第53頁/共75頁3.定軸輪系布置方案的選擇優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單。缺點：齒輪與兩端軸承的位置不對稱，當(dāng)軸彎曲變形時，會引起載荷沿齒寬分布不均勻，只適合載荷較平穩(wěn)處。優(yōu)點：齒輪與兩端軸承的位置對稱，適于變載荷處。缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。優(yōu)點：輸入輸出軸在同一軸線上(回歸輪系)，結(jié)構(gòu)緊湊。缺點：中間軸較長，變形使齒寬上的載荷分布不均勻。第54頁/共75頁 周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計基本內(nèi)容周轉(zhuǎn)輪系類型的選擇確定輪系中各輪的齒數(shù)*周轉(zhuǎn)輪系的均衡裝置第55頁/共75頁1.周轉(zhuǎn)輪系類型的選擇考慮因素：傳動比范圍；效率高低；結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度；外廓尺

13、寸等。第56頁/共75頁當(dāng)輪系主要用于傳遞運動時首先，傳動比滿足要求；其次，兼顧效率、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、外廓尺寸和重量等。當(dāng)輪系主要用于傳遞動力時首先，機構(gòu)的效率；其次，兼顧傳動比、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、外廓尺寸和重量等。第57頁/共75頁2.周轉(zhuǎn)輪系中各輪齒數(shù)的選擇確定各輪齒數(shù)須滿足的條件傳動比條件 周轉(zhuǎn)輪系用來傳遞運動，就必須實現(xiàn)工作所要求的傳動比。第58頁/共75頁同心條件裝配條件 為了保證裝在系桿上的行星輪在轉(zhuǎn)到過程中始終與中心輪正確嚙合，系桿轉(zhuǎn)軸與中心輪的軸線重合。 使多個行星輪能夠均勻分布在中心輪的周圍。第59頁/共75頁鄰接條件例：單排2K-H行星輪系1) 傳動比條件31H131H11(1)

14、zizziz 相鄰兩個行星輪的齒頂不能產(chǎn)生干涉和碰撞。第60頁/共75頁2) 同心條件1223aa1232rrrr3個齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪或高度變位齒輪1232rrrr1232zzzz3122zzz兩中心輪同為奇數(shù)或偶數(shù)1H2122izz第61頁/共75頁若采用角度變位：32121223coscoszzzz1212121212coscos()cos2cosmaazz2323322323coscos()cos2cosmaazz同心條件第62頁/共75頁3) 裝配條件k 個行星輪均勻分布，則相鄰兩個行星輪之間的夾角為：H360k 在I位置處裝入第一個行星輪，然后將系桿H轉(zhuǎn)過 角到達位置II，若在空出的

15、I位置處，中心輪1和3的輪齒相對位置關(guān)系同裝入第一個行星輪時相同，則一定可以順利裝入第二個行星輪。H第63頁/共75頁第64頁/共75頁設(shè)行星輪齒數(shù)為偶數(shù)依次輪流裝入法，讓系桿H轉(zhuǎn)動：H360k 點到達 點1a1a11H11HH1HH360iiik中心輪1正好轉(zhuǎn)過整數(shù)個齒11360Nz11HkNzi第65頁/共75頁若行星輪齒數(shù)為奇數(shù)，同樣可得：11HkNzi3131H11zzziNzk 若k 個行星輪均勻分布在中心輪四周，則兩個中心輪的齒數(shù)和應(yīng)能被行星輪個數(shù)k 整除。裝配條件第66頁/共75頁4) 鄰接條件2222aO Or不發(fā)生碰撞和干涉對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪*122*1221802()sin2()

16、180 ()sin2aarrrh mkzzzhk或變位齒輪傳動時，按實際尺寸校核。第67頁/共75頁雙排2K-H行星輪系(標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動，各輪模數(shù)相等)1H2312(1) izzzxxz1) 傳動比條件2) 同心條件1H21(1)1ixzzx3) 裝配條件11H() ( ,)kzQRxQ Ri均為正整數(shù)第68頁/共75頁雙排2K-H行星輪系(標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動，各輪模數(shù)相等)*12222180()sin+2 azzzhzzk假定4) 鄰接條件221zxz若 雙排2K-H 單排2K-H差動輪系 假想一個中心輪固定行星輪系第69頁/共75頁設(shè)計實例設(shè)計一單排2K-H行星輪系，要求實現(xiàn)傳動比裝配條件1H7.33i。11HkNzi1H22-7.332237.33 =0.04%37.33i誤差1393, 22223NNkz第70頁/共75頁標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動，選擇z1=18，傳動比條件：N22446688110z191827364531H122(1)1181143ziz同心條件：1H2122223184822izz1922Nz 第71頁/共75頁鄰接條件：設(shè)計方案：1233, 18, 48, 114kzzz*122180()sin2azzzhk57.250(1848)sin60482 不滿足？第72頁/共75頁文獻閱讀指南1. 混合輪系