汽車機械基礎(chǔ)-輪系

1、第第16章章 輪系輪系 各種齒輪系n第一節(jié)第一節(jié) 輪系的類型與功用輪系的類型與功用n第二節(jié)第二節(jié) 輪系的傳動比計算輪系的傳動比計算第第1616章章 輪系輪系輪系定義：輪系定義： n在復(fù)雜的現(xiàn)代機械中，為了滿足各種不同的需要，在復(fù)雜的現(xiàn)代機械中，為了滿足各種不同的需要，常常采用一系列齒輪組成的傳動系統(tǒng)。常常采用一系列齒輪組成的傳動系統(tǒng)。n輪系輪系由一系列相互嚙合的齒輪（蝸桿、蝸輪）由一系列相互嚙合的齒輪（蝸桿、蝸輪）組成的傳動系統(tǒng)。組成的傳動系統(tǒng)。 一、輪系類型：一、輪系類型：n根據(jù)輪系中各齒輪的根據(jù)輪系中各齒輪的軸線位置關(guān)系分為：軸線位置關(guān)系分為：n根據(jù)輪系運轉(zhuǎn)時齒輪根據(jù)輪系運轉(zhuǎn)時齒輪的軸線位

2、置相對于機的軸線位置相對于機架是否固定，又將輪架是否固定，又將輪系分：系分： 定軸輪系定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系周轉(zhuǎn)輪系混合輪系混合輪系輪系輪系平面輪系平面輪系空間輪系空間輪系輪系輪系）了解輪系的分類和應(yīng)用；定軸輪系、）了解輪系的分類和應(yīng)用；定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系傳動的組成和特點。周轉(zhuǎn)輪系傳動的組成和特點。）掌握是輪系傳動比的計算。）掌握是輪系傳動比的計算。本章的教學(xué)目標(biāo)：本章的教學(xué)目標(biāo)：第第1616章章 輪系輪系一一. .輪系類型輪系類型n1 1、定軸輪系、定軸輪系所有齒輪幾何軸線的位置所有齒輪幾何軸線的位置都是固定的輪系，稱為定軸輪系。都是固定的輪系，稱為定軸輪系。 定軸輪系：定軸輪系：一一. .輪系的

3、類型輪系的類型2 2、周轉(zhuǎn)輪系、周轉(zhuǎn)輪系至少有一至少有一個齒輪除繞自身軸線自個齒輪除繞自身軸線自轉(zhuǎn)外，其軸線又繞另一轉(zhuǎn)外，其軸線又繞另一個軸線轉(zhuǎn)動的輪系稱為個軸線轉(zhuǎn)動的輪系稱為行星齒輪系。行星齒輪系。n周轉(zhuǎn)輪系的組成周轉(zhuǎn)輪系的組成 ：n一個一個基本周轉(zhuǎn)輪系基本周轉(zhuǎn)輪系中，行星輪可有多個，太陽輪的中，行星輪可有多個，太陽輪的數(shù)量不多于兩個，行星架只能有一個。數(shù)量不多于兩個，行星架只能有一個。 2.2.周轉(zhuǎn)輪系周轉(zhuǎn)輪系行星輪行星輪太陽輪太陽輪行星架行星架或或系桿系桿周周轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪輪系系2.2.周轉(zhuǎn)輪系周轉(zhuǎn)輪系n行星架與兩中心輪的幾何軸線（行星架與兩中心輪的幾何軸線（O O1 1-O-O3 3-O-OH

4、 H）必須重合，）必須重合，否則無法運動。否則無法運動。差動輪系：齒輪差動輪系：齒輪1 1、3 3均繞固定軸線轉(zhuǎn)動，機構(gòu)有二個均繞固定軸線轉(zhuǎn)動，機構(gòu)有二個自由度，工作時需要二個原動件。自由度，工作時需要二個原動件。一一. .輪系的類型輪系的類型n3.3.混合輪系混合輪系既含有定軸輪系又含有周轉(zhuǎn)輪系，既含有定軸輪系又含有周轉(zhuǎn)輪系，或包含有幾個基本周轉(zhuǎn)輪系的復(fù)雜輪系?；虬袔讉€基本周轉(zhuǎn)輪系的復(fù)雜輪系。二、輪系的功用二、輪系的功用n1 1、實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動、實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動二二.輪系的功用輪系的功用2.2.實現(xiàn)換向傳動實現(xiàn)換向傳動n在主動軸轉(zhuǎn)向不變的情況下，利用惰輪可以改變在主動軸轉(zhuǎn)向不變的情況下，利

5、用惰輪可以改變從動輪的轉(zhuǎn)向。例：車床走刀絲杠的三星輪換向從動輪的轉(zhuǎn)向。例：車床走刀絲杠的三星輪換向機構(gòu)：機構(gòu)：二二. 輪系的功用：輪系的功用：3. 實現(xiàn)變速傳動實現(xiàn)變速傳動二二. .輪系的功用輪系的功用n如漸開線少齒差行星齒輪傳動：一般齒數(shù)差如漸開線少齒差行星齒輪傳動：一般齒數(shù)差Z Z1 1- -Z Z2 2=1=14 4。漸開線少齒差行星減速器單級。漸開線少齒差行星減速器單級i iHVHV可達(dá)可達(dá)135135，兩級，兩級i iHVHV可達(dá)可達(dá)10001000以上，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用廣以上，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用廣泛。泛。 4 4、獲得大傳動比、獲得大傳動比5.實現(xiàn)分路傳動 利用齒輪系可使一個主動軸帶動若

6、干從動軸同時轉(zhuǎn)動，將運動從不同的傳動路線傳動給執(zhí)行機構(gòu)的特點可實現(xiàn)機構(gòu)的分路傳動。 如圖所示為滾齒機上滾刀與輪坯之間作展成運動的傳動簡圖。滾齒加工要求滾刀的轉(zhuǎn)速n坯需滿足的傳動比關(guān)系。主動軸I通過錐齒輪1輪齒輪2將運動傳給滾刀；同時主動軸又通過直齒輪3輪經(jīng)齒輪45、6、78傳至蝸輪9，帶動被加工的輪坯轉(zhuǎn)動，以滿足滾刀與輪坯的傳動比要求。 輪系中兩齒輪輪系中兩齒輪( (軸軸) )的轉(zhuǎn)速或角速度之比，稱為輪系的的轉(zhuǎn)速或角速度之比，稱為輪系的傳動比傳動比。 最簡單的定軸輪系是由一對齒輪所組成的，其傳動比為最簡單的定軸輪系是由一對齒輪所組成的，其傳動比為1 1 一對齒輪的傳動比一對齒輪的傳動比對外嚙合

7、圓柱齒輪傳動，兩輪轉(zhuǎn)向相反，上式取對外嚙合圓柱齒輪傳動，兩輪轉(zhuǎn)向相反，上式取“-”-”號；號；對內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動，兩輪轉(zhuǎn)向相同，上式取對內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動，兩輪轉(zhuǎn)向相同，上式取“+”+”號。號。 第二節(jié)第二節(jié) 定軸輪系的傳動比計算定軸輪系的傳動比計算n定軸輪系傳動比計算實例：定軸輪系傳動比計算實例：第二節(jié)第二節(jié) 定軸輪系的傳動比計算定軸輪系的傳動比計算1.1.平面定軸輪系傳動比的計算平面定軸輪系傳動比的計算 122112zznni322 332zninz343 443nzinz455445zznni1234234512 2 3 3 4 4523451234n n n nz z z zi ii

8、in n n nz z z z 22nn 33nn 31532432154324543321251152zzzzzzzzzzzzzziiiinni n結(jié)論：結(jié)論：平面定軸輪系傳動比的大小等于等平面定軸輪系傳動比的大小等于等于輪系中所有從動輪齒數(shù)的連乘積與所有主于輪系中所有從動輪齒數(shù)的連乘積與所有主動輪齒數(shù)的連乘積之比動輪齒數(shù)的連乘積之比 。1.1.平面定軸輪系傳動比的計算平面定軸輪系傳動比的計算 設(shè)輪設(shè)輪1 1為起始主動輪，輪為起始主動輪，輪K K為最末從動輪，則平面為最末從動輪，則平面定軸輪系的傳動比的一般公式為定軸輪系的傳動比的一般公式為 : :11輪1至輪 間所有從 動 輪 齒數(shù)的連乘積

9、輪1至輪 間所有主動 輪 齒數(shù)的連乘積kknkink2.2.平面定軸輪從動輪轉(zhuǎn)向的確定平面定軸輪從動輪轉(zhuǎn)向的確定n傳動比正負(fù)號規(guī)定傳動比正負(fù)號規(guī)定： 兩輪轉(zhuǎn)向相同兩輪轉(zhuǎn)向相同( (內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合) ) 時傳動比取正號，兩輪時傳動比取正號，兩輪轉(zhuǎn)向相反轉(zhuǎn)向相反( (外嚙合外嚙合) )時傳動比取負(fù)號；時傳動比取負(fù)號；n根據(jù)傳動比的正負(fù)號確定輪系中從、主動輪的轉(zhuǎn)根據(jù)傳動比的正負(fù)號確定輪系中從、主動輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系向關(guān)系：l外嚙合次數(shù)為外嚙合次數(shù)為偶數(shù)偶數(shù)時輪系的傳動比為時輪系的傳動比為 ，從動件，從動件的轉(zhuǎn)向與主動輪的轉(zhuǎn)向與主動輪相同相同；l外嚙合次數(shù)為外嚙合次數(shù)為奇數(shù)奇數(shù)時，輪系的傳動比為時，輪系的傳動

10、比為 ，從動，從動件的轉(zhuǎn)向與主動輪件的轉(zhuǎn)向與主動輪相反相反。正正負(fù)負(fù)2.2.平面定軸輪平面定軸輪從動輪轉(zhuǎn)向的確定從動輪轉(zhuǎn)向的確定n用畫箭頭的方法確定平面定用畫箭頭的方法確定平面定軸輪系從動輪轉(zhuǎn)向：軸輪系從動輪轉(zhuǎn)向：l 箭頭方向表示齒輪（或構(gòu)箭頭方向表示齒輪（或構(gòu)件）最前點的線速度方向。件）最前點的線速度方向。 n惰輪惰輪不影響傳動比大不影響傳動比大小，只起改變從動輪轉(zhuǎn)向作小，只起改變從動輪轉(zhuǎn)向作用的齒輪。用的齒輪。3.3.空間定軸輪系傳動比的計算空間定軸輪系傳動比的計算 n傳動比的傳動比的大小大小仍采用推廣式計算，用畫箭頭的方仍采用推廣式計算，用畫箭頭的方法確定從動輪的法確定從動輪的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向：

11、n圓錐齒輪傳動：圓錐齒輪傳動：表示齒輪副轉(zhuǎn)向的箭頭同時指向表示齒輪副轉(zhuǎn)向的箭頭同時指向或同時背離節(jié)點；或同時背離節(jié)點；n蝸桿傳動：蝸桿傳動：用蝸桿用蝸桿“左、右手法則左、右手法則”，對右旋蝸，對右旋蝸桿，用右手握住蝸桿的軸線，四指彎曲方向與蝸桿桿，用右手握住蝸桿的軸線，四指彎曲方向與蝸桿轉(zhuǎn)動方向一致，則轉(zhuǎn)動方向一致，則與拇指的指向相反的方向就是蝸與拇指的指向相反的方向就是蝸輪在節(jié)點處圓周速度的方向輪在節(jié)點處圓周速度的方向。對左旋蝸桿，用左手。對左旋蝸桿，用左手法則。法則。532163326116zzzzzzzznni 122112zzi 12(a)(b)21(c)21(d)21(e)212、傳

12、動比大小及方向的確定例例1. 一電動提升機的傳動系統(tǒng)如圖所示。其末端為蝸桿傳動。已知電動提升機的傳動系統(tǒng)如圖所示。其末端為蝸桿傳動。已知 , , , , , ，鼓輪直徑鼓輪直徑 ， 鼓輪與蝸輪同軸。試求：鼓輪與蝸輪同軸。試求：(1)蝸輪的轉(zhuǎn)速蝸輪的轉(zhuǎn)速 n4 ；(2) 重物重物G的運動速度的運動速度v； (3) 當(dāng)當(dāng) 轉(zhuǎn)向如圖所示轉(zhuǎn)向如圖所示(從從A向看為順時針向看為順時針)時，重物時，重物G 運動的方向。運動的方向。 118z =239z =220z =341z =32z =450z =11460 /minnr=200Dmm=解: (1) 電動提升機的傳動系統(tǒng)為由圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸輪蝸桿

13、組成的定軸輪系。其傳動比大小按式計算:12341441 2 33941 50111.0418202nz z zinz z z創(chuàng)=創(chuàng)蝸輪的轉(zhuǎn)速 為:4n1414146013.2 /min111.04nnri=(2) 因鼓輪與蝸輪同軸，其轉(zhuǎn)速亦為 ，故重物G的運動速度為 13.2 /minr4200 13.20.138/60 100060 1000Dnvm spp=創(chuàng) (3) 用畫箭頭法確定蝸輪的轉(zhuǎn)向，如圖所示，重物向上運動。 XXXXX第二節(jié)第二節(jié) 周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算n簡單周轉(zhuǎn)輪系簡單周轉(zhuǎn)輪系 具具有一個自由度的周轉(zhuǎn)輪系；有一個自由度的周轉(zhuǎn)輪系；n 差動輪系差動輪系具有兩個

14、具有兩個自由度的周轉(zhuǎn)輪系。自由度的周轉(zhuǎn)輪系。F=3x(N-1)-2PF=3x(N-1)-2PL L-P-PH H左圖左圖：F F1 1=3X=3X3 3-2X-2X3 3-2=1-2=1右圖右圖: F: F2 2=3X=3X4 4-2X-2X4 4-2=2-2=2自由度表示原動件的數(shù)目。自由度表示原動件的數(shù)目。 9.3 9.3 行星輪系傳動比的計算行星輪系傳動比的計算 圖示為一典型的行星輪系，齒輪圖示為一典型的行星輪系，齒輪1 1和和3 3為中心輪，齒輪為中心輪，齒輪2 2為行星輪，構(gòu)件為行星輪，構(gòu)件H H為行星架。為行星架。9.3 行星輪系傳動比的計算行星輪系的傳動比，可以采用行星輪系的傳動

15、比，可以采用“轉(zhuǎn)化機構(gòu)法轉(zhuǎn)化機構(gòu)法”。 9.3 9.3 行星輪系傳動比的計算行星輪系傳動比的計算積間各主動輪齒數(shù)的連乘至積間各從動輪齒數(shù)的連乘至KAKAnnnnHKHA (1)公式只適用于輪公式只適用于輪A、輪、輪K和行星架和行星架H的軸線相互平的軸線相互平行或重合的情況。行或重合的情況。 (2)等式右邊的正負(fù)號，按轉(zhuǎn)化輪系中輪等式右邊的正負(fù)號，按轉(zhuǎn)化輪系中輪A、輪、輪K的的轉(zhuǎn)向關(guān)系，用定軸輪系傳動比的轉(zhuǎn)向判斷方法確定。當(dāng)轉(zhuǎn)向關(guān)系，用定軸輪系傳動比的轉(zhuǎn)向判斷方法確定。當(dāng)輪輪A、輪、輪K轉(zhuǎn)向相同時，等式右邊取正號，相反時取負(fù)轉(zhuǎn)向相同時，等式右邊取正號，相反時取負(fù)號。號。 需要強調(diào)說明的是需要強調(diào)

16、說明的是:這里的正、負(fù)號并不代表輪這里的正、負(fù)號并不代表輪A、輪輪K的真正轉(zhuǎn)向關(guān)系，只表示行星架相對靜止不動時輪的真正轉(zhuǎn)向關(guān)系，只表示行星架相對靜止不動時輪A、輪、輪K的轉(zhuǎn)向關(guān)系。的轉(zhuǎn)向關(guān)系。 (3)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nA、nK和和nH是代數(shù)量，代入公式時必須帶是代數(shù)量，代入公式時必須帶正、負(fù)號。假定某一轉(zhuǎn)向為正號，則與其同向的取正號，正、負(fù)號。假定某一轉(zhuǎn)向為正號，則與其同向的取正號，與其反向的取負(fù)號。與其反向的取負(fù)號。 待求構(gòu)件的實際轉(zhuǎn)向由計算結(jié)果的正負(fù)號確定。待求構(gòu)件的實際轉(zhuǎn)向由計算結(jié)果的正負(fù)號確定。注意：注意： 例例9-2 如圖為一大傳動比如圖為一大傳動比行星減速器。行星減速器。 已知其中各輪的齒

17、數(shù)為已知其中各輪的齒數(shù)為z1=100、z2=101、z2=100、z3=99。 試求傳動比試求傳動比i H1 。 9.3 9.3 行星輪系傳動比的計算行星輪系傳動比的計算 解解 齒輪1為活動中心輪，齒輪3為固定中心輪。雙聯(lián)齒輪為行星輪，H為行星架。 9.3 9.3 行星輪系傳動比的計算行星輪系傳動比的計算例例9-5 如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)z1=20、z2=30、z3=20、z4=30、z5 =80，輪，輪1的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速n1 =300r/min。求行星架。求行星架H的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速nH 9.4 9.4 組合輪系傳動比計算組合輪系傳動比計算 組合輪系一般是由定軸輪系與

18、行星輪系或由若干個行星輪系復(fù)合而構(gòu)成的。 對于組合輪系，既不能轉(zhuǎn)化為單一的定軸輪系，也不能轉(zhuǎn)化為單一的行星輪系，所以不能用一個公式來求解其傳動比。 求解組合輪系傳動比時必須首先將各個基本的行星輪系和定軸輪系部分劃分開來，然后分別列出各部分傳動比的計算公式，最后聯(lián)立求解。 組合輪系9.5.5 9.5.5 實現(xiàn)特殊的工藝動作和軌跡實現(xiàn)特殊的工藝動作和軌跡 在行星輪系中，行星輪做平面運動，其上某些點的運動軌跡很特在行星輪系中，行星輪做平面運動，其上某些點的運動軌跡很特殊。利用這個特點，可以實現(xiàn)要求的工藝動作及特殊的運動軌跡。殊。利用這個特點，可以實現(xiàn)要求的工藝動作及特殊的運動軌跡。 9.5.6 9.

19、5.6 實現(xiàn)運動的合成實現(xiàn)運動的合成 利用行星輪系中差動輪系的特點，可以將兩個輸入轉(zhuǎn)動合成為利用行星輪系中差動輪系的特點，可以將兩個輸入轉(zhuǎn)動合成為一個輸出轉(zhuǎn)動。在如圖的由圓錐齒輪組成的差動輪系中，若輪一個輸出轉(zhuǎn)動。在如圖的由圓錐齒輪組成的差動輪系中，若輪1及及輪輪3的齒數(shù)的齒數(shù)z1=z3。 可見這種輪系可用作機械式加、減法機構(gòu)，它具有不受電磁干擾的特點，可用于處理敏感信號，其廣泛應(yīng)用于運算機構(gòu)、機床等機械傳動裝置中。 9.5.7 9.5.7 用于運動的分解用于運動的分解 差動輪系不僅可以將兩個輸入轉(zhuǎn)動合成為一個輸出轉(zhuǎn)動，而且還可以將一個輸入轉(zhuǎn)動分解為兩個輸出轉(zhuǎn)動。 當(dāng)汽車直線行駛時，左、右兩輪

20、轉(zhuǎn)速相同，行星輪2及2不發(fā)生自轉(zhuǎn)，齒輪1、2、3如同一個整體，一起隨齒輪4轉(zhuǎn)動，此時n1=n3=n4。 9.5.7 9.5.7 用于運動的分解用于運動的分解 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時，例如向左轉(zhuǎn)彎，為了保證兩車輪與地面之間做純滾動，以減少輪胎的磨損，就要求左輪轉(zhuǎn)的慢一些，右輪轉(zhuǎn)的快一些。 當(dāng)汽車?yán)@瞬時回轉(zhuǎn)中心C轉(zhuǎn)動時，左、右兩車輪滾過的弧長s1及s3應(yīng)與兩車輪到瞬心C的距離成正比，即 9.5.7 9.5.7 用于運動的分解用于運動的分解 n不能直接用定軸輪系傳動比的公式計算周轉(zhuǎn)輪系不能直接用定軸輪系傳動比的公式計算周轉(zhuǎn)輪系的傳動比；的傳動比；n計算方法：轉(zhuǎn)化輪系法計算方法：轉(zhuǎn)化輪系法n根據(jù)根據(jù)相對運動原理

21、相對運動原理，假想對整個行星輪系加上一，假想對整個行星輪系加上一個與行星架轉(zhuǎn)速個與行星架轉(zhuǎn)速n n H H大小相等而方向相反的公共轉(zhuǎn)大小相等而方向相反的公共轉(zhuǎn)速速-n -n H H，則行星架被固定，而原構(gòu)件之間的相對運，則行星架被固定，而原構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系保持不變。動關(guān)系保持不變。n原來的行星輪系就變成了原來的行星輪系就變成了假想的定軸輪系假想的定軸輪系轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化輪系?；喯?。第二節(jié)第二節(jié) 周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算n在行星齒輪系中，設(shè)在行星齒輪系中，設(shè)G G、K K分別為軸線與主軸線平分別為軸線與主軸線平行或重合的任意兩個齒輪，則從行或重合的任意兩個齒輪，則從G G輪到輪到K K輪的傳動輪的傳動比可用下式求解比可用下式求解: : 第二節(jié)第二節(jié) 周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算轉(zhuǎn)化輪系轉(zhuǎn)化輪系: :圖12-11 周轉(zhuǎn)輪系及轉(zhuǎn)化輪系周轉(zhuǎn)輪系 b) 轉(zhuǎn)化輪系 轉(zhuǎn)化輪系轉(zhuǎn)化輪系周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計