第十章轮系介绍

第十章轮系第十章轮系第一节轮系的类型第一节轮系的类型第二节定轴轮系传动比的计算第二节定轴轮系传动比的计算第三节周转轮系传动比的计算第三节周转轮系传动比的计算第四节复合轮系传动比的计算第四节复合轮系传动比的计算第五节轮系的功能第五节轮系的功能第六节其他行星传动简介第六节其他行星传动简介第一节轮系的类型第一节轮系的类型 一、定轴轮系一、定轴轮系 轮系在运转过程中，如果每个齿轮的几何轴线位置相对于机架的轮系在运转过程中，如果每个齿轮的几何轴线位置相对于机架的位置均固定不动，则称该轮系为定轴轮系位置均固定不动，则称该轮系为定轴轮系(图图10一一1)。图中所标箭头方。图中所标箭头方向为轮系中各轮转向。向为轮系中各轮转向。二、周转轮系二、周转轮系 轮系运转时，如果至少有一个齿轮的轴线位置相对于机架的位置轮系运转时，如果至少有一个齿轮的轴线位置相对于机架的位置是变动的，则称该轮系为周转轮系是变动的，则称该轮系为周转轮系(图图10-2)。返回第二节定轴轮系传动比的计算第二节定轴轮系传动比的计算一、传动比大小的计算一、传动比大小的计算 以以图图10一一1所示的轮系为例，讨论其传动比大小的计算方法。已所示的轮系为例，讨论其传动比大小的计算方法。已知各轮齿数，且齿轮知各轮齿数，且齿轮1为主动轮为主动轮(首轮首轮)，齿轮，齿轮5为从动轮为从动轮(末轮末轮)，则该，则该轮系的总传动比为轮系的总传动比为 由由图图10一一1可见，从首轮到末轮之间的传动，是通过一对对齿轮可见，从首轮到末轮之间的传动，是通过一对对齿轮依次啮合来实现的。轮系中各对啮合齿轮传动比的大小如下依次啮合来实现的。轮系中各对啮合齿轮传动比的大小如下下一页返回第二节定轴轮系传动比的计算第二节定轴轮系传动比的计算下一页上一页返回第二节定轴轮系传动比的计算第二节定轴轮系传动比的计算 上式表明上式表明:定轴轮系的传动比为组成该轮系的各对啮合齿轮传动定轴轮系的传动比为组成该轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积，其大小等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与比的连乘积，其大小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。即所有主动轮齿数的连乘积之比。即下一页上一页返回第二节定轴轮系传动比的计算第二节定轴轮系传动比的计算二、首、末轮转向关系的确定二、首、末轮转向关系的确定 1.轮系中各轮几何轴线均互相平行轮系中各轮几何轴线均互相平行 当定轴轮系各轮几何轴线均互相平行时，首、末两轮的转向不当定轴轮系各轮几何轴线均互相平行时，首、末两轮的转向不是相同就是相反，因此在传动比数值前加上是相同就是相反，因此在传动比数值前加上“+”、“-”号来表示首、号来表示首、末两轮转向关系。由于一对内啮合圆柱齿轮的转向相同，而一对外啮末两轮转向关系。由于一对内啮合圆柱齿轮的转向相同，而一对外啮合圆柱齿轮的转向相反，因此每经过一次外啮合就改变一次方向，若合圆柱齿轮的转向相反，因此每经过一次外啮合就改变一次方向，若用用m表示轮系中外啮合齿轮对数，则可用表示轮系中外啮合齿轮对数，则可用(一一1)m来确定轮系传动比的来确定轮系传动比的“+”、“一一”号。号。下一页上一页返回第二节定轴轮系传动比的计算第二节定轴轮系传动比的计算 2.轮系中所有各齿轮的几何轴线不都平行，但首、末两轮的轴线互相平轮系中所有各齿轮的几何轴线不都平行，但首、末两轮的轴线互相平行行 当轮系中首、末两轮的轴线互相平行时，传动比计算式前应加当轮系中首、末两轮的轴线互相平行时，传动比计算式前应加“+”、“-”号表示两轮转向关系，但不能用号表示两轮转向关系，但不能用(-1)m确定其符号，只能用确定其符号，只能用标注箭头法确定。如标注箭头法确定。如图图10-4所示，在图上用箭头依传动顺序逐一标出所示，在图上用箭头依传动顺序逐一标出各轮转向，因首、末两轮几何轴线平行，且方向相反，则传动比计算各轮转向，因首、末两轮几何轴线平行，且方向相反，则传动比计算结果中加上结果中加上“-”号号)3.轮系中首、末两轮几何轴线不平行轮系中首、末两轮几何轴线不平行 当首、末两轮几何轴线不平行时，不能用当首、末两轮几何轴线不平行时，不能用“+”、“-”号来表示号来表示它们的转向关系，计算出的传动比只是绝对值大小，其相对转向只能它们的转向关系，计算出的传动比只是绝对值大小，其相对转向只能由在运动简图上依次标出箭头的方法确定。由在运动简图上依次标出箭头的方法确定。上一页返回第三节周转轮系传动比的计算第三节周转轮系传动比的计算 在周转轮系中，至少有一个轮的轴线相对于机架的位置是变动的，在周转轮系中，至少有一个轮的轴线相对于机架的位置是变动的，所以不能用计算定轴轮系传动比的方法来计算周转轮系的传动比。倘所以不能用计算定轴轮系传动比的方法来计算周转轮系的传动比。倘若将周转轮系中的系杆若将周转轮系中的系杆H固定的话，周转轮系便转化为定轴轮系，那固定的话，周转轮系便转化为定轴轮系，那么传动比的计算问题也就迎刃而解。么传动比的计算问题也就迎刃而解。根据这一思路，我们来分析轮系中的相对运动。假设将运动的参根据这一思路，我们来分析轮系中的相对运动。假设将运动的参照系移至系杆照系移至系杆H上，站在系杆上，站在系杆H上看轮系的运动，这时可认为相对于上看轮系的运动，这时可认为相对于参照系来说系杆参照系来说系杆H没转没转(也就是说轮系中各轮相对于系杆也就是说轮系中各轮相对于系杆H的运动已被的运动已被转化为定轴转动转化为定轴转动)。从这一相对运动法的设想出发，利用反转法便可将原周转轮系从这一相对运动法的设想出发，利用反转法便可将原周转轮系转化为假想的定轴轮系，这个假想的定轴轮系，称为周转轮系的转化转化为假想的定轴轮系，这个假想的定轴轮系，称为周转轮系的转化机构或转化轮系。机构或转化轮系。下一页返回第三节周转轮系传动比的计算第三节周转轮系传动比的计算 如如图图10一一7所示，设所示，设w1，w2，w3，w4分别为中心轮分别为中心轮1、行星轮、行星轮2、中心轮、中心轮3和系杆和系杆H的角速度的角速度(绝对角速度绝对角速度)。首先根据传动比的概念，得到已转化为定轴轮系的转化轮系传动首先根据传动比的概念，得到已转化为定轴轮系的转化轮系传动比比 根据上述原理，很容易得出周转轮系转化机构传动比的一般式。根据上述原理，很容易得出周转轮系转化机构传动比的一般式。对于周转轮系中任意两轴线平行的齿轮对于周转轮系中任意两轴线平行的齿轮1和齿轮和齿轮k，它们在转化轮系中，它们在转化轮系中的传动比为的传动比为下一页上一页返回第三节周转轮系传动比的计算第三节周转轮系传动比的计算 在各轮齿数已知的情况下，只要给定在各轮齿数已知的情况下，只要给定w1，wk、wH。中任意两。中任意两项，即可求得第三项，从而可求出原周转轮系中任意两构件之间的传项，即可求得第三项，从而可求出原周转轮系中任意两构件之间的传动比。动比。上一页返回第四节复合轮系传动比的计算第四节复合轮系传动比的计算 在计算复合轮系的传动比时，不能将其视为一个整体而用一个统在计算复合轮系的传动比时，不能将其视为一个整体而用一个统一的公式进行计算，而应先将其划分为各种基本轮系，分别列出各基一的公式进行计算，而应先将其划分为各种基本轮系，分别列出各基本轮系的传动比计算式，然后根据各基本轮系间的连接关系，将各计本轮系的传动比计算式，然后根据各基本轮系间的连接关系，将各计算式联立求解。轮系划分时，先由整个轮系的运动情况找出周转轮系算式联立求解。轮系划分时，先由整个轮系的运动情况找出周转轮系的部分，周转轮系的特点是具有行星轮，为此先要找出在运转中轴线的部分，周转轮系的特点是具有行星轮，为此先要找出在运转中轴线不固定的行星轮及支撑行星轮的系杆不固定的行星轮及支撑行星轮的系杆(注意，系杆可能是一个齿轮或注意，系杆可能是一个齿轮或具有其他功用的构件具有其他功用的构件)。然后找出与行星轮相啮合且轴线固定的中心。然后找出与行星轮相啮合且轴线固定的中心轮，这些行星轮、中心轮、系杆就构成一个简单的周转轮系。一个轮轮，这些行星轮、中心轮、系杆就构成一个简单的周转轮系。一个轮系中有几个系杆，就包含了几个简单的周转轮系，其余部分就是定轴系中有几个系杆，就包含了几个简单的周转轮系，其余部分就是定轴轮系。轮系。下一页返回第四节复合轮系传动比的计算第四节复合轮系传动比的计算 例例10-4如如图图10一一10所示轮系中，各轮齿数已知，所示轮系中，各轮齿数已知，n1=300 r/min，试求系，试求系杆杆H的转速的转速nH的大小和转向。的大小和转向。在周转轮系中在周转轮系中在定轴轮系中在定轴轮系中上一页返回第五节轮系的功能第五节轮系的功能一、获得大的传动比一、获得大的传动比 一般一对齿轮传动时一般一对齿轮传动时imax=5 7，当要求大的传动比时，可用多级，当要求大的传动比时，可用多级齿轮组成的定轴轮系，也可采用行星轮系获得相当大的传动比。齿轮组成的定轴轮系，也可采用行星轮系获得相当大的传动比。二、实现变速、变向传动二、实现变速、变向传动 主动轴转速和转向不变时，利用轮系可使从动轴获得不同的转主动轴转速和转向不变时，利用轮系可使从动轴获得不同的转速和转向。汽车、机床、起重设备等都需要这种变速传动。例如汽车速和转向。汽车、机床、起重设备等都需要这种变速传动。例如汽车变速箱可以使行驶的汽车方便地实现变速和变向倒车。变速箱可以使行驶的汽车方便地实现变速和变向倒车。图图10一一12所示所示汽车变速箱，牙嵌离合器分为汽车变速箱，牙嵌离合器分为A,B两半，其中两半，其中A和齿轮和齿轮1固联在输入轴固联在输入轴I上，上，B和滑移双联齿轮和滑移双联齿轮(4-6)用花键与输出轴且相连。齿轮用花键与输出轴且相连。齿轮2,3,5,7固联固联在轴批上。齿轮在轴批上。齿轮8固联在轴固联在轴W上。按照不同的传动路线，该变速器可上。按照不同的传动路线，该变速器可使输出轴得到四挡转速使输出轴得到四挡转速:下一页返回第五节轮系的功能第五节轮系的功能 低速挡低速挡(一挡一挡):齿轮齿轮5,6相啮合，相啮合，3,4和离合器和离合器A,B均脱离均脱离;中速挡中速挡(二挡二挡):齿轮齿轮3,4相啮合，相啮合，5,6和离合器和离合器A,B均脱离均脱离;高速挡高速挡(三档三档):齿轮齿轮3,4和和5,6均脱离，离合器均脱离，离合器A,B相嵌合相嵌合;倒车挡倒车挡:齿轮齿轮6,8相啮合，相啮合，3,4和和5,6以及离合器以及离合器A,B均脱离。均脱离。三、实现运动的合成与分解三、实现运动的合成与分解 合成运动和分解运动可用差动轮系来实现。运动的合成是将两个合成运动和分解运动可用差动轮系来实现。运动的合成是将两个输入运动合成为一个输出运动，而运动的分解则正相反。输入运动合成为一个输出运动，而运动的分解则正相反。如如图图10一一13所示是一个用作合成运动的最简单的差动轮系，其传所示是一个用作合成运动的最简单的差动轮系，其传动比为动比为下一页上一页返回第五节轮系的功能第五节轮系的功能 此轮系用作加法机构，实现运动合成。广泛地应用在机床、计算此轮系用作加法机构，实现运动合成。广泛地应用在机床、计算机构和补偿装置中。机构和补偿装置中。图图10一一14所示为装在汽车后桥上的差速器，可作为差动轮系分解所示为装在汽车后桥上的差速器，可作为差动轮系分解运动的实例。当汽车转弯时，发动机的运动由变速箱通过传动轴传到运动的实例。当汽车转弯时，发动机的运动由变速箱通过传动轴传到齿轮齿轮1，再带动齿轮，再带动齿轮2及固接在其上的系杆及固接在其上的系杆H转动，将运动传递给左右转动，将运动传递给左右两车轮。两车轮。四、其他四、其他 利用轮系可以使一个主动构件同时带动若干个从动构件转动，实利用轮系可以使一个主动构件同时带动若干个从动构件转动，实现分路传动。可进行相距较远的两轴之间的传动。实现结构紧凑的大现分路传动。可进行相距较远的两轴之间的传动。实现结构紧凑的大功率传动。功率传动。上一页返回第六节其他行星传动简介第六节其他行星传动简介一、渐开线少齿差行星传动一、渐开线少齿差行星传动 渐开线少齿差行星传动如渐开线少齿差行星传动如图图10一一15所示，通常中心轮所示，通常中心轮1固定，系固定，系杆杆H为输入轴，为输入轴，V为输出轴。输出轴为输出轴。输出轴V与行星轮与行星轮2通过等角速比机构通过等角速比机构3相连接，所以输出轴相连接，所以输出轴V的转速始终与行星轮的转速始终与行星轮2的绝对转速相同。在此的绝对转速相同。在此传动中，由于中心轮传动中，由于中心轮1和行星轮和行星轮2都是渐开线齿轮，齿数差很少，故称都是渐开线齿轮，齿数差很少，故称为渐开线少齿差行星传动。其转化轮系传动比为为渐开线少齿差行星传动。其转化轮系传动比为 将将n1=0代入上式得代入上式得下一页返回第六节其他行星传动简介第六节其他行星传动简介 由此可知，两轮齿数差越少，传动比越大。通常齿数差为由此可知，两轮齿数差越少，传动比越大。通常齿数差为14。当齿数差当齿数差z1-z2=1时称为一齿差行星传动，此时传动比达最大值，即时称为一齿差行星传动，此时传动比达最大值，即下一页上一页返回第六节其他行星传动简介第六节其他行星传动简介二、摆线针轮行星传动二、摆线针轮行星传动 摆线针轮行星传动的原理和结构与渐开线少齿差行星传动基本摆线针轮行星传动的原理和结构与渐开线少齿差行星传动基本相同。如相同。如图图10一一17所示，由系杆所示，由系杆H、行星轮、行星轮2(其齿廓曲线为变态外摆其齿廓曲线为变态外摆线，也称摆线轮线，也称摆线轮)和一个内齿轮和一个内齿轮1(针轮针轮)组成。运动仍依靠等角速比的组成。运动仍依靠等角速比的销孔输出机构传出。因为这种传动的齿数差总等于销孔输出机构传出。因为这种传动的齿数差总等于1，所以传动比为，所以传动比为 这种传动与少齿差行星传动不同之处在于齿廓曲线不同。摆线这种传动与少齿差行星传动不同之处在于齿廓曲线不同。摆线针轮行星传动，传动比大、结构紧凑、效率高，由于同时承担载荷的针轮行星传动，传动比大、结构紧凑、效率高，由于同时承担载荷的齿数多，齿廓间为滚动摩擦，因此承载力大、传动平稳、轮齿磨损小、齿数多，齿廓间为滚动摩擦，因此承载力大、传动平稳、轮齿磨损小、使用寿命长。但它的加工工艺较复杂，精度要求高，必须用专用机床使用寿命长。但它的加工工艺较复杂，精度要求高，必须用专用机床和刀具来加工摆线齿轮。摆线针轮行星传动广泛应用于军工、矿山、和刀具来加工摆线齿轮。摆线针轮行星传动广泛应用于军工、矿山、冶金、化工及造船等工业的机械设备上。冶金、化工及造船等工业的机械设备上。下一页上一页返回第六节其他行星传动简介第六节其他行星传动简介三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动 图图10一一18所示谐波齿轮传动装置是由波发生器所示谐波齿轮传动装置是由波发生器H、刚轮、刚轮1和柔轮和柔轮2组成。其中柔轮为一薄壁构件，外壁有齿，内壁孔径略小于波发生器组成。其中柔轮为一薄壁构件，外壁有齿，内壁孔径略小于波发生器的长度。在相当于系杆的波发生器的长度。在相当于系杆的波发生器H作用下，相当于行星轮的柔轮产作用下，相当于行星轮的柔轮产生弹性变形而呈椭圆形状。其椭圆长轴两端的轮齿插进刚轮的齿槽中，生弹性变形而呈椭圆形状。其椭圆长轴两端的轮齿插进刚轮的齿槽中，而短轴两端的轮齿则与刚轮脱开，其他各处的轮齿则处于啮合和脱开而短轴两端的轮齿则与刚轮脱开，其他各处的轮齿则处于啮合和脱开的过渡阶段。的过渡阶段。一般刚轮固定不动，当波发生器一般刚轮固定不动，当波发生器H回转时，柔轮与刚轮的啮合区回转时，柔轮与刚轮的啮合区跟着发生转动。由于在传动过程中柔轮产生的弹性波形近似于谐波，跟着发生转动。由于在传动过程中柔轮产生的弹性波形近似于谐波，故称为谐波齿轮传动。故称为谐波齿轮传动。下一页上一页返回第六节其他行星传动简介第六节其他行星传动简介 谐波传动装置不需要等角速比机构，因此结构简单谐波传动装置不需要等角速比机构，因此结构简单;传动比大、传动比大、体积小、质量轻、效率高体积小、质量轻、效率高;啮合齿数多，承载力大，传动平稳啮合齿数多，承载力大，传动平稳;它的齿它的齿侧间隙小，适用于反向传动。但柔轮周期性发生变形，容易发热，需侧间隙小，适用于反向传动。但柔轮周期性发生变形，容易发热，需用抗疲劳强度很高的材料，且对加工、热处理要求都很高，否则极易用抗疲劳强度很高的材料，且对加工、热处理要求都很高，否则极易损坏，为了避免柔轮变形过大，在传动比小于损坏，为了避免柔轮变形过大，在传动比小于35时不宜采用。时不宜采用。上一页返回图图10一一1定轴轮系定轴轮系返回图图10一一1定轴轮系定轴轮系返回图图10一一2周转轮系及其类型周转轮系及其类型返回图图10一一4定轴轮系定轴轮系返回图图10一一7周转轮系周转轮系返回图图10一一10混合轮系混合轮系返回图图10一一12汽车变速箱汽车变速箱返回图图10一一13差动轮系差动轮系返回图图10一一14汽车后桥差速器汽车后桥差速器返回图图10一一15少齿差行星传动少齿差行星传动返回图图10一一17摆线针轮行星传动摆线针轮行星传动返回图图10一一18谐波齿轮传动谐波齿轮传动返回人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，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，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。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，鼓舞我们前进。