機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 教學(xué)課件 作者 劉賽堂 李永敏 第五章

1、在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)： :/教材其余課件及動(dòng)畫(huà)素材請(qǐng)查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：機(jī)械設(shè)計(jì)根底劉賽堂 李永敏 主編第5章 齒輪系傳動(dòng) 1.輪系的根本類型及傳動(dòng)過(guò)程。 2.定軸輪系、行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算的根本方法。 3.組合輪系傳動(dòng)比計(jì)算的根本方法。 4.齒輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)：5.1 輪系的分類 一對(duì)齒輪組成的機(jī)構(gòu)是齒輪傳動(dòng)的最簡(jiǎn)單形式。在實(shí)際機(jī)械中，為了滿足各種不同的需要變速、換向、遠(yuǎn)距離傳動(dòng)等，常常把一系列齒輪含蝸桿傳動(dòng)按照不同的方式組合起來(lái)，這種由一系列相互嚙合齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為齒輪系或輪系。 根據(jù)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各輪軸線在空間的位置是否固定，可將輪系分為

2、定軸輪系和行星輪系兩大類。假設(shè)輪系中同時(shí)含有定軸輪系和行星輪系或含有多個(gè)行星輪系，那么稱為組合輪系。5.1.1 定軸輪系 當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，假設(shè)其中各齒輪的軸線相對(duì)于機(jī)架的位置都是固定不變的，那么該輪系稱為定軸輪系。 完全由平行軸線齒輪(圓柱齒輪)組成的定軸輪系，稱為平面定軸輪系，如圖5.1(a)所示。 輪系中包含有非平行軸線齒輪圓錐齒輪、蝸輪等的定軸輪系，那么稱為空間定軸輪系，如圖5.1(b)所示。5.1 輪系的分類5.1.2 行星輪系 在輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，假設(shè)至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線繞機(jī)架上的固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，那么該輪系稱為行星輪系，如圖5.2所示。圖5.1 定軸輪系5.1 輪系的分類 在行星輪系中，活

3、套在構(gòu)件H上的齒輪2稱為行星齒輪。支承行星齒輪作公轉(zhuǎn)的構(gòu)件那么稱為行星架或系桿(用H表示)。與行星齒輪相嚙合且軸線固定的齒輪1和3稱為中心輪用K表示。其中，外齒中心輪稱為太陽(yáng)輪；而內(nèi)齒中心輪稱為內(nèi)齒圈。傳動(dòng)時(shí)，中心輪和行星架繞機(jī)架上的固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。行星輪一方面受行星架的牽連、圍繞機(jī)架上的固定軸線作公轉(zhuǎn)，同時(shí)又繞其自身的軸線在自轉(zhuǎn)。 根據(jù)自由度的不同，行星輪系可分為兩類： 1)簡(jiǎn)單行星輪系。自由度為1的行星輪系稱為簡(jiǎn)單行星輪系，如圖5.3(a)、(b)所示。在此類行星輪系中有固定的中心輪。 2)差動(dòng)輪系。自由度為2的行星輪系稱為差動(dòng)輪系。其中心輪均不固定，如圖5.3(c)所示。 行星輪系按中心輪

4、個(gè)數(shù)的不同又可分為：2K-H型行星輪系、3K型行星輪系和K-H-V型行星輪系(V為輸出機(jī)構(gòu))，如圖5.3所示。5.1 輪系的分類圖5.3 按根本構(gòu)件分類5.2 定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 在輪系中，輸入軸和輸出軸角速度(或轉(zhuǎn)速)之比稱為輪系的傳動(dòng)比，常用字母i表示，并在其右下角用下標(biāo)說(shuō)明其對(duì)應(yīng)的兩軸。例如：i12，表示軸l與軸2的傳動(dòng)比。并規(guī)定當(dāng)兩齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同時(shí)，傳動(dòng)比為正；兩齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，傳動(dòng)比為負(fù)。確定輪系的傳動(dòng)比包含以下兩方面： 1)計(jì)算傳動(dòng)比i的大小。 2)確定輸出軸(輪)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。5.2.1 輪系的傳動(dòng)比5.2.2 平面定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算1.單級(jí)傳動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)比計(jì)算 如圖5

5、.5所示為單級(jí)圓柱齒輪嚙合，其傳動(dòng)比為5.2 定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算圖5.5 單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比計(jì)算2.多級(jí)傳動(dòng)比計(jì)算 在如圖5.1(a)所示的多對(duì)齒輪傳動(dòng)的平面定軸輪系中，設(shè)齒輪1為首輪，齒輪5為末輪，其傳動(dòng)比i15可由各對(duì)齒輪傳動(dòng)比求出。5.2 定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 一對(duì)空間齒輪傳動(dòng)比的大小也等于兩齒輪齒數(shù)的反比，因此空間定軸輪系傳動(dòng)比的大小也可用式5.1來(lái)計(jì)算。但由于各齒輪軸線不都相互平行，所以不能用(-1)m法來(lái)確定末輪的轉(zhuǎn)向，而要采用畫(huà)箭頭的方法來(lái)確定，如圖5.6所示。用箭頭方向代表齒輪的圓周速度方向，因任何一對(duì)嚙合齒輪的節(jié)點(diǎn)處的圓周速度相同，那么表示兩輪轉(zhuǎn)向的箭頭應(yīng)同時(shí)指向或背離節(jié)點(diǎn)

6、。實(shí)際上畫(huà)箭頭法對(duì)任何一種輪系都是適用的。5.2.3 空間定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算圖5.6 電動(dòng)提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)5.3 行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 行星輪系和定軸輪系之間的根本區(qū)別就在于行星輪系中有著轉(zhuǎn)動(dòng)的行星架，使得行星輪既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)。行星輪系的傳動(dòng)比就不能直接利用定軸輪系的方法進(jìn)行計(jì)算。但是根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，假設(shè)給整個(gè)行星輪系加上一個(gè)與行星架H的轉(zhuǎn)速大小相等、方向相反的附加轉(zhuǎn)速“-nH，此時(shí)各級(jí)齒輪之間及齒輪與其他各構(gòu)件間(行星架、機(jī)架)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，這樣原來(lái)的行星輪系就轉(zhuǎn)化為一個(gè)假想的“定軸輪系。這種經(jīng)過(guò)一定條件轉(zhuǎn)化得到的假想定軸輪系稱為原行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)或轉(zhuǎn)化輪系。利用這種方法求解輪系

7、的方法稱為轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法。如圖5.7所示，轉(zhuǎn)化輪系中各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速如表5.1所示。5.3.1 行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算方法圖5.7 行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算5.3 行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 由定軸輪系和行星輪系或幾個(gè)單一的行星輪系組合而成的輪系稱為組合輪系。在計(jì)算組合輪系的傳動(dòng)比時(shí)，既不能將整個(gè)輪系作為定軸輪系來(lái)處理，也不能對(duì)整個(gè)輪系采用轉(zhuǎn)化輪系的方法。 組合輪系傳動(dòng)比計(jì)算的根本方法是：首先劃分根本輪系；然后分別列出這些根本輪系傳動(dòng)比的方程式；最后根據(jù)這些根本輪系的方程式組，聯(lián)立求解所需傳動(dòng)比。 分析組合齒輪系的關(guān)鍵是先找行星輪系，方法是先找出行星輪與行星架，再找出與行星輪嚙合的中心輪,最后剩下的就是定軸齒輪系。5

8、.3.2 組合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算5.4 輪系的功用 當(dāng)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，假設(shè)僅用一對(duì)齒輪傳動(dòng)，會(huì)使齒輪的外廓尺寸龐大，如圖5.12中的虛線所示。這樣，既浪費(fèi)材料，又給制造、安裝等帶來(lái)不便。如采用輪系傳動(dòng)，那么可克服上述缺點(diǎn)，如圖5.12中的點(diǎn)劃線所示。5.4.1 傳遞相距較遠(yuǎn)的兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 輪系傳動(dòng)準(zhǔn)確，有其他機(jī)構(gòu)無(wú)法替代的特點(diǎn)，特別是行星輪系，具有許多特點(diǎn)：如行星齒輪既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)；差動(dòng)輪系具有兩個(gè)自由度；合理地采用內(nèi)嚙合，可合理利用兩中心輪間的空間；用多個(gè)行星輪均載裝置傳遞載荷等。隨著機(jī)械制造業(yè)的開(kāi)展和齒輪加工工藝及測(cè)量技術(shù)的不斷改進(jìn)及完善，輪系在工程中的應(yīng)用十分廣泛。其

9、功用可大致概括為以下幾個(gè)方面。圖5.12 蝸輪的結(jié)構(gòu)形式5.4 輪系的功用 假設(shè)想要用一對(duì)齒輪獲得較大的傳動(dòng)比，那么必然有一個(gè)齒輪要做得很大，這樣會(huì)使機(jī)構(gòu)的體積增大，同時(shí)小齒輪也容易損壞。如果采用多對(duì)齒輪組成的齒輪系，那么可以很容易地獲得較大的傳動(dòng)比。只要適中選擇齒輪系中各對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)，即可得到所要求的傳動(dòng)比。在行星齒輪系中，用較少的齒輪即可獲得很大的傳動(dòng)比。 如圖5.13中的輪系，如取z1=100，z2=99，z2=100，z3=101時(shí)，其傳動(dòng)比iH1可達(dá)10 000。5.4.2 獲得較大的傳動(dòng)比圖5.12 蝸輪的結(jié)構(gòu)形式5.4 輪系的功用 圖5.14所示為三星輪換向機(jī)構(gòu)。扳動(dòng)手柄可實(shí)

10、現(xiàn)如圖5.14(a)、(b)所示的兩種傳動(dòng)方案。由于兩方案僅相差一次外嚙合，故從動(dòng)輪4相對(duì)于主動(dòng)輪1有兩種輸出轉(zhuǎn)向。5.4.3 實(shí)現(xiàn)變速、換向傳動(dòng)圖5.14 三星輪換向機(jī)構(gòu)5.4 輪系的功用 利用輪系可以使一個(gè)主動(dòng)軸帶動(dòng)假設(shè)干從動(dòng)軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，將運(yùn)動(dòng)從不同的傳動(dòng)路線傳動(dòng)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的分路傳動(dòng)。如圖5.16所示的機(jī)械鐘表輪系結(jié)構(gòu)中，在同一主軸1帶動(dòng)下，利用輪系可以實(shí)現(xiàn)H、M、S三個(gè)從動(dòng)軸的分路輸出運(yùn)動(dòng)。5.4.4 實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)圖5.16 實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)5.4 輪系的功用 運(yùn)動(dòng)的合成是將兩個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)合成為一個(gè)輸出運(yùn)動(dòng)。對(duì)于差動(dòng)輪系來(lái)說(shuō)，它的3個(gè)根本構(gòu)件都是運(yùn)動(dòng)的，必須給定其中任意兩個(gè)根本構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，第3個(gè)構(gòu)件才有確定的運(yùn)動(dòng)。這就是說(shuō)，第3個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)是另兩個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的合成。圖5.17所示為滾齒機(jī)中的合成機(jī)構(gòu)差動(dòng)齒輪系。滾切斜齒輪時(shí)，由齒輪4傳遞來(lái)的展成運(yùn)動(dòng)傳給中心輪1；由蝸輪5傳遞來(lái)的附加運(yùn)動(dòng)傳給行星架H。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪系合成后便由齒輪3輸出至工作臺(tái)。5.4.5 用于對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行合成與分解圖5.17 滾齒機(jī)中的差動(dòng)輪系小 結(jié) 1根據(jù)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各輪軸線在空間的位置是否固定，可將輪系分為定軸輪系和行星輪系兩大類。常見(jiàn)輪系為定軸輪系，又可分為平面定軸輪系和空間定軸輪系。 2平面定軸輪系傳動(dòng)比為： 空間定軸輪系傳動(dòng)比的大小也可用上式來(lái)計(jì)算，但不能用(-1)m法來(lái)確定末輪的