機械原理CH06齒輪系及其設(shè)計

第六章齒輪系及其設(shè)計§6-1齒輪系及其分類§6-2定軸輪系的傳動比§6-3周轉(zhuǎn)輪系的傳動比§6-4復(fù)合輪系的傳動比§6-5輪系的功用§6-6行星輪系的效率*§6-7行星輪系的類型選擇及設(shè)計的基本知識*§6-8其他新型行星齒輪傳動簡介返回§6-1齒輪系及其分類1．應(yīng)用汽車后輪中的傳動機構(gòu)（圖片、動畫）2．分類（1）定軸輪系（普通輪系）（2）周轉(zhuǎn)輪系 采用一系列互相嚙合的齒輪，將主動軸和從動軸連接起來的傳動裝置稱為輪系。當(dāng)輪系運動時，其各齒輪軸線的位置固定不動。當(dāng)輪系運動時，至少有一個齒輪的軸線繞另一個齒輪的軸線轉(zhuǎn)動。1）按自由度數(shù)目分差動輪系（F＝2）行星輪系（F＝1）2）按基本構(gòu)件分2K－H型和3K型（3）復(fù)合輪系齒輪系及其分類(2/2)周轉(zhuǎn)輪系的類型有： 一方面繞自己的幾何軸線自轉(zhuǎn)，同時又繞另一個齒輪的軸線轉(zhuǎn)動的齒輪稱為行星輪；支持行星輪的構(gòu)件（H）稱為行星架（系桿、轉(zhuǎn)臂）；幾何軸線固定的齒輪稱為中心輪或太陽輪(K)。

行星架繞之轉(zhuǎn)動的軸線稱為主軸線；軸線與主軸線重合而又承受外力的構(gòu)件稱為基本構(gòu)件（中心輪、行星架）。等于組成該輪系的各對嚙合齒輪傳動比的連乘積；§6-2

定軸輪系的傳動比所謂定軸輪系的傳動比，是指輪系中首、末兩構(gòu)件的角速度之比。輪系的傳動比包括傳動比的大小和首末兩構(gòu)件的轉(zhuǎn)向關(guān)系兩方面內(nèi)容。1．傳動比大小的計算定軸輪系的傳動比定軸輪系的傳動比＝所有從動輪齒數(shù)的連乘積所有主動輪齒數(shù)的連乘積也等于各對嚙合齒輪中所有從動輪齒數(shù)的連乘積與所有主動輪齒數(shù)的連乘積之比，即一般用標(biāo)注箭頭的方法來確定。2．首、末輪轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定定軸輪系的首、末兩輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系，：輪系中不影響輪系的傳動比的大小，而僅起中間過渡改變從動輪轉(zhuǎn)向作用的齒輪。過輪或中介輪定軸輪系的傳動比(2/2)則其轉(zhuǎn)化輪系的傳動比為： 周轉(zhuǎn)輪系的傳動比就不能直接按定軸輪系傳動比的求法來計算。1．周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系根據(jù)相對運動原理，若給定某個周轉(zhuǎn)輪系一個-ωH的反轉(zhuǎn)運動之后，所轉(zhuǎn)化得到的定軸輪系，因此，周轉(zhuǎn)輪系的傳動比就可以通過對其轉(zhuǎn)化輪系傳動比的計算來進行求解。就稱為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系或轉(zhuǎn)化機構(gòu)。2．差動輪系的傳動比設(shè)差動輪系中的兩個太陽輪分別為m和n，行星輪架H，§6-3

周轉(zhuǎn)輪系的傳動比＝±在轉(zhuǎn)化輪系中由m至n各從動輪齒數(shù)的乘積在轉(zhuǎn)化輪系中由m至n各主動輪齒數(shù)的乘積式中“±”號應(yīng)根據(jù)其轉(zhuǎn)化輪系中m、n兩輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系來確定。而ωm、ωn、ωH均為代數(shù)值，在使用時要帶有相應(yīng)的“±”號。而差動輪系的傳動比就可根據(jù)已確定出的ωm、ωn、ωH大小直接求得。3．行星輪系的傳動比由于具有固定太陽輪的周轉(zhuǎn)輪系必定為行星輪系，故行星輪系傳動比的一般表達(dá)式為或周轉(zhuǎn)輪系的傳動比(2/2)說明§6-4

復(fù)合輪系的傳動比對于復(fù)合輪系，既不能將其視為單一的定軸輪系來計算其傳動比，也不能將其視為單一的周轉(zhuǎn)輪系來計算其傳動比。而唯一正確的方法是將它所包含的定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系部分分開，并分別列出其傳動比的計算公式，然后進行聯(lián)立求解。因此，復(fù)合輪系傳動比的計算方法及步驟可概括為：1）正確劃分輪系；2）分別列出算式；3）進行聯(lián)立求解。例1

卷揚機減速器傳動比的計算其中正確劃分輪系是關(guān)鍵，主要是要將周轉(zhuǎn)輪系先劃分出來，即先要找到行星輪。復(fù)合輪系的傳動比(2/2)§6-5輪系的功用1．實現(xiàn)分路傳動2．實現(xiàn)大傳動比3．實現(xiàn)變速傳動4．實現(xiàn)換向傳動5．實現(xiàn)運動合成與分解6．實現(xiàn)大功率傳動定軸輪系行星輪系§6-6

行星輪系的效率*行星輪系主要應(yīng)用于動力傳動，需進行效率分析。1．機械效率的一般計算式設(shè)一機械的輸入功率為Pd、輸出功率為Pr和摩擦功率為Pf，則機械的效率的計算式為：（a）或（b）對于一個具體機械，因Pd、Pr一般為已知，故計算的關(guān)鍵是要求出Pf值。2．輪系中的摩擦損失功率Pf的確定Pf主要取決于輪系中各運動副中的作用力運動副元素間的摩擦系數(shù)相對運動速度的大小因行星輪系與其轉(zhuǎn)化輪系中上述各因素均不改變，故他們的摩擦損失功率應(yīng)相等，即Pf＝PfH而PfH確定如下：設(shè)輪1為主動輪，其轉(zhuǎn)矩為M1，則輪1所傳遞的功率為P1＝M1ω1（c）而在轉(zhuǎn)化輪系所傳遞的功率為P1H＝M1(ω1－ωH)＝P1(1－iH1)（d）行星輪系的效率(2/4)它等于由輪1到輪n之間各對嚙合齒輪傳動效率的連乘積。故可簡化為均按主動計算，并去Pf的絕對值，表明輪1在轉(zhuǎn)化輪系中為主動；當(dāng)M1與(ω1－ωH)同號時，則P1H>0，反之，則為從動。在這兩種情況下，Pf值相差不大，PfH＝|P1H|(1－η1nH)＝|P1(1－iH1)|(1－η1n)H（e）P1nH式中為轉(zhuǎn)化輪系的效率，3．行星輪系的效率計算ηH1＝(P1－Pf)/P1＝1－|1－1/i1H|(1－η1n)H（1）若輪1為主動輪，則P1為輸入功率；由式(b)知其效率為（2）若輪1為從動輪，則P1為輸出功率；由式(a)知其效率為η1H＝|P1|/(|P1|+Pf)＝1/[1+|1－iH1|(1－η1n)H]行星輪系的效率(3/4)結(jié)論

當(dāng)η1nH一定時，行星輪系的效率就是其傳動比的函數(shù)。例行星輪系的效率曲線行星輪系的效率(4/4)上面對輪系效率的計算問題進行了初步的討論，由于加工、安裝和使用情況等的不同，以及還有一些影響效率的因素（如攪油損失、行星輪在公轉(zhuǎn)中的離心慣性力等）沒有考慮，致使理論計算的結(jié)果并不能完全正確地反映傳動裝置的實際效率。所以，如有必要應(yīng)在行星輪系制成之后，用實驗的方法進行效率的測定?！?-7行星輪系的類型選擇及設(shè)計的基本知識1．行星輪系的類型選擇*行星輪系的類型很多，在相同的條件下，采用不同的類型，可以使輪系的外廓尺寸、重量和效率相差很多。因此，在設(shè)計行星輪系時，應(yīng)重視輪系類型的選擇。其選擇原則為：首先，應(yīng)滿足傳動的范圍；例2K-H型行星輪系的傳動比范圍其次，應(yīng)考慮傳動效率的高低。動力傳動應(yīng)采用負(fù)號機構(gòu)；當(dāng)要求有較大傳動比時，可采用幾個負(fù)號機構(gòu)或與定軸輪系的復(fù)合或3K型輪系。第三，應(yīng)該注意輪系中的功率流動問題。此外，還應(yīng)考慮輪系的外廓尺寸、重量等要求。2．行星輪系各輪齒數(shù)的確定（1）單排行星輪系的配齒調(diào)節(jié)滿足傳動比要求滿足同心條件滿足均布安裝條件滿足鄰接條件z3/z1＝i1H－1z3＝z1＋2z2(z1＋z3)/k＝N（z1＋z2)sin(180°/k)>z2+2hm*（2）雙排行星輪系的配齒條件*3．行星輪系的均載裝置*行星輪系的類型選擇及設(shè)計的基本知識(2/2)汽車后輪中的傳動機構(gòu)定軸輪系：

如果在輪系運轉(zhuǎn)時，其各個齒輪的軸線相對于機架的位置都是固定的，這種輪系就稱為定軸輪系（或普通輪系）。平面定軸輪系： 各齒輪軸線互相平行的定軸輪系稱為平面定軸輪系?？臻g定軸輪系：

各齒輪軸線互相不平行的定軸輪系稱為空間定軸輪系。圓柱齒輪型差動輪系圓錐齒輪型差動輪系內(nèi)齒輪固定行星輪系外齒輪固定行星輪系單排內(nèi)外嚙合型行星輪系

（2K-H、內(nèi)齒輪固定）單排內(nèi)外嚙合型行星輪系

（2K-H、外齒輪固定）雙排內(nèi)外嚙合型行星輪系

（2K-H、內(nèi)齒輪固定）圓錐齒輪型差動輪系（2K-H）單排雙內(nèi)嚙合型行星輪系（2K-H）雙排雙外嚙合型行星輪系（2K-H）雙排雙內(nèi)嚙合型行星輪系（2K-H）3K型周轉(zhuǎn)輪系 此復(fù)合輪系是由一部分定軸輪系和另一部分周轉(zhuǎn)輪系所組成的，又可稱為混合輪系。 此復(fù)合輪系是由兩部分周轉(zhuǎn)輪系組成的，又可稱為復(fù)合周轉(zhuǎn)輪系。實現(xiàn)分路傳動：

此系統(tǒng)可把發(fā)動機主軸的運動分解成六路傳出，帶動各附件同時工作。實現(xiàn)大傳動比：