第6章轮系及其设计X

1第六章第六章 轮系及其设计轮系及其设计61 轮系及其分类轮系及其分类62 定轴轮系的传动比及应用定轴轮系的传动比及应用63 周转轮系的组成及传动比周转轮系的组成及传动比64 复合轮系的传动比及应用复合轮系的传动比及应用65 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261 轮系及其分类轮系及其分类定义：定义：由一系列齿轮组成的传动系统简称由一系列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（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）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362 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2H139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，它不仅表明转不能去掉，它不仅表明转化轮系中两个太阳轮化轮系中两个太阳轮m m、n n之间的转向关系，而且影之间的转向关系，而且影响到响到m m、n n、H H的计算结果。的计算结果。10如果是行星轮系，则如果是行星轮系，则m m、n n中必有一个为中必有一个为0 0（不妨（不妨设设n n0 0）,则上述通式改写如下：则上述通式改写如下：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 i3030rpmrpm11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,小齿轮转小齿轮转6圈，圈，系杆转系杆转1圈，圈，且两者转向相同。且两者转向相同。自由度计算：自由度计算：F=3n 2Pl+Ph =332 32=1 行星轮系行星轮系12作者：潘存云教授例三例三 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。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转4圈，系杆H转1圈。13特别强调：特别强调：i13 iH13 一是绝对运动、一是相对运动一是绝对运动、一是相对运动 i13 13-z-z3 3/z/z1 1自由度计算：自由度计算：F=3n 2Pl+Ph =342 42=2 差动轮系差动轮系14作者：潘存云教授Z1Z3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)404042/4442/444242 i i1H1H1-i1-iH H1313结论：结论：系杆转系杆转1111圈时，轮圈时，轮1 1同向转同向转1 1圈。圈。若若 Z Z1 1=100,z=100,z2 2=101,z=101,z2 2=100,z=100,z3 3=99=99。i i1H1H1-i1-iH H13131-1011-10199/10099/100100100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 210/11 10/11 i iH1H11/i1/i1H1H=11=11 i iH1H11000010000 1-10/111-10/11 1/11 1/11 1/10000,1/10000,模型验证模型验证15又若又若 Z Z1 1=100,z=100,z2 2=101,z=101,z2 2=100,=100,z 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。本例中只将的转向有关，而且与各轮的齿数有关。本例中只将轮轮3 3增加了一个齿，轮增加了一个齿，轮1 1就反向旋转，且传动比发生就反向旋转，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巨大变化，这是行星轮系与定轴轮系不同的地方i i1H1H1-i1-iH H1H1H1-101/1001-101/100i iH1H1-100 -100 1/100,1/100,Z2 Z2HZ1Z316作者：潘存云教授z z1 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 Hz z2 2z z2 2例四：例四：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 1864 复合轮系的传动比复合轮系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。方法：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。传动比求解思路：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）22作者：潘存云教授12 轮系的应用轮系的应用1)获得较大的传动比获得较大的传动比，而且结构紧凑。，而且结构紧凑。2)实现分路传动实现分路传动，如钟表时分秒针；，如钟表时分秒针；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,i8,i12=6结构超大、小轮易坏结构超大、小轮易坏231)获得较大的传动比获得较大的传动比，而且结构紧凑。，而且结构紧凑。2)实现分路传动实现分路传动，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,i8,车床走刀丝杠三星轮换向机构车床走刀丝杠三星轮换向机构作者：潘存云教授作者：潘存云教授转向相反转向相反转向相同转向相同241)获得较大的传动比获得较大的传动比，而且结构紧凑。，而且结构紧凑。2)实现分路传动实现分路传动，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)实现变速传动实现变速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,i8,作者：潘存云教授作者：潘存云教授设计：潘存云设计：潘存云移动双联齿轮移动双联齿轮使不同使不同齿数的齿轮进入啮合齿数的齿轮进入啮合可改变输出轴的转速。可改变输出轴的转速。255)运动合成运动合成加减法运算1)获得较大的传动比获得较大的传动比，而且结构紧凑。，而且结构紧凑。2)实现分路传动实现分路传动，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)实现变速传动实现变速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,i8,作者：潘存云教授123H=1图示行星轮系中：图示行星轮系中：Z1=Z2=Z3nH=(n1+n3)/2结论：结论：行星架的转速是轮行星架的转速是轮1、3转速的合成。转速的合成。275)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1)获得较大的传动比获得较大的传动比，而且结构紧凑。，而且结构紧凑。2)实现分路传动实现分路传动，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)实现变速传动实现变速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)若单级负号机构不能满足大传动比要求时，可将几个若单级负号机构不能满足大传动比要求时，可将几个 负号机构串联起来，或采用负号机构与定轴轮系组合负号机构串联起来，或采用负号机构与定轴轮系组合 而成而成复复合合轮系。其传动比范围：轮系。其传动比范围：i1H 1060。选择原则：选择原则：33作者：潘存云教授二、各轮齿数的确定二、各轮齿数的确定为了使惯性力互相平衡以及为了为了使惯性力互相平衡以及为了减轻轮齿上的载荷，一般采用两减轻轮齿上的载荷，一般采用两个以上的行星轮，且呈对称均布个以上的行星轮，且呈对称均布结构（模型为结构（模型为3 3个，发动机主减多个，发动机主减多达达1212个）。为了实现这种结构并个）。为了实现这种结构并正常运转，正常运转，各轮的齿数必须满足以下要求：各轮的齿数必须满足以下要求：1)1)能实现给定的传动比；能实现给定的传动比；3)3)能均布安装多个行星轮；能均布安装多个行星轮；2)2)中心轮和系杆共轴；中心轮和系杆共轴；4)4)相邻行星轮不发生干涉。相邻行星轮不发生干涉。1.传动比条件传动比条件z z1 1+z+z3 3=i1H z z1 1z1z3z2H34上式表明上式表明:两中心轮的齿数应同时为两中心轮的齿数应同时为偶数偶数或或奇数奇数。r3r1+2r2当采用标准齿轮传动或等变位齿轮当采用标准齿轮传动或等变位齿轮传动时有：传动时有：z z2 2(z(z3 3-z-z1 1)/2)/22.同心条件同心条件系杆的轴线与两中心轮的轴线重合。系杆的轴线与两中心轮的轴线重合。r12r2r3或或 z z3 3z z1 1+2z+2z2 2z z1 1(i1H1H-2)/2-2)/2作者：潘存云教授z1z3z2H35作者：潘存云教授设对称布列有设对称布列有K K个行星轮，个行星轮，2/k2/k在位置在位置O O1 1装入第一个行星轮，装入第一个行星轮，3)均布安装条件均布安装条件 能装入多个行星轮且仍呈能装入多个行星轮且仍呈对称布置，行星轮个数对称布置，行星轮个数K K与各轮与各轮齿数之间应满足的条件。齿数之间应满足的条件。/1 1/H Hi1H1H1+(z1+(z3 3/z/z1 1)则相邻两轮之间的夹角为：则相邻两轮之间的夹角为：固定轮固定轮3 3，转动系杆，转动系杆H H，使使H H,此时，行星轮从位置此时，行星轮从位置O O1 1运动到位置运动到位置O O2 2，而中心轮而中心轮1 1从位置从位置A A转转到位置到位置A，转角为，转角为。AO O2 2O O1 1HA36作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授13比较得：比较得：=N(=N(2/2/z z1 1)如果此时轮1正好转过N个完整的齿，则齿轮1在A处又出现与安装第一个行星轮一样的情形，可在A处装入第二个行星轮。结论：结论：当系杆当系杆H转过转过一个等分角一个等分角时，时，若齿轮若齿轮1转过转过N个完个完整的齿整的齿,就能实现就能实现均布安装。均布安装。轮轮1 1的转角为：的转角为：单个齿中心角结论：结论：要满足均布安装条件，轮要满足均布安装条件，轮1 1和轮和轮3 3的齿数之和的齿数之和 应能被行星轮个数应能被行星轮个数K K整除。整除。N=(zN=(z1 1+z+z3 3)/k)/k=z=z1 1 i1H1H /k/kAO O2 2O O1 1A=N(=N(2/2/z z1 1)AA模型验证模型验证37作者：潘存云教授即：即：(z(z1 1+z+z2 2)sin(/k)z)sin(/k)z2 2+2h+2h*a a4)4)邻接条件邻接条件 相邻两个行星轮装入后不发生干涉相邻两个行星轮装入后不发生干涉,即两行星轮中心距应大于两齿顶圆即两行星轮中心距应大于两齿顶圆半径之和半径之和:2(r2(r1 1+r+r2 2)sin()sin(/2)/2r r1 1+r+r2 22(r2(r2 2+h+h*a am)m)为便于应用，将前三个条件合并得：z z2 2z z1 1(i1H1H-2)/2-2)/2N Nz z1 1 i1H1H /k/k确定各轮齿数时，应保证确定各轮齿数时，应保证z z1 1、z z2 2、z z3 3、N N为正整数，为正整数，且且z z1 1、z z2 2、z z3 3均大于均大于z zminmin。O O1 1O O2 2 2r 2ra2a2O1O2配齿公式配齿公式z z3 3z z1 1(i1H1H-1)/2-1)/2重写前三个条件38 例：例：已知已知i i1H1H5 5，K=3K=3，采用标准齿轮，确定各轮齿数。，采用标准齿轮，确定各轮齿数。解：解：=6:9:24:10=6:9:24:10=1:3/2:4:5/3=1:3/2:4:5/3若取若取z z1 11818，验算邻接条件：验算邻接条件：(18+27)sin/3=39(18+27)sin/3=39满足要求。满足要求。则则z z2 22727，z z3 3727227+229 29 z z2 2+2h+2h*a a=1:(5-2)/2:(5=1:(5-2)/2:(51):5/31):5/3配齿公式配齿公式39 为了减少因制造误差引起的多个行星轮所承担载为了减少因制造误差引起的多个行星轮所承担载荷不均匀的现象，实际应用时往往采用均载装置。荷不均匀的现象，实际应用时往往采用均载装置。5)5)行星轮系均载装置行星轮系均载装置 均载装置的结构特点是采用弹性元件使中心轮均载装置的结构特点是采用弹性元件使中心轮或系杆浮动。或系杆浮动。作者：潘存云教授中心轮浮动中心轮浮动312系杆浮动系杆浮动31240本章重点：本章重点：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。本章作业：本章作业：