機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 李水利 項(xiàng)目5 牛頭刨床變速系統(tǒng)分析

認(rèn)識(shí)輪系輪系類型輪系概念任務(wù)引入思考：牛頭刨床采用齒輪傳動(dòng)變速，通過操縱手柄，移動(dòng)齒輪達(dá)到變速目的，那么具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？牛頭刨床實(shí)物圖輪系概念臥式車床結(jié)構(gòu)圖

車床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)傳給V帶傳動(dòng)，再經(jīng)主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)系統(tǒng)提供。

一般電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是一定的，而主軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)被切削工件的尺寸與切削量等需要變速，可以看出，變換主軸箱內(nèi)的不同齒輪嚙合就可以得到不同的轉(zhuǎn)速。輪系概念臥式車床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖

在機(jī)械設(shè)備上為實(shí)現(xiàn)變速或獲得大的傳動(dòng)比，常采用若干對齒輪組成的齒輪傳動(dòng)裝置，這種由各種類型的齒輪或蝸桿、蝸輪等組成的齒輪裝置稱為齒輪系，簡稱輪系，廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床、汽車變速器、差速器等。輪系類型

根據(jù)各輪的幾何軸線在空間的相對位置是否固定，輪系分為定軸輪系、行星輪系，若輪系中同時(shí)含有定軸輪系和行星輪系，則稱為組合輪系。兩級圓柱齒輪減速器

兩級圓柱齒輪減速器中的齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各齒輪的幾何軸線相對機(jī)架都是固定的，因此這類齒輪傳動(dòng)裝置稱為定軸齒輪傳動(dòng)裝置，或簡稱為定軸輪系。輪系類型平行軸定軸輪系定軸輪系傳動(dòng)線路：122'33'45輪系類型空間軸定軸輪系定軸輪系傳動(dòng)線路：123456輪系類型行星輪系齒輪系運(yùn)動(dòng)時(shí)，至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線繞位置固定的另一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱為行星輪系。

齒輪2活套在行星架H上，在繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，又隨行星架H繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪2稱為行星齒輪，與行星齒輪相嚙合且軸線固定的齒輪1稱為太陽輪，齒輪3稱為內(nèi)齒圈。該輪系由外齒輪1、2，內(nèi)齒輪3和行星架H、機(jī)架組成行星輪系輪系類型行星輪系具有一個(gè)自由度的行星輪系稱為簡單周轉(zhuǎn)輪系；將具有兩個(gè)自由度的行星輪系稱為差動(dòng)輪系。F=3x(N-1)-2PL-PHF1=3x3-2x3-2=1F2=3x4-2x4-2=2簡單周轉(zhuǎn)輪系差動(dòng)輪系輪系類型組合輪系定軸輪系和行星輪系組合而成的輪系稱為組合輪系。

該輪系中，輪3為行星輪，與其相嚙合的齒輪2'、4為太陽輪，所以2'、3、4、H組成行星輪系；齒輪1、2為定軸輪系。組合輪系任務(wù)實(shí)施任務(wù)：分析汽車變速器的原理，并判斷該輪系的類型。汽車變速器

汽車變速器的齒輪傳動(dòng)裝置中齒輪6、7為雙聯(lián)齒輪，可在軸上移動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)齒輪6與齒輪5、齒輪7與齒輪4的嚙合。

齒輪8也可移動(dòng)，可以和齒輪3嚙合，也可直接與齒輪1通過離合器在一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

該輪系屬于平行軸定軸輪系。知識(shí)總結(jié)輪系行星輪系：由行星輪、太陽輪、行星架以及機(jī)架組成的輪系。組合輪系：由定軸輪系和行星輪系組合而成或由幾個(gè)單一的行星輪系組成。定軸輪系：各齒輪的幾何軸線相對機(jī)架都是固定的。定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算平行軸定軸輪系傳動(dòng)比輪系傳動(dòng)比空間軸定軸輪系傳動(dòng)比任務(wù)引入思考：輪系可以實(shí)現(xiàn)變速或獲得大的傳動(dòng)比，如何計(jì)算相關(guān)速度和傳動(dòng)比呢？機(jī)床結(jié)構(gòu)圖輪系傳動(dòng)比

在齒輪系中，首末兩輪的轉(zhuǎn)速（或角速度）之比，稱為齒輪系的傳動(dòng)比，用“i1k”表示。齒輪系的傳動(dòng)比包含兩方面的內(nèi)容：計(jì)算傳動(dòng)比的大?。淮_定輸出軸（輪）的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。輪系的傳動(dòng)比計(jì)算，包括計(jì)算其傳動(dòng)比的大小和確定輸出軸的轉(zhuǎn)向兩個(gè)內(nèi)容。

輪系傳動(dòng)比一對圓柱齒輪的傳動(dòng)比箭頭同時(shí)指向（或遠(yuǎn)離）嚙合點(diǎn)。頭頭相對或尾尾相對。i12=ω1/ω2=?

z2/z12112外嚙合轉(zhuǎn)向相反輪系傳動(dòng)比一對圓柱齒輪的傳動(dòng)比i12=ω1/ω2=z2/z1兩箭頭同向。2112內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)向相同輪系傳動(dòng)比蝸輪蝸桿傳動(dòng)蝸桿旋向的判斷：蝸桿豎直放置，螺旋線左邊高為左旋，右邊高為右旋。左旋右旋輪系傳動(dòng)比蝸輪蝸桿傳動(dòng)左旋蝸桿12右旋蝸桿21

蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)向判斷用左右手定則：蝸桿左旋用左手，右旋用右手，四指順著蝸桿的轉(zhuǎn)向握住其軸線，大拇指方向的反向?yàn)槲佪喩蠂Ш宵c(diǎn)的線速度方向。輪系傳動(dòng)比錐齒傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)時(shí)兩輪同時(shí)指向或背離嚙合處。平行軸定軸輪系傳動(dòng)比平行軸定軸輪系的傳動(dòng)比

圖所示為平行軸定軸輪系，設(shè)齒輪1為首輪，齒輪5為末輪，z1

、z2

、z3、z3′、z4、z4′、z5為各輪齒數(shù)，n1

、n2

、n3、n3′、n4、n4′、n5為各輪的轉(zhuǎn)速，則齒輪系的傳動(dòng)比為是多少？平行軸定軸輪系的傳動(dòng)比各對齒輪的傳動(dòng)比分別為：將各對齒輪的傳動(dòng)比相乘即為首末兩輪的傳動(dòng)比，即平行軸定軸輪系傳動(dòng)比

平行軸定軸輪系傳動(dòng)比

由上式可知：

1）平行軸定軸輪系的傳動(dòng)比等于輪系中各對齒輪傳動(dòng)比的連乘積，也等于輪系中所有從動(dòng)輪齒數(shù)連乘積與所有主動(dòng)輪齒數(shù)連乘積之比。

若輪系中有k個(gè)齒輪，則平行軸定軸輪系傳動(dòng)比的一般表達(dá)式為：

平行軸定軸輪系傳動(dòng)比2）傳動(dòng)比的符號決定于外嚙合齒輪的對數(shù)m，當(dāng)m為奇數(shù)時(shí)，i1k為負(fù)號，說明首、末兩輪轉(zhuǎn)向相反；m為偶數(shù)時(shí)，i1k為正號，說明首末兩輪轉(zhuǎn)向相同。定軸輪系的轉(zhuǎn)向關(guān)系也可用箭頭在圖上逐對標(biāo)出。3）上例中齒輪2既是主動(dòng)輪，又是從動(dòng)輪，它對傳動(dòng)比的大小不起作用，但改變了傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向，這種齒輪稱為惰輪。惰輪用于改變傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向和調(diào)節(jié)輪軸間距，又稱為過橋齒輪。平行軸定軸輪系的傳動(dòng)比平行軸定軸輪系傳動(dòng)比課程思政個(gè)人與國家：

國家就是一個(gè)復(fù)雜的齒輪系統(tǒng)，我們都是系統(tǒng)中的個(gè)體齒輪，個(gè)體與國家的關(guān)系是相互依存又相互區(qū)別。為建設(shè)偉大的社會(huì)主義國家，我們每個(gè)人要嚴(yán)格要求自己，讓自己成為社會(huì)“輪系”中一個(gè)合格的“齒輪”。例如抗擊新冠肺炎疫情中，國家政策、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、各個(gè)社區(qū)村子等每個(gè)環(huán)節(jié)需要相互配合，每個(gè)人就像其中的齒輪，要對自己的環(huán)節(jié)認(rèn)真負(fù)責(zé)?？臻g軸定軸輪系傳動(dòng)比空間軸定軸輪系中因含有錐齒輪、蝸桿等傳動(dòng)，其傳動(dòng)比的大小仍可用平行軸定軸輪系公式計(jì)算。但其轉(zhuǎn)動(dòng)方向只能用箭頭在圖上標(biāo)出?？臻g軸定軸輪系定軸輪系任務(wù)實(shí)施任務(wù)：

圖中所示的定軸輪系，已知z1=20,z2=30,z2′＝z4=40,z3=20,z4′=60,z5=30,z6=40,z7=2,z8=40;若n1=2400r/min,轉(zhuǎn)向如圖所示，求傳動(dòng)比i18

、蝸輪8的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?？臻g軸定軸輪系定軸輪系任務(wù)實(shí)施分析：

按定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式得：

因首末兩輪不平行，故傳動(dòng)比不加符號，各輪轉(zhuǎn)向用畫箭頭的方法確定，蝸輪8的轉(zhuǎn)向如圖所示。

定軸輪系任務(wù)實(shí)施空間軸定軸輪系方向判斷知識(shí)總結(jié)平行軸定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算：空間軸定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算：

傳動(dòng)比的大小仍可用平行軸定軸輪系公式計(jì)算。但其轉(zhuǎn)動(dòng)方向只能用箭頭在圖上標(biāo)出。

箭頭標(biāo)定轉(zhuǎn)向的一般方法為：對圓柱齒輪傳動(dòng)，外嚙合箭頭方向相反，內(nèi)嚙合箭頭方向相同；

對錐齒輪傳動(dòng)，箭頭相對或相離；對蝸桿傳動(dòng)，用主動(dòng)輪左、右手定則，四指彎曲方向代表蝸桿轉(zhuǎn)向，大拇指的反方向代表蝸輪在嚙合處的速度方向。

能力訓(xùn)練

圖所示為某機(jī)床變速箱，移動(dòng)三聯(lián)齒輪a使齒輪3'和齒輪4'嚙合，又移動(dòng)雙聯(lián)齒輪b使齒輪5'和齒輪6'嚙合。已知各輪的齒數(shù)為：z1=42，z2=58，z3′=38,z4′=42，z5′=50，z6′=48，n1=1450r/m。求帶輪轉(zhuǎn)速的大小和方向。行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算反轉(zhuǎn)法原理任務(wù)引入思考：行星輪系由行星輪，太陽輪、行星架、機(jī)架組成，由于行星輪的軸線位置不固定，不能直接用定軸輪系傳動(dòng)比公式來計(jì)算行星輪系的傳動(dòng)比，那么行星輪系的傳動(dòng)比如何計(jì)算？行星輪系行星架H行星輪太陽輪內(nèi)齒圈機(jī)架反轉(zhuǎn)原理行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系反轉(zhuǎn)原理行星輪系轉(zhuǎn)化前后各構(gòu)件轉(zhuǎn)速

原轉(zhuǎn)速構(gòu)件轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)速太陽輪1行星輪2太陽輪3行星架H

行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算

行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算

通用公式：

行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算

若轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中所有齒輪軸線平行，可用（-1)m判定式中的“±”號（m為齒輪1至齒輪k之間外嚙合齒輪的對數(shù)）；否則只能用畫箭頭的辦法判定。任務(wù)實(shí)施

分析：該輪系為行星輪系，首先需要轉(zhuǎn)化輪系，再按照行星輪系傳動(dòng)比公式計(jì)算。行星輪系

任務(wù)實(shí)施分析：行星輪系

代入已知值，得

3）求得

知識(shí)總結(jié)行星輪系傳動(dòng)比