齒輪系及其設(shè)計課件

◆齒輪系及其分類◆輪系的傳動比◆輪系的功用◆輪系的設(shè)計

◆了解輪系的組成和分類；

◆掌握定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系和混合輪系的傳動比的計算方法；◆了解輪系的主要功用和輪系的設(shè)計方法本章教學(xué)目的本章教學(xué)內(nèi)容第五章齒輪系及其設(shè)計本章重點：輪系傳動比的計算輪系的功用◆齒輪系及其分類◆了解輪系的組成和分類；本章教學(xué)目的本章1§5-1輪系及其分類（導(dǎo)彈發(fā)射快速反應(yīng)裝置）輪系：由一系列的齒輪所組成的齒輪傳動系統(tǒng)。一、輪系的分類：指各齒輪軸線的位置都相對機架固定不動的齒輪傳動系統(tǒng)。1.定軸輪系（普通輪系）圓柱齒輪圓錐齒輪蝸輪蝸桿組成AB151411101234568791213電動機AB§5-1輪系及其分類（導(dǎo)彈發(fā)射快速反應(yīng)裝置）輪系21）周轉(zhuǎn)輪系的組成：2.周轉(zhuǎn)輪系：指周轉(zhuǎn)輪系中軸線與主軸線重合，并承受外力矩的構(gòu)件。至少有一個齒輪的軸線（位置不固定）繞另一齒輪的軸線轉(zhuǎn)動的齒輪傳動系統(tǒng)。一、輪系的分類（續(xù)）系桿（行星架）：周轉(zhuǎn)輪系中支撐行星輪的構(gòu)件。中心輪（太陽輪）：軸線固定并與主軸線重合的齒輪。行星輪：周轉(zhuǎn)輪系中軸線不固定的齒輪。2）周轉(zhuǎn)輪系的基本構(gòu)件：機架基本構(gòu)件1）周轉(zhuǎn)輪系的組成：2.周轉(zhuǎn)輪系：指周轉(zhuǎn)輪系中軸3差動輪系：自由度為2的周轉(zhuǎn)輪系。3）周轉(zhuǎn)輪系的分類：一、輪系的分類（續(xù)）（2）根據(jù)基本構(gòu)件的組成分：2K-H型：有2個中心輪。3K型周轉(zhuǎn)輪系2K-H型周轉(zhuǎn)輪系（1）根據(jù)其自由度的數(shù)目分：行星輪系：自由度為1的周轉(zhuǎn)輪系。3K型：有3個中心輪。差動輪系：3）周轉(zhuǎn)輪系的分類：一、輪系的分類（續(xù)）（2）根據(jù)4既包含定軸輪系部分，又包含周轉(zhuǎn)輪系部分，或是由幾部分周轉(zhuǎn)輪系組成的復(fù)雜的齒輪傳動系統(tǒng)。3.復(fù)合輪系：一、輪系的分類（續(xù)）既包含定軸輪系部分，又包含周轉(zhuǎn)輪系部分，或是由5一、定軸輪系傳動比計算例：1450rpm53.7rpm12搪桿===

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i561450rpm53.7rpm123456--§5-2輪系的傳動比計算一、定軸輪系傳動比計算例：1450rpm53.7rpm12搪6平面定軸輪系傳動比傳動比的大小：定軸輪系的傳動比=各對齒輪傳動比的連乘積=從動輪齒數(shù)積/主從動輪齒數(shù)積首末兩輪的轉(zhuǎn)向取決于外嚙合齒輪的對數(shù)齒輪4(惰輪)不影響大小,但改變轉(zhuǎn)向(-1)m1234567123567平面定軸輪系傳動比傳動比的大?。憾ㄝS輪系的傳動比=各對齒輪傳7空間定軸輪系傳動比傳動比的大?。菏啄┒S轉(zhuǎn)向關(guān)系判別：箭頭法判斷，如圖所示齒輪1和5轉(zhuǎn)向相反123‘454’31234-空間定軸輪系傳動比傳動比的大?。菏啄┒S轉(zhuǎn)向關(guān)系判別：1238空間定軸輪系-續(xù)傳動比絕對值計算公式同平面定軸輪系用箭頭法標(biāo)定各輪的轉(zhuǎn)向輸入輸出構(gòu)件的軸線平行且轉(zhuǎn)向相同時，傳動比為正;轉(zhuǎn)向相反,則傳動比為負(fù)(最后通過箭頭法判斷后補充上去)軸線不平行的構(gòu)件間的傳動比,沒有"+"、"-"12345612345678方向如圖所示方向如圖所示空間定軸輪系-續(xù)傳動比絕對值計算公式同平面定軸輪系123459結(jié)論方向的判斷：箭頭法：轉(zhuǎn)向同時指向節(jié)點或背離節(jié)點外嚙合，兩輪回轉(zhuǎn)方向相反內(nèi)嚙合，兩輪回轉(zhuǎn)方向相同二、首未輪轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定①在首未輪的軸線相互平行時，當(dāng)兩輪轉(zhuǎn)向相同時，在其傳動比前加注“+”來表示；而當(dāng)兩者轉(zhuǎn)向相反時，在其傳動比前加注“－”來表示，②當(dāng)兩輪的軸線不平行時在運動簡圖上用箭頭標(biāo)明兩輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系。結(jié)論方向的判斷：二、首未輪轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定①在首未輪的軸線相互10指給整個周轉(zhuǎn)輪系加上一個“-wH”的公共角速度，使系桿H變?yōu)橄鄬潭ê?，所得到的假想的定軸輪系。周轉(zhuǎn)輪系的傳動比一、周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算的基本思路設(shè)法使系桿H固定不動，將周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系。周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機構(gòu)（轉(zhuǎn)化輪系）：轉(zhuǎn)化輪系原輪系指給整個周轉(zhuǎn)輪系加上一個“-wH”的公共角速度，使系11周轉(zhuǎn)輪系加上一公共角速度“-wH”后，各構(gòu)件的角速度：轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比i13H可按定軸輪系傳動比的方法求得：二、示例：周轉(zhuǎn)輪系加上一公共角速度“-wH”后，各構(gòu)件的角速度：轉(zhuǎn)化機12三、周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算的一般公式：1.上式只適用于轉(zhuǎn)化輪系首末兩輪軸線平行的情況。2.齒數(shù)比之前要加“+”號或“–”號來表示各對齒輪之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系。3.將ω1、ωn、ωH的數(shù)值代入上式時，必須同時帶“±”號。

注意事項：正號機構(gòu)：轉(zhuǎn)化輪系的傳動比為“+”的周轉(zhuǎn)輪系負(fù)號機構(gòu)：轉(zhuǎn)化輪系的傳動比為“–”的周轉(zhuǎn)輪系三、周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算的一般公式：1.上式只適用于轉(zhuǎn)化輪13①在周轉(zhuǎn)輪系各輪齒數(shù)已知的條件下，如果給定w1、wn和wH中的兩個，第三個就可以由上式求出。小結(jié)：②對于行星輪系，有一個中心輪的轉(zhuǎn)速為零，這時在另一中心輪和系桿的角速度中，只要再給定一個，其運動便是確定的了，利用上式便求出該輪系的傳動比為：①在周轉(zhuǎn)輪系各輪齒數(shù)已知的條件下，如果給定w1、wn和w14例1：在圖示的輪系中，設(shè)z1=z2=30,z3=90,試求在同一時間內(nèi)當(dāng)構(gòu)件1和3的轉(zhuǎn)數(shù)分別為n1=1,n3=-1(設(shè)逆時針為正)時，nH及i1H的值。（負(fù)號表明二者的轉(zhuǎn)向相反）此輪系的轉(zhuǎn)化機構(gòu)的傳動比為：解：例1：在圖示的輪系中，設(shè)z1=z2=30,z3=90,試15在圖示的周轉(zhuǎn)輪系中，設(shè)已知z1=100,z2=101,z2’=100,試求傳動比iH1。輪3為固定輪(即n3=0)當(dāng)系桿轉(zhuǎn)10000轉(zhuǎn)時，輪1轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向與系桿的轉(zhuǎn)向相同。解：例2:

該輪系為行星輪系，其傳動比：在圖示的周轉(zhuǎn)輪系中，設(shè)已知z1=100,z2=101,16若將z3由99改為100，則當(dāng)系桿轉(zhuǎn)100轉(zhuǎn)時，輪1反向轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)。例2（續(xù)）行星輪系中從動輪的轉(zhuǎn)向不僅與主動輪的轉(zhuǎn)向有關(guān)，而且與輪系中各輪的齒數(shù)有關(guān)。若將z3由99改為100，則當(dāng)系桿轉(zhuǎn)100轉(zhuǎn)時，輪1反向轉(zhuǎn)1171.對于由圓柱齒輪組成的周轉(zhuǎn)輪系，行星輪2與中心輪1或3的角速度關(guān)系可以表示為：注意2.對于由圓錐齒輪所組成的周轉(zhuǎn)輪系，其行星輪和基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線不平行。上述公式只可用來計算基本構(gòu)件的角速度，而不能用來計算行星輪的角速度。1.對于由圓柱齒輪組成的周轉(zhuǎn)輪系，行星輪2與中心輪1或318例題3如圖所示。已知:z1=48,z2=48,z2’=18,z3=24,n1=250r/min,n3=100r/min,轉(zhuǎn)向如圖試求nH的大小和方向分析：輪系類型——錐齒輪組成的行星輪系轉(zhuǎn)化機構(gòu)中各輪轉(zhuǎn)向用箭頭判斷例題解：122’3Hn1Hn2Hn3Hn1n3討論：是否可以將n1代為負(fù)，n3代為正？試算，分析結(jié)果。nH=-50r/min

?轉(zhuǎn)向同n1NoProblem!Why?例題3如圖所示。已知:z1=48,z2=48,z2’=119復(fù)合輪系的傳動比關(guān)鍵是先要把其中的周轉(zhuǎn)輪系部分劃分出來首先找出行星輪，然后找出系桿，以及與行星輪相嚙合的所有中心輪。每一系桿，連同系桿上的行星輪和與行星輪相嚙合的中心輪就組成一個周轉(zhuǎn)輪系在將周轉(zhuǎn)輪系一一找出之后，剩下的便是定軸輪系部分。復(fù)合輪系傳動比計算的一般步驟：周轉(zhuǎn)輪系的找法：1.正確劃分輪系中的定軸輪系部分和周轉(zhuǎn)輪系。3.將各傳動比關(guān)系式聯(lián)立求解。2.分別計算各輪系的傳動比。復(fù)合輪系的傳動比關(guān)鍵是先要把其中的周轉(zhuǎn)輪系部分劃分出來首201）劃分輪系：b、由齒輪2’、3、4及系桿H所組成的周轉(zhuǎn)輪系部分。2）計算各輪系傳動比a.定軸輪系部分例4:如圖所示的輪系中，設(shè)已知各輪齒數(shù)，試求其傳動比。解：a、由齒輪1、2組成定軸輪系部分；1）劃分輪系：b、由齒輪2’、3、4及系桿H所組成的周轉(zhuǎn)輪21輪系的傳動比b.周轉(zhuǎn)輪系部分3）將（1）、（2）聯(lián)立求解：輪系的傳動比b.周轉(zhuǎn)輪系部分3）將（1）、（2）聯(lián)立求解22圖示為一電動卷揚機的減速器運動簡圖,已知各輪齒數(shù),雙聯(lián)行星輪2-2’，中心輪1、3，和系桿H（齒輪5）組成一個差動輪系；解：1）輪系劃分a）b）齒輪3’、4、5組成定軸輪系例5：a）差動輪系部分：2）計算各輪系傳動比試求:傳動比i15圖示為一電動卷揚機的減速器運動簡圖,已知各輪齒數(shù),雙聯(lián)行星輪23b）定軸輪系部分3）聯(lián)立(1)、(2)求解例5（續(xù)）b）定軸輪系部分3）聯(lián)立(1)、(2)求解例5（續(xù)）24§5-3輪系的功用利用輪系可以使一個主動軸帶動若干個從動軸同時旋轉(zhuǎn)，并獲得不同的轉(zhuǎn)速。一、實現(xiàn)分路傳動：（某航空發(fā)動機附件傳動系統(tǒng)圖）采用周轉(zhuǎn)輪系，可以在使用很少的齒輪并且也很緊湊的條件下，得到很大的傳動比。二、獲得較大的傳動比§5-3輪系的功用利用輪系可以使一個主動軸帶動25在主軸轉(zhuǎn)速不變的條件下，利用輪系可使從動軸得到若干種轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)變速傳動。三、實現(xiàn)變速傳動：在主軸轉(zhuǎn)速不變的條件下，利用輪系可使從動軸得到若干種轉(zhuǎn)速，從26在主軸轉(zhuǎn)向不變的條件下，可以改變從動軸的轉(zhuǎn)向。四、實現(xiàn)換向傳動：（導(dǎo)彈發(fā)射快速反應(yīng)裝置）（車床走刀絲杠的三星轉(zhuǎn)向機構(gòu)）在主軸轉(zhuǎn)向不變的條件下，可以改變從動軸的轉(zhuǎn)向。四、實現(xiàn)27差動輪系可以把兩個運動合成為一個運動。z1=z3五、實現(xiàn)運動的合成差動輪系的運動合成特性，被廣泛應(yīng)用于機床、計算機構(gòu)和補償調(diào)整等裝置中。差動輪系可以把兩個運動合成為一個運動。z1=z3五、實現(xiàn)運動28差動輪系可以將一個基本構(gòu)件的主動轉(zhuǎn)動按所需比例分解成另兩個基本構(gòu)件的不同轉(zhuǎn)動。z1=z3,nH=n4六、實現(xiàn)運動的分解汽車后橋的差動器能根據(jù)汽車不同的行駛狀態(tài)，自動將主軸的轉(zhuǎn)速分解為兩后輪的不同轉(zhuǎn)動。差動輪系可以將一個基本構(gòu)件的主動轉(zhuǎn)動按所需比例分解成另兩個基29各齒廓嚙合處的徑向分力和行星輪公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力得以平衡，可大大改善受力狀況；七、實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動周轉(zhuǎn)輪系常采用多個行星輪均布的結(jié)構(gòu)形式多個行星輪共同分擔(dān)載荷，可以減少齒輪尺寸;內(nèi)嚙合有效地利用了空間。（某渦輪螺旋槳發(fā)動機主減速器傳動簡圖）在較小的外廓尺寸下，傳遞功率達2850kW各齒廓嚙合處的徑向分力和行星輪公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力得以平衡30§5-4行星輪系的設(shè)計1.行星輪系的類型、特點及應(yīng)用范圍一、行星輪系的類型的選擇正號機構(gòu)負(fù)號機構(gòu)i1nH為正值i1nH為負(fù)值§5-4行星輪系的設(shè)計1.行星輪系的類型、特點及應(yīng)用311）正號機構(gòu)的特點及應(yīng)用范圍一、行星輪系的類型的選擇（續(xù)）易獲得大的傳動比，且機構(gòu)的尺寸不致于過大；效率低，甚至產(chǎn)生自鎖；適用于要求傳動比很大、傳遞動力不大的場合。1）正號機構(gòu)的特點及應(yīng)用范圍一、行星輪系的類型的選擇（續(xù)）易322）負(fù)號機構(gòu)的特點及應(yīng)用范圍一、行星輪系的類型的選擇（續(xù)）效率高；傳動比不太大；適用于動力傳動。輪系類型傳動比適用范圍類型ai1H=2.8-13類型bi1H=1.14-1.56類型ci1H=8-16類型di1H=22）負(fù)號機構(gòu)的特點及應(yīng)用范圍一、行星輪系的類型的選擇（續(xù)）效331）當(dāng)設(shè)計的輪系主要用于傳遞運動時：一、行星輪系的類型選擇（續(xù)）若工作所要求的傳動比不太大，可根據(jù)具體情況選用上述四種負(fù)號機構(gòu)；首先應(yīng)考慮滿足傳動比的要求，其次兼顧效率、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、外廓尺寸和重量。2.行星輪系類型的選擇若工作所要求的傳動比大，而對效率要求不高時，可考慮采用正號機構(gòu)。1）當(dāng)設(shè)計的輪系主要用于傳遞運動時：一、行星輪系的類型選擇（34一、行星輪系的類型選擇（續(xù)）當(dāng)所設(shè)計的輪系除了用于傳遞動力外，還要求有較大的傳動比，而單級負(fù)號機構(gòu)又無法滿足要求時：2）當(dāng)設(shè)計的輪系主要用于傳遞動力時：當(dāng)所設(shè)計的輪系主要用于傳遞動力時，為了獲得較高的效率，應(yīng)選用負(fù)號機構(gòu)。首先應(yīng)考慮機構(gòu)效率的高低，其次兼顧傳動比、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、外廓尺寸和重量?？蓪讉€負(fù)號機構(gòu)串聯(lián)起來使用；采用將負(fù)號機構(gòu)和定軸輪系串聯(lián)起來的混合輪系。一、行星輪系的類型選擇（續(xù)）當(dāng)所設(shè)計的輪系除了用于傳遞動力外35二、行星輪系各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)目的選擇設(shè)計行星輪系，其各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)目的選擇必須滿足下列四個條件：1）傳動比條件i1H=1+z3/z1z3/z1=i1H-12）同心條件保證三個基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線必須在同一直線上須滿足的條件。r3=r1+2r2或z3=z1+2z2當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動或等變位齒輪傳動時：1.單排行星輪系r’3=r’1+2r’2二、行星輪系各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)目的選擇設(shè)計行36二、行星輪系各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)目的選擇（續(xù)）3）裝配條件指為了使各行星輪能夠均勻地裝入兩太陽輪之間，行星輪的數(shù)目和各輪齒數(shù)之間所必須滿足的關(guān)系。二、行星輪系各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)目的選擇（續(xù)）3）裝配條件37二、行星輪系各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)目的選擇（續(xù)）設(shè)k為均布的行星輪數(shù)，則相鄰兩行星輪之間的夾角為：