機械設計基礎第五章ppt課件

1、第第5章章 輪輪 系系51 輪系的類型輪系的類型52 定軸輪系及其傳動比定軸輪系及其傳動比53 周轉輪系及其傳動比周轉輪系及其傳動比54 復合輪系及其傳動比復合輪系及其傳動比55 輪系的應用輪系的應用56 幾種特殊的行星傳動簡介幾種特殊的行星傳動簡介由一系列齒輪組成的傳動系統稱為輪系。51 齒輪系及其分類51 輪系及其分類51 輪系及其分類一、定軸輪系一、定軸輪系輪系運轉時，各輪的幾何軸線相對于機架的位置都是固定不動的。平面輪系：各輪軸線均平行。51 輪系及其分類空間輪系：各輪軸線不平行。2、構造：1、3-中心輪（太陽輪）H-系桿 (行星架、轉臂)13H22基本構件輪系運轉時，至少有一個齒輪的

2、幾何軸線繞另一個 齒輪的固定軸線轉動。二、周轉輪系二、周轉輪系（回轉軸線重合）行星輪定義：1、51 輪系及其分類3 3、分類分類： 按自由度分：按自由度分：中心輪中心輪1、3均不固定均不固定132H-差動輪系差動輪系Ph=2F=3n- -2Pl - - Ph=34- -24- -2=2n=4Pl =4特征特征:51 輪系及其分類13H2 按自由度分：按自由度分：F=2 差動輪系差動輪系n=3132H132H行星輪系行星輪系中心輪中心輪1 1、3 3均不固定均不固定特征：特征：Pl = =3Ph= =2F=3n- -2Pl - - Ph=33- -23- -2=1特征：特征：中心輪中心輪1 1或

3、或3 3有一個固定有一個固定3 3、分類分類：51 輪系及其分類 按自由度分：按自由度分：中心輪中心輪1固定（外齒輪）固定（外齒輪）F=1 行星輪系行星輪系中心輪中心輪3固定（內齒輪）固定（內齒輪） F=1 行星輪系行星輪系3 3、分類分類：51 輪系及其分類51 輪系的類型輪系的類型本章要解決的問題：本章要解決的問題：輪系分類輪系分類周轉輪系周轉輪系（軸有公轉）（軸有公轉）定軸輪系（軸線固定）定軸輪系（軸線固定） 復合輪系復合輪系（兩者混合）（兩者混合） 差動輪系（差動輪系（F=2F=2）行星輪系（行星輪系（F=1F=1）1.1.輪系傳動比輪系傳動比 i 的計算的計算; ;2.2.從動輪轉向

4、的判斷。從動輪轉向的判斷。平面定軸輪系平面定軸輪系空間定軸輪系空間定軸輪系52 定軸輪系的傳動比一、傳動比：一、傳動比：輸入軸與輸出軸角速度（轉速）之比。ABBABAABzznniBAAABBABABABzziABABzzi1、一對嚙合傳動齒輪的傳動比大?。?、一對嚙合傳動齒輪的轉向關系：設計：潘存云設計：潘存云設計：潘存云121232)2)畫箭頭畫箭頭外嚙合時：外嚙合時：內嚙合時：內嚙合時：對于空間定軸輪系，只能用畫箭頭的方法來確定從對于空間定軸輪系，只能用畫箭頭的方法來確定從動輪的轉向。動輪的轉向。兩箭頭同時指向（或遠離）嚙合點。兩箭頭同時指向（或遠離）嚙合點。頭頭相對或尾尾相對。頭頭相對

5、或尾尾相對。兩箭頭同向。兩箭頭同向。錐齒輪錐齒輪1252 定軸輪系的傳動比1233445求：i15二、舉例：二、舉例：52 定軸輪系的傳動比1233445求：i15122112zzi233223zzi344343zzi455454zzi5115i5443322154432312iiii45342312zzzzzzzz所有主動輪齒數之積到從所有從動輪齒數之積到從推廣：BABAiBAAB主從zz二、舉例：二、舉例：52 定軸輪系的傳動比1233445主從zziBAAB討論討論每對齒輪的主、從關系是由AB的運動方向確定的；若AB兩軸線平行，iAB可用“ ”表示，“+”表示轉向相同，“”表示轉向相反；

6、若AB兩軸線不平行，iAB則用箭頭表示；4534231215zzzzzzzzi對平面輪系，傳動比總有“ ”號，其符號可用箭頭法，也可用(-1)m確定，對空間輪系，只能用箭頭法確定轉向；輪2在傳動比式中不起作用，稱為“惰輪”。外嚙合次數；m53 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比如何求周轉輪系的傳動比如何求周轉輪系“定軸輪系”理論依據：各構件加各構件加“ - H H”繞繞O1123H1o1oHH1H2H3前提條件： 保證各個構件之間的相對運動不變一、傳動比計算一、傳動比計算機構各構件加上同一角速度，各構件間的相對運動不變。設各構件轉動方向相同（轉化機構）5353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比1

7、23H1o思 路：123H1o1o123H1oHH1H2H3構件構件轉化前（周轉輪系）轉化前（周轉輪系）轉化后（轉化后（“定軸輪系定軸輪系” ）123H機架機架1H1H223H3H0HHH3HHH2H1HH005353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比123H1o1o123H1oH1H2H3轉化機構的傳動比：Hi13HH31HH3113zz“”號表示在轉化機構中，輪1、輪3的轉向相反。主從通式：zziHBHAHBHAHABH1H3H22312zzzz5353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比主從通式：zziHBHAHBHAHAB注意：注意： 轉化機構的角速比ABHABii 由轉化機構按定軸輪系

8、計算方法求得。主從zz其中：“”僅表示轉化機構中各構件的相對轉向，而不是各 在 中，已知其二，可求其一；它們既包含大小又包含轉向，若已知的兩轉速轉向相同，同號值代入；否則異號值代入。求得的轉速方向與其符號相同的已知轉速方向一致。HBA、5353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比構件的真實轉向。 任何時候均不能直接在周轉輪系上用(-1)m或箭頭直接判 斷從動件的轉向 三軸線必須平行，否則不能應用上式。HBA、 當B=0時133113zziHHHHHHi2112HHAHABiAHi1HABAHii1 行星輪系HH225353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比主從通式：zziHBHAHBHAHAB1

9、23H注意：注意：。，求，已知Hizz1319030123H5353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比例例1 解：二、舉例二、舉例。，求，已知Hizz1319030123HHnn111311zziH430901HHHHHHHnnnnnni313131132132zzzz2132zzzzHn1Hn2Hn35353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比例例1 解：二、舉例二、舉例行星輪系1、H轉向相同。，求，1322199100101100Hizzzz1223H解：Hi11100100991011100001100001Hi1003z若10010010110011Hi10011001HiHHHHHnn

10、nnnni3131132) 1(HHnnn012312zzzz2312zzzz2) 1(2312zzzz2) 1(213211zzzziH1、H轉向相同1、H轉向相反Hn1Hn3Hn25353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比例例2 行星輪系，已知504030203221zzzz123H2解：解：HHHnnnni31132312zzzz 402050302001001HHnnrpm.nH6595求求 402050302001002HHnnrpm.nH22165與與n1、n3轉向相同轉向相同21 ）（Hn3Hn1Hn25353 周轉輪系的傳動比周轉輪系的傳動比，min/rnmin/rn20010

11、031例例3 （1）當）當n1與與n3轉向相反時，轉向相反時， nH的大小和方向；的大小和方向；（2）當）當n1與與n3轉向相同時，轉向相同時， nH的大小和方向。的大小和方向。與與n n1 1轉向相反、轉向相反、與與n n3 3轉向相同轉向相同差動輪系差動輪系例例4 4 輪系中，輪系中， z z1 1z z2 220, z20, z3 360601)輪輪3 3固定。求固定。求i1H 。2)n n1 1=1, n=1, n3 3=-1, =-1, 求求n nH H 及及i1H 的值。的值。3)n n1 1=1, n=1, n3 3=1, =1, 求求n nH H 及及i1H 的值。的值。HHH

12、i3113)1解HHHnni3113)2HH0111Hi2132zzzz13zz3 i1H=4 , 齒輪齒輪1和系桿轉向相同和系桿轉向相同HHnnnn31HHnn1132/1Hn兩者轉向相反。兩者轉向相反。得：得： i1H = n1 / nH =2 , 輪1逆時針轉1圈，輪3順時針轉1圈，則系桿順時針轉半圈。2060HH31輪1轉4圈，系桿H轉1圈。2H13HHHHHnnnnnni313113)3結論：結論：1)輪輪1 1轉轉4 4圈，系桿圈，系桿H H同向轉同向轉1 1圈。圈。2) 輪輪1 1逆時針轉逆時針轉1 1圈，輪圈，輪3 3順時針轉順時針轉1 1圈，則系桿順時圈，則系桿順時 針轉半圈

13、。針轉半圈。3)輪輪1 1輪輪3 3各逆時針轉各逆時針轉1 1圈，則系桿逆時針轉圈，則系桿逆時針轉1 1圈。圈。特別強調：特別強調： i13 iH13 一是絕對運動、一是相對運動 i1313- z- z3 3/z/z1 1HHnn111Hn=3兩者轉向相同。兩者轉向相同。得得： i1H = n1 / nH =1 , 輪1輪3各逆時針轉1圈，則系桿逆時針轉1圈。n n1 1=1, n=1, n3 3=1=1三個基本構件無相對運動！三個基本構件無相對運動！這是數學上0比0未定型應用實例設計：潘存云H例例5 5：圖示圓錐齒輪組成的輪系中，已知：圖示圓錐齒輪組成的輪系中，已知： z z1 13333，

14、z z2 212, z12, z3 333, 33, 求求 i3H 解解: :判別轉向判別轉向: :HHHi1331強調：如果方向判斷不對，則會得出錯誤的結論：30。提問：成立否？HHHi1221HH0313Hi31zzz z1 1z z3 3i3H =2 系桿H轉一圈，齒輪3同向2圈=1不成立！不成立！Why? 因兩者軸線不平行H H2 2 2 2H HH H2 2H Hr r2 2r r1 1特別注意：特別注意：轉化輪系中兩齒輪軸線不平行時，不能直接計算！轉化輪系中兩齒輪軸線不平行時，不能直接計算！z z2 2o齒輪齒輪1 1、3 3方向相反方向相反p2 22 21 1如果齒輪如果齒輪1不

15、固定？不固定？作者：潘存云教授123HHHHnnnni133131zz=1圖示行星輪系中：圖示行星輪系中：Z1= Z2 = Z3nH =(n1 + n3 ) / 2結論：結論：行星架的轉速是輪行星架的轉速是輪1、3轉速的合成。轉速的合成。汽車差速器用作運動的分解用作運動的分解 差動輪系不僅能將兩個獨立的轉動合成為一個轉動，而且還可以將一個主動構件的轉動按所需的可變比例分解為兩個從動件的轉動。圖示為汽車差速器。132245 差速器可根據不同的彎道半徑，自動地將發(fā)動機傳來的轉動分解為左右兩個后輪的不同速轉動。發(fā)動機傳動軸13224531zz 1134341413zznnnni當汽車直線行駛時，31

16、nn 當汽車轉彎時，車體繞P點轉動，P轉彎rL2LrVLrV31轉彎1V3VLrLrnn31即：聯立解得：41)1 (nrLn43)1 (nrLn若車輪在地面不打滑，應：13224531zz P轉彎rL21V3V41)1 (nrLn43)1 (nrLn輪4、5組成定軸輪系，有：5454nzzn 5451)1 (nzzrLn5453)1 (nzzrLn當汽車直線行駛時，r 545431nzznnn13224531zz P轉彎rL21V3V定軸輪系+周轉輪系混合輪系混合輪系周轉輪系+周轉輪系復合輪系復合輪系組合輪系組合輪系5454 組合輪系的傳動比組合輪系的傳動比一、求解步驟一、求解步驟1、劃分輪

17、系（關鍵）定軸輪系行星輪系2、分別建立各輪系的傳動比方程H223344225454 組合輪系的傳動比組合輪系的傳動比111、劃分輪系2、分別建立各輪系的傳動比方程3、找聯系條件，聯立求解22 nnHHiii2121)1 (2412zzzz32434242zzzznnnniHHH行星輪系：122112zznni定軸輪系：5454 組合輪系的傳動比組合輪系的傳動比定軸輪系行星輪系H212342421zziH二、輪系的劃分方法二、輪系的劃分方法1 1、先找行星輪（從這里入手）、先找行星輪（從這里入手）2 2、再找系桿、再找系桿H H3 3、找中心輪、找中心輪與行星輪相嚙合，并且與系桿共軸線與行星輪相

18、嚙合，并且與系桿共軸線軸線不固定的齒軸線不固定的齒輪輪支承行星輪，使行星輪支承行星輪，使行星輪作公轉運動（但不一定是桿狀）作公轉運動（但不一定是桿狀）5454 組合輪系的傳動比組合輪系的傳動比定軸輪系定軸輪系行星輪系行星輪系H2123412314H2為行星輪1、3為中心輪1、5為中心輪4為行星輪5為系桿H為系桿（3固定）1、2、3、5行星輪系行星輪系（1 、5均不固定）1、4、5、H 差動輪系5差動輪系劃分輪系從行星輪入手5454 組合輪系的傳動比組合輪系的傳動比例例121325351513zzzznnnni41545151zzzznnnniHHH54 組合組合輪系的傳動比123234H556

19、1、2、2、3-定軸輪系定軸輪系3、4、5、H-差動輪系差動輪系5、6-定軸輪系定軸輪系劃分輪系例例2電動卷揚機的減速器，已知各輪齒數及n1，求n5。12233451223534534554 組合輪系的傳動比例例3解：1、劃分輪系(教材例5-4，P78)差動輪系差動輪系定軸輪系定軸輪系1223345122353453455454 組合輪系的傳動比組合輪系的傳動比差動輪系差動輪系HHHnnnni31132132zzzz定軸輪系定軸輪系5353nni4534z zz z 35zz115543.9nin聯系條件：聯系條件：335nnnnH，聯立求解：聯立求解：與n1同向。54 復合輪系的傳動比 圖示

20、輪系，已知：n1=1500rpm，z1=20，z2=z2=40，z4=20，z3=15，z3=30，z5=80，z7=15，z8=30，各輪均為標準直齒輪，試求nH的大小與方向。1223346587Hn1解：劃分輪系6、7、8、H-差動輪系HHHnnnni866868zz56nn 1551nni2154zzzz38nn 1331nni213233zzzzzz81328762zzz60代入（） ：603031500281500HHnn解得 ：rpmnH3 .208負號表示與n6反向、與n8同向。例例4圖示輪系，已知：Z1=20，Z2=40，Z3=80，Z4=Z5=30，Z6=90。求i16=?

21、作者：潘存云教授1255 輪系的應用輪系的應用1)獲得較大的傳動比獲得較大的傳動比，而且結構緊湊。，而且結構緊湊。2)實現分路傳動實現分路傳動，如鐘表時分秒針；，如鐘表時分秒針；輪系的傳動比輪系的傳動比i i可達可達1000010000。實例比較一對齒輪一對齒輪: : i8, i8, i12=6結構超大、小輪易壞結構超大、小輪易壞55 輪系的應用輪系的應用1)獲得較大的傳動比獲得較大的傳動比，而且結構緊湊。，而且結構緊湊。2)實現分路傳動實現分路傳動，如鐘表時分秒針；，如鐘表時分秒針；3)換向傳動換向傳動輪系的傳動比輪系的傳動比i i可達可達1000010000。一對齒輪一對齒輪: : i8,

22、 i8, 車床走刀絲杠三星輪換向機構車床走刀絲杠三星輪換向機構作者：潘存云教授作者：潘存云教授轉向相反轉向相反轉向相同轉向相同55 輪系的應用輪系的應用1)獲得較大的傳動比獲得較大的傳動比，而且結構緊湊。，而且結構緊湊。2)實現分路傳動實現分路傳動，如鐘表時分秒針；，如鐘表時分秒針；3)換向傳動換向傳動4)實現變速傳動實現變速傳動輪系的傳動比輪系的傳動比i i可達可達1000010000。一對齒輪一對齒輪: : i8, i8, 作者：潘存云教授作者：潘存云教授設計：潘存云設計：潘存云移動雙聯齒輪移動雙聯齒輪使不同使不同齒數的齒輪進入嚙合齒數的齒輪進入嚙合可改變輸出軸的轉速?？筛淖冚敵鲚S的轉速。

23、5)運動合成運動合成加減法運算55 輪系的應用輪系的應用1)獲得較大的傳動比獲得較大的傳動比，而且結構緊湊。，而且結構緊湊。2)實現分路傳動實現分路傳動，如鐘表時分秒針；，如鐘表時分秒針；3)換向傳動換向傳動4)實現變速傳動實現變速傳動輪系的傳動比輪系的傳動比i i可達可達1000010000。一對齒輪一對齒輪: : i8, i8, 作者：潘存云教授123HHHHnnnni133131zz=1圖示行星輪系中：圖示行星輪系中：Z1= Z2 = Z3nH =(n1 + n3 ) / 2結論：結論：行星架的轉速是輪行星架的轉速是輪1、3轉速的合成。轉速的合成。5)運動合成運動合成 6)運動分解運動分

24、解下頁有汽車差速器55 輪系的應用輪系的應用1)獲得較大的傳動比獲得較大的傳動比，而且結構緊湊。，而且結構緊湊。2)實現分路傳動實現分路傳動，如鐘表時分秒針；，如鐘表時分秒針；3)換向傳動換向傳動4)實現變速傳動實現變速傳動輪系的傳動比輪系的傳動比i i可達可達1000010000。一對齒輪一對齒輪: : i8, i8, 設計：潘存云5 56 6 幾種特殊的行星傳動簡介幾種特殊的行星傳動簡介 在在2K-H2K-H行星輪系中，去掉小中心輪，將行星輪加行星輪系中，去掉小中心輪，將行星輪加大使與中心輪的齒數差大使與中心輪的齒數差z z2 2-z-z1 11 14 4，稱為少齒差傳稱為少齒差傳動。傳動

25、比為：動。傳動比為：HHHi2112若若z z2 2-z-z1 11(1(稱為一齒差傳動稱為一齒差傳動) )，z z1 1100100，則，則i iH1H1100100。輸入軸轉100圈，輸出軸只反向轉一圈?？芍@種少齒數差傳動機構可獲得很大的單級傳動比。1121zzziH輸出機構輸出機構V 系桿為主動，輸出行星輪的運動。由于行星輪作系桿為主動，輸出行星輪的運動。由于行星輪作平面運動，故應增加一運動輸出機構平面運動，故應增加一運動輸出機構V V。12iH1=1/ i1H= -z1 /(z2 - z1 )稱此種行星輪系為稱此種行星輪系為: : K-H-VK-H-V型。型。Hi1112zz設計：潘

26、存云設計：潘存云工程上廣泛采用的是孔銷式輸出機構工程上廣泛采用的是孔銷式輸出機構圖示輸出機構為雙萬向聯軸節(jié)，不僅軸向尺寸大，而且不適用于有兩個行星輪的場合。12當滿足條件：當滿足條件：銷孔和銷軸始終保持接觸。銷孔和銷軸始終保持接觸。四個圓心的連線構成四個圓心的連線構成:平行四邊形平行四邊形。dh= ds + 2aadhds根據齒廓曲線的不同，目前工程上有兩種結構的減速器，即漸開線少齒差行星和擺線針輪減速器。不實用不實用! 結構如圖 ohoso1o2一、漸開線少齒差行星齒輪傳動一、漸開線少齒差行星齒輪傳動其齒廓曲線為普通的漸開線，齒數差一般為其齒廓曲線為普通的漸開線，齒數差一般為z z2 2-z

27、-z1 1=1=14 4。優(yōu)點：優(yōu)點：傳動比大，一級減速傳動比大，一級減速i1H可達可達135135，二級可達，二級可達10001000以上。以上。結構簡單，體積小，重量輕。與同樣傳動比和同樣結構簡單，體積小，重量輕。與同樣傳動比和同樣 功率的普通齒輪減速器相比，重量可減輕功率的普通齒輪減速器相比，重量可減輕1/31/3以上。以上。加工簡單，裝配方便。加工簡單，裝配方便。效率較高。一級減速效率較高。一級減速0.80.80.940.94, ,比蝸桿傳動高。比蝸桿傳動高。由于上述優(yōu)點，使其獲得了廣泛的應用缺點缺點：只能采用正變位齒輪傳動，設計較復雜。只能采用正變位齒輪傳動，設計較復雜。存在重疊干涉

28、現象傳遞功率不大，傳遞功率不大，N45KWN45KW。 受輸出機構限制徑向分力大，行星輪軸承容易損壞。徑向分力大，行星輪軸承容易損壞。 大設計：潘存云二、擺線針輪傳動二、擺線針輪傳動結構特點：結構特點：行星輪齒廓曲線為擺線行星輪齒廓曲線為擺線( (稱擺線輪稱擺線輪) )，固定輪采用，固定輪采用針輪針輪。擺線輪擺線輪銷軸銷軸當滿足條件：當滿足條件： dh= ds + 2a銷軸套銷軸套dsdhO1齒數差為齒數差為: : z z2 2-z-z1 1=1=1a銷孔和銷軸始終保持銷孔和銷軸始終保持接觸，四個圓心的連接觸，四個圓心的連線構成一平行四邊形。線構成一平行四邊形。針輪針輪O2針齒套針齒套針齒銷針

29、齒銷設計：潘存云r2r22發(fā)生圓發(fā)生圓外擺線：外擺線：發(fā)生圓發(fā)生圓2 2在導圓在導圓1 1( (r r1 1rr2 2) )上作純上作純滾動時，發(fā)生圓上點滾動時，發(fā)生圓上點P P的軌跡。的軌跡。齒廓曲線的形成齒廓曲線的形成p3p4p2外擺線外擺線1導圓導圓r1p1 p5設計：潘存云a短幅外擺線：短幅外擺線：發(fā)生圓在導圓上作純滾發(fā)生圓在導圓上作純滾動時，與發(fā)生圓上固聯動時，與發(fā)生圓上固聯一點一點M M的軌跡。的軌跡。齒廓曲線：齒廓曲線：短幅外擺線的內側等距線短幅外擺線的內側等距線( (針齒的包絡線針齒的包絡線) )。短幅外擺線短幅外擺線齒廓曲線齒廓曲線12r2p4p5BAr1p1p2p3導圓導圓發(fā)生圓發(fā)生圓M2o2M3o3o4M4o5M5M1o1c1c5外擺線：外擺線：發(fā)生圓發(fā)生圓2 2在導圓在導圓1 1( (r r1 1rr2 2) )上作純滾動時，發(fā)生上作純滾動時，發(fā)生圓上