（高职）模块7 齿轮系ppt课件.pptx

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1、模块7 齿轮系机械设计基础（第四版）机械设计基础（第四版） 模块模块7 7 齿轮系齿轮系模块模块7 7 齿轮系齿轮系7.17.1 概述概述7.27.2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比7.3 7.3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比7.4 7.4 组合行星齿轮系的传动比组合行星齿轮系的传动比7.5 7.5 齿轮系的应用齿轮系的应用7.6 7.6 减速器及应用减速器及应用 7.1 7.1 概述概述（1 1）齿轮系的概念）齿轮系的概念 齿轮系：齿轮系：由一系列齿轮所组成的传动装置。由一系列齿轮所组成的传动装置。（2 2）齿轮系的类型）齿轮系的类型 基本类型基本类型定轴齿轮系定轴齿轮系行星齿

2、轮系行星齿轮系 在齿轮系运转时，所有齿轮的几何轴线相对于机架在齿轮系运转时，所有齿轮的几何轴线相对于机架的位置都是固定的齿轮系，称为的位置都是固定的齿轮系，称为定轴齿轮系定轴齿轮系。1)1)定轴齿轮系定轴齿轮系图图 7-1 7-1 定轴齿轮系定轴齿轮系 7.1 7.1 概述概述2)2)行星行星齿轮系齿轮系 在齿轮系运转时，至少有一个齿轮的几何轴线相对于在齿轮系运转时，至少有一个齿轮的几何轴线相对于机架的位置是变化的齿轮系，称为机架的位置是变化的齿轮系，称为行星齿轮系行星齿轮系。图图 7-2 行星齿轮系行星齿轮系 7.1 7.1 概述概述 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比传

3、动比：传动比：齿轮系中，首末两轮的角速度（或转速）之比。齿轮系中，首末两轮的角速度（或转速）之比。（1 1）传动比的概念）传动比的概念 因为角速度或转速是矢量，所以，讨论定轴齿轮系的传动因为角速度或转速是矢量，所以，讨论定轴齿轮系的传动比，既要计算传动比的比，既要计算传动比的数值数值，也要确定首末轮的，也要确定首末轮的转向关系转向关系。 注意注意（2 2）传动比数值的计算传动比数值的计算如图所示的定轴齿轮系，首轮是齿轮如图所示的定轴齿轮系，首轮是齿轮1 1，末轮是蜗轮，末轮是蜗轮6 6。 n n2 2= =n n2 2, , n n6 6= =n n6 6 , , n n5 5= =n n 5

4、 5 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比齿轮系传动比齿轮系传动比 i i1616可以列为可以列为 上式表明，定轴齿轮系的传动比，在数值上等于组成该齿轮系上式表明，定轴齿轮系的传动比，在数值上等于组成该齿轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于首、末轮之间啮合齿轮中，的各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于首、末轮之间啮合齿轮中，所有所有与与之比。之比。 56 4534 23126 55 4343 2126 55 4433 2216116zzzzzzzzzziiiiinnnnnnnnnnnni 7. 7.2 2 定轴齿轮系的

5、传动比定轴齿轮系的传动比 在定轴齿轮系中，齿轮在定轴齿轮系中，齿轮G G与齿轮与齿轮K K之间的传动比数值的计之间的传动比数值的计算通式为算通式为 ：（7-2-17-2-1）主动齿轮数的连乘积轮之间啮合齿轮中所有轮到从从动轮齿数的连乘积轮之间啮合齿轮中所有轮到从KGKGKGGKnni 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比(3)(3)首末轮转向关系的确定首末轮转向关系的确定 方法：方法：齿轮转向齿轮转向画箭头画箭头首、末轮的转向关系首、末轮的转向关系 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比平行轴传动平行轴传动一对外啮合圆柱齿轮的转向相反一对外啮合圆柱齿轮的转向相

6、反, ,箭头指向亦相反。箭头指向亦相反。(3)(3)首末轮转向关系的确定首末轮转向关系的确定 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比图中图中 n n1 1 与与 n n2 2、n n22 与与 n n3 3 转向相反，指向亦相反。转向相反，指向亦相反。 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比平行轴传动平行轴传动一对内啮合圆柱齿轮的转向相同，一对内啮合圆柱齿轮的转向相同，箭头指向亦相同。箭头指向亦相同。一对外啮合圆柱齿轮的转向相反，一对外啮合圆柱齿轮的转向相反，箭头指向亦相反。箭头指向亦相反。(3)(3)首末轮转向关系的确定首末轮转向关系的确定 7. 7.2 2

7、定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比图中图中 n n3 3 与与 n n4 4 转向相反，指向亦相反。转向相反，指向亦相反。 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比平行轴传动平行轴传动一对外啮合圆柱齿轮的转向相反，一对外啮合圆柱齿轮的转向相反，箭头指向亦相反。箭头指向亦相反。一对内啮合圆柱齿轮的转向相同，一对内啮合圆柱齿轮的转向相同，箭头指向亦相同。箭头指向亦相同。非平行轴传动非平行轴传动 无所谓转向相同或相反。无所谓转向相同或相反。一对锥齿轮的轴线相交，箭头同时指向或同时背离节点一对锥齿轮的轴线相交，箭头同时指向或同时背离节点(3)(3)首末轮转向关系的确定首末轮转向关系的确

8、定 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比图中图中 n n44 与与 n n5 5 箭头同时指向节点。箭头同时指向节点。 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比平行轴传动平行轴传动一对外啮合圆柱齿轮的转向相反，一对外啮合圆柱齿轮的转向相反，箭头指向亦相反。箭头指向亦相反。一对内啮合圆柱齿轮的转向相同，一对内啮合圆柱齿轮的转向相同，箭头指向亦相同。箭头指向亦相同。非平行轴传动非平行轴传动 无所谓转向相同或相反。无所谓转向相同或相反。(3)(3)首末轮转向关系的确定首末轮转向关系的确定 一对蜗杆蜗轮的轴线垂直交错，箭头指向按第六章中的规定标注一对蜗杆蜗轮的轴线垂直交

9、错，箭头指向按第六章中的规定标注 7. 7.2 2 定轴齿轮系的传动比定轴齿轮系的传动比 图中图中 n n55 与与 n n6 6一对蜗杆蜗轮的轴线垂直交错，一对蜗杆蜗轮的轴线垂直交错，箭头指向按第六章中的规定标注。箭头指向按第六章中的规定标注。 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比行星齿轮系行星齿轮系行星轮行星轮行星架行星架中心轮中心轮(1)(1)行星齿轮系的组成行星齿轮系的组成 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比行星齿轮系行星齿轮系行星轮行星轮行星架行星架中心轮中心轮(1)(1)行星齿轮系的组成行星齿轮系的组成 行星轮行星轮 7. 7.3 3 行星齿轮

10、系的传动比行星齿轮系的传动比 齿轮齿轮2 2由构件由构件H H支承，运转时除绕自身几何轴线支承，运转时除绕自身几何轴线O O2 2 转动（自转）外，转动（自转）外，还随轴线还随轴线O O2 2绕固定的几何轴线绕固定的几何轴线O O1 1 转动（公转），故称其为转动（公转），故称其为行星轮行星轮。 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比行星齿轮系行星齿轮系行星轮行星轮行星架行星架中心轮中心轮(1)(1)行星齿轮系的组成行星齿轮系的组成 行星架行星架 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比支承行星轮的构件支承行星轮的构件 H H 称为称为行星架行星架。 7. 7.3

11、 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比行星齿轮系行星齿轮系行星轮行星轮行星架行星架中心轮中心轮(1)(1)行星齿轮系的组成行星齿轮系的组成 中心轮中心轮内齿中心轮也叫内齿中心轮也叫内齿圈内齿圈。注意注意 与行星轮相啮合且几何轴线固定不与行星轮相啮合且几何轴线固定不动的齿轮动的齿轮1 1、3 3称为称为中心轮中心轮。 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比 行星架行星架H H与中心轮与中心轮1 1、3 3的轴线的轴线相重合，称该轴线为相重合，称该轴线为主轴线主轴线。注意注意 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系

12、的传动比计算方法：计算方法：转化机构法。转化机构法。假象给行星齿轮假象给行星齿轮系加上一个系加上一个- - n nH H 行星架变为静止行星架变为静止定轴齿轮系相关公式计算定轴齿轮系相关公式计算转化齿轮系转化齿轮系求解思路：求解思路：(2)(2)行星齿轮系传动比的计算行星齿轮系传动比的计算 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比图图 7-10 7-10 转化齿轮系转化齿轮系 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比转化齿轮系中，各构件的转速如表转化齿轮系中，各构件的转速如表7-17-1所示：所示： 表表7-1 7-1 转化齿轮系中个构件的转速转化齿轮系中个构件的转

13、速 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比 转化齿轮系中，转化齿轮系中，1 1、3 3两轮的传动比可以根据定轴齿轮系传动两轮的传动比可以根据定轴齿轮系传动比的计算方法，得出比的计算方法，得出 1321321313113) 1(zzzzzznnnnnniHHHHH推广到一般情况，可得到如下结论：推广到一般情况，可得到如下结论： 行星齿轮系中，轴线与主轴线平行或重合的两轮行星齿轮系中，轴线与主轴线平行或重合的两轮G G、K K的传动比，的传动比，可通过下式求解可通过下式求解主动齿轮数的连乘积轮之间啮合齿轮中所有轮到从从动轮齿数的连乘积轮之间啮合齿轮中所有轮到从KGKGHKHGHGK

14、nnnni（7-2） 7. 7.3 3 行星齿轮系的传动比行星齿轮系的传动比 3 3）待求构件的实际转向由计算结果的正、负号确定。）待求构件的实际转向由计算结果的正、负号确定。注意注意 1 1）转速）转速 n nG G、n nK K 和和 n nH H 是代数量，代入公式时必须带正、负号。是代数量，代入公式时必须带正、负号。假定某一转向为正号，则与其同向的取正号，与其反向的取负号。假定某一转向为正号，则与其同向的取正号，与其反向的取负号。 2 2）公式右边齿数连乘积之比的正、负号按转化齿轮系中）公式右边齿数连乘积之比的正、负号按转化齿轮系中 G G 轮轮与与 K K 轮的转向关系确定。轮的转向

15、关系确定。 7. 7.4 4 组合行星齿轮系的传动比组合行星齿轮系的传动比图图 7-15 7-15 机床变速传动装置机床变速传动装置组合行星齿轮系：组合行星齿轮系：将行星齿轮系与定轴齿轮系组合在一起使用的将行星齿轮系与定轴齿轮系组合在一起使用的齿轮系。齿轮系。实例实例3 3）根据各部分齿轮系之间的运动联系联立求解，进而求出组）根据各部分齿轮系之间的运动联系联立求解，进而求出组合行星齿轮系的传动比。合行星齿轮系的传动比。计算组合行星齿轮系传动比的步骤：计算组合行星齿轮系传动比的步骤：1 1）区分齿轮系中的行星齿轮系部分与定轴齿轮系部分。）区分齿轮系中的行星齿轮系部分与定轴齿轮系部分。2 2）分别

16、列出齿轮系中各部分的传动比计算公式，代入已知数。）分别列出齿轮系中各部分的传动比计算公式，代入已知数。关键关键是要找出行星轮，支持它转动的为行星架，与它啮合的是要找出行星轮，支持它转动的为行星架，与它啮合的轴线位置固定的齿轮为中心轮。轴线位置固定的齿轮为中心轮。 7. 7.4 4 组合行星齿轮系的传动比组合行星齿轮系的传动比 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 实现相距较远的两轴间的传动实现相距较远的两轴间的传动获得大的传动比获得大的传动比实现变速、换向和分路传动实现变速、换向和分路传动实现工艺动作和特殊运动轨迹实现工艺动作和特殊运动轨迹用于运动的合成或分解用于运动的合成或分解应用应用(1)

17、(1)实现相距较远的两轴间的传动实现相距较远的两轴间的传动优点：优点：可缩小传动装置所占空间、节约材料、减轻重量。可缩小传动装置所占空间、节约材料、减轻重量。应用原因：应用原因：当相距较远的两轴间必须应用齿轮传动时。当相距较远的两轴间必须应用齿轮传动时。 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 传动比相同时，一对齿轮传动与齿轮系传动的方案比较。传动比相同时，一对齿轮传动与齿轮系传动的方案比较。图图 7-18 7-18 齿轮传动方案比较齿轮传动方案比较 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 (2)(2)获得大的传动比获得大的传动比应用条件：应用条件：两轴之间的传动比较大。两轴之间的传动比较大。优点

18、：优点：有效地减小体积和齿轮啮合的频率差。有效地减小体积和齿轮啮合的频率差。行星齿轮系在获得大的传动比方面更具优势。行星齿轮系在获得大的传动比方面更具优势。注意注意 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 如图所示行星齿轮系中，输入件如图所示行星齿轮系中，输入件 H H 对输出件对输出件1 1 的传动比的传动比 i iH1H1=10000=10000。但这种齿轮系的传动效率很低，当轮但这种齿轮系的传动效率很低，当轮1 1为主动件时，将发生自锁。为主动件时，将发生自锁。图图 7-19 7-19 大传动比的行星齿轮系大传动比的行星齿轮系 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 (3)(3)实现变速、换

19、向和分路传动实现变速、换向和分路传动变速机构：变速机构：齿轮系、组合行星齿轮系。齿轮系、组合行星齿轮系。 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 图图 7-20 7-20 定轴齿轮系变速定轴齿轮系变速 图图7-20 7-20 所示定轴齿轮系中，所示定轴齿轮系中，为输入轴，为输入轴，为输出轴，双联为输出轴，双联齿轮齿轮2-42-4通过导向平键与轴通过导向平键与轴构成动连接，当其分别与轴构成动连接，当其分别与轴上的上的齿轮齿轮1 1、3 3啮合时，轴啮合时，轴便获得两种不同的转速。便获得两种不同的转速。 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 典型换向机构：典型换向机构：三星轮。三星轮。变速机构：变速

20、机构：齿轮系、组合行星齿轮系。齿轮系、组合行星齿轮系。 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 (3)(3)实现变速、换向和分路传动实现变速、换向和分路传动图图 7-21 7-21 三星轮换向机构三星轮换向机构 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 分路传动：分路传动：利用齿轮系，可实现分路传动，使一根主轴带利用齿轮系，可实现分路传动，使一根主轴带动多根从动轴同时转动，驱动诸如润滑油泵、冷却风扇等动多根从动轴同时转动，驱动诸如润滑油泵、冷却风扇等附件同时工作，减少原动机数量。附件同时工作，减少原动机数量。 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 (3)(3)实现变速、换向和分路传动实现变速、换向和

21、分路传动典型换向机构：典型换向机构：三星轮。三星轮。变速机构：变速机构：齿轮系、组合行星齿轮系。齿轮系、组合行星齿轮系。(4)(4)实现工艺动作和特殊运动轨迹实现工艺动作和特殊运动轨迹 实现原因：实现原因：在行星齿轮系中，行星轮既有公转、又有自转，在行星齿轮系中，行星轮既有公转、又有自转，能形成特定的轨迹，可应用在工艺装备中实现工艺动作或能形成特定的轨迹，可应用在工艺装备中实现工艺动作或特殊运动轨迹要求。特殊运动轨迹要求。典型应用：典型应用：打蛋机搅拌头。打蛋机搅拌头。 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 图图 7-22 7-22 打蛋机搅拌头的行星传动图打蛋机搅拌头的行星传动图 如图所示为

22、食品加工设备打蛋机搅拌头的传动示意图，输入如图所示为食品加工设备打蛋机搅拌头的传动示意图，输入构件构件H H 驱动搅拌桨上的行星轮驱动搅拌桨上的行星轮2 2运动，使搅拌桨产生如图运动，使搅拌桨产生如图7-227-22所示所示的运动轨迹，恰好满足了调和高黏性食品原料的工艺要求。的运动轨迹，恰好满足了调和高黏性食品原料的工艺要求。 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 ( (5 5) )用于运动的合成或分解用于运动的合成或分解则则运动的合成：运动的合成：将两个输入运动合成为一个输出运动。将两个输入运动合成为一个输出运动。运动的分解：运动的分解：将一个输入运动分解为两个输出运动。将一个输入运动分解为

23、两个输出运动。锥齿轮行星齿轮系，常用于运动的合成。锥齿轮行星齿轮系，常用于运动的合成。对于锥齿轮行星齿轮系，因为对于锥齿轮行星齿轮系，因为z z1 1= =z z2 2，所以，所以广泛用于滚齿机、计算机构和补偿装置等。广泛用于滚齿机、计算机构和补偿装置等。 7.57.5齿轮系的应用齿轮系的应用 1133113zznnnniHHH231nnnH减速器：减速器：位于原动机和工作机之间的独立而封闭的传动装置。位于原动机和工作机之间的独立而封闭的传动装置。作用：作用：以确定的传动比实现减速并增大转矩。以确定的传动比实现减速并增大转矩。特点特点结构紧凑结构紧凑传递的功率和圆周速度范围大传递的功率和圆周速

24、度范围大箱体的支承刚度大箱体的支承刚度大具有良好的润滑和密封条件具有良好的润滑和密封条件使用维护方便使用维护方便应用广泛应用广泛 7.7.6 6减速器及减速器及应用应用 分类分类齿轮减速器齿轮减速器蜗杆减速器蜗杆减速器行星齿轮减速器行星齿轮减速器摆线针轮减速器摆线针轮减速器谐波齿轮减速器谐波齿轮减速器已有标准系列已有标准系列选用原则选用原则总体传动方案和工作条件总体传动方案和工作条件传动功率、转速等参数传动功率、转速等参数结构尺寸和安装布置结构尺寸和安装布置按照按照考虑考虑减速器减速器选取选取传动和结构特点传动和结构特点 7.7.6 6减速器及减速器及应用应用 （1 1）行星齿轮减速器）行星齿

25、轮减速器 渐开线少齿差行星减速器，属于渐开线少齿差行星减速器，属于 K-H-V K-H-V 型行星型行星传动，其工作原理如图传动，其工作原理如图7-257-25所示。所示。中心轮中心轮K K为固定齿圈为固定齿圈1 1，减，减速时，输入轴（行星架）速时，输入轴（行星架）H H的转动，带动行星轮的转动，带动行星轮2 2运运动，并通过等速输出机构动，并通过等速输出机构W W（图中为双万向联轴器）（图中为双万向联轴器） 传递给输出轴传递给输出轴V V。图图 7-25 7-25 渐开线少齿差行星传动渐开线少齿差行星传动 7.7.6 6减速器及减速器及应用应用 （7-37-3） 一般齿数差一般齿数差 z

26、z1 1- -z z2 2=14=14，故称其为少齿差行星传动，故称其为少齿差行星传动，输出轴与输入轴转向相反。输出轴与输入轴转向相反。 可推得：可推得：优点：优点：传动比高传动比高缺点：缺点：啮合的齿数少，承载能力低啮合的齿数少，承载能力低适用场合：适用场合：中、小功率或短期工作的场合。中、小功率或短期工作的场合。 7.7.6 6减速器及减速器及应用应用 （1 1）行星齿轮减速器）行星齿轮减速器21222zzznnIiHHHV（2 2）摆线针轮减速器）摆线针轮减速器图图7-26 7-26 摆线针轮行星传动摆线针轮行星传动 7.7.6 6减速器及减速器及应用应用 优点：优点：传动比范围大、啮合

27、角传动比范围大、啮合角较小、传动效率高、承载能力较小、传动效率高、承载能力高、过载能力强、抗冲击、运转平稳、无噪声等。高、过载能力强、抗冲击、运转平稳、无噪声等。缺点：缺点：摆线轮制造工艺复杂、材质和加工精度要求高、轴承在高摆线轮制造工艺复杂、材质和加工精度要求高、轴承在高速重载下工作、易于疲劳破坏。速重载下工作、易于疲劳破坏。 摆线针轮行星传动与渐开线少齿差行星传动摆线针轮行星传动与渐开线少齿差行星传动主要区别主要区别在于：在于：行星轮采用摆线轮行星轮采用摆线轮2 2，而中心轮则采用带套筒的圆柱形针轮，而中心轮则采用带套筒的圆柱形针轮1 1并与并与机架固定。机架固定。 7.7.6 6减速器及

28、减速器及应用应用 （2 2）摆线针轮减速器）摆线针轮减速器（3 3）谐波齿轮减速器）谐波齿轮减速器图图 7-27 7-27 谐波齿轮传动原理谐波齿轮传动原理谐波齿轮传动谐波齿轮传动: :传动过程中，柔轮的变形在其圆周的展开图上，传动过程中，柔轮的变形在其圆周的展开图上，是连续的简谐波形。是连续的简谐波形。 7.7.6 6减速器及减速器及应用应用 由图由图7-27知，与行星齿轮系相比，波发生器知，与行星齿轮系相比，波发生器1相当于行星相当于行星架，柔轮架，柔轮2相当于行星轮，刚轮相当于行星轮，刚轮3则相当于中心轮。则可知：则相当于中心轮。则可知：齿数差齿数差 z3-z2 一般取波发生器滚轮的数目

29、。一般取波发生器滚轮的数目。整理得：整理得：（7-4）谐波齿轮传动的构成谐波齿轮传动的构成波发生器波发生器由转臂和滚轮组成由转臂和滚轮组成柔轮柔轮容易变形的外齿圈容易变形的外齿圈刚轮刚轮刚性内齿圈刚性内齿圈 7.7.6 6减速器及减速器及应用应用 231312123zznnnni2322112zzznni优点：优点：传动比范围大、运转平稳，无冲击，磨损小，承载传动比范围大、运转平稳，无冲击，磨损小，承载能力大、结构简单、零件数目少、体积小、重量轻、具有能力大、结构简单、零件数目少、体积小、重量轻、具有很好的封闭性。很好的封闭性。缺点：缺点：不适合小功率、小速比的传动；为防止柔轮的疲劳不适合小功率、小速比的传动；为防止柔轮的疲劳破坏，对其材质的要求高。破坏，对其材质的要求高。适用场合：适用场合：可用于高温、高湿、真空、有毒性介质的场合。可用于高温、高湿、真空、有毒性介质的场合。 7.7.6 6减速器及减速器及应用应用 机械设计基础（第四版）机械设计基础（第四版）谢谢谢谢! !