機(jī)械原理第五章章末地地總結(jié)

1、第五章輪系及其設(shè)計(jì)知識(shí)總結(jié)小組成員：何春江陳彥智陳肯第一節(jié)輪系的分類根據(jù)輪系中各個(gè)齒輪的軸線位置相對(duì)于機(jī)架的關(guān)系，輪系可分為兩大類。定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系由這兩種輪系組合成的輪系稱復(fù)合輪系（或混合輪系）。第二節(jié)定軸輪系及其設(shè)計(jì)本節(jié)將主要討論以下幾個(gè)問題：1）定軸輪系的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，主要內(nèi)容是討論定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算。2）定軸輪系的動(dòng)力學(xué)分析，主要內(nèi)容是討論定軸輪系的傳動(dòng)效率計(jì)算。一、定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算傳動(dòng)比iik =%丘。式中3和n分別表示軸的角速度和軸的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。輪系的傳動(dòng) 比計(jì)算，除了需要確定 加的大小之外，還需確定輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)向關(guān)系。1）傳動(dòng)比大小的計(jì)算定軸輪系的傳動(dòng)比等于組成該輪系

2、的各級(jí)齒輪傳動(dòng)比的連乘積。傳動(dòng)比的大小等于各對(duì)相互嚙合的齒輪中，所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積與所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積之比。即定軸輪系的傳動(dòng)比所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積2）定軸輪系輸入、輸出軸轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定定軸輪系中各輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及輸入、輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向可用標(biāo)注箭頭的方法來確定。兩外嚙合圓柱齒輪表示轉(zhuǎn)向的箭頭方向不是相背，便是相向；兩內(nèi)嚙合圓柱齒輪表示轉(zhuǎn)向的箭頭方向總是一致的；相嚙合的兩圓錐齒輪轉(zhuǎn)向的箭頭方向不是同時(shí)指向節(jié)點(diǎn)，便是同時(shí)背離節(jié)點(diǎn)；蝸輪蝸桿傳動(dòng)方向可根據(jù)蝸桿螺旋線的旋向（右旋蝸桿用右手判斷、左旋蝸桿用左手判斷）和蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向（用四個(gè)指頭握住蝸桿、 使四指尖的彎曲方向與

3、蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的方向 一致，這時(shí)大姆指表示的方向?yàn)槲佪啿粍?dòng)時(shí)蝸桿旋進(jìn)的方向。但因蝸桿被約束不能旋進(jìn)，則在嚙合點(diǎn)處蝸輪應(yīng)沿蝸桿旋進(jìn)的反方向運(yùn)動(dòng)）來確定蝸輪的轉(zhuǎn)向。定軸輪系的傳動(dòng)比=（1）m所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘 所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘對(duì)于所有齒輪軸線相互平行的定軸輪系，輪系中所有齒輪的轉(zhuǎn)向相對(duì)于輸入軸的轉(zhuǎn)向,不是相同就是相反。 表示為：因此由圓柱齒輪組成的定軸輪系的傳動(dòng)比的大小及輸出軸的轉(zhuǎn)向關(guān)系可式中：m軸全部平行的定軸輪系中外嚙合齒輪的對(duì)數(shù)。必須強(qiáng)調(diào)指出：如果輸入軸與輸出軸線不平行，則不能用正負(fù)號(hào)表示其轉(zhuǎn)向關(guān)系，也不能用（1）m來計(jì)算輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)向關(guān)系，而只能用畫箭頭的方法來確定各輪的轉(zhuǎn)向定軸輪系

4、的傳動(dòng)效率計(jì)算輪系傳動(dòng)的效率計(jì)算主要考慮輪齒的嚙合損失、 軸承的損失以及攪油損失。輪系傳動(dòng)效 率的計(jì)算通常采用根據(jù)對(duì)各種齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)測(cè)所積累的數(shù)據(jù)定出一個(gè)概略的效率值， 然后根據(jù) 輪系組成的結(jié)構(gòu)形式，按相應(yīng)的方法進(jìn)行計(jì)算。表5-1幾種常用齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率概略值表類型效率值開式閉式圓柱齒輪機(jī)構(gòu)0.94 -0.960.96 0.99圓錐齒輪機(jī)構(gòu)0.92 -0.950.94 0.98蝸輪蝸桿傳動(dòng)自鎖蝸桿0.300.40單頭蝸桿0.50 -0.600.70 0.75雙頭蝸桿0.600.710.75 0.82多頭蝸桿0.82 0.92圓弧面蝸桿0.85 0.95整個(gè)輪系的效率取決于其齒輪機(jī)構(gòu)的組合形式。1

5、）由齒輪機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的定軸輪系的效率等于各齒輪機(jī)構(gòu)效率的連乘積。2）由齒輪機(jī)構(gòu)并聯(lián)組成的輪系的效率不僅與各齒輪機(jī)構(gòu)的效率有關(guān)，而且與各齒輪機(jī)構(gòu)傳遞的功率有關(guān)。3）混聯(lián)輪系的效率分別按串聯(lián)和并聯(lián)分別進(jìn)行計(jì)算后，將兩部分的效率按串聯(lián)方式來 計(jì)算輪系的總傳動(dòng)效率。第三節(jié) 周轉(zhuǎn)輪系及其設(shè)計(jì)、周轉(zhuǎn)輪系及其結(jié)構(gòu)分類周轉(zhuǎn)輪系的基本構(gòu)件包括行星輪，、系桿、中心輪（或稱太陽輪）。周轉(zhuǎn)輪系可以按兩種方法進(jìn)行分類：1） 按輪系的自由度分。自由度為1的行星輪系和自由度為2的差動(dòng)輪系。2） 按基本構(gòu)件的特點(diǎn)分。2K-H型周轉(zhuǎn)輪系和3K型的周轉(zhuǎn)輪系。二、周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算采用反轉(zhuǎn)法原理轉(zhuǎn)化原周轉(zhuǎn)輪系得到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化定軸輪

6、系，稱為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系。于是可以按定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算公式來計(jì)算輪系中各構(gòu)件的角速度和各構(gòu)件間的傳動(dòng)比。 周轉(zhuǎn)輪系中各構(gòu)件的角速度在轉(zhuǎn)化前后的變化如下表。構(gòu)件序號(hào)相對(duì)于機(jī)架的角速度轉(zhuǎn)化后的角速度（即相對(duì)于系桿的角速度）中心輪13 1H© 1 =灼1 CO H行星輪23 2HCO 2=2 時(shí) H中心輪33 3HCO 3 =灼 3HH3 H蛍H H = °三、行星輪系的傳動(dòng)效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械效率的定義，輪系的效率可按下式進(jìn)行計(jì)算:NrNrNfNd -Nf式中：Nd輪系的輸入功率；Nr輸出功率；Nf摩擦損失功率，Nd = Nr Nf 。四、行星輪系設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題（一）行星輪系

7、類型的選擇（二）行星輪系各輪齒數(shù)的確定行星輪系在設(shè)計(jì)時(shí)，輪系中各齒輪的齒數(shù)應(yīng)滿足以下四個(gè)條件：（1）保證實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比要求；（2）保證兩中心輪和系桿轉(zhuǎn)軸的軸線重合，即滿足同心條件；（3）保證在采用多個(gè)行星輪時(shí)，各行星輪能夠均勻地分布在兩中心輪之間，即滿足安 裝條件，以實(shí)現(xiàn)行星輪一系桿系統(tǒng)慣性力的平衡；（4）保證多個(gè)均布的行星輪相互間不發(fā)生干涉，即滿足鄰接條件（三）行星輪系的均載裝置周轉(zhuǎn)輪系常采用“柔性浮動(dòng)”的方法，使其自動(dòng)調(diào)節(jié)各行星輪載荷的裝置，稱為均載裝 置。五、常用行星輪輪系的傳動(dòng)形式與特點(diǎn)為便于行星輪輪系的設(shè)計(jì)與選型，提供常用行星輪輪系的傳動(dòng)形式與特點(diǎn)如表5-3所示。表5-3常用行星輪

8、系的傳動(dòng)形式與特點(diǎn)概略值傳動(dòng)形式簡(jiǎn)圖傳動(dòng)比效率最大功率KW特點(diǎn)NGW（2K-H的負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)）1.1313.71500.970.99不限WW（雙聯(lián)行星輪外嚙合的2K-H正號(hào)機(jī)構(gòu)）1.210000<20NGWN(3K-H)隨傳動(dòng) 比增加 而下降<500<100N(K-H-V)71000.80.94<75NN（雙聯(lián)行星輪內(nèi)嚙合的2K-H正號(hào)機(jī)構(gòu)）< 1700隨傳動(dòng) 比增加 而下降<40效率高，體積小，重量 輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便， 傳動(dòng)功率范圍大，軸向尺寸 小，可用于各種工作條件， 在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣。但 單級(jí)傳動(dòng)比范圍較小。效率高，徑向尺寸比 NGW型小，傳動(dòng)比

9、范圍比 NGW型大，可用于各種工作 條件。但雙聯(lián)行星輪制造、 安裝復(fù)雜。傳動(dòng)比范圍大，但外形 尺寸及重量較大，效率很低， 制造困難，一般不用于動(dòng)力 傳動(dòng)。當(dāng)行星架從動(dòng)時(shí)，傳 動(dòng)比從某一數(shù)值起會(huì)發(fā)生自 鎖。結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，傳 動(dòng)比范圍大，但效率低于 NGW型，工藝性差，適用于 中小功率或短期工作。傳動(dòng)比范圍較大，結(jié)構(gòu) 緊湊，體積及重量小，但效 率低于NGW型，且內(nèi)嚙合 變位后徑向力較大，使軸承 徑向載荷加大，適用于小功 率或短期工作。傳動(dòng)比范圍較大，效率 比WW型高，但仍然較低, 適用短期工作。當(dāng)行星架從 動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比從某一數(shù)值起 會(huì)發(fā)生自鎖。第四節(jié) 復(fù)合輪系及其設(shè)計(jì)復(fù)合輪系的設(shè)計(jì)主要討論兩個(gè)

10、問題：1）復(fù)合輪系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)比計(jì)算；2）具有差動(dòng)輪系的復(fù)合輪系中，輸入功率的分流情況。一，復(fù)合輪系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)比的計(jì)算復(fù)合輪系按其結(jié)構(gòu)的組成方式，可分為三種:（一）串聯(lián)型復(fù)合輪系顯然整個(gè)復(fù)合輪系的傳動(dòng)比，是前后串聯(lián)的基本輪系傳動(dòng)比的乘積。（二）封閉型復(fù)合輪系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳動(dòng)比將一個(gè)自由度為2的差動(dòng)輪系，通過在該輪系中加入某種約束結(jié)構(gòu)，以一定的函數(shù)關(guān)系約束掉其中一個(gè)自由度，使之成一個(gè)自由度為1的系統(tǒng)。對(duì)已有封閉復(fù)合輪系的運(yùn)動(dòng)分析與傳動(dòng)比計(jì)算，將差動(dòng)輪系與封閉結(jié)構(gòu)區(qū)分開來即可 求出整個(gè)復(fù)合輪系的傳動(dòng)比。（三）雙重系桿型復(fù)合輪系圖5-22雙重系桿型復(fù)合輪系在基礎(chǔ)輪系的系桿上還有一個(gè)帶系桿

11、的周轉(zhuǎn)輪系，故稱為 雙重系桿型復(fù)合輪系。要求解這種復(fù)合輪系的傳動(dòng)比，首先應(yīng) 將整個(gè)輪系加上（-3 h）反轉(zhuǎn)，寫出基礎(chǔ)輪系1-2-（H）-5-6的傳為相對(duì)于系桿H的一級(jí)傳動(dòng),其傳動(dòng)比為Ch而包含在整個(gè)轉(zhuǎn)化輪系的傳動(dòng)比 誥中即可。而iH就是將系桿2 hH視為機(jī)架時(shí)的動(dòng)比關(guān)系，然后將裝在系桿上的行星輪系2 -3-4-（h），視2K-h行星輪系的傳動(dòng)比。封閉型復(fù)合輪系的功率流封閉型的差動(dòng)輪系常能實(shí)現(xiàn)用較小的機(jī)構(gòu)外廓尺寸獲得較大的功率傳遞（一）作用在差動(dòng)輪系三個(gè)基本構(gòu)件上的轉(zhuǎn)矩比設(shè)作用在三個(gè)基本構(gòu)件：中心輪1、3和系桿H上的轉(zhuǎn)矩分別為 Mi、M3和Mh,當(dāng)輪系勻速運(yùn)轉(zhuǎn)在不計(jì)摩擦的條件下，根據(jù)力的平衡條件有：M i+ M 3+M h=0HM 3_ ii3m?忑（二）封閉型差動(dòng)輪系中的功率流在不計(jì)摩擦及其它因素引起的功率損耗的條件下，輸入功率的大小與輸出功率的大小相等，即 N= Nh。復(fù)合輪系時(shí)應(yīng)避免內(nèi)功率流的出現(xiàn)。即應(yīng)保證兩分功率均勻輸出功率（即兩功率值均為負(fù)）流回至功率輸入軸。因此，這類無級(jí)變速器當(dāng)設(shè)計(jì)要求有較大調(diào)速范圍時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分注意內(nèi) 功率流對(duì)皮帶式無級(jí)變速器的影響，避免因機(jī)構(gòu)過載而影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行。第五節(jié)輪系的功用通過前面各節(jié)的討論可以看出，輪系的功能與用途大致可以歸納為以下幾個(gè)方面:1）獲得大的傳動(dòng)比2）在不改變傳動(dòng)比的條件下增大傳動(dòng)距離3）實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)4）實(shí)現(xiàn)變