機械設(shè)計基礎(chǔ)課件第五章輪系

機械設(shè)計基礎(chǔ)課件第五章輪系第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

第一節(jié)輪系的分類輪系：一系列齒輪副組成的齒輪機構(gòu)。一、定軸輪系輪系中各齒輪的軸線相對機架的位置都是固定的。第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

第一節(jié)輪系的分類

二、周轉(zhuǎn)輪系輪系中有一個或幾個齒輪的軸線位置并不固定，而是繞著其它齒輪的固定軸線回轉(zhuǎn)的輪系。

1—中心輪（太陽輪）

2—行星輪

H—系桿（轉(zhuǎn)臂）第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)輪系的分類根據(jù)周轉(zhuǎn)輪系所具有的自由度的數(shù)目，可分為：差動輪系（Ｆ=２）、行星輪系（Ｆ=１）第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)定軸輪系及其傳動第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)定軸輪系及其傳動比一對圓錐齒輪傳動時，在節(jié)點具有相同速度，故表示轉(zhuǎn)向的箭頭或同時指向節(jié)點（圖c），或同時背離節(jié)點。蝸輪的轉(zhuǎn)向不僅與蝸桿轉(zhuǎn)向有關(guān)，而且與其螺旋線方向有關(guān)。判斷時可采用左手或右手定則。請注意蝸桿旋向的表示方法。第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)定軸輪系及其傳動比定軸輪系傳動比的計算，以圖5-1所示輪系說明如下：第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)定軸輪系及其傳動比設(shè)與輪1固聯(lián)的軸為輸入軸，與輪7固聯(lián)的軸為輸出軸，則輸入軸與輸出軸的傳動比數(shù)值為：上式表明，定軸輪系傳動比的數(shù)值等于組成該輪系的各對嚙合齒輪傳動比的連乘積，也等于各對嚙合齒輪中所有從動輪齒數(shù)的乘積與所有主動輪齒數(shù)的乘積之比。第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)定軸輪系及其傳動比以上結(jié)論可推廣到一般情況。設(shè)輪1為起始主動輪，輪K為最末從動輪，則定軸輪系始末兩輪傳動比數(shù)值計算的一般公式為：

上式所求為傳動比數(shù)值的大小，通常以絕對值表示。兩輪相對轉(zhuǎn)動方向則由圖中箭頭表示。第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)定軸輪系及其傳動比當(dāng)主動輪1和最末從動輪K的軸線平行時，兩輪轉(zhuǎn)向的同異可用傳動比的正負(fù)表達(dá)。兩輪轉(zhuǎn)向相同時，傳動比為“+”；兩輪轉(zhuǎn)向相反時，傳動比為“-”。因此，平行二軸間的定軸輪系傳動比計算公式為：第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)定軸輪系及其傳動比

第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比周轉(zhuǎn)輪系中行星輪的運動不是繞固定軸線的簡單轉(zhuǎn)動（包括自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)），所以周轉(zhuǎn)輪系各構(gòu)件間的傳動比就不能直接用定軸輪系的方法來計算了。第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比周轉(zhuǎn)輪系和定軸輪系的根本區(qū)別在于周轉(zhuǎn)輪系中有轉(zhuǎn)動著的系桿。為了解決周轉(zhuǎn)輪系的傳動比的計算問題，我們應(yīng)當(dāng)設(shè)法將周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化成定軸輪系。也就是說應(yīng)當(dāng)使系桿靜止不動。由相對運動原理可知，對周轉(zhuǎn)輪系加上一個附加的公共轉(zhuǎn)動后，周轉(zhuǎn)輪系各構(gòu)件間的相對運動并不會發(fā)生變化。這樣，可使系桿不動，形成定軸輪系，這個假想的定軸輪系稱為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系?，F(xiàn)將各構(gòu)件轉(zhuǎn)化前后的轉(zhuǎn)速列表如下：第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比

構(gòu)件

原來的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化輪系中的轉(zhuǎn)數(shù)

12

n1

n2

構(gòu)件

原來的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化輪系中的轉(zhuǎn)數(shù)3H

n3

nH第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比轉(zhuǎn)化輪系中任意兩輪的傳動比均可用定軸輪系的方法求得。公式中的“-”表示在轉(zhuǎn)化輪系中輪1與輪3轉(zhuǎn)向相反。第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機構(gòu)的一般公式：正負(fù)號的判定：用在圖上畫箭頭的方法確定轉(zhuǎn)化輪系中齒輪G和齒輪K的相對轉(zhuǎn)向，相對轉(zhuǎn)向相同時取“+”，相反時取“-”。第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比齒數(shù)的確定確定齒數(shù)的條件在選擇行星齒輪傳動的齒數(shù)時應(yīng)滿足以下條件：1、傳動比條件齒數(shù)的選擇首先應(yīng)保證實現(xiàn)給定傳動比的要求。2、同心條件為了保證正確的嚙合，各對嚙合齒輪的中心距必須相等。第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五3、鄰接條件確定齒輪齒數(shù)時，必須保證相鄰兩行星齒輪的齒頂圓之間有一定間隙，如圖所示，即滿足以下不等式4、裝配條件為了保證各行星齒輪能能均勻的分布在兩中心輪之間，并且與兩中心輪嚙合良好而沒有錯位現(xiàn)象，即在行星輪數(shù)目確定后齒數(shù)的選擇應(yīng)滿足裝配條件。第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)混合輪系及其傳動比混合輪系是指在輪系中既包括定軸輪系又包括周轉(zhuǎn)輪系，或由兩個以上單一的周轉(zhuǎn)輪系所組成的輪系。混合輪系的傳動比計算不能直接用定軸輪系傳動比的計算公式計算，也不能直接套用周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算公式。正確的方法是將其所包含的各部分定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系一一加以分開，并分別用定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系的傳動比計算公式來計算它們的傳動比，然后聯(lián)立求解。因此，將輪系作出正確的劃分是解題的關(guān)鍵。第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)混合輪系及其傳動比第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五

第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第五節(jié)輪系的應(yīng)用一、相距較遠(yuǎn)的兩軸之間的傳動第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第五節(jié)輪系的應(yīng)用

二、實現(xiàn)變速傳動第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第五節(jié)輪系的應(yīng)用三、獲得大的傳動比例：如圖5-10所示行星輪系，當(dāng)Z1=100，Z2=101，Z2′=100，Z3=99時，其傳動比iH1可達(dá)10000。第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第五節(jié)輪系的應(yīng)用

四、合成運動和分解運動合成運動是將兩個輸入運動合為一個輸出運動；分解運動是將一個輸入運動分為兩個輸出運動。合成運動和分解運動都可以用差動輪系實現(xiàn)。如圖5-11所示，其中Z1=Z2。由式5-2得第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第五節(jié)輪系的應(yīng)用圖5-12所示汽車后橋差速器可作為差動輪系分解運動的實例。當(dāng)汽車拐彎時，它能將發(fā)動機傳到齒輪5的運動，以不同轉(zhuǎn)速分別傳遞給左右兩輪。第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介

一、漸開線少齒差行星傳動第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介二、擺線針輪行星傳動擺線針輪行星傳動與漸開線少齒差行星傳動的不同處在于齒廓曲線各異。在擺線針輪行星傳動中，輪1的內(nèi)齒是帶有套筒的圓柱銷形針齒，行星輪2的齒廓曲線則是短幅外擺線的等距曲線。擺線針輪行星傳動除具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕及傳動效率高的優(yōu)點外，還因為同時承擔(dān)載荷的齒數(shù)多，以及齒廓間為滾動摩擦，所以傳動平穩(wěn)、承載能力大、輪齒磨損小、使用壽命長。第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介擺線針輪行星傳動的傳動比：第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介三、偕波齒輪傳動第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介四、活齒傳動隨著原動機和工作機向著多樣化方向的發(fā)展，對傳動裝置的性能要求也日益苛刻。為了適應(yīng)這一要求，除對齒輪、蝸桿蝸輪等傳統(tǒng)的傳動裝置作大量的研究和改進(jìn)外，近20多年來人們還研究出了多種新型傳動裝置如諧波傳動、擺線針輪傳動等。這些傳動都成功地應(yīng)用于許多行業(yè)的各種機械裝置中?；铨X傳動是一種新型傳動。美、俄、英、德等國早年均有研究，有的已形成商品上市，但都以各自的結(jié)構(gòu)特點命名，如偏心圓傳動、滑齒傳功、隨動齒傳動等。第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介20世紀(jì)70年代以來，中國也先后發(fā)明了多種新型傳動，其中有好幾種是屬于活齒傳動類的也是以其某些結(jié)構(gòu)特點來命名，例如滾道減速器、滾珠密切圓傳動、變速軸承、推桿減速器等。中國學(xué)者經(jīng)過多年研究于1979年提出活齒波動傳動的論述，認(rèn)為活齒傳動是一種有別于其他剛性嚙合傳動的獨立傳動類型。這類傳動也有多種結(jié)構(gòu)形式，但它們在原理上有共同特點，都是利用一組中間可動件來實現(xiàn)剛性嚙合傳動；第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介在嚙合的過程中，相鄰活齒嚙合點間的距離是變化的，這些嚙合點沿圓周方向形成蛇腹蠕動式的切向波，實現(xiàn)了連續(xù)傳動。這些都是獨特的，因此將這種傳動命名為“活齒波動傳動”，簡稱“活齒傳動”這一命名為本行業(yè)所采用?；铨X傳動由3個基本構(gòu)件組成：激波器、活齒齒輪和固齒齒輪。工作時，激波器周期性地推動可作往復(fù)運動的活齒，這些活齒與固齒齒廓的嚙合點形成了蛇腹蠕動式的切向波，從而與固齒齒輪形成連續(xù)的驅(qū)動關(guān)系。第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)幾種特殊的行星傳動簡介第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第五章輪系習(xí)題第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第五章輪系習(xí)題第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期五第五章輪系習(xí)題第48頁，共54頁，2023年，2月20日