機械原理第六章(2011.05.10)

機械原理第六章輪系及其設(shè)計哈爾濱工業(yè)大學(xué)主講：焦映厚2011年05月10日第六章輪系及其設(shè)計§6-1輪系的類型與應(yīng)用一、輪系的分類1．定軸輪系輪系運轉(zhuǎn)時，如果各齒輪軸線的位置都固定不動，則稱之為定軸輪系（或稱為普通輪系）。2143定軸輪系2．周轉(zhuǎn)輪系輪系運轉(zhuǎn)時，至少有一個齒輪軸線的位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)，則稱該輪系為周轉(zhuǎn)輪系。按照自由度數(shù)目的不同，又可將周轉(zhuǎn)輪系分為兩類：1）差動輪系自由度為2系桿中心輪（主動）行星輪行星輪系桿中心輪（主動）２）行星輪系自由度為１行星輪系桿中心輪（主動）中心輪（固定）周轉(zhuǎn)輪系復(fù)合輪系復(fù)合輪系二、輪系的功用1．實現(xiàn)相距較遠的兩軸之間的傳動2．實現(xiàn)分路傳動3．實現(xiàn)變速變向傳動4．實現(xiàn)大速比和大功率傳動兩組輪系傳動比相同，但是結(jié)構(gòu)尺寸不同5．實現(xiàn)運動的合成與分解運動輸入運動輸出行星錐環(huán)無級變速器輪系在無級變速器中的應(yīng)用§6-2輪系的傳動比計算一、定軸輪系的傳動比輸入軸與輸出軸之間的傳動比為:輪系中各對嚙合齒輪的傳動比大小為：一般定軸輪系的傳動比計算公式為：如何確定平面定軸輪系中的轉(zhuǎn)向關(guān)系？一對外嚙合圓柱齒輪傳動兩輪的轉(zhuǎn)向相反，其傳動比前應(yīng)加“－”號一對內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動兩輪的轉(zhuǎn)向相同，其傳動比前應(yīng)加“+”號該輪系中有3對外嚙合齒輪，則其傳動比公式前應(yīng)加(1)3

若傳動比的計算結(jié)果為正，則表示輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)向相同，為負則表示轉(zhuǎn)向相反。如何確定空間定軸輪系中的轉(zhuǎn)向關(guān)系？空間定軸輪系傳動比前的“+”、“－”號沒有實際意義空間定軸輪系中含有軸線不平行的齒輪傳動不平行不平行“+”、“－”不能表示不平行軸之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系如何表示一對平行軸齒輪的轉(zhuǎn)向？機構(gòu)運動簡圖投影方向齒輪回轉(zhuǎn)方向線速度方向用線速度方向表示齒輪回轉(zhuǎn)方向機構(gòu)運動簡圖投影方向如何表示一對圓錐齒輪的轉(zhuǎn)向？

齒輪回轉(zhuǎn)方向線速度方向表示齒輪回轉(zhuǎn)方向投影線速度方向用線速度方向表示齒輪回轉(zhuǎn)方向向方影投機構(gòu)運動簡圖如何表示蝸桿蝸輪傳動的轉(zhuǎn)向？蝸輪回轉(zhuǎn)方向蝸桿上一點線速度方向向方影投蝸桿回轉(zhuǎn)方向機構(gòu)運動簡圖右旋蝸桿表示蝸桿、蝸輪回轉(zhuǎn)方向蝸桿旋向影響蝸輪的回轉(zhuǎn)方向如何判斷蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)向？右旋蝸桿左旋蝸桿以左手握住蝸桿，四指指向蝸桿的轉(zhuǎn)向，則拇指的指向為嚙合點處蝸輪的線速度方向。左手規(guī)則右手規(guī)則以右手握住蝸桿，四指指向蝸桿的轉(zhuǎn)向，則拇指的指向為嚙合點處蝸輪的線速度方向。蝸桿的轉(zhuǎn)向二、周轉(zhuǎn)輪系的傳動比周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算方法（轉(zhuǎn)化機構(gòu)法）周轉(zhuǎn)輪系

定軸輪系（轉(zhuǎn)化機構(gòu)）定軸輪系傳動比計算公式求解周轉(zhuǎn)輪系的傳動比反轉(zhuǎn)法周轉(zhuǎn)輪系給整個周轉(zhuǎn)輪系加一個與系桿H的角速度大小相等、方向相反的公共角速度ωHωH構(gòu)件名稱原周轉(zhuǎn)輪系中各構(gòu)件的角速度轉(zhuǎn)化機構(gòu)中各構(gòu)件的角速度系桿ＨwＨ中心輪１行星輪２中心輪３在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中系桿H變成了機架把一個周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化成了定軸輪系構(gòu)件名稱原周轉(zhuǎn)輪系中各構(gòu)件的角速度轉(zhuǎn)化機構(gòu)中各構(gòu)件的角速度系桿ＨwＨ中心輪１中心輪３計算該轉(zhuǎn)化機構(gòu)（定軸輪系）的傳動比：輸入軸輸出軸給定差動輪系，三個基本構(gòu)件的角速度ω１、ω２、ωH中的任意兩個，便可由該式求出第三個，從而可求出三個中任意兩個之間的傳動比。特別當(dāng)時當(dāng)時三、混合輪系的傳動比什么是混合輪系？系桿系桿回轉(zhuǎn)方向為了把一個周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系，通常采用反轉(zhuǎn)法。隨機架轉(zhuǎn)動相當(dāng)于系桿把這種由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系或者由兩個以上的周轉(zhuǎn)輪系組成的，不能直接用反轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)化為定軸輪系的輪系，稱為混合輪系例題已知各輪齒數(shù)及ω6，求ω3的大小和方向。周轉(zhuǎn)輪系定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機構(gòu)傳動比為把該輪系分為兩部分代入齒數(shù)§6-4行星輪系的設(shè)計一、行星輪系的類型選擇選擇傳動類型時，應(yīng)考慮的幾個因素：傳動比的要求、傳動的效率、外廓結(jié)構(gòu)尺寸和制造及裝配工藝等。１、滿足傳動比的要求傳動比實用范圍：傳動比：負號機構(gòu)減速傳動輸入輸出傳動比實用范圍：傳動比：負號機構(gòu)減速傳動減速傳動負號機構(gòu)輸入輸出輸入輸出傳動比實用范圍：傳動比：負號機構(gòu)減速傳動輸入輸出輸入輸出正號機構(gòu)當(dāng)其轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比時減速傳動當(dāng)時增速傳動可達很大值輸出輸出增速比很大，但自鎖輸入２、考慮傳動效率不管是增速傳動還是減速傳動，負號機構(gòu)的效率一般總比正號機構(gòu)的效率高。如果設(shè)計的輪系用于動力傳動，要求效率較高，應(yīng)該采用負號機構(gòu)。如果設(shè)計的輪系還要求具有較大的傳動比，而單級負號機構(gòu)又不能滿足要求時，則可將幾個負號機構(gòu)串聯(lián)起來，或采用負號機構(gòu)與定軸輪系組成的混合輪系來獲得較大的傳動比。正號機構(gòu)一般用在傳動比大、而對效率沒有較高要求的場合。

在選用封閉式行星輪系時，要特別注意輪系中的功率流問題，如輪系的型式及有關(guān)參數(shù)選擇不當(dāng)，可能會形成有一部分功率只在輪系的內(nèi)部循環(huán)，而不能向外輸出的情況，即形成所謂的封閉功率流。這種封閉的功率流將增大功率的損耗，使輪系的效率降低，對輪系的效率極為不利。二、行星輪系各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)目的選擇1、傳動比條件行星輪系必須能實現(xiàn)給定的傳動比根據(jù)傳動比確定各齒輪的齒數(shù)2、同心條件系桿的回轉(zhuǎn)軸線應(yīng)與中心輪的軸線相重合若采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪或高度變位齒輪傳動，則同心條件為上式表明兩中心輪的齒數(shù)應(yīng)同時為奇數(shù)或偶數(shù)如采用角變位齒輪傳動，則同心條件按節(jié)圓半徑計算3、裝配條件為使各個行星輪都能均勻分布地裝入兩個中心輪之間，行星輪的數(shù)目與各輪齒數(shù)之間必須有一定的關(guān)系。否則，當(dāng)?shù)谝粋€行星輪裝好后，其余行星輪便可能無法均布安裝。設(shè)有k個均布的行星輪，則相鄰兩行星輪間所夾的中心角為：將第一個行星輪在位置I裝入III設(shè)輪3固定，系桿H沿逆時針方向轉(zhuǎn)過達到位置II。這時中心輪1轉(zhuǎn)過角若在位置I又能裝入第二個行星輪則此時中心輪1轉(zhuǎn)角對應(yīng)于整數(shù)個齒兩中心輪的齒數(shù)z1、z3之和應(yīng)能被行星輪個數(shù)k所整除這種行星輪系的裝配條件4、鄰接條件保證相鄰兩行星輪不致相碰，稱為鄰接條件。相鄰兩行星輪的中心距應(yīng)大于行星輪齒頂圓直徑，齒頂才不致相碰。采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪時綜上所述1、傳動比條件2、同心條件3、裝配條件4、鄰接條件

為了設(shè)計時便于選擇各輪的齒數(shù)，通常把前三個條件合并為一個總的配齒公式減少行星輪數(shù)目k或增加齒輪的齒數(shù)確定各輪齒數(shù)的步驟：先根據(jù)配齒公式選定z1和k使得在給定傳動比的前提下N、和均為正整數(shù)驗算鄰接條件滿足不滿足結(jié)束三、行星輪系的均載為了使行星傳動中各個行星輪間的載荷均勻分布，提高行星傳動裝置的承載能力和使用壽命，通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取均載措施。1、柔性浮動自位均載方法柔性浮動自位的基本原理是假設(shè)在三個行星輪的條件下，行星輪與中心輪的三個嚙合點就能確定一個圓周的位置（三點定圓），而這個圓周位置的確定，則是靠浮動構(gòu)件在各嚙合點處作用力作用下移動到均衡的位置，從而實現(xiàn)行星輪間載荷均勻分配的目的。柔性浮動自位是靠中心輪、行星輪或行星架三個構(gòu)件之一或之二浮動，并且通常還使中心輪具有足夠的柔性來保證行星輪間的載荷均布。2、采用彈性結(jié)構(gòu)的均載方法利用彈性構(gòu)件的彈性變形使各個行星輪均勻分擔(dān)載荷（1）靠齒輪本身彈性變形的均載機構(gòu)薄壁內(nèi)齒輪細長撓性軸太陽輪的彈性均載（2）采用彈性襯套的均載方法

內(nèi)齒輪與內(nèi)齒輪的支承座之間或行星輪與行星輪軸間加入彈性元件，利用彈性元件的彈性變形達到均載的目的?！?-5其它行星傳動簡介一、漸開線少齒差行星傳動中心輪1固定系桿H為輸入軸V為輸出軸行星輪2等角速比機構(gòu)3銷孔銷軸這種輪系的傳動比越小齒數(shù)差傳動比越大當(dāng)時傳動比出現(xiàn)最大值1）一齒差行星傳動輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)向相反。2）為保證一齒差行星傳動的內(nèi)外齒輪裝配，兩個齒輪均需要變位，以避免產(chǎn)生干涉而不能轉(zhuǎn)動。注意二、諧波齒輪傳動H為波發(fā)生器，它相當(dāng)于行星輪系中的系桿，運動由此輸入。齒輪1為剛輪，其齒數(shù)為z1，它相當(dāng)于中心輪齒輪2為柔輪，其齒數(shù)為z2，可產(chǎn)生較大的彈性變形，它相當(dāng)于行星輪。運動由此輸出。諧波齒輪傳動的傳動比與漸開線少齒差行星傳動的傳動比計算公式完全一樣。三波傳動雙波傳動雙波傳動最常用諧波傳動的齒數(shù)差應(yīng)等于波數(shù)或波數(shù)的整數(shù)倍為了實際加工的方便，諧波齒輪的齒形，多