化工机械基础(第三版)第十八章轮系和减速器课件.ppt

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1、第十八章 轮系与减速器 主要内容：主要内容：了解定轴轮系与周转轮系的组成，在机械传动中有什么用了解定轴轮系与周转轮系的组成，在机械传动中有什么用途。途。了解普通减速器有哪些类型和特点。了解普通减速器有哪些类型和特点。熟悉普通齿轮减速熟悉普通齿轮减速器的构造及零部件组成，如何维护，会选用。器的构造及零部件组成，如何维护，会选用。了解摆线针行星减速器、谐波传动减速器的基本特点，会了解摆线针行星减速器、谐波传动减速器的基本特点，会选用。选用。第一节第一节 轮轮 系系为了满足工业生产中的多种需求，在机械传动中常采用一系列互为了满足工业生产中的多种需求，在机械传动中常采用一系列互相啮合的齿轮，将主动轴上

2、的动力和运动传递给从动轴。相啮合的齿轮，将主动轴上的动力和运动传递给从动轴。轮系：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。v特点：特点：轮系可以获得大的传动比，轮系可以获得大的传动比，可以完成相距较远的两轴之间的传动，可以完成相距较远的两轴之间的传动，可以将主动轴的一种转速变换为从动轴的多种转速，等等。可以将主动轴的一种转速变换为从动轴的多种转速，等等。v轮系的应用十分广泛。轮系的应用十分广泛。轮系传动类型：轮系传动类型：根据轮系传动时各轮几何轴线位置是否固定的特点，可分根据轮系传动时各轮几何轴线位置是否固定的特点，可分为定轴轮系和周转轮系两类：为定轴轮系和周转轮系两

3、类：定轴轮系：定轴轮系：运转时，所有齿轮几何轴线的位置都固定不运转时，所有齿轮几何轴线的位置都固定不动的轮系动的轮系 周转轮系：周转轮系：运转时，至少有一个齿轮的几何轴线绕另一运转时，至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的固定轴线转动的轮系齿轮的固定轴线转动的轮系 第二节第二节 定轴轮系及其传动比定轴轮系及其传动比 定轴轮系如图定轴轮系如图18-1所示，齿轮所示，齿轮1为首轮，齿轮为首轮，齿轮5为末轮，轮为末轮，轮2和轮和轮2，轮，轮3 和轮和轮3，均为由两个，均为由两个齿轮组成的双联齿轮。齿轮齿轮组成的双联齿轮。齿轮1与与2、齿轮齿轮3与与4、齿轮、齿轮4与与5均为外啮均为外啮合，而齿轮合，而

4、齿轮2与与3 为内啮合。由为内啮合。由图中可看出，首轮图中可看出，首轮1到末轮到末轮5之间之间的传动，是通过上述各对齿轮依的传动，是通过上述各对齿轮依次传动完成的。次传动完成的。定轴轮系的传动计算：定轴轮系的传动计算：在定轴轮系的传动计算中，不但要确定传动比数值的大小，在定轴轮系的传动计算中，不但要确定传动比数值的大小，还要确定首、末两轮之间的转向关系。还要确定首、末两轮之间的转向关系。定义：定义：当一对齿轮副外啮合时两当一对齿轮副外啮合时两轮转向相反，其传动比轮转向相反，其传动比 i 定定为负值；为负值；而内啮合时两而内啮合时两轮转向相同，则传动比轮转向相同，则传动比 i 定为正值定为正值。

5、图图18-1为一平行轴定轴轮系。齿数分别为为一平行轴定轴轮系。齿数分别为z1、z2、，各轴转速依次为各轴转速依次为n1、n2、，下面分析其总传动比。，下面分析其总传动比。总传动比：总传动比：已知各级齿轮传动比依次为：已知各级齿轮传动比依次为：i12=n1/n2=-z1/z2i23=n2/n3=n2/n3=z3/z2i34=n3/n4=n3/n4=-z4/z3i45=n4/n5=-z5/z4 不难得出轮系的总传动比：不难得出轮系的总传动比：i15=n1/n5=i12i23i34i45=(-1)3(z2z3z4z5)/(z1z2z3z4)=(-1)3(z2z3z5)/(z1z2z3)分析：齿轮分析

6、：齿轮4在轮系中，既是前对齿轮的从动轮，又是后对齿在轮系中，既是前对齿轮的从动轮，又是后对齿轮的主动轮，在计算总传动比时，其齿数在式中可消去。因轮的主动轮，在计算总传动比时，其齿数在式中可消去。因此，它对轮系的传动比数值没有影响；但影响传动比的正、此，它对轮系的传动比数值没有影响；但影响传动比的正、负号，即影响首末两轮的转向关系。这种齿轮称为负号，即影响首末两轮的转向关系。这种齿轮称为惰轮惰轮。由此得出结论：由此得出结论：在平行定轴轮系中，若以在平行定轴轮系中，若以1表示首轮，以表示首轮，以K表表示末轮，外啮合的次数为示末轮，外啮合的次数为m，则其总传动比，则其总传动比 （18-1）i1K为正

7、值时，表示为正值时，表示1与与K齿轮转向相同；反之，表示转向相反。齿轮转向相同；反之，表示转向相反。转向也可以通过在图上依次画箭头来确定。转向也可以通过在图上依次画箭头来确定。i15=(-1)3(z2z3z5)/(z1z2z3)一、周转轮系一、周转轮系中心轮：中心轮：常用常用 K 表示。运转时，几何轴线固定不动的齿轮，表示。运转时，几何轴线固定不动的齿轮，如齿轮如齿轮1、齿轮、齿轮3。行星轮：行星轮：如齿轮如齿轮2，一方面绕着自己的几何轴线，一方面绕着自己的几何轴线O转动，另一转动，另一方面又随构件方面又随构件H一起绕固定轴线一起绕固定轴线OO转动。就象行星一样，转动。就象行星一样，既有自转又

8、有公转。既有自转又有公转。行星架：行星架：支持行星轮支持行星轮2作公转的构件（常用作公转的构件（常用H表示）。表示）。第三节第三节 周转轮系及其传动比周转轮系及其传动比 中心轮和行星架又称为周转轮系的基本构件。由二个中心轮中心轮和行星架又称为周转轮系的基本构件。由二个中心轮（2K）和一个行星架（）和一个行星架（H）组成的周转轮系称为）组成的周转轮系称为2KH型型。v在周转轮系中，若中心轮之一是固定不动的，称为在周转轮系中，若中心轮之一是固定不动的，称为行星轮系行星轮系如图如图18-2（b）（）（c）所示，它只需一个原动件就可使机构）所示，它只需一个原动件就可使机构运动确定。运动确定。v若中心轮

9、都在转动，则称为若中心轮都在转动，则称为差动轮系差动轮系，如图，如图18-2（a）表示，）表示，它需要两个原动件才能使轮系运动确定。它需要两个原动件才能使轮系运动确定。二、周转轮系的传动比二、周转轮系的传动比 周转轮系不能直接采用定轴轮系传动比的计算式来求解周转轮周转轮系不能直接采用定轴轮系传动比的计算式来求解周转轮系中各构件之间的传动比，若将周转轮系转化为假想的定轴系中各构件之间的传动比，若将周转轮系转化为假想的定轴轮系（这个轮系称为轮系（这个轮系称为周转轮系的转化轮系周转轮系的转化轮系），其传动比的计），其传动比的计算方法则与定轴轮系相同。转化方法是：算方法则与定轴轮系相同。转化方法是：利

10、用相对运动原理，当给整个轮系加上一个与行星架的利用相对运动原理，当给整个轮系加上一个与行星架的转速转速相等、转向相反的附加转速（相等、转向相反的附加转速（nH）后，而各构件间的相对后，而各构件间的相对运动关系不变，此时行星架静止不动。这样，即可采用定轴运动关系不变，此时行星架静止不动。这样，即可采用定轴轮系传动比的计算式来求解周转轮系的传动比。轮系传动比的计算式来求解周转轮系的传动比。图图16-3示出周转轮系及其转化机构。图中（示出周转轮系及其转化机构。图中（a）表示）表示该轮系中各构件的转速。图中（该轮系中各构件的转速。图中（b）表示该轮系转化机）表示该轮系转化机构中各构件的转速。它带有角标

11、构中各构件的转速。它带有角标H，以此注明转速是，以此注明转速是各构件对行星架各构件对行星架H的相对转速。的相对转速。表表18-1 转化机构中各构件的转速转化机构中各构件的转速构件构件原轮系中各构件的转速原轮系中各构件的转速转化机构中各构件的转速转化机构中各构件的转速1n1n1H=n1-nH2n2n2H=n2-nH3n3n3H=n3-nHHnHn4H=n4-nH转化轮系中，轮转化轮系中，轮1对轮对轮3的传动比应为的传动比应为 n13H=n1H/n3H=(n1-nH)/(n3-nH)按定轴轮系，可写成下式按定轴轮系，可写成下式 n13H=n1H/n3H=(n1-nH)/(n3-nH)=(-1)z2

12、z3/z1z2=-z3/z1 （18-2）等式右边为负号，表示轮等式右边为负号，表示轮1与轮与轮3在在转化轮转化轮中转向相反。但中转向相反。但应注意在原周转轮中两者的转向不一定相反。应注意在原周转轮中两者的转向不一定相反。一般周转轮系中：一般周转轮系中：以以n nG G和和n nK K表示任意两个齿轮转速，则其转化轮系传动比计算表示任意两个齿轮转速，则其转化轮系传动比计算式为：式为：(18-3)(18-3)式中，式中，m-m-从齿轮从齿轮G G到到K K间外啮合齿轮的对数。间外啮合齿轮的对数。式（式（18-318-3）中有三个运动参数）中有三个运动参数n nG G、n nK K、n nH H，

13、给定其中两个，即，给定其中两个，即可求出第可求出第3 3个，从而可以求出这三个构件中任意两个构件之个，从而可以求出这三个构件中任意两个构件之间的传动比；至于转向问题仍可依据传动比的正、负值来判间的传动比；至于转向问题仍可依据传动比的正、负值来判定。定。应用式应用式18-3时必须注意：时必须注意：1）齿轮）齿轮G、K和行星架和行星架H的回转轴必须互相平行或重合，的回转轴必须互相平行或重合，否则两轴转速不能进行代数相加，即计算式不成立。否则两轴转速不能进行代数相加，即计算式不成立。2）将）将nG、nK、nH的已知数值代入计算式时，必须附加正的已知数值代入计算式时，必须附加正负号。可设其中之一转向为

14、正，同向取正号，反向取负号。负号。可设其中之一转向为正，同向取正号，反向取负号。例例18-1 在图在图18-2（b）所示的行星轮系中，已知）所示的行星轮系中，已知 z1=27，z2=17，z3=61，n1=3000r/min，求传动比，求传动比 i1H 和和 nH。因因n n3 3=0=0 故故 (n(n1 1-n-nH H)/(0-n)/(0-nH H)=-61/27)=-61/27解上式得解上式得 i i1H 1H=n=n1 1/n/nH H=1+61/273.26=1+61/273.26设设n n1 1的转向为正，则的转向为正，则 n nH H=n=n1 1/i/i1H1H=3000/3

15、.26920r/min=3000/3.26920r/min n nH H的转向为正，表示行星架的转向为正，表示行星架H H与主动轮转向相同与主动轮转向相同解：视轮解：视轮1为主动，轮为主动，轮3为从动，由式（为从动，由式（18-2）得：）得：利用式利用式18-3还可算出轮还可算出轮2的转速的转速n2：解得：解得：n2=-2384 r/min 负号表示负号表示n2的转向与的转向与n1相反相反 第四节第四节 普通减速器的类型和特点普通减速器的类型和特点 减速器：减速器：又称又称减速机、减速箱减速机、减速箱。是一台独立的传动装置。是一台独立的传动装置。组成：组成：由密闭的箱体、相互啮合的一对或几对齿

16、轮（或蜗由密闭的箱体、相互啮合的一对或几对齿轮（或蜗轮蜗杆）、传动轴及轴承等所组成。轮蜗杆）、传动轴及轴承等所组成。常安装在电动机（或其他原动机）与工作机之间，起降低常安装在电动机（或其他原动机）与工作机之间，起降低转速和相应增大转矩的作用。在某些情况下，也用来增速，转速和相应增大转矩的作用。在某些情况下，也用来增速，这时则称为这时则称为增速器增速器。减速器特点及应用：减速器特点及应用：结构紧凑，结构紧凑，传递功率范围大，传递功率范围大，工作可靠，寿命长，效率较高，工作可靠，寿命长，效率较高，使用和维护简单。使用和维护简单。应用：应用：非常广泛。它的主要参数已经标准化，并由专非常广泛。它的主要

17、参数已经标准化，并由专门工厂进行生产。一般情况下，按工作要求，根据传门工厂进行生产。一般情况下，按工作要求，根据传动比、输入轴功率和转速、载荷工况等，可选用标准动比、输入轴功率和转速、载荷工况等，可选用标准减速器；必要时也可自行设计制造。减速器；必要时也可自行设计制造。特点：特点：减速器类型：减速器类型：普通减速器普通减速器按传动原理可分为按传动原理可分为 行星减速器行星减速器其中，普通减速器的类型很多，一般可分为：其中，普通减速器的类型很多，一般可分为：圆柱齿轮减速器、圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器蜗杆减速器 齿轮齿轮蜗轮减速器蜗轮减速器等。等。按照减速器的级数不

18、同，又分为按照减速器的级数不同，又分为单级、两级和三级单级、两级和三级减速器减速器。此外，还有。此外，还有立式与卧式立式与卧式之分。之分。一、圆柱齿轮减速器一、圆柱齿轮减速器 圆柱齿轮减速器：传动件是圆柱齿轮，只用于平行轴间的传动。圆柱齿轮减速器：传动件是圆柱齿轮，只用于平行轴间的传动。特点是：特点是：结构简单、传递功率大、效率高。一般来说，单级减结构简单、传递功率大、效率高。一般来说，单级减速器的传动比速器的传动比 i8，其传动简图如图，其传动简图如图18-4。当传动比较大时，大齿轮比小齿轮大得许多。这时，用两级减速当传动比较大时，大齿轮比小齿轮大得许多。这时，用两级减速比单级减速可得到更合

19、理更紧凑的结构。比单级减速可得到更合理更紧凑的结构。以两级减速器为例，按以两级减速器为例，按齿轮的布置形式可分为：齿轮的布置形式可分为：A.展开式，展开式，如图如图18-4（a），结构简单，应用最广；。），结构简单，应用最广；。B.分流式，分流式，如图如图18-5（b），齿轮相对于轴承对称布置，适于），齿轮相对于轴承对称布置，适于重载或变载荷的场合。结构比较复杂。重载或变载荷的场合。结构比较复杂。C.同轴式，同轴式，如图如图18-5（a）所示，输入轴与输出轴在同一轴线）所示，输入轴与输出轴在同一轴线上，箱体较短，但箱体轴向尺寸增大，结构复杂。上，箱体较短，但箱体轴向尺寸增大，结构复杂。减速器有

20、立式与卧式，可根据需要而选择。从润滑角度看，卧减速器有立式与卧式，可根据需要而选择。从润滑角度看，卧式结构能较好地解决它的润滑与密封问题，且结构工艺性较好。式结构能较好地解决它的润滑与密封问题，且结构工艺性较好。二、圆锥齿轮减速器二、圆锥齿轮减速器如图如图18-6所示，用于输入轴与输出轴相交、传递功率不大所示，用于输入轴与输出轴相交、传递功率不大和速度不高的场合。和速度不高的场合。三、蜗杆减速器三、蜗杆减速器在图在图18-718-7中表示出了蜗杆减速器，它用于输入轴与输出轴中表示出了蜗杆减速器，它用于输入轴与输出轴需要在空间正交（垂直交错）的场合。它的传动比比较大，需要在空间正交（垂直交错）的

21、场合。它的传动比比较大，外廓尺寸比较小，工作平稳，噪声小，但其效率较低。外廓尺寸比较小，工作平稳，噪声小，但其效率较低。单级蜗杆减速器有蜗杆下置式、蜗杆上置式两种。单级蜗杆减速器有蜗杆下置式、蜗杆上置式两种。下置式适用于蜗杆圆周速度较小（下置式适用于蜗杆圆周速度较小（v4m/s）的场合，有利于）的场合，有利于啮合处的润滑与冷却；啮合处的润滑与冷却；当蜗杆圆周速度较大时，应采用蜗杆上置式，以减少搅油损当蜗杆圆周速度较大时，应采用蜗杆上置式，以减少搅油损耗。耗。当传动比要求较大时，可采用两级蜗杆减速器、蜗杆当传动比要求较大时，可采用两级蜗杆减速器、蜗杆-齿轮齿轮减速器或齿轮减速器或齿轮-蜗杆减速器

22、，如图蜗杆减速器，如图18-8。第五节第五节 普通减速器的基本结构与润滑普通减速器的基本结构与润滑自学。自学。第六节第六节 摆线针轮行星减速器摆线针轮行星减速器自学。自学。第七节第七节 谐波传动减速器谐波传动减速器自学。自学。思考题：思考题：1.何谓定轴轮系和周转轮系？两者有什么区别何谓定轴轮系和周转轮系？两者有什么区别？2.何谓惰轮？它在轮系中起什么作用？何谓惰轮？它在轮系中起什么作用？3.怎样计算定轴轮系的传动比？怎样确定末轮的转向？怎样计算定轴轮系的传动比？怎样确定末轮的转向？4.何谓行星轮系和差动轮系？两者有什么区别何谓行星轮系和差动轮系？两者有什么区别？5.什么是周转轮系的转化轮系？

23、怎样通过转化机构求周什么是周转轮系的转化轮系？怎样通过转化机构求周转轮系的传动比？转轮系的传动比？6.普通减速器有哪些类型？各有什么特点？普通减速器有哪些类型？各有什么特点？人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。