齿轮系及其设计.ppt

第6章 齿轮系及其设计,本章教学内容,齿轮系及其分类 轮系的传动比 轮系的功用 轮系的设计,周转轮系传动比计算中的符号问题； 混合轮系中基本轮系的区别。,周转轮系及复合轮系传动比的计算,本章重点,本章难点,本章基本要求,能正确划分轮系， 能计算定轴轮系、周转轮系、复合轮系的传动比； 对轮系的主要功用有清楚的了解； 对确定行星轮系各齿轮齿数的四个条件有清楚的认识。,6-1 齿轮系及其分类,一轮系(gear train),由一系列齿轮组成的传动系统。,轮系应用举例,“红箭”导弹发射快速反应装置,仪表,二轮系的分类,根据轮系在运转过程中各齿轮的几何轴线在空间的相对位置关系是否变动，可以将轮系分为,1. 定轴轮系(Ordinary gear train),各齿轮轴线的位置都相对机架固定不动的齿轮传动系统。,组成,2. 周转轮系 (Planetary gear train),至少有一个齿轮的轴线（位置不固定）绕另一齿轮的轴线转动的齿轮传动系统。,周转轮系的组成：,太阳轮(Sun gears)周转轮系中轴线位置固定不动的齿轮,系杆H（行星架）(Planet carrier)支撑行星轮的构件,行星轮(Planet gears)周转轮系中轴线不固定的齿轮,机架,行星轮,系杆,周转轮系的分类,（1）根据其自由度的数目分：,F = 3n-2PL-PH =3424 2 = 2,F = 3n-2PL-PH =3 32 32 = 1,（2）根据基本构件的组成分：,各种周转轮系简图,3.混合轮系 (Composite gear train),由定轴动轴或多个动轴轮系组成的轮系,6-2 定轴轮系的传动比,轮系的传动比输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比，即：,一一对齿轮的传动比,大小,空间齿轮,在图上以箭头表示,左旋蜗杆,右旋蜗杆,二定轴轮系传动比大小的计算,结论,三首、末两轮转向关系的确定,1.首、末两轮轴线平行：,在图上用箭头表示 首、末两轮的转向关系，箭头同向取“+”;箭头反向取“-” 。,对于平面轮系：,k外啮合齿轮对数,对于空间轮系：,2.首、末两轮轴线不平行：,在图上用箭头表示 首、末两轮的转向关系。,（首、末两轮的转向关系如图所示）,6-3 周转轮系的传动比,一周转轮系传动比计算的基本思路,周转轮系传动比不能直接计算，可以利用相对运动原理，将周转轮系转化为假想的定轴轮系，然后利用定轴轮系传动比的计算公式计算周转轮系传动比。,反转法或转化机构法,关键：设法使系杆H 固定不动，将周转轮系转化为定轴轮系。,指给整个周转轮系加上一个“-H”的公共角速度，使系杆H变为相对固定，从而得到假想定轴轮系。,周转轮系的转化机构（转化轮系）,3- H,1- H,H- H =0,2- H,3H=3- H,1H =1- H,H- H =0,2H = 2- H,周转轮系加上一公共角速度“-H”后，各构件的角速度：,1 H = 1H,2 H = 2H,3 H = 3H,H H = 0,转化机构的传动比 i13H 可按定轴轮系传动比的方法求得：,周转轮系传动比的一般公式为：,二周转轮系传动比计算的一般公式,三注意事项,m轮、n轮 及系杆H的轴线必须平行。,首、末两轮轴线平行，但中间一些齿轮轴线不平行： 画虚线箭头来确定：箭头同向取“+”箭头反向取“-”。,公式中各值均为矢量，计算时必须带“”号。,如n轮固定，即n=0 ,则上式可写成：,即：,主从关系视传递路线不同而不同。,平面轮系中行星轮的运动：,例1：在图示的轮系中，设z1=z2=30, z3=90, 试求在同一时间内当构件1和3的转数分别为n1=1, n3=-1(设逆时针为正)时，nH及i1H的值。,解：,（负号表明二者的转向相反）,此轮系的转化机构的传动比为：,例2:在图示的周转轮系中，设已知 z1=100，z2=101，z2=100，z3=99，试求传动比 iH1。,z1=100 z2=101 z2=100 z3=99,解：,当系杆转10000转时，轮1转1转，其转向与系杆的转向相同。,小结,在周转轮系各轮齿数已知的条件下，如果给定m、 n和H中的两个，第三个就可以由上式求出。（对于行星轮系，有一个中心轮的转速为零）,对于由圆柱齿轮组成的周转轮系，行星轮2与中心轮1或3的角速度关系可以表示为：,对于由圆锥齿轮所组成的周转轮系，其行星轮和基本构件的回转轴线不平行。上述公式只可用来计算基本构件的角速度，而不能用来计算行星轮的角速度。,定轴轮系,周转轮系,定轴轮系,周转轮系,6-4 复合轮系的传动比,传动比求解思路：将混合轮系分解为基本轮系，分别计算传动比，然后根据组合方式联立求解。,求解要点：,1.分清轮系 2.列出方程 3.建立联系 4.联立求解,首先找出其中的基本周转轮系,分别列出基本周转轮系、定轴轮系的传动比方程,找出运动相同的联系构件,前面所介绍的2K-H型周转轮系，称为基本周转轮系(Elementary epicyclic gear train)，通过一次反转可以得到一个定轴轮系（转化机构）。而对于既包含定轴轮系又包含基本周转轮系的复合轮系(Combined gear train)，不能通过一次反转得到一个定轴轮系。,定轴轮系,周转轮系,例3:如图所示的轮系中，设已知各轮齿数，试求其传动比。,解：,1）划分轮系,齿轮1-2组成定轴轮系部分； 齿轮2-3-4-H组成周转轮系部分。,2）计算各轮系传动比,定轴轮系部分,(1),周转轮系部分,轮系的传动比,3）将（1）、（2）联立求解,(2),(1),例4:图示为一电动卷扬机的减速器运动简图,已知各轮齿数,试求: 传动比 i15,解： 首先，分解轮系,齿轮1、3、2-2、5组成周转轮系，有,齿轮3、4、5组成定轴轮系，有,6-5 轮系的功用,一实现分路传动,利用轮系可以使一个主动轴带动若干个从动轴同时旋转，并获得不同的转速。,二获得较大的传动比,采用周转轮系，可以在使用很少的齿轮并且也很紧凑的条件下，得到很大的传动比。,三实现变速传动,在主轴转速不变的条件下，利用轮系可使从动轴得到若干种转速，从而实现变速传动。,2,四实现换向传动,在主轴转向不变的条件下，可以改变从动轴的转向。,车床走刀丝杠的三星轮换向机构,国产红旗轿车自动变速机构,五实现运动的合成,差动轮系可以把两个运动合成为一个运动。差动轮系的运动合成特性，被广泛应用于机床、计算机构和补偿调整等装置中。,z1= z3,nH = (n1+n3) / 2,加法机构,n1 = 2nH-n2,减法机构,六实现运动的分解,差动轮系可以将一个基本构件的主动转动按所需比例分解成另两个基本构件的不同转动。 汽车后桥的差动器能根据汽车不同的行驶状态，自动将主轴的转速分解为两后轮的不同转动。,z1=z3 , nH=n4,汽车走直线,汽车转弯,七实现结构紧凑的大功率传动,周转轮系常采用多个行星轮均布的结构形式共同分担载荷，减少齿轮尺寸;离心惯性力得以平衡。 某型号涡轮螺旋桨航空发动机主减外形尺寸仅为430mm，采用4个行星轮和6个中间轮，传递功率达到2850kw， i1H11.45。,6-6 行星轮系的设计,一、行星轮系的类型选择,选择传动类型时，应考虑的几个因素：传动比的要求、传动的效率、外廓结构尺寸和制造及装配工艺等。,、满足传动比的要求,传动比实用范围：,传动比：,负号机构,减速传动,传动比实用范围：,负号机构,传动比：,减速传动,减速传动,负号机构,传动比实用范围：,传动比：,负号机构,减速传动,正号机构,当其转化机构的传动比 时,减速传动,当 时,增速传动,可达很大值,增速比很大，但自锁,二、行星轮系各轮齿数和行星轮数目的选择,1、传动比条件,行星轮系必须能实现给定的传动比,根据传动比确定各齿轮的齿数,2、同心条件,系杆的回转轴线应与中心轮的轴线相重合,若采用标准齿轮或高度变位齿轮传动，则同心条件为,上式表明两中心轮的齿数应同时为奇数或偶数,如采用角变位齿轮传动，则同心条件按节圆半径计算,3、装配条件,为使各个行星轮都能均匀分布地装入两个中心轮之间，行星轮的数目与各轮齿数之间必须有一定的关系。否则，当第一个行星轮装好后，其余行星轮便可能无法均布安装。,设有k个均布的行星轮，则相邻两行星轮间所夹的中心角为：,将第一个行星轮在位置I装入,设轮3固定，系杆H沿逆时针方向转过 达到位置II。,这时中心轮1转过角,若在位置I又能装入第二个行星轮,则此时中心轮1转角 对应于整数个齿,两中心轮的齿数z1、z3之和应能被行星轮个数k所整除,这种行星轮系的装配条件,4、邻接条件,保证相邻两行星轮不致相碰，称为邻接条件。,相邻两行星轮的中心距应大于行星轮齿顶圆直径，齿顶才不致相碰。,采用标准齿轮时,综上所述,1、传动比条件,2、同心条件,3、装配条件,4、邻接条件,为了设计时便于选择各轮的齿数，通常把前三个条件合并为一个总的配齿公式,减少行星轮数目k或增加齿轮的齿数,确定各轮齿数的步骤：,先根据配齿公式选定z1和k,使得在给定传 动比 的前提下N、 和 均为正整数,验算邻接条件,结束,本章重点小结,一、轮系传动比计算,定轴轮系是基础，重点掌握转向判断 周转轮系传动比计算难点：转化机构 混合轮系传动比计算关键：基本轮系的划分,二、比较连杆机构、凸轮机构和齿轮机构，掌握轮系机构的优缺点和应用场合。,