《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》齒輪系

1、13.1 輪系的分類13.2 定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算13.3 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)算13.4 復(fù)合輪系傳動(dòng)比計(jì)算13.5 輪系的應(yīng)用13.6 其他類型行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介13.7 減速器第13章 齒輪系13.1 輪系的分類齒輪系：由一系列齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為齒輪系,簡(jiǎn)稱輪系。 如果輪系中各齒輪的軸線互相平行，則稱為平面輪系， 否則稱為空間輪系。 根據(jù)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各齒輪的軸線位置相對(duì)于機(jī)架是否固定，又可將輪系分為以下三種類型： 輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所有齒輪的軸線保持固定的輪系，稱為定軸輪系。一、定軸輪系定軸輪系又分為平面定軸輪系和空間定軸輪系兩種。 13.1 輪系的分類 二、周轉(zhuǎn)輪系在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其中至少有一個(gè)齒輪

2、的幾何軸線繞另一齒輪的幾何軸線運(yùn)動(dòng)的齒輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系。13.1 輪系的分類 齒輪1、3和構(gòu)件H均繞固定的互相重合的幾何軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪2空套在構(gòu)件H上，與齒輪1、3相嚙合。 齒輪2既繞自身軸線自轉(zhuǎn)又隨構(gòu)件H繞另一固定軸線（軸線O-O）公轉(zhuǎn)。齒輪2稱為行星輪構(gòu)件H稱為行星架。軸線固定的齒輪1、3則稱為中心輪或太陽(yáng)輪。 1.組成13.1 輪系的分類2.分類通常將具有一個(gè)自由度的周轉(zhuǎn)輪系稱為簡(jiǎn)單行星輪系。將具有二個(gè)自由度的周轉(zhuǎn)輪系稱為差動(dòng)輪系。 行星輪系差動(dòng)輪系13.1 輪系的分類12234H三、復(fù)合輪系輪系中如果既含有定軸輪系又含有周轉(zhuǎn)輪系, 或是包含由幾個(gè)周轉(zhuǎn)輪系的復(fù)雜輪系那么就稱為復(fù)合輪系，又

3、稱混合輪系 。13.1 輪系的分類16452H3(1)(2)HOH12324H13.1 輪系的分類各種齒輪系13.1 輪系的分類122112zzi 12(a)(b)21一、一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)比大小及方向的確定13.2 定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算(c)21大小大小方向方向(d)21(e)2113.2 定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算二、平面定軸齒輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比大小為其齒數(shù)的反比。若考慮轉(zhuǎn)向關(guān)系，外嚙合時(shí)，兩輪轉(zhuǎn)向相反，傳動(dòng)比取“-”號(hào)；內(nèi)嚙合時(shí)，兩輪轉(zhuǎn)向相同，傳動(dòng)比取“+”號(hào)；則該齒輪系中各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為： zzi1221122333 22Zzi/344343Zzizzi45544513.2 定軸

4、輪系傳動(dòng)比計(jì)算3322由于以上各式連乘可得： 43215432354324321454 33 212) 1(zzzzzzzziiii43215432354324321454 33 212) 1(zzzzzzzziiii所以推廣后的平面定軸齒輪系傳動(dòng)比公式為：11( 1)mKKi 所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積nn13.2 定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算m輪系中齒輪外嚙合次數(shù)三、空間定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 1. 傳動(dòng)比的大?。?仍可用上式來計(jì)算傳動(dòng)比13.2 定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算積所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘nnKKi112. 轉(zhuǎn)向關(guān)系： 用在圖上畫箭頭的方法，如圖所示 。23414

5、123z z zz z zi例題 在如圖所示的齒輪系中，已知254321zzzz,齒輪1、3、3和5同軸線，各齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。若已知輪1的轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，求輪5的轉(zhuǎn)速 解 該齒輪系為一平面定軸齒輪系，齒輪2和4為惰輪，齒輪系中有兩對(duì)外嚙合齒輪，根據(jù)公式可得 315325115) 1(zzzznni因齒輪1、2、3的模數(shù)相等，故它們之間的中心距關(guān)系為 )(2)(22321zzmzzm13.2 定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算75252252213zzz同理： 75252252435zzz所以： min/160min/757525251440) 1(5312153rrzzzznn為正值，說明齒輪

6、5與齒輪1轉(zhuǎn)向相同。 5n2321zzzz因此： 13.2 定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算13.3 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算一、周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)化輪系）轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法： 現(xiàn)假想給整個(gè)周轉(zhuǎn)輪系加一個(gè)與行星架的角速度大小相等、方向相反的公共角速度 。H 則行星架H變?yōu)殪o止，而各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變化。齒輪1、2、3則成為繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪，因此，原周轉(zhuǎn)輪系便轉(zhuǎn)化為假想的定軸齒輪系。 該假想的定軸齒輪系稱為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)化輪系）。轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速如右表所示： 行星架H太陽(yáng)輪3行星輪2太陽(yáng)輪1轉(zhuǎn)化齒輪系中的角速度行星齒輪系中的角速度構(gòu)件1HH112HH223HH33H0HHHH二、周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)

7、算轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中1、3兩輪的傳動(dòng)比可以根據(jù)定軸齒輪系傳動(dòng)的計(jì)算方法得出13313113zziHHHHH推廣后一般情況，可得：HGHGKKHi 所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積13.3 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算平面周轉(zhuǎn)輪系注意事項(xiàng)：1）G、K、H三個(gè)構(gòu)件的軸線應(yīng)互相平行，而 、 、 AKH必須將表示其轉(zhuǎn)向的正負(fù)號(hào)代上。首先應(yīng)假定各輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同一正方向，則與其同向的取正號(hào)代入，與其反向的取負(fù)號(hào)代入。 3）待求構(gòu)件的實(shí)際轉(zhuǎn)向由計(jì)算結(jié)果的正負(fù)號(hào)確定。13.3 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算HGHGKKHi 所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積2）公式右邊的正負(fù)號(hào)的確定： 由轉(zhuǎn)化輪系中G輪和K輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系確

8、定，同向?yàn)椤?”，反向?yàn)椤?”。 平面輪系由 確定，m為由K輪至G輪的外嚙合次數(shù)。 空間輪系可畫箭頭來確定。( 1)m例13.3：已知圖13.6所示輪系， z1100，z2101，z2100， z399， 試求傳動(dòng)比iH1。 解：結(jié)論：系桿轉(zhuǎn)10000圈時(shí)，輪1同向轉(zhuǎn)1圈。Z2 Z2HZ1Z313.3 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算2231113331 221111( 1)101 991( 1)0100 100999911100001000010000HHHHHHHHHHz znnninnnz znninii 13.3 周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算例13.4：已知圖13.7所示輪系，輪1、3 及系桿H的軸線相互平行

9、，各輪齒數(shù) z1 z2 z3 32，n1=100r/min，nH=5r/min，n1與nH轉(zhuǎn)向相反，試求n3 。31133132132HHHznninnz 空間周轉(zhuǎn)輪系將 n1=100r/min，nH=-5r/min代入1333100( 5)1 110 /min( 5)HHnnnrnnn 得n3為負(fù)，說明輪3與輪1轉(zhuǎn)向相反。輪系中如果既含有定軸輪系又含有周轉(zhuǎn)輪系, 或是包含由幾個(gè)周轉(zhuǎn)輪系的復(fù)雜輪系那么就稱為復(fù)合輪系，又稱混合輪系 。復(fù)合輪系復(fù)合輪系：13.4 復(fù)合輪系傳動(dòng)比計(jì)算計(jì)算復(fù)合輪系傳動(dòng)比一般步驟：計(jì)算復(fù)合輪系傳動(dòng)比一般步驟：區(qū)別輪系中的定軸輪系部分和周轉(zhuǎn)輪系部分。分別列出定軸輪系部分和

10、周轉(zhuǎn)輪系部分的傳動(dòng)比公式，并代入 已知數(shù)據(jù)。找出定軸輪系部分與周轉(zhuǎn)輪系部分之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并聯(lián)立求解即 可求出混合輪系中兩輪之間的傳動(dòng)比。13.4 復(fù)合輪系傳動(dòng)比計(jì)算OH12324H例題13.5圖例13.6 在如圖所示的齒輪系中，已知 130z 245z 225z 3100z 322z 433z 588z 。求傳動(dòng)比15i13.4 復(fù)合輪系傳動(dòng)比計(jì)算解 輪系分析 該復(fù)合齒輪系由兩個(gè)基本齒輪系構(gòu)成。齒輪1、2、2、3、系桿H組成差動(dòng)輪系；齒輪3、4、5（卷筒）組成定軸齒輪系，齒輪5和系桿H做成一體，其中： 5H33聯(lián)立各式，得 115531i15i為正值，說明齒輪1與齒輪5（卷筒）轉(zhuǎn)向相同。13

11、.4 復(fù)合輪系傳動(dòng)比計(jì)算 對(duì)于定軸輪系 35355388422ziz 對(duì)于周轉(zhuǎn)輪系 1231113331 2( 1)45 100630 25HHHHHz ziz z 1. 采用多對(duì)齒輪組成的定軸輪系可以獲得較大的傳動(dòng)比，只要適當(dāng)選擇齒輪系中各對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)，即可得到所要求的傳動(dòng)比。2. 在周轉(zhuǎn)輪系中，用較少的齒輪即可獲得很大的傳動(dòng)比。一、 獲得大的傳動(dòng)比13.5 輪系的應(yīng)用二、實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)三、實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng) 利用齒輪系可使一個(gè)主動(dòng)軸帶動(dòng)若干從動(dòng)軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)從不同的傳動(dòng)路線傳動(dòng)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的分路傳動(dòng)。 如圖所示為滾齒機(jī)上滾刀與輪坯之間作展成運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。滾齒加工要求滾刀

12、的轉(zhuǎn)速與輪坯的轉(zhuǎn)速需滿足確定的傳動(dòng)比關(guān)系。主動(dòng)軸I通過錐齒輪1輪齒輪2將運(yùn)動(dòng)傳給滾刀；同時(shí)主動(dòng)軸又通過直齒輪3輪經(jīng)齒輪45、6、78傳至蝸輪9，帶動(dòng)被加工的輪坯轉(zhuǎn)動(dòng)，以滿足滾刀與輪坯的傳動(dòng)比要求。13.5 輪系的應(yīng)用四、實(shí)現(xiàn)換向傳動(dòng) 13.5 輪系的應(yīng)用 在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)向不變的情況下，利用惰輪可以改變從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向。 如圖所示車床上走刀絲桿的三星輪換向機(jī)構(gòu)，扳動(dòng)手柄可實(shí)現(xiàn)兩種傳動(dòng)方案。五、實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不變的情況下，利用輪系可使從動(dòng)軸獲得多種工作轉(zhuǎn)速。13.5 輪系的應(yīng)用六、用于對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行合成與分解 1. 利用差動(dòng)齒輪系，可將兩個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)合成為一個(gè)輸出運(yùn)動(dòng)13.5 輪系的應(yīng)用 如圖所示為滾

13、齒機(jī)中的差動(dòng)齒輪系。滾切斜齒輪時(shí)，由齒輪4傳遞來的運(yùn)動(dòng)傳給中心輪1，轉(zhuǎn)速為n1；由蝸輪5傳遞來的運(yùn)動(dòng)傳給H，使其轉(zhuǎn)速為nH。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪系合成后變成齒輪3的轉(zhuǎn)速n3輸出。因31ZZ則1133113ZZnnnniHHH故132nnnH 如圖所示的汽車后橋差速器即為分解運(yùn)動(dòng)的齒輪系。在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)它可將發(fā)動(dòng)機(jī)傳到齒輪5的運(yùn)動(dòng)以不同的速度分別傳遞給左右兩個(gè)車輪，以維持車輪與地面間的純滾動(dòng)，避免車輪與地面間的滑動(dòng)磨擦導(dǎo)致車輪過度磨損。13.5 輪系的應(yīng)用 2.在差動(dòng)齒輪系中，當(dāng)給定一個(gè)基本構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)后，可根據(jù)附加條件按所需比例將該運(yùn)動(dòng)分解成另外兩個(gè)基本構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)。 若輸入轉(zhuǎn)速為n5，兩車輪外徑相等，

14、輪距為2L，兩輪轉(zhuǎn)速分別為n1和n3，r為汽車行駛半徑。當(dāng)汽車?yán)@圖示P點(diǎn)向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩輪行駛的距離不相等，其轉(zhuǎn)速比為:LrLrnn31 差速器中齒輪4、5組成定軸系，行星架H與齒輪4固聯(lián)在一起，1-2-3-H組成差動(dòng)齒輪系。對(duì)于差動(dòng)齒輪系1-2-3-H，因z1= z2= z3，有:1133113zznnnniHHH231nnnH2314nnnnH41nrLrn43nrLrn若汽車直線行駛，因n1= n3所以行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)齒輪1、2、3和4相當(dāng)于一剛體作同速運(yùn)動(dòng)，即n1=n3=n4=n5/i54= n5z5/z4由此可知，差動(dòng)齒輪系可將一輸入轉(zhuǎn)速分解為兩個(gè)輸出轉(zhuǎn)速。13.5 輪系的應(yīng)

15、用一、漸開線少齒差行星傳動(dòng)212120zzHHHH 2212122121zzzzzzzziH V 2212221zzziiiHHHV 21zz 越小越小齒數(shù)差齒數(shù)差傳動(dòng)比傳動(dòng)比HVi越大越大121 zz當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)傳動(dòng)比出現(xiàn)最大值傳動(dòng)比出現(xiàn)最大值22ziiHHV 13.6 其他類型行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介13.6 其他類型行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介二、擺線針輪行星傳動(dòng)擺線針輪行星傳動(dòng)圖擺線形結(jié)構(gòu)圖解 可以證明，擺線針輪行星傳動(dòng)能保證傳動(dòng)比恒定不變針齒銷數(shù)與擺線輪齒數(shù)的齒數(shù)差（z1z2）只能為1，所以其傳動(dòng)比為： 13.6 其他類型行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介22122zzzziiHHV擺線針輪行星減速器圖例13.6 其他類型行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介三

16、、諧波齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)由三個(gè)基本構(gòu)件組成，即具有內(nèi)齒的剛輪、可產(chǎn)生較大彈性變形的柔輪及波發(fā)生器。13.6 其他類型行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介13.6 其他類型行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介211221zznnnniHHH21222zzziHH21111zzznniHH 諧波齒輪傳動(dòng)可以獲得較大的傳動(dòng)比，單級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比可達(dá)70320。缺點(diǎn)是使用壽命會(huì)受柔輪疲勞損傷的影響。一般，波發(fā)生器為主動(dòng)（1）剛輪1固定n1=0,柔輪2從動(dòng)（2）柔輪2固定n2=0,剛輪1從動(dòng)13.7 減速器減速器： 一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的由齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用作原動(dòng)件與工作機(jī)之間的減速傳動(dòng)裝置減速器分類：齒輪減速

17、器 蝸桿減速器 行星減速器圓柱齒輪減速器圓錐齒輪減速器圓錐圓柱齒輪減速器圓柱蝸桿減速器圓弧齒蝸桿減速器錐蝸桿減速器蝸桿齒輪減速器漸開線行星齒輪減速器擺線齒輪減速器諧波齒輪減速器一、常見減速器的主要類型、特點(diǎn)及應(yīng)用1.齒輪減速器13.7 減速器13.7 減速器13.7 減速器2.蝸桿減速器13.7 減速器.蝸桿-齒輪減速器13.7 減速器13.7 減速器二、減速器傳動(dòng)比的分配使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近于相等使減速器的外廓尺寸和質(zhì)量最小使傳動(dòng)具有最小的傳動(dòng)慣 量使各級(jí)傳動(dòng)中大齒輪的浸油深度大致相等13.7 減速器三、減速器的結(jié)構(gòu)1下箱體2油標(biāo)指示器3上箱體4透氣孔5檢查孔蓋6吊環(huán)螺釘7吊鉤8油塞9定位銷釘10起蓋螺釘孔1