清華大學(xué)機(jī)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(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)中所有齒輪的軸心線不動(dòng)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(gè)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)輪系差動(dòng)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(gè)中心輪之一固定兩個(gè)中心輪之一固定) )第6頁/共75頁自由度 F =？q自由度:q差動(dòng)輪系3 42 422F 運(yùn)動(dòng)復(fù)合兩個(gè)主動(dòng)，一個(gè)從動(dòng)運(yùn)動(dòng)分解一個(gè)主動(dòng)，兩個(gè)從動(dòng)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(gè)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(dòng)輪系差動(dòng)輪系（F F =2=2）33 3 311 1 1 封閉封閉（F F =1=1） 封閉差動(dòng)輪系封閉差動(dòng)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(dòng)比q傳動(dòng)比定軸輪系的傳動(dòng)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(dòng)齒輪齒數(shù)連乘積所有主動(dòng)齒輪齒數(shù)連乘積外嚙合齒輪對(duì)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(dòng)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(dòng)比轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比“+ +”正號(hào)機(jī)構(gòu)正號(hào)機(jī)構(gòu)“- -”負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)第24頁/共75頁例1 已知： 試求傳動(dòng)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(jì)算過程的正負(fù)號(hào)； 空間輪系的問題。第27頁/共75頁混合輪系的傳動(dòng)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(dòng)軸輪系混合輪系求解 對(duì)周轉(zhuǎn)輪系

7、進(jìn)行簡(jiǎn)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(shí)就已發(fā)明，但最早的確切記載在三國(guó)時(shí)期。指南針：是利用了磁鐵或磁石在地球磁場(chǎng)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(dòng)齒輪裝置。 現(xiàn)代軍事上的坦克、裝甲車是鋼鐵外殼，行駛時(shí)又震動(dòng)很大，磁性羅盤在車內(nèi)難以正常工作，就要借助這種機(jī)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(dòng)比q一對(duì)齒輪傳動(dòng)，一般i57q獲得大的傳動(dòng)比()定軸輪系 多級(jí)傳動(dòng)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(jī)構(gòu)能否用于升速傳動(dòng)？思考：該機(jī)構(gòu)能否用于升速傳動(dòng)？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(dòng)，以達(dá)到攪拌充分的目的，從電機(jī)到移動(dòng)齒輪間采用了行星減速器，其傳動(dòng)比高達(dá)702.25第34頁/共75頁2. 實(shí)現(xiàn)減速、增速或變速運(yùn)動(dòng)例1：汽車手動(dòng)變速器（130）輸入輸出問題：實(shí)現(xiàn)幾檔變速？問題：實(shí)現(xiàn)幾檔變速？第35頁/共75頁例2：汽車自動(dòng)變速器（紅旗）第36頁/共75頁第1檔：B1 制動(dòng)4.286

9、i 第37頁/共75頁第2檔：B2 制動(dòng)2.752i 第38頁/共75頁第3檔：B3 制動(dòng)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(dòng)6.453i 第41頁/共75頁3. 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(dòng)q特點(diǎn)()()載荷由多對(duì)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(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)主減速器HH135系桿系桿動(dòng)力輸入齒輪螺旋槳內(nèi)齒輪內(nèi)齒輪第43頁/共75頁4. 實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)滾齒機(jī)工作臺(tái)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第44頁/共75頁5. 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解(1)運(yùn)動(dòng)合成兩個(gè)主動(dòng)件一個(gè)從動(dòng)件(F=2) 加(減)法機(jī)構(gòu)123123113zzzznn

10、nniHHH312nnnH第45頁/共75頁(2) 運(yùn)動(dòng)分解)(2153nnnHLrLrnn53HHnrLrnnrLrn53第46頁/共75頁6. 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)行星輪既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)例：行星攪拌機(jī)構(gòu)第47頁/共75頁q用于食品加工的行星攪拌機(jī)構(gòu)第48頁/共75頁5.5 輪系的設(shè)計(jì) 定軸輪系的設(shè)計(jì)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(cuò)軸斜齒輪蝸桿蝸輪圓錐齒輪機(jī)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(chǎng)合減小沖擊、振動(dòng)和噪

11、聲，提高傳動(dòng)性能 平行軸斜齒輪 轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)軸線方向或改變從動(dòng)軸轉(zhuǎn)向 圓錐齒輪傳動(dòng) 低速、小功率、空間任意角度交錯(cuò)軸傳動(dòng) 交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng) 大傳動(dòng)比、結(jié)構(gòu)緊湊或分度、微調(diào)及有自鎖要求的場(chǎng)合 蝸桿傳動(dòng)第51頁/共75頁設(shè)計(jì)實(shí)例 滾齒機(jī)工作臺(tái)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滾刀與輪坯不在同一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)滾刀與輪坯間傳動(dòng)比大、有分度功能蝸桿傳動(dòng)改變傳動(dòng)比，需更換齒輪一組圓柱齒輪傳動(dòng)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(duì)齒輪的傳動(dòng)比傳動(dòng)比分配原則齒輪傳動(dòng)： ，蝸桿傳動(dòng)： ；多級(jí)減速傳動(dòng)，“前小后大”；為使尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱，相鄰兩級(jí)傳動(dòng)比

12、的差值不宜過大；閉式齒輪減速器，為便于潤(rùn)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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：齒輪與兩端軸承的位置不對(duì)稱，當(dāng)軸彎曲變形時(shí)，會(huì)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(diǎn)：齒輪與兩端軸承的位置對(duì)稱，適于變載荷處。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)：輸入輸出軸在同一軸線上(回歸輪系)，結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：中間軸較長(zhǎng)，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(jì)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(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)首先，傳動(dòng)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(dòng)力時(shí)首先，機(jī)構(gòu)的效率；其次，兼顧傳動(dòng)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(dòng)比條件 周轉(zhuǎn)輪系用來傳遞運(yùn)動(dòng)，就必須實(shí)現(xiàn)工作所要求的傳動(dòng)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(gè)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：?jiǎn)闻?K-H行星輪系1) 傳動(dòng)比條件31H131H11(1)

14、zizziz 相鄰兩個(gè)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(gè)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(gè)行星輪均勻分布，則相鄰兩個(gè)行星輪之間的夾角為：H360k 在I位置處裝入第一個(gè)行星輪，然后將系桿H轉(zhuǎn)過 角到達(dá)位置II，若在空出的

15、I位置處，中心輪1和3的輪齒相對(duì)位置關(guān)系同裝入第一個(gè)行星輪時(shí)相同，則一定可以順利裝入第二個(gè)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(dòng)：H360k 點(diǎn)到達(dá) 點(diǎn)1a1a11H11HH1HH360iiik中心輪1正好轉(zhuǎn)過整數(shù)個(gè)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(gè)行星輪均勻分布在中心輪四周，則兩個(gè)中心輪的齒數(shù)和應(yīng)能被行星輪個(gè)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(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪*122*1221802()sin2()

16、180 ()sin2aarrrh mkzzzhk或變位齒輪傳動(dòng)時(shí)，按實(shí)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(dòng)，各輪模數(shù)相等)1H2312(1) izzzxxz1) 傳動(dòng)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(dòng)，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(dòng)輪系 假想一個(gè)中心輪固定行星輪系第69頁/共75頁設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)一單排2K-H行星輪系，要求實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)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(dòng)，選擇z1=18，傳動(dòng)比條件：N22446688110z191827364531H122(1)1181143ziz同心條件：1H2122223184822izz1922Nz 第71頁/共75頁鄰接條件：設(shè)計(jì)方案：1233, 18, 48, 114kzzz*122180()sin2azzzhk57.250(1848)sin60482 不滿足？第72頁/共75頁文獻(xiàn)閱讀指南1. 混合輪系