综合轮系实验台的设计

大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 51 页大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 2 页 共 51 页毕业设计说明书综合轮系实验台的设计学生姓名： 学号： 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 年 月机械工程与自动化学院大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 3 页 共 51 页设计综合轮系实验台摘 要由于轮系在其结构和运动形式上的复杂性，使得同学们在理解和掌握该部分内容时非常困难。针对同学们的这一困惑设计了一种有利于同学们学习的轮系综合实验台。本轮系综合实验台结构简单、操作方便，并且可以在保证基本结构不变的情况下，只进行简单的拆装就可以组成所需要的轮系，从而把定轴轮系、行星轮系、差动轮系、复合轮系和空间轮系分别与支架构成一个齿轮系统。在该实验台上可以安装他们自己设计的轮系，进行实验。使同学们能更好的学习和了解各种轮系的结构特点和传动特性。关键词：轮系；实验台；设计大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 4 页 共 51 页Design for the Comprehensive Gear TrainsLaboratory Bench AbstractBecause of the Gear Trains at their structure and sport format complexity, it is difficult for students to understand and grasp the content . The author has designed a kind of a Gear Trains which is favorable to this puzzlement of the students. This laboratory bench of Gear Trains has many advantages, Such as simple structure, easy operation and so on . Therefore , students just need to change few parts, it can be easily realized the needed Gear Trains on basis of keeping its basis structure. It can be realized the installment of Ordinary Gear Trains, Epicyclic Gear Trains, Compound Gear Trains and Space Gear Trains. Students can install Gear Trains designed by themselves and experiment with its. It is good for students to study and understand the structure features and drive features. Key words: gear trains; laboratory bench; design目 录 1 绪论 12 本设计的意义 32.1 轮系的应用 2.2 轮系实验台的特点分析 2.3 本设计的意义 3 机械运动方案设计 3.1 机械现代设计方法简介 大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 5 页 共 51 页3.2 总功能分析 73.3 基本概念3.4 定轴轮系传动比及设计要点 3.4.1 平面定轴轮系的传动比 3.4.2 定轴轮系设计要点 3.5 周转轮系传动比及设计要 3.5.1 周转轮系的分类 3.5.2 周转轮系的传动比 3.5.3 行星轮系的设计要点 3.6 复合轮系的传动比 3.7 确定运动方案 3.8 齿轮的确定及计算 4 零件图的确定 4.1 外啮合齿轮零件图的确定4.2 内啮合齿轮零件图的确定 4.3 输入轴零件图的确定 4.3.1 输入轴设计的主要问题 4.3.2 输入轴的设计 4.3.3 轴承的选择4.3.4 设备中的润滑 4.4 支承架零件图的确定5 部件图的确定 5.1 定轴轮系部件图的确定 5.2 差动轮系部件图的确定 5.3 行星轮系部件图的确定 5.4 复合轮系部件图的确定 5.5 通用底座部件图的确定 6 装配图的确定 6.1 定轴轮系装配图的确定大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 6 页 共 51 页6.2 差动轮系装配图的确定 6.3 行星轮系装配图的确定6.4 复合轮系装配图的确定 结论附录 参考文献致谢 绪 论18 世 纪 下 半 叶 第 一 次 工 业 革 命 促 进 了 机 械 工 程 学 科 的 迅 速 发 展 ， 促 使机 械 原 理 在 原 来 的 机 械 力 学 基 础 上 发 展 成 为 一 门 独 立 的 学 科 ， 它 对 传 统 形式 的 机 械 的 结 构 和 性 能 的 完 善 起 了 很 大 的 推 动 作 用 。 随 着 科 学 技 术 的 飞 跃发 展 ， 当 今 世 界 又 在 经 历 一 场 新 的 产 业 革 命 ， 现 代 机 械 的 概 念 已 大 大 不 同于 19 世 纪 机 械 的 概 念 ， 其 特 征 是 具 有 计 算 机 信 息 处 理 和 控 制 手 段 。 因 此 ，现 代 机 械 的 工 作 原 理 、 结 构 组 成 、 设 计 思 维 方 式 已 大 大 不 同 于 传 统 的 机 器 ，促 进 了 机 械 原 理 学 科 发 生 广 泛 、 深 刻 和 质 的 变 化 ， 这 就 要 求 机 械 原 理 课 程的 体 系 和 内 容 作 出 与 之 适 应 的 改 革 。21 世 纪 机 械 产 品 的 国 际 竞 争 将 愈 来 愈 剧 烈 ， 要 求 机 械 产 品 不 断 创 新 ，努 力 提 高 产 品 质 量 ， 完 善 改 进 机 械 性 能 ， 满 足 市 场 需 要 。 这 是 每 一 个 机 械设 计 人 员 的 责 任 ， 也 是 机 械 学 学 科 的 研 究 内 容 。 开 发 新 产 品 ， 设 计 要 先 行 。不 少 专 家 认 为 ， 一 个 产 品 的 好 坏 ， 关 键 在 于 设 计 。 机 械 产 品 设 计 又 可 分 为两 个 阶 段 ： 机 械 产 品 的 概 念 设 计 （ Conceptual Design） 和 机 械 产 品 的 构形 设 计 （ Configuration Design） 。 概 念 设 计 是 决 定 机 械 产 品 质 量 水 平 的 高低 、 性 能 的 优 劣 和 经 济 效 益 好 坏 的 关 键 性 一 步 。 机 械 原 理 的 重 要 任 务 应 是进 行 机 械 运 动 方 案 的 构 思 、 各 个 执 行 机 构 的 类 型 和 尺 度 综 合 等 。 这 些 内 容是 机 械 产 品 概 念 设 计 中 不 可 缺 少 的 部 分 。 机 械 原 理 课 程 应 紧 密 结 合 机 械 产品 概 念 设 计 需 要 ， 充 实 机 构 创 新 设 计 内 容 ， 加 强 机 构 系 统 设 计 原 理 和 方 法的 阐 述 ， 这 不 但 是 适 应 21 世 纪 机 械 产 品 市 场 竞 争 的 需 要 ， 也 是 机 械 原 理大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 7 页 共 51 页课 程 体 系 、 内 容 改 革 应 该 遵 循 的 方 向 。在 世 界 正 面 临 着 新 技 术 革 命 的 严 重 挑 战 时 ， 教 育 首 当 其 冲 ， 信 息 化 时 代的 到 来 和 新 的 人 才 观 念 的 转 变 ， 教 育 改 革 势 在 必 行 。 其 中 使 教 育 方 法 和 教学 手 段 更 有 效 的 有 利 于 提 高 实 用 性 教 育 成 为 教 育 改 革 的 主 要 目 标 之 一 。 国内 的 教 育 体 制 正 在 不 断 的 经 受 考 验 ， 以 前 的 应 试 教 育 和 纯 理 论 的 教 育 受 到国 外 的 应 用 型 教 育 的 影 响 也 不 断 的 改 革 创 新 。 综 合 性 的 实 验 台 就 是 在 这 种条 件 下 产 生 的 ， 国 内 外 各 种 综 合 性 的 实 验 台 相 继 产 生 。 研 究 轮 系 的 实 验 装置 也 在 这 种 情 况 的 促 进 下 不 断 的 发 展 变 化 着 ， 由 最 初 的 简 单 的 理 论 的 讲 解到 简 单 的 平 面 轮 系 的 实 验 板 到 有 复 杂 机 构 的 轮 系 综 合 实 装 置 ， 这 些 实 验 装置 使 人 们 更 好 的 将 理 论 的 知 识 直 观 化 了 。本 设 计 的 目 的 是 针 对 我 校 使 用 的 是 “面 向 21 世 纪 课 程 教 材 由 邹 慧君 傅 祥 志 张 春 林 李 杞 仪 主 编 的 机 械 原 理 ”， 设 计 出 一 台 能 够 弥 补传 统 的 轮 系 实 验 装 置 不 能 直 观 的 看 到 各 级 传 动 且 结 构 复 杂 和 不 能 很 好 的 将其 内 部 结 构 清 楚 地 展 示 的 缺 点 ， 而 且 结 构 简 单 在 保 证 基 本 结 构 不 变 的 情 况下 ， 只 进 行 简 单 的 通 用 件 的 拆 装 就 可 以 组 成 所 需 要 的 轮 系 。 从 而 把 定 轴 轮系 、 行 星 轮 系 、 差 动 轮 系 、 复 合 轮 系 分 别 和 支 架 构 成 一 个 齿 轮 传 动 系 统 ，学 生 在 该 实 验 台 上 可 以 组 装 自 己 设 计 的 轮 系 进 行 实 验 能 够 更 加 直 观 的 了 解各 种 轮 系 在 实 际 生 产 和 生 活 中 的 应 用 ， 从 而 开 发 他 们 的 视 野 ， 提 高 他 们 的设 计 思 维 能 力 、 动 手 能 力 、 创 新 能 力 为 他 们 能 够 更 好 的 掌 握 书 本 知 识 奠 定必 不 可 少 的 基 础 。大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 8 页 共 51 页 本设计的意义. 轮 系 的 应 用随 着 科 学 技 术 的 飞 速 发 展 ， 现 代 机 械 的 工 作 原 理 、 结 构 组 成 、 设 计 思 维方 式 已 大 大 不 同 于 传 统 的 机 器 ， 各 种 传 动 机 构 在 机 器 中 的 应 用 也 越 来 越 多 ，在 众 多 的 传 动 机 构 中 轮 系 的 优 越 性 变 的 越 来 越 突 出 。 轮 系 在 工 业 、 军 事 、航 空 航 天 以 及 生 活 中 都 有 广 泛 的 应 用 。 近 年 来 由 于 齿 轮 制 造 技 术 的 迅 速 发展 ， 加 工 精 度 的 不 断 提 高 ， 齿 轮 的 应 用 范 围 更 加 扩 大 。 因 此 齿 轮 在 机 械 制造 业 中 的 重 要 性 就 更 为 显 著 。轮 系 在 应 用 中 主 要 实 现 的 功 能 有 以 下 几 点 ：（ ） 实 现 分 路 传 动 利 用 轮 系 ， 可 以 将 主 动 轴 上 的 运 动 传 递 给 若 干个 从 动 轴 ， 实 现 分 路 传 动 。（ ） 获 得 较 大 的 传 动 比 ， 而 且 结 构 紧 凑 。 一 对 外 啮 合 圆 柱 齿 轮传 动 ， 其 传 动 比 一 般 可 为 =5-7。 但 是 行 星 轮 系 传 动 比 可 达 =10000,i i而 且 结 构 紧 凑 。（ ） 实 现 准 确 传 动 。（ ） 实 现 换 向 传 动 。（ ） 在 尺 寸 和 重 量 较 小 时 ， 实 现 大 功 率 传 动 。（ ） 实 现 运 动 的 合 成 和 分 解 。 广 泛 应 用 于 机 床 等 机 械 调 整 和 补偿 之 中 。大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 9 页 共 51 页. 轮 系 实 验 台 的 特 点 分 析与 时 俱 进 ， 是 事 物 发 展 的 一 条 必 然 现 律 。 在 轮 系 实 验 装 置 的 发 展 过 程中 ， 从 最 早 的 理 论 行 的 实 验 到 简 单 的 平 面 的 轮 系 实 验 板 ， 再 到 综 合 型 的 轮系 实 验 装 置 ， 设 计 者 们 都 力 求 做 到 使 实 验 装 置 达 到 功 能 合 理 、 性 能 可 靠 、使 用 方 便 等 现 代 设 计 基 本 要 求 。本 实 轮 系 综 合 验 台 的 设 计 就 是 在 以 前 轮 系 实 验 装 置 所 具 有 优 点 的 基 础之 上 ， 设 计 出 一 台 能 够 弥 补 传 统 的 轮 系 实 验 装 置 不 能 直 观 的 看 到 各 级 传 动 、结 构 复 杂 和 不 能 很 好 的 将 其 内 部 结 构 清 楚 地 展 示 的 缺 点 ， 而 且 结 构 简 单 在保 证 基 本 结 构 不 变 的 情 况 下 ， 只 进 行 简 单 的 通 用 件 的 拆 装 就 可 以 组 成 我 校所 用 教 材 中 所 出 现 的 各 种 轮 系 。 从 而 把 定 轴 轮 系 、 行 星 轮 系 、 差 动 轮 系 、复 合 轮 系 分 别 和 支 架 构 成 一 个 齿 轮 传 动 系 统 ， 学 生 在 该 实 验 台 上 可 以 组 装自 己 设 计 的 轮 系 进 行 实 验 能 够 更 加 直 观 的 了 解 各 种 轮 系 在 实 际 生 产 和 生 活中 的 应 用 ， 从 而 开 发 他 们 的 视 野 ， 提 高 他 们 的 设 计 思 维 能 力 、 动 手 能 力 、创 新 能 力 ， 使 他 们 通 过 实 验 更 好 的 理 解 和 掌 握 所 学 的 知 识 。. 本 设 计 的 意 义概 念 设 计 是 决 定 机 械 产 品 质 量 水 平 的 高 低 、 性 能 的 优 劣 和 经 济 效 益 好 坏的 关 键 性 一 步 。 机 械 原 理 的 重 要 任 务 应 是 进 行 机 械 运 动 方 案 的 构 思 、 各 个执 行 机 构 的 类 型 和 尺 度 综 合 等 。 这 些 内 容 是 机 械 产 品 概 念 设 计 中 不 可 缺 少的 部 分 。 机 械 原 理 课 程 应 紧 密 结 合 机 械 产 品 概 念 设 计 需 要 ， 充 实 机 构 创 新设 计 内 容 ， 加 强 机 构 系 统 设 计 原 理 和 方 法 的 学 习 ， 这 不 但 是 适 应 21 世纪 机 械 产 品 市 场 竞 争 的 需 要 ， 也 是 机 械 原 理 课 程 体 系 、 内 容 改 革 应 该 遵 循的 方 向 。在 加 强 基 础 理 论 教 学 的 同 时 注 重 实 验 教 学 ， 以 培 养 学 生 的 机 械 设 计 能 力与 实 践 能 力 ， 已 成 为 人 们 的 一 种 共 识 。 如 何 使 传 统 的 再 现 性 、 单 一 性 、 封闭 性 机 械 设 计 实 验 向 探 究 性 、 综 合 性 、 开 放 性 实 验 转 变 ， 越 来 越 成 为 教 育界 关 注 的 一 大 问 题 。 不 解 决 这 一 问 题 ， 达 到 提 高 课 程 教 学 质 量 ， 培 养 机 械创 新 设 计 人 才 的 目 标 是 难 以 实 现 的 。 在 实 现 这 一 转 变 过 程 中 ， 制 约 问 题 的因 素 主 要 有 二 ： 一 是 实 验 教 学 观 念 的 陈 旧 ， 即 将 实 验 教 学 当 作 知 识 传 承 的大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 10 页 共 51 页辅 助 教 学 环 节 ， 而 忽 视 或 轻 视 它 在 培 养 创 新 精 神 与 实 践 能 力 方 面 的 重 要 地位 ； 其 二 ， 实 验 设 备 的 开 发 研 制 水 平 不 能 适 应 教 学 改 革 的 需 要 ， 尤 其 缺 乏支 持 探 究 性 、 综 合 性 、 开 放 性 的 新 型 实 验 设 备 。正 如 上 面 所 说 的 那 样 ， 传 统 的 轮 系 实 验 装 置 已 不 能 满 足 现 在 教 学 的 理 论联 系 实 际 ， 学 以 致 用 ， 注 重 发 展 学 生 的 创 新 能 力 和 动 手 能 力 的 需 要 ， 本 设计 可 以 很 好 的 填 补 这 一 空 缺 ， 不 仅 能 实 现 传 统 的 实 验 装 置 的 功 能 还 能 够 弥补 传 统 的 轮 系 实 验 装 置 不 能 直 观 的 看 到 各 级 传 动 、 结 构 复 杂 和 不 能 很 好 的将 其 内 部 结 构 清 楚 地 展 示 的 缺 点 ， 还 能 够 实 现 空 间 轮 系 的 安 装 实 验 。这 种 实 验 台 最 大 限 度 的 实 现 了 在 实 验 台 固 定 的 结 构 中 ， 只 需 按 照 所 设 计轮 系 的 需 要 改 变 工 作 底 板 部 分 的 结 构 ， 通 过 安 装 或 拆 除 支 架 就 能 轻 松 的 得到 所 需 类 型 的 轮 系 。 该 实 验 台 的 结 构 简 单 、 加 工 容 易 、 操 作 方 便 。 适 宜 教学 和 实 验 用 途 ， 具 有 较 好 的 实 用 价 值 。大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 11 页 共 51 页 机 械 运 动 方 案 设 计3. 机 械 现 代 设 计 方 法 简 介机 械 现 代 设 计 方 法 通 常 是 相 对 传 统 的 设 计 方 法 而 言 的 。 由 于 现 代 设 计 方法 正 在 不 断 发 展 ， 人 们 对 他 的 内 涵 看 法 不 一 ， 尚 无 明 确 的 域 界 。 但 对 它 的特 征 和 发 展 方 向 ， 可 以 从 总 体 上 概 括 为 力 求 运 用 现 代 应 用 数 学 、 应 用 力 学 、微 电 子 学 及 信 息 科 学 等 方 面 的 最 新 成 果 与 手 段 实 现 下 述 某 些 方 面 的 转 化 ：1） 以 动 态 的 取 代 静 态 的 如 以 机 器 结 构 动 力 学 计 算 取 代 静 力 学计 算 ； 以 实 时 在 线 测 试 数 据 作 为 评 价 依 据 等 。2） 以 定 量 的 取 代 定 性 的 如 以 有 限 元 法 或 （ 和 ） 边 界 元 法 计 算箱 体 的 尺 寸 和 刚 度 取 代 经 验 类 比 法 的 设 计 。3） 以 变 量 取 代 常 量 如 可 靠 性 设 计 中 用 随 机 变 量 取 代 传 统 设 计方 法 中 当 作 常 量 的 粗 略 处 理 方 法 。4） 以 优 化 设 计 取 代 可 行 性 设 计 用 相 关 的 设 计 变 量 恰 当 的 建 立设 计 目 标 的 数 学 模 型 ， 从 众 多 的 可 行 解 （ 方 案 ） 中 寻 求 其 最 优 解 。5） 以 并 行 设 计 取 代 串 行 设 计6） 以 微 观 的 取 代 宏 观 的 如 以 断 裂 力 学 理 论 处 理 零 件 材 料 本 身微 观 裂 纹 扩 展 引 起 的 低 应 力 脆 断 现 象 ， 建 立 以 损 伤 容 限 为 设 计 判断 的 设 计 方 法 ； 润 滑 理 论 中 的 微 -纳 米 摩 擦 学 等 。7） 以 系 统 工 程 法 取 代 分 部 处 理 法 将 产 品 的 整 个 设 计 工 作 作 为一 个 单 级 或 多 级 的 系 统 。 用 系 统 工 程 的 观 点 分 析 划 分 其 设 计 阶 段大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 12 页 共 51 页及 组 成 单 元 ， 通 过 仿 真 及 自 动 控 制 等 手 段 ， 综 合 最 优 地 处 理 它 们的 内 在 关 系 及 系 统 与 外 界 环 境 的 关 系 。8） 以 自 动 化 设 计 取 代 人 工 设 计总 之 ， 设 计 工 作 本 质 上 是 一 种 创 造 性 的 活 动 ， 是 对 知 识 和 信 息 等 进 行 创造 性 的 运 作 和 处 理 。 发 展 机 械 现 代 设 计 方 法 ， 实 质 上 就 是 不 断 追 求 最 机 智 、最 恰 当 而 且 最 迅 速 地 解 决 用 户 要 求 、 社 会 效 益 、 经 济 效 益 、 机 械 内 在 要 求等 对 机 械 构 成 的 全 部 约 束 条 件 。机 械 现 代 设 计 方 法 发 展 很 快 ， 目 前 常 见 或 较 易 见 到 的 有 ： 计 算 机 辅 助 设计 （ CAD： computer-aided design） 、 优 化 设 计 （ OD： optimization design） 、 可 靠 性 设 计 （ RD： reliability design） 、 摩 擦 学 设 计（ TD:tribology design） 、 设 计 方 法 学 设 计 （ DMD： design-methodology design） 、 并 行 设 计 （ CD） 、 虚 拟 产 品 设 计 （ VPD： virtural-product design） 、 质 量 驱 动 设 计 （ QDD： quality-driven design） 、 参 数 化 设 计（ PD： parametrization design） 、 智 能 设 计 （ ID： intelligent design） 、分 形 设 计 （ FD： fractal design） 、 基 于 实 例 设 计 （ CBD： case-based design） 、 网 上 设 计 （ OND： on-net design） 等 。 .2 总 功 能 分 析 -明 确 设 计 性 轮 系 综 合 实 验 台 的 设 计 任 务我 的 毕 业 设 计 题 目 是 ： 设 计 综 合 轮 系 综 合 实 验 台 。 它 要 求 该 实 验 台 具 有一 个 通 用 底 座 ， 通 过 简 单 的 通 用 件 的 拆 装 就 可 以 把 定 轴 轮 系 、 行 星 轮 系 、差 动 轮 系 、 复 合 轮 系 分 别 按 一 定 原 理 和 方 法 进 行 安 装 实 验 ， 如 果 给 一 个 或两 个 动 力 ， 就 能 够 使 安 装 的 轮 系 能 正 常 运 转 ， 并 且 通 过 传 感 器 进 行 测 速 来验 证 各 种 轮 系 实 际 传 动 比 与 理 论 传 动 比 的 差 异 ， 本 设 计 性 轮 系 综 合 实 验 台要 求 可 以 应 用 于 教 学 环 节 中 ， 适 应 同 学 们 对 轮 系 实 验 的 需 要 。随 着 改 革 开 放 的 不 断 进 行 ， 社 会 对 于 人 才 的 要 求 也 在 不 断 增 长 ， 也 对 人才 的 质 量 要 求 越 来 越 高 ， 这 就 要 求 学 校 要 加 强 对 学 生 质 量 的 管 理 ， 在 掌 握书 本 知 识 的 同 时 ， 加 强 对 学 生 动 手 能 力 的 训 练 ， 把 他 们 培 养 成 为 社 会 所 需要 的 合 格 的 科 学 技 术 人 才 。我 的 设 计 主 要 针 对 的 是 学 生 ， 主 要 用 于 我 校 使 用 的 “面 向 21 世 纪大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 13 页 共 51 页课 程 教 材 由 邹 慧 君 傅 祥 志 张 春 林 李 杞 仪 主 编 的 机 械 原 理 ”，所 以 该 设 计 主 要 是 把 定 轴 轮 系 、 行 星 轮 系 、 差 动 轮 系 、 复 合 轮 系 分 别 和 通用 支 架 构 成 一 个 齿 轮 传 动 系 统 ， 学 生 通 过 该 实 验 能 够 更 加 直 观 的 了 解 各 种轮 系 在 实 际 生 产 和 生 活 中 的 应 用 ， 从 而 开 阔 他 们 的 视 野 ， 为 他 们 能 够 更 好的 掌 握 书 本 知 识 奠 定 必 不 可 少 的 基 础 。设 计 性 轮 系 综 合 实 验 台 设 计 要 求 加 工 容 易 、 操 作 方 便 、 结 构 紧 凑 ， 动 作稳 定 可 靠 。 .3 基 本 概 念在 机 器 中 ， 常 将 一 系 列 相 互 啮 合 的 齿 轮 组 成 传 动 系 统 ， 以 实 现 变 速 、 分路 传 动 、 运 动 分 解 与 合 成 等 功 用 。 这 种 由 一 系 列 齿 轮 组 成 的 传 动 系 统称 为 轮 系 。根 据 轮 系 运 转 中 齿 轮 轴 线 的 空 间 位 置 是 否 固 定 ， 将 轮 系 分 为 定 轴 轮 系 和周 转 轮 系 两 大 类 。 .定 轴 轮 系 轮 系 运 转 时 ， 其 中 各 齿 轮 的 回 转 轴 线 位 置 固 定 不 动 ， 则 称 之 为 定 轴轮 系 。 若所有齿轮的轴线全部在同一平面或相互平行的平面内，则称为平面定轴轮系；若所有齿轮的轴线并不全部在同一平面或相互平行的平面内，则称为空间定轴轮系。它 可 以 由 圆 柱 齿 轮 ， 圆 锥 齿 轮 ， 蜗 杆 蜗 轮 等 组 成 。 如 图 .所 示图.周转轮系 大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 14 页 共 51 页轮 系 运 转 时 ， 至 少 有 一 个 齿 轮 轴 线 的 位 置 不 固 定 ， 而 是 绕 某 一 固 定 轴 线回 转 ， 称 该 轮 系 为 周 转 轮 系 。 如 图 . 所 示 。 又 可 根 据 自 由 度 数 的 不 同 ，将 周 转 轮 系 分 为 差 动 轮 系 和 行 星 轮 系 两 类 。（ ） 差 动 轮 系 若 周 转 轮 系 的 自 由 度 为 2， 则 称 其 为 差 动 轮 系 。 此轮 系 需 要 有 两 个 独 立 运 动 的 主 动 件 。 如 图 . a 所 示 。（ ） 行 星 轮 系 若 周 转 轮 系 的 自 由 度 为 1， 则 称 它 为 行 星 轮 系 。 该轮 系 只 需 要 有 一 个 独 立 运 动 的 主 动 件 。 如 图 . b 所 示 。图 .周 转 轮 系 还 可 根 据 基 本 构 件 的 不 同 分 类 。 其 中 绕 着 固 定 轴 线 回 转 的这 种 齿 轮 称 为 中 心 轮 （ 或 太 阳 轮 ） 以 K 表 示 ， 支 撑 行 星 轮 的 构 件 称 为 系杆 以 H 表 示 ， 绕 自 身 轴 线 回 转 又 绕 着 其 它 齿 轮 的 固 定 轴 线 回 转 的 齿 轮 称 为行 星 轮 ， 在 周 转 轮 系 中 ， 一 般 都 以 中 心 轮 或 系 杆 作 为 运 动 的 输 入 或 输 出 构件 ， 常 称 其 为 周 转 轮 系 的 基 本 构 件 ， 则 图 . 所 示 轮 系 可 称 为 2K-H型 周 转 轮 系 ， 图 . 所 示 轮 系 则 称 为 3K 型 周 转 轮 系 。图 . 所 示 的 轮 系 中 有 3 个 中 心 轮 (图 中 的 齿 轮 1、 3 和 4)故 称 为3K 型 周 转 轮 系 ， 该 轮 系 的 系 杆 H 仅 起 支 承 行 星 轮 2-2的 作 用 ， 不 传 递外 力 矩 ， 因 而 不 是 基 本 构 件 。大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 15 页 共 51 页图. 图.由 定 轴 轮 系 和 周 转 轮 系 或 者 由 两 个 以 上 的 周 转 轮 系 所 组 成 的 轮 系 ， 称 为复 合 轮 系 ， 如 图 . 所 示 ， 该 机 构 左 部 由 齿 轮 1、 2、 2 和 3 组 成 定 轴轮 系 ， 而 其 右 部 则 为 周 转 轮 系 。 . 定 轴 轮 系 传 动 比 及 设 计 要 点在 机 器 中 ， 常 将 一 系 列 相 互 啮 合 的 齿 轮 组 成 传 动 系 统 ， 以 实 现 变 速 、 分路 传 动 、 运 动 分 解 与 合 成 等 功 用 。 这 种 由 一 系 列 齿 轮 组 成 的 传 动 系 统称 为 轮 系 。轮 系 运 转 时 ， 其 中 各 齿 轮 的 回 转 轴 线 位 置 固 定 不 动 ， 则 称 之 为 定 轴 轮 系 。它 可 以 由 圆 柱 齿 轮 ， 圆 锥 齿 轮 ， 蜗 杆 蜗 轮 等 组 成 。轮 系 中 首 轮 和 末 轮 的 角 速 度 （ 或 转 速 ） 比 称 为 轮 系 的 传 动 比 。 当 首 轮 用“ ”， 末 轮 用 “k”表 示 时 ， 其 传 动 比 的 大 小 为 ：11/kkiwn在 进 行 轮 系 的 运 动 分 析 时 ， 主 要 是 确 定 其 传 动 比 的 大 小 及 首 末 两 轮 的 转向 。前 述 已 知 一 对 齿 轮 的 传 动 比1221/iwz此 等 式 表 示 齿 轮 1 与 齿 轮 2 的 角 速 度 之 比 与 两 齿 轮 的 齿 数 成 反 比 。当 一 对 外 啮 合 齿 轮 传 动 时 ， 两 齿 轮 的 转 向 相 反 ； 一 对 内 啮 合 齿 轮 传 动 时 ，两 齿 轮 转 向 相 同 。 图 . a、 图 . b、 图 . c 所 示 分 别 为 外 啮 合 齿轮 、 内 啮 合 齿 轮 及 锥 齿 轮 传 动 各 齿 轮 转 向 的 标 注 法 。大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 16 页 共 51 页a b c图 . . . 平 面 定 轴 轮 系 的 传 动 比1. 传 动 比 的 大 小设 各 轮 的 角 速 度 和 齿 数 分 别 用 、 、 、 、 和 、1w234w51z、 、 、 表 示 ， 轮 系 中 各 对 齿 轮 的 传 动 比 为 ：2z34z5121/iw2332z443/i554wz将 以 上 各 式 等 号 两 边 联 乘 后 的 ：123423451234551zi故 1551/iwz上 式 表 示 定 轴 轮 系 首 、 末 两 轮 的 传 动 比 的 值 为 所 有 从 动 轮 齿 数 的 乘 积 与所 有 主 动 轮 齿 数 的 乘 积 的 反 比 。 其 值 也 等 于 组 成 该 轮 系 中 各 对 齿 轮 的 传 动比 的 连 乘 积 。对 于 齿 轮 系 ， 设 输 入 轴 的 角 速 度 为 ，输 出 轴 的 角 速 度 为 ,按 定1wkw义 有 ：大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 17 页 共 51 页1/kkiw当 时为 减 速 , 时 为 增 速 。ki1i因 为 轮 系 是 由 多 对 齿 轮 相 互 啮 合 组 成 的 ， 当 轮 系 由 k 对 啮 合 齿 轮 组成 时 ， 有 ： 3123412411k kk kwzni （ . ）所 有 从 动 轮 齿 数 连 乘 积所 有 主 动 轮 齿 数 连 乘 积2. 首 、 末 两 轮 转 向 的 确 定因 为 角 速 度 是 矢 量 ， 故 传 动 比 计 算 还 要 确 定 首 、 末 两 轮 的 转 向 ， 由 于 平面 定 轴 轮 系 各 轮 的 轴 线 均 平 行 ， 故 首 、 末 两 轮 的 转 向 不 是 相 同 ， 就 是 相 反 ，因 此 在 计 算 轮 系 的 传 动 比 时 ， 应 计 入 传 动 比 的 符 号 。 当 时 ， 首 、1ki10ki末 两 轮 转 向 相 同 ； 当 时 ， 首 、 末 两 轮 转 向 相 反 。 对 直 齿 轮 表 示 方 法10ki有 两 种 。 ） 用 “ ”、 “ ”表 示适 用 于 平 面 定 轴 轮 系 ， 由 于 所 有 齿 轮 轴 线 平 行 ， 故 首 、 末 两 轮 转 向 不 是相 同 就 是 相 反 ， 相 同 取 “ ”表 示 ， 相 反 取 “ ”表 示 ， 一 对 齿 轮 外 啮 合 时两 轮 转 向 相 反 ， 用 “ ”表 示 ； 一 对 齿 轮 内 啮 合 时 两 轮 转 向 相 同 ， 用“ ”表 示 。 可 用 此 法 逐 一 对 各 对 啮 合 的 齿 轮 进 行 分 析 ， 直 至 确 定 首 、 末 两轮 的 转 向 关 系 。 假 设 轮 系 中 有 m 对 外 啮 合 齿 轮 ， 则 末 轮 转 向 为 ，(1)m此 时 有 ：123411()mkkwzi ()所 有 从 动 轮 齿 数 连 乘 积所 有 主 动 轮 齿 数 连 乘 积（.）另 外 ， 从 以 上 定 轴 轮 系 传 动 比 的 公 式 可 知 ， 当 一 齿 轮 对 轮 系 的 传 动 比 大大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 18 页 共 51 页小 无 影 响 ， 但 它 却 影 响 了 末 轮 的 转 向 。 如 果 将 这 一 齿 轮 去 掉 ， 该 轮 系 的 传动 比 保 持 不 变 ， 但 此 时 末 轮 的 转 向 变 了 ， 这 种 齿 轮 通 称 为 惰 轮 。 ） 用 箭 头 标 注 法在 已 知 首 轮 的 转 向 时 （ 若 首 轮 的 转 向 未 给 出 ， 则 假 设 给 首 轮 一 个 转 向 ） ，可 根 据 运 动 传 递 的 顺 序 ， 在 运 动 简 图 的 各 齿 轮 上 逐 个 画 出 箭 头 以 确 定 末 轮的 转 向 。 外 啮 合 时 ： 两 箭 头 同 时 指 向 （ 或 远 离 ） 啮 合 点 。 头 头 相 对 或 尾 尾相 对 。 内 啮 合 时 ： 两 箭 头 同 向 。 . . 定 轴 轮 系 设 计 要 点 . 应 根 据 工 作 要 求 和 使 用 场 合 恰 当 的 选 择 定 轴 轮 系 的 类 型 :当 设 计 的 定 轴 轮 系 用 于 高 速 、 重 载 场 合 时 ， 为 了 减 小 传 动 的 冲 击 、 振 动和 噪 音 ， 提 高 传 动 性 能 ， 宜 优 先 选 用 由 平 行 轴 斜 齿 轮 组 成 的 定 轴 轮 系 ； 当 设 计 的 轮 系 在 主 、 从 动 轴 传 递 过 程 中 ， 由 于 工 作 或 结 构 空 间 的 要 求 ，需 要 转 换 运 动 轴 线 方 向 或 改 变 从 动 轴 轴 向 时 ， 可 选 择 含 有 圆 锥 齿 轮 传 动 的定 轴 轮 系 ； 当 设 计 的 轮 系 用 于 功 率 较 小 、 速 度 不 高 但 需 要 满 足 交 错 角 为 任 意 值 的 空间 交 错 轴 之 间 的 传 动 时 ， 可 选 用 含 有 交 错 轴 斜 齿 轮 传 动 的 定 轴 轮 系 ； 当 设 计 的 轮 系 要 求 传 动 比 大 、 结 构 紧 凑 或 用 于 分 度 、 微 调 及 有 自 锁 要 求的 场 合 时 ， 则 应 选 择 含 有 蜗 杆 传 动 的 定 轴 轮 系 。 . 要 确 定 定 轴 轮 系 中 各 轮 的 齿 数 ， 关 键 在 于 合 理 的 分 配 轮 系 中 各 对齿 轮 的 传 动 比 。 为 了 把 轮 系 的 总 传 动 比 合 理 的 分 配 给 各 对 齿 轮 ， 在 具 体 分配 时 应 注 意 下 述 几 点 ： ） 每 一 级 齿 轮 的 传 动 比 要 在 其 常 用 范 围 内 选 取 。 齿 轮 传 动 时 ， 传动 比 为 5 7； 蜗 杆 传 动 时 ， 传 动 比 不 大 于 80。 ） 当 轮 系 的 传 动 比 过 大 时 ， 为 了 减 小 外 廓 尺 寸 和 改 善 传 动 性 能 ，通 常 采 用 多 级 传 动 。 当 齿 轮 传 动 的 传 动 比 大 于 8 时 ， 一 般 应 设 计 成 两 级传 动 ； 当 传 动 比 大 于 30 时 ， 常 设 计 成 两 级 以 上 齿 轮 传 动 。大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 19 页 共 51 页 ） 当 轮 系 为 减 速 传 动 时 ， 按 照 “前 大 后 小 “的 原 则 分 配 传 动 比 较有 利 。 同 时 ， 为 了 使 机 构 外 廓 尺 寸 协 调 和 结 构 匀 称 ， 相 邻 两 级 传 动 比 的 差值 不 宜 过 大 。 运 动 链 逐 级 减 速 ， 可 使 各 级 中 间 轴 有 较 高 的 转 速 和 较 小 的 扭矩 ， 从 而 获 得 较 为 紧 凑 的 结 构 。 ） 当 设 计 闭 式 齿 轮 减 速 器 时 ， 为 了 润 滑 方 便 ， 应 使 各 级 传 动 中 的大 齿 轮 都 能 浸 入 油 池 ， 且 浸 入 的 深 度 应 大 致 相 等 ， 以 防 止 某 个 大 齿 轮 浸 油过 深 而 增 加 搅 油 损 耗 。 根 据 这 一 条 件 分 配 传 动 比 时 ， 高 速 级 的 传 动 比 应 大于 低 速 级 的 传 动 比 ， 通 常 取 高 速 级 的 传 动 比 为 1.3 1.4 低 速 级 传 动 比 。由 以 上 分 析 可 见 ， 当 考 虑 问 题 的 角 度 不 同 时 ， 就 有 不 同 的 传 动 比 方 案 。因 此 ， 在 具 体 分 配 定 轴 轮 系 各 级 传 动 比 时 ， 应 根 据 不 同 条 件 进 行 具 体 分 析 ，不 能 简 单 的 生 搬 硬 套 某 种 原 则 。 一 旦 根 据 具 体 条 件 合 理 的 分 配 了 各 对 齿 轮传 动 的 传 动 比 ， 就 可 以 根 据 各 对 齿 轮 的 传 动 比 来 确 定 每 一 个 齿 轮 的 齿 数 。. 周 转 轮 系 的 传 动 比 及 设 计 要 点.周转轮系的分类轮 系 运 转 时 ， 至 少 有 一 个 齿 轮 轴 线 的 位 置 不 固 定 ， 而 是 绕 某 一 固 定 轴 线回 转 ， 称 该 轮 系 为 周 转 轮 系 。周 转 轮 系 的 种 类 很 多 ， 常 用 的 分 类 方 法 如 下 ： . 按 周 转 轮 系 的 自 由 度 分 类 ） 差 动 轮 系 若 周 转 轮 系 的 自 由 度 为 2， 则 称 其 为 差 动 轮 系 。此 轮 系 需 要 有 两 个 独 立 运 动 的 主 动 件 。 ） 行 星 轮 系 若 周 转 轮 系 的 自 由 度 为 1， 则 称 它 为 行 星 轮 系 。该 轮 系 只 需 要 有 一 个 独 立 运 动 的 主 动 件 。 . 按 基 本 构 件 的 组 成 分 类 ） 2K-H 型 周 转 轮 系 该 轮 系 的 特 点 是 轮 系 中 有 2 个 中 心 轮 。 ） 3K 型 周 转 轮 系 该 轮 系 中 有 三 个 中 心 轮 ， 而 其 中 的 行 星 架H 只 是 起 支 撑 行 星 轮 的 作 用 。 ） K-H-V 行 星 轮 系 该 轮 系 中 只 有 一 个 中 心 轮 ， 其 运 动 是 通 过 等角 速 机 构 由 V 轴 输 出 。大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 20 页 共 51 页 . . 周 转 轮 系 的 传 动 比周 转 轮 系 由 回 转 轴 线 固 定 的 基 本 构 件 太 阳 轮 （ 中 心 轮 ） 、 行 星 架（ 系 杆 或 转 臂 ） 和 回 转 轴 线 不 固 定 的 其 它 构 件 行 星 轮 组 成 。 由 于 有 一 个 既有 公 转 又 有 自 转 的 行 星 轮 ， 因 此 传 动 比 计 算 时 不 能 直 接 套 用 定 轴 轮 系 的 传动 比 计 算 公 式 ， 因 为 定 轴 轮 系 中 所 有 的 齿 轮 轴 线 都 是 固 定 的 。 为 了 套 用 定轴 轮 系 传 动 比 计 算 公 式 ， 必 须 想 办 法 将 行 星 轮 的 回 转 轴 线 固 定 ， 同 时 不 能让 基 本 构 件 的 回 转 轴 线 发 生 变 化 。 我 们 发 现 在 周 转 轮 系 中 ， 基 本 构 件 的 回转 轴 线 相 同 ， 而 行 星 轮 绕 其 自 身 轴 线 转 动 ， 有 随 系 杆 绕 其 回 转 轴 线 转 动 ，因 此 ， 只 要 想 办 法 让 系 杆 固 定 ， 就 可 将 行 星 轮 的 回 转 轴 线 固 定 ， 即 把 周 转轮 系 变 为 定 轴 轮 系 ， 这 种 方 法 称 为 反 转 法 或 转 化 机 构 法 。反 转 原 理 ： 给 周 转 轮 系 施 以 附 加 的 公 共 转 动 后 ， 不 改 变 轮 系 中Hw各 构 件 之 间 的 相 对 运 动 ， 但 原 轮 系 将 转 化 成 为 一 新 的 定 轴 轮 系 ， 可 按 定轴 轮 系 的 公 式 计 算 该 新 轮 系 的 传 动 比 。 转 化 后 所 得 的 定 轴 轮 系 称 为 原 周 转轮 系 轮 系 的 “转 化 轮 系 ”。设 、 、 、 分 别 为 中 心 轮 1、 3、 行 星 轮 和 行 星 架 的 角 速 度1w32Hw（ 绝 对 角 速 度 ） ， 如 果 给 整 个 周 转 轮 系 加 上 一 个 的 公 共 角 速 度 ， 此Hw时 行 星 架 就 相 对 固 定 不 动 ， 原 周 转 轮 系 就 转 化 为 固 定 轮 系 ， 在 转 化 轮 系 中各 构 件 的 角 速 度 如 下 ： . 转 化 轮 系 的 传 动 比 计 算由 于 转 化 轮 系 相 当 于 定 轴 轮 系 ， 故 其 传 动 比 i 可 按 定 轴 轮 系 的 传 动Hk1比 公 式 进 行 计 算 即 ：（ .3）1121()HHkkKwnzi 大 学 届 本 科 毕 业 设 计 说 明 书第 21 页 共 51 页 . 使 用 转 化 轮 系 传 动 比 公 式 的 注 意 事 项 ） 式 （ . ） 只 适 用 于 转 化 轮 系 的 首 、 末 两 轮 轴 线 平 行 的 情 况 。 ） 由 于 使 用 式 （ . ） 时 ， 首 、 末 两 轮 轴 线 必 须 平 行 ， 故 齿 数 比前 要 加 “+”号 或 “ ”号 。 “+”号 表 示 转 化 轮 系 首 、 末 两 轮 转 向 相 同 ，“ ”号 表 示 首 末 两 轮 转 向 相 反 。 因 为 此 处 的 “+”、 “ ”号 不 仅 表 明转 化 轮 系 首 末 两 轮 的 转 向 ， 还 直 接 影 响 各 构 件 角 速 度 之 间 的 数 值 关 系 。 ） 、 、 均 为 代 数 值 ， 应 用 式 （ . ） 时 要 带 相 应 的1wkH“+”、 “ ”号 ， 如 转 向 相 同 ， 用 同 号 带 入 ， 若 转 向 不 同 应 分 别 用 “+”、“ ”号 代 入 。在 已 知 周 转 轮 系 中 各 轮 齿 数 的 条 件 下 ， 已 知 、 、 中 的 两 个1wkH分 量 （ 包 括 大 小 和 转 向 ） ， 就 可 按 式 （ . ） 确 定 第 三 个 量 并 注 意 第 三个 构 件 的 转 向 应 由 计 算 结 果 的 “+”、 “ ”号 来 判 断 。由 于 行 星 轮 系 中 有 一 个 中 心 轮 的 转 速 为 零 ， 若 令 行 星 轮 系 的 中 心 轮 k 固定 ， 由 于 其 转 速 n =0,故 由 （ 3） 式 可 推 导 出k11HHkii由 以 上 分 析 可 知 ， 周 转 轮 系 中 各 个 构 件 的 转 速 的 确 定 ， 轮 系 中 两 构 件 的传 动 比 ， 一 定 要 借 助 转 化 轮 系 的 传 动 比 求 得 。 . . 行 星 轮 系 的 设 计 要 点从 传 动 原 理 出 发 设 计 行 星 轮 系 时 ， 主 要 解 决 两 个 问 题 ： 选 择 传 动 类 型 和确 定 各 轮 的 齿 数 和 行 星 轮 的 个 数 。1. 选 择 传 动 类 型 。在 选 择 行 星 轮 系 的 类 型 时 ， 应 考 虑 以 下 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 。 ） 传 动 比选 择 轮 系 的