机械原理第六章6-1,6-2.ppt

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1、第六章第六章 轮系及其设计轮系及其设计第六章 轮系及其设计 6.1 轮系的类型轮系的类型6.2 定轴轮系的传动比计算定轴轮系的传动比计算6.3 周转轮系的传动比计算周转轮系的传动比计算6.4 复合轮系的传动比计算复合轮系的传动比计算6.5 行星轮系的效率行星轮系的效率6.6 轮系的设计轮系的设计6.7 轮系的功能轮系的功能轮系的基本概念轮系的基本概念轮系：轮系：由一对以上齿轮组成的齿轮传动系统。目的：目的：变速(减速、增速)、换向、运动的分解与合成6.1 轮系的类型轮系的类型6.1 轮系的类型轮系的类型 通常根据轮系在运转过程中，其各个齿轮的几何轴线相对于机架的位置是否都是固定的，分为三种类型

2、：一、一、定轴轮系定轴轮系二、二、周转轮系周转轮系三、三、复合轮系复合轮系定轴轮系（普通轮系）定轴轮系（普通轮系）:所有齿轮几何轴线的位置在运转过程中均固定所有齿轮几何轴线的位置在运转过程中均固定不变的轮系，称为定轴轮系。不变的轮系，称为定轴轮系。一、定轴轮系一、定轴轮系Gear train with fixed axes(ordinary gear train)一、定轴轮系一、定轴轮系定轴轮系的分类定轴轮系的分类:平行轴定轴轮系平行轴定轴轮系非平行轴定轴轮系非平行轴定轴轮系非平行轴定轴轮系又可分为非平行轴定轴轮系又可分为:l 输入轴与输出轴方向平行的输入轴与输出轴方向平行的 l 输入轴与输出

3、轴方向不平行的输入轴与输出轴方向不平行的在运转过程中，至少有一个齿轮几何轴线的位置不固定，而是绕着其他定轴齿轮轴线回转的轮系，称为周转轮系。二、周转轮系二、周转轮系Epicyclic gear train 二、周转轮系二、周转轮系周转轮系周转轮系:二、周转轮系二、周转轮系Epicyclic gear train 二、周转轮系二、周转轮系Epicyclic gear train 行星轮行星轮(Planet gear)行星轮：行星轮：周转轮系中，轴线位置变动的齿轮，即 既作自转又作公转的齿轮。齿轮2是行星轮。行星架，系杆，转臂行星架，系杆，转臂(Planet carrier)行星架：行星架：周转轮

4、系中，支承行星轮作自转和公转 的构件。行星架又称系杆或转臂。通常用H标记。中心轮，太阳轮中心轮，太阳轮(Sun gears)中心轮：中心轮：周转轮系中，与行星轮相啮合的定轴齿 轮。中心轮又称太阳轮。齿轮1、3称为太阳轮。中心轮，太阳轮中心轮，太阳轮(Sun gears)基本周转轮系的组成基本周转轮系的组成行星轮(Planet gear)行星轮的轴线绕固定轴线转动.齿轮2是行星轮.行星架,系杆,转臂(Planet carrier)：支撑行星轮的构件称为行星架,标记为 H.Sun gears(中心轮,太阳轮)：太阳轮与行星轮啮合并绕与行星架相同的固定轴线转动,例如:齿轮1,3是太阳轮.基本构件fu

5、ndamental members(input and output links)太阳轮和行星架 基本周转轮系是由行星轮、支持行星轮的行星架和与行星轮相啮合的两个（有时只有一个）中心轮构成的。中心轮和行星架称为周转轮系的基本构件，也称为输入输出构件。基本周转轮系基本周转轮系基本周转轮系基本周转轮系F=3n-2PL-PH=33-23-2=1行星轮系行星轮系：自由度为1的周转轮系。太阳轮之一固定为机架。周转轮系的分类周转轮系的分类周转轮系根据其自由度的不同分为：差动轮系：差动轮系：自由度为2的周转轮系。F=3n-2PL-Ph=34-24-2=2 两个太阳轮都在运动。周转轮系的分类周转轮系的分类 图

6、(a)、(b)、(c)为2K-H型周转轮系的三种不同型式，该轮系的特点是轮系中有2个中心轮。2K-H型周转轮系型周转轮系123H11223322HH(a)(b)(c)周转轮系的分类周转轮系的分类周转轮系根据其基本构件的不同分为：图(d)为3K型周转轮系，该轮系中有三个中心轮，而其中的行星架H只是起支承行星轮的作用。12234H12HV 图(e)只有一个中心轮，其运动是通过等角速机构由V轴输出。(e)(d)3K型周转轮系型周转轮系周转轮系的分类周转轮系的分类K-H-V型行星轮系型行星轮系行星轮系太阳轮3固定为机架行星轮系太阳轮1固定为机架三、复合轮系三、复合轮系 既含定轴轮系部分又含周转轮系部分

7、，或者由多个基本周转轮系所组成的复杂轮系，通常均称为复合轮系或混合轮系。三、复合轮系三、复合轮系(Combined gear trains)复合轮系复合轮系:(2)周转轮系周转轮系(Epicyclic gear trains)(3)复合轮系复合轮系(Combined gear trains)行星轮系(Planetary gear train)差动轮系(Differential gear train)轮系的分类轮系的分类:(1)定轴轮系定轴轮系(Gear train with fixed axes)平行轴定轴轮系非平行轴定轴轮系l 输入轴与输出轴方向平行的 l 输入轴与输出轴方向不平行的注意注意

8、:计算轮系的传动比时，不仅要计算它的大小，还要确 定两轴的相对转动方向（即输入轴与输出轴的转向关 系）。6.2 定轴轮系的传动比计算定轴轮系的传动比计算6.2 定轴轮系的传动比计算定轴轮系的传动比计算 轮系中输入轴的角速度（或转速）与输出轴的角速度（或转速）之比，称为轮系的传动比。用i1K表示，下标1、K分别为输入轴和输出轴的代号。轮系传动比轮系传动比(The train ratio of a gear train):一、一、传动比大小的计算传动比大小的计算二、转向关系的确定二、转向关系的确定已知：各轮齿数，且齿轮1的轴为输入轴，齿轮5的轴为输出轴，则该轮系的总传动比为从轮1到轮5之间各对啮合

9、齿轮传动比的大小如下齿轮3与 、4与 各分别固定在同一根轴上故：将上述各式两边分别连乘，并整理得该轮系的总传动比为 结结论论一、传动比大小的计算一、传动比大小的计算一、传动比大小的计算一、传动比大小的计算一、传动比大小的计算一、传动比大小的计算 定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。即结论：结论：图中齿轮2既是前一级的从动轮，又是后一级的主动轮，其齿数对轮系传动比的大小没有影响，但可以改变齿轮转向，这种齿轮称为惰轮惰轮(idle wheels)。二、转向关系的确定二、转向关系的确定二、转向关系的确定二

10、、转向关系的确定 定轴轮系各轮的相对转向可以通过逐对齿轮标标注注箭箭头头的方法的方法来确定。下面分别说明一对平行轴外啮合齿轮和内啮合齿轮、一对圆锥齿轮、蜗轮蜗杆机构标注箭头的规则。右旋蜗杆右旋蜗杆右手判断右手判断左旋蜗杆左旋蜗杆左手判断左手判断 The“”sign must be added before the ratio of teeth number,even if all arrows have marked on gears.平行轴外啮合齿轮平行轴外啮合齿轮一对定轴齿轮转向关系的确定一对定轴齿轮转向关系的确定一对定轴齿轮转向关系的确定一对定轴齿轮转向关系的确定平行轴内啮合齿轮平行轴内

11、啮合齿轮二、转向关系的确定二、转向关系的确定非平行轴齿轮非平行轴齿轮所有齿轮的转动方向必须在图上用箭头表示。l 圆锥齿轮圆锥齿轮 二、转向关系的确定二、转向关系的确定l 蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆 二、转向关系的确定二、转向关系的确定右旋蜗杆右旋蜗杆右手判断右手判断左旋蜗杆左旋蜗杆左手判断左手判断注意注意:从动轮齿数在分子上，主动轮齿数在分母上。一对定轴轮系传动比的绝对值一对定轴轮系传动比的绝对值平行轴定轴轮系平行轴定轴轮系 用(-1)m确定，式中m表示轮系中外啮合的对数。如果外啮合齿轮对数为奇数如果外啮合齿轮对数为奇数,传动比为传动比为负负,否则传动比为正。否则传动比为正。轮系转向关系的确定轮系转向关

12、系的确定轮系转向关系的确定轮系转向关系的确定轮系转向关系的确定轮系转向关系的确定非平行轴定轴轮系非平行轴定轴轮系l 输入轴与输出轴方向平行输入轴与输出轴方向平行 输入轴和输出轴的方向或者相同或者相反。传动比或者为正或者为负。“”or “”符号必须添加在齿数比之前，即使所有的箭头都标注在齿轮上。注意：注意：非平行轴定轴轮系的方向不能用(-1)m 确定。轮系中所有齿轮的转动方向都用箭头在图上表示。轮系转向关系的确定轮系转向关系的确定l 输入轴与输出轴方向不平行输入轴与输出轴方向不平行 如图所示的轮系中，已知各轮齿数，齿轮1为主动轮，求传动比。解：因首末两轮轴线平行，所以，该轮系的传动 比为：例题例

13、题1 1 如图所示的轮系中，已知各轮齿数，齿轮1为主动轮，求传动比。解：该轮系传动比的大小为：例题例题2 2该轮系传动比的方向如图所示，可用画箭头的方法表示。如如图图所所示示为为一一时时钟钟轮轮系系，S S、M M、H H分分别别表表示示秒秒针针、分分针针和和时时针针，已已知知Z Z 1 1=8 8，Z Z 2 2=6060，Z Z 3 3=8 8，Z Z 5 5=1515，Z Z 7 7=12=12，齿齿轮轮6 6、8 8模数相同，试问：模数相同，试问：（1 1）该轮系属于何种类型的轮系；该轮系属于何种类型的轮系；（2 2）齿轮）齿轮4 4、齿轮、齿轮6 6、齿轮、齿轮8 8的齿数。的齿数。

14、(提示：提示：)解：解：（1 1）定轴轮系）定轴轮系 （2 2）因齿轮因齿轮6 6、8 8模数相同，故模数相同，故 由式由式、式、式得：得：例题例题3 3 在图所示的轮系中，已知蜗杆为单头右旋蜗杆，在图所示的轮系中，已知蜗杆为单头右旋蜗杆，z1=z3=18z1=z3=18，z2=z6=60z2=z6=60，z4=36z4=36，R=30mmR=30mm。试问：。试问：（1 1）该轮系属于何种类型；）该轮系属于何种类型；（2 2）当重物上升）当重物上升5mm5mm时，手柄转过的角度及转向（在图中标出）。时，手柄转过的角度及转向（在图中标出）。解：解：（1 1）定轴轮系）定轴轮系 （2 2）设重物上升设重物上升5mm时，轮时，轮6 6转过的角度为，则转过的角度为，则由由 得：得：手柄转过的角度为手柄转过的角度为 手柄转向的箭头垂直向下手柄转向的箭头垂直向下 例题例题4 4