機械原理CH06齒輪系及其設計

第六章齒輪系及其設計§6-1齒輪系及其分類§6-2定軸輪系的傳動比§6-3周轉輪系的傳動比§6-4復合輪系的傳動比§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．應用汽車后輪中的傳動機構（圖片、動畫）2．分類（1）定軸輪系（普通輪系）（2）周轉輪系 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。當輪系運動時，其各齒輪軸線的位置固定不動。當輪系運動時，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）按基本構件分2K－H型和3K型（3）復合輪系齒輪系及其分類(2/2)周轉輪系的類型有： 一方面繞自己的幾何軸線自轉，同時又繞另一個齒輪的軸線轉動的齒輪稱為行星輪；支持行星輪的構件（H）稱為行星架（系桿、轉臂）；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件稱為基本構件（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件的轉向關系兩方面內容。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，即一般用標注箭頭的方法來確定。2．首、末輪轉向關系的確定定軸輪系的首、末兩輪的轉向關系，：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)則其轉化輪系的傳動比為： 周轉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．周轉輪系的轉化輪系根據(jù)相對運動原理，若給定某個周轉輪系一個-ωH的反轉運動之后，所轉化得到的定軸輪系，因此，周轉輪系的傳動比就可以通過對其轉化輪系傳動比的計算來進行求解。就稱為原周轉輪系的轉化輪系或轉化機構。2．差動輪系的傳動比設差動輪系中的兩個太陽輪分別為m和n，行星輪架H，§6-3

周轉輪系的傳動比＝±在轉化輪系中由m至n各從動輪齒數(shù)的乘積在轉化輪系中由m至n各主動輪齒數(shù)的乘積式中“±”號應根據(jù)其轉化輪系中m、n兩輪的轉向關系來確定。而ωm、ωn、ωH均為代數(shù)值，在使用時要帶有相應的“±”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輪系必定為行星輪系，故行星輪系傳動比的一般表達式為或周轉輪系的傳動比(2/2)說明§6-4

復合輪系的傳動比對于復合輪系，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鍵，主要是要將周轉輪系先劃分出來，即先要找到行星輪。復合輪系的傳動比(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化輪系中上述各因素均不改變，故他們的摩擦損失功率應相等，即Pf＝PfH而PfH確定如下：設輪1為主動輪，其轉矩為M1，則輪1所傳遞的功率為P1＝M1ω1（c）而在轉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在轉化輪系中為主動；當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)結論

當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、行星輪在公轉中的離心慣性力等）沒有考慮，致使理論計算的結果并不能完全正確地反映傳動裝置的實際效率。所以，如有必要應在行星輪系制成之后，用實驗的方法進行效率的測定。§6-7行星輪系的類型選擇及設計的基本知識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，在設計行星輪系時，應重視輪系類型的選擇。其選擇原則為：首先，應滿足傳動的范圍；例2K-H型行星輪系的傳動比范圍其次，應考慮傳動效率的高低。動力傳動應采用負號機構；當要求有較大傳動比時，可采用幾個負號機構或與定軸輪系的復合或3K型輪系。第三，應該注意輪系中的功率流動問題。此外，還應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計的基本知識(2/2)汽車后輪中的傳動機構定軸輪系：

如果在輪系運轉時，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。空間定軸輪系：

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齒輪固定行星輪系外齒輪固定行星輪系單排內外嚙合型行星輪系

（2K-H、內齒輪固定）單排內外嚙合型行星輪系

（2K-H、外齒輪固定）雙排內外嚙合型行星輪系

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