第11章齿轮系及其设计1.ppt
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1、东莞理工学院专用1第十一章第十一章 齿轮系及其设计齿轮系及其设计111 齿轮齿轮系及其系及其分类分类112 定轴轮系的传动比定轴轮系的传动比113 周转轮系的传动比周转轮系的传动比114 复合轮系的传动比复合轮系的传动比117 行星轮系的类型选择及行星轮系的类型选择及 设计的基本知识设计的基本知识115 轮系的功用轮系的功用118 其他轮系简介其他轮系简介116 行星轮系的机械效率行星轮系的机械效率内容提要内容提要东莞理工学院专用2111 轮系的类型轮系的类型定义:定义:由齿轮组成的传动系统简称由齿轮组成的传动系统简称轮系轮系本章要解决的问题:本章要解决的问题:轮系分类轮系分类周转轮系周转轮系
2、(轴有公转)(轴有公转)定轴轮系(轴线固定)定轴轮系(轴线固定)复合轮系复合轮系(两者混合)(两者混合)(混合轮系)(混合轮系)差动轮系(差动轮系(F=2F=2)行星轮系(行星轮系(F=1F=1)1.1.轮系传动比轮系传动比 i 的计算的计算;2.2.从动轮转向的判断。从动轮转向的判断。平面定轴轮系平面定轴轮系空间定轴轮系空间定轴轮系东莞理工学院专用3112 定轴轮系的传动比定轴轮系的传动比一、传动比大小的计算一、传动比大小的计算 i1m=1/m 强调下标记法对对于于齿齿轮轮系系,设设输输入入轴轴的的角角速速度度为为1 1,输输出出轴轴的的角角速度为速度为m m ,中间第中间第i 轴的角速度为
3、轴的角速度为i ,按定义有:,按定义有:一对齿轮:一对齿轮:i12=1/2=z2/z1 可直接得出当当i i1m1m11时为减速时为减速,i i1m1m1 机架,机架,周转轮系周转轮系=定轴轮系定轴轮系作者:潘存云教授构件构件 原角速度原角速度 转化后的角速度转化后的角速度2H13可直接套用可直接套用定轴轮系定轴轮系传动比的计算公式。传动比的计算公式。H H1 11 1H H H H2 22 2H H H H3 33 3H H H HH HH HH H0 0 作者:潘存云教授2H13东莞理工学院专用10右边各轮的齿数为已知,左边三个基本构件的参数中,如果已知其中任意两个,则可求得第三个参数。于
4、是,可求得任意两个构件之间的传动比。上式上式“”说明在转化轮系中说明在转化轮系中H H1 1 与与H H3 3 方向相反。方向相反。特别注意:特别注意:1.1.齿轮齿轮m m、n n的轴线必须平行。的轴线必须平行。通用表达式:通用表达式:=f(z)2.2.计算公式中的计算公式中的“”不能去掉,它不仅表明转化轮系中不能去掉,它不仅表明转化轮系中两个太阳轮两个太阳轮m m、n n之间的转向关系,而且影响到之间的转向关系,而且影响到m m、n n、H H的计算结果。的计算结果。3.3.m m、n n、H H均为代数值,自带符号。均为代数值,自带符号。作者:潘存云教授2H13东莞理工学院专用114.4
5、.如果是如果是行星行星轮系,则轮系,则m m、n n中必有一个为中必有一个为0 0(不(不妨设妨设n n0 0),则上述通式改写如下:则上述通式改写如下:5.5.以上公式中的以上公式中的i i 可用转速可用转速n ni i 代替代替:两者关系如何?用转速表示有:用转速表示有:=f(z)n ni i=(=(i i/2/2)60)60=i i3030rpmrpm2H13东莞理工学院专用12例二例二 2K2KH H 轮系中,轮系中,z z1 110,z10,z2 220,z20,z3 35050 轮轮3 3固定固定,求求i1H。2H13模型验证模型验证 i1H=6,齿轮齿轮1和系杆转向相同和系杆转向
6、相同东莞理工学院专用13例三例三 2K2KH H 轮系中,轮系中,z z1 1z z2 220,z20,z3 360601)轮轮3 3固定。求固定。求i1H。2)n n1 1=1,n=1,n3 3=-1,=-1,求求n nH H 及及i1H 的值。的值。3)n n1 1=1,n=1,n3 3=1,=1,求求n nH H 及及i1H 的值。的值。i1H=4,齿轮齿轮1和系杆转向相同和系杆转向相同3两者转向相反。两者转向相反。得:得:i1H=n1/nH=2,轮1逆时针转1圈,轮3顺时针转1圈,则系杆顺时针转半圈。2H13轮1逆转1圈,轮3顺转1圈轮1、轮3各逆转1圈轮1转4圈,系杆H转1圈。模型验
7、证东莞理工学院专用14结论:结论:1)轮轮1 1转转4 4圈,系杆圈,系杆H H同向转同向转1 1圈。圈。2)轮轮1 1逆时针转逆时针转1 1圈,轮圈,轮3 3顺顺时针转时针转1 1圈,则系杆圈,则系杆顺顺时时 针转半圈。针转半圈。3)轮轮1 1轮轮3 3各逆时针转各逆时针转1 1圈,则系杆也逆时针转圈,则系杆也逆时针转1 1圈。圈。实际上三个构件之间没有相对运动。实际上三个构件之间没有相对运动。特别强调:特别强调:i13 iH13 一是绝对运动、一是相对运动 i13 13-z-z3 3/z/z1 1=3两者转向相同。两者转向相同。得得:i1H=n1/nH=1,轮1轮3各逆时针转1圈,则系杆逆
8、时针转1圈。n n1 1=1,n=1,n3 3=1=1三个基本构件无相对运动!三个基本构件无相对运动!特别强调:这是数学上0比0未定型应用实例!2H13东莞理工学院专用15例四例四:已知图示轮系中已知图示轮系中 z z1 14444,z z2 240,40,z z2 242,z42,z3 34242,求,求i iH1H1 解:解:i iH H1313(1 1-H H)/(0-)/(0-H H)404042/(4442/(4442)42)i i1H1H1-i1-iH H1313结论:结论:系杆转系杆转1111圈时,轮圈时,轮1 1同向同向转转1 1圈。圈。若若 Z Z1 1=100,z=100,
9、z2 2=101,z=101,z2 2=100,z=100,z3 3=99=99。i i1H1H1-i1-iH H13131-1011-10199/(10099/(100100)100)结论:结论:系杆转系杆转1000010000圈时,轮圈时,轮1 1同向转同向转1 1圈。圈。Z2 Z2H=1-i=1-i1H1H(-1)(-1)2 2 z z2 2z z3 3/(z/(z1 1 z z2 2)10/11 10/11 i iH1H11/i1/i1H1H=11=11 i iH1H11000010000 1-10/111-10/11 1/11 1/11 1/10000,1/10000,Z1Z3模型验
10、证模型验证东莞理工学院专用16又若又若 Z Z1 1=100,z=100,z2 2=101,z=101,z2 2=100,z=100,z3 3100100,结论:结论:系杆转系杆转100100圈时,轮圈时,轮1 1反向转反向转1 1圈。圈。此例说明行星轮系中输出轴的转向,不仅与输入轴的转向有关,而且与各轮的齿数有关。本例中只将轮3增加了一个齿,轮1就反向旋转,且传动比发生巨大变化,这是行星轮系与定轴轮系不同的地方i i1H1H1-i1-iH H13131-101/1001-101/100i iH1H1-100 -100 1/100,1/100,Z2 Z2HZ1Z3东莞理工学院专用17z z1
11、1z z2 2z z3 3上式表明上式表明轮轮3 3的绝对角速度为的绝对角速度为0 0,但相对角速度不为,但相对角速度不为0 0。113 30 02 222H Hz z1 1z z3 3z z3 3z z1 1HH铁锹铁锹H HH H模型验证z z2 2z z2 2例五:例五:马铃薯挖掘机马铃薯挖掘机中:中:z z1 1z z2 2z z3 3 ,求,求2 2,3 3 东莞理工学院专用18H例六例六:图示圆锥齿轮组成的轮系中,已知:图示圆锥齿轮组成的轮系中,已知:z z1 13333,z z2 212,z12,z3 333,33,求求 i3H 解解:判别转向判别转向:强调:如果方向判断不对,则
12、会得出错误的结论:30。提问:事实上,因角速度事实上,因角速度2 2是一个向量,它与牵连角速度是一个向量,它与牵连角速度H H和相对和相对角速度角速度H H2 2之间的关系为:之间的关系为:P P为绝对瞬心,故轮为绝对瞬心,故轮2 2中心速度为:中心速度为:V V2o2o=r=r2 2H H2 2 H H2 2H H r r1 1/r/r2 2z z1 1z z3 3i3H=2 系杆H转一圈,齿轮3同向转2圈=1不成立!不成立!Why?因两者轴线不平行H H2 2 2 2H H又又 V V2o2o=r=r1 1H H H H2 2H Hr r2 2r r1 1如何求?特别注意:特别注意:转化轮
13、系中两齿轮轴线不平行时,不能直接计算!转化轮系中两齿轮轴线不平行时,不能直接计算!z z2 2oH H tg tg1 1 H H ctg ctg2 2 齿轮齿轮1 1、3 3方向相反方向相反p2 2=H H+H H2 2 2 22 21 1=1东莞理工学院专用19114 复合轮系复合轮系(混合轮系混合轮系)的传动比的传动比除了上述基本轮系之外,工程实际中还大量采用混合轮系。将将复复合轮系分解为合轮系分解为基本轮系基本轮系,分别计算传动比,然后,分别计算传动比,然后根据组合方式联立求解。根据组合方式联立求解。二、方法二、方法 先找行星轮先找行星轮混合轮系中可能有多个周转轮系,而混合轮系中可能有多
14、个周转轮系,而一个基本周转轮一个基本周转轮系中至多只有三个中心轮。系中至多只有三个中心轮。剩余的就是定轴轮系。剩余的就是定轴轮系。举例举例:求图示电动卷扬机的传动比。求图示电动卷扬机的传动比。(P219例例11-2)(自学)(自学)一、传动比求解思路一、传动比求解思路轮系分解的关键是:轮系分解的关键是:将周转轮系分离出来。将周转轮系分离出来。系杆(系杆(支承行星轮支承行星轮)太阳轮(太阳轮(与行星轮啮合与行星轮啮合)东莞理工学院专用20J作者:潘存云教授A331254KB例七:例七:图示为龙门刨床工作台的变速机构,图示为龙门刨床工作台的变速机构,J J、K K为电磁制为电磁制动器,设已知各轮的
15、齿数,求动器,设已知各轮的齿数,求J J、K K分别刹车时的传动比分别刹车时的传动比i i1B1B。解解 1)1)刹住刹住J J时时(A、5 5不动不动)1 12 23 3为定轴轮系为定轴轮系定轴部分:定轴部分:i i13131 1/3 3周转部分:周转部分:i iB B3 35 5(3 3-B B)/(0-)/(0-B B)连接条件:连接条件:3 33 3联立解得:联立解得:B B5 54 43 3为周转轮系为周转轮系3 33 3将两者连接将两者连接-z-z3 3/z/z1 1=-z=-z5 5/z/z3 3 J东莞理工学院专用21作者:潘存云教授A331254KB2)2)刹住刹住K K时时
16、A-1A-12 23 3为周转轮系为周转轮系周转轮系周转轮系1 1:i A13(1-A)/(0-A)周转轮系周转轮系2 2:i iB B3 35 5(3 3-B B)/()/(5 5-B B)连接条件:连接条件:5 5A A 联立解得:联立解得:总传动比为两个串联周转轮系的传动比的乘积。总传动比为两个串联周转轮系的传动比的乘积。B B5 54 43 3为周转轮系为周转轮系5 5A A将两将两者连接者连接-z-z3 3/z/z1 1-z-z5 5/z/z3 3 i1A i5BJKB5Ai1Ai5B东莞理工学院专用22三、混合轮系的解题步骤三、混合轮系的解题步骤1)找出所有的基本轮系。找出所有的基
17、本轮系。2)2)求各基本轮系的传动比。求各基本轮系的传动比。3)根据各基本轮系之间的连接条件,联立基本轮系的根据各基本轮系之间的连接条件,联立基本轮系的 传动比方程组求解。传动比方程组求解。关键是找出周转轮系关键是找出周转轮系!东莞理工学院专用2312115 轮系的功用轮系的功用1 获得获得较大的传动比较大的传动比,而且结构紧凑。,而且结构紧凑。2 实现实现分路传动分路传动,如钟表时分秒针;,如钟表时分秒针;动画:1路输入6路输出3 换向传动换向传动4 实现实现变速传动变速传动5 运动合成运动合成加减法运算6 运动分解运动分解汽车差速器用途:用途:减速器、增速器、变速器、减速器、增速器、变速器
18、、换向机构。换向机构。7 在尺寸及重量较小时,实现在尺寸及重量较小时,实现 大功率传动大功率传动轮系的传动比轮系的传动比i i可达可达1000010000。实例比较一对齿轮一对齿轮:i8,i0 0 转化轮系中转化轮系中H H1 1与与H Hn n的方向相同。的方向相同。负号机构:负号机构:i iH H1n1n 0 正号机构。正号机构。1)1)正号机构一般用在传动比大而对效率要求不高的辅助正号机构一般用在传动比大而对效率要求不高的辅助机构中,例如机构中,例如磨床的进给机构,轧钢机的指示器磨床的进给机构,轧钢机的指示器等。等。两对内啮合两对内啮合两对外啮合两对外啮合两对内啮合两对内啮合3)3)若单
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- 11 齿轮 及其 设计
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