機(jī)械原理：第21章 輪系機(jī)構(gòu)

輪系機(jī)構(gòu)課程研究?jī)?nèi)容機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

機(jī)械動(dòng)力學(xué)常用機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

連桿機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)輪系機(jī)構(gòu)其他機(jī)構(gòu)第一章第二章~第六章第七章第八章第21章輪系機(jī)構(gòu)21.0輪系簡(jiǎn)介21.1

輪系的類型21.2輪系的傳動(dòng)比計(jì)算

21.2.1定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算

21.2.2周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算

21.2.3混合輪系的傳動(dòng)比計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)輪系輪系：由一對(duì)以上的齒輪組成的齒輪系統(tǒng)。傳動(dòng)比一般不大于5-7可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比21.0輪系簡(jiǎn)介輪系的功用：用于原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞。原動(dòng)機(jī)減速裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)輪系

根據(jù)輪系在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，各齒輪的幾何軸線在空間的相對(duì)位置是否變化，可以將輪系分為三大類：1定軸輪系2周轉(zhuǎn)輪系3混合輪系21.1輪系的分類

1定軸輪系：輪系運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，所有齒輪軸線的幾何位置都相對(duì)機(jī)架固定不動(dòng)。平面定軸輪系：各齒輪在同一個(gè)平面或互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：均是由圓柱齒輪組成，各齒輪軸線平行。輸入輸出輸出空間定軸輪系：并不是所有的齒輪均在同一個(gè)平面或互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：其中至少包含一對(duì)蝸輪蝸桿或圓錐齒輪。2周轉(zhuǎn)輪系:輪系在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，至少有一個(gè)齒輪軸線的幾何位置不固定，而是繞著其它定軸齒輪的軸線回轉(zhuǎn)。2——行星輪H——系桿（轉(zhuǎn)臂）3——中心輪K1——中心輪（太陽輪）K基本構(gòu)件特點(diǎn)：系桿H與兩個(gè)中心輪繞互相重合的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。雙排2K－H型3K型單排2K－H型根據(jù)基本構(gòu)件不同基本型復(fù)合型：3K型單排2K-H型雙排2K-H型差動(dòng)輪系（F＝2）兩個(gè)中心輪均為活動(dòng)構(gòu)件。行星輪系（F＝1）其中一個(gè)中心輪固定不動(dòng)?；拘椭苻D(zhuǎn)輪系按F不同可分為：行星輪系和差動(dòng)輪系。定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系3混合輪系：輪系中既包含定軸輪系又包含周轉(zhuǎn)輪系，或由幾個(gè)周轉(zhuǎn)輪系組成。周轉(zhuǎn)輪系I周轉(zhuǎn)輪系II輪系調(diào)研資料展示周轉(zhuǎn)輪系的功用錄像(4:48-12:00)航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的分解與合成旋輪線輪系的傳動(dòng)比：

傳動(dòng)比的大小輸入、輸出軸的轉(zhuǎn)向關(guān)系21.2輪系傳動(dòng)比計(jì)算

外嚙合內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比平面齒輪機(jī)構(gòu)注：可用“+”、“-”號(hào)表示方向。注：用箭頭表示方向?？臻g齒輪機(jī)構(gòu)21.2.1定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算

求：21.2.1定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算

求：大小：平面定軸輪系（各齒輪軸線相互平行）惰輪轉(zhuǎn)向的確定空間定軸輪系（輸入軸與輸出軸軸線平行）傳動(dòng)比方向判斷：畫箭頭表示：在傳動(dòng)比大小前加正負(fù)號(hào)空間定軸輪系（輸入軸與輸出軸軸線不平行）傳動(dòng)比方向判斷表示畫箭頭定軸輪系的傳動(dòng)比

大?。恨D(zhuǎn)向：法（只適合所有齒輪軸線都平行的情況）畫箭頭法（適合任何定軸輪系）結(jié)果表示：±（輸入、輸出軸平行）圖中畫箭頭表示（其它情況）

例題

圖示為一鐘表機(jī)構(gòu)。已知：z1=8，z2=60，z3

=8，z7=12，z5=15；各齒輪的模數(shù)均相等。求齒輪4，6，8的齒數(shù)。解

由秒針S到分針M的傳動(dòng)路線所確定的定軸輪系為1(S)－2(3)－4(M)，其傳動(dòng)比是

由分針M到時(shí)針H的傳動(dòng)路線所確定的定軸輪系為5(M)－6(7)－8(H)，其傳動(dòng)比是

輪系5－6－7－8中，有(1)(2)(3)

聯(lián)立式(1)、(2)和(3)，解得：z4=64，z5=45，z8

=4821.2.2周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比

能否按照定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算？截取北航課件行星輪系動(dòng)畫，插入在此處。截取北航課件行星輪系動(dòng)畫，插入在此處。w

H-w

H周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)周轉(zhuǎn)輪系w

H-

w

H=0假想定軸輪系“-”的意義？注：表達(dá)式中w1、wn、wH帶正負(fù)號(hào)的代數(shù)量。若基本構(gòu)件的實(shí)際轉(zhuǎn)速方向相反，則w的正負(fù)號(hào)應(yīng)該不同。周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算公式1）對(duì)差動(dòng)齒輪：2）對(duì)行星齒輪：推廣到一般情況：注意事項(xiàng)：（1）該式僅僅適用于G、K和

H三者軸線平行（或重合）的情況。（2）式中的“

”不表示周轉(zhuǎn)輪系中的G輪和K輪的實(shí)際轉(zhuǎn)向關(guān)系。（3）ωG

、

ωK

、

ωH

三個(gè)參數(shù)均為代數(shù)值，用該式計(jì)算時(shí)，必須注意已知數(shù)值的正、負(fù)號(hào)。例1：z1=15，z2=25，z2’=20，z3=60

求：i1H？試判斷H為輸入構(gòu)件時(shí)，該輪系是減速還是增速？解：增速。，，

例題在如圖所示的輪系中，已知：z1=30，z2=25，z2=20，z3=75；齒輪1的轉(zhuǎn)速為210r/min（箭頭向上），齒輪3的轉(zhuǎn)速為54r/min（箭頭向下），求行星架轉(zhuǎn)速的大小和方向。解：負(fù)號(hào)表示nH

的轉(zhuǎn)向與n1

相反，與n3相同。，，

例題在如圖所示的輪系中，已知：z1=20，z2=24，z2=30，z3=40；n1=200r/min，n3=100r/min，

n1與n3的轉(zhuǎn)向相反。求nH

。解：負(fù)號(hào)表示nH

的轉(zhuǎn)向與n1

相反，與n3相同。?正確解答：周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算方法周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)：假想的定軸輪系計(jì)算轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比-

w

H上角標(biāo)H正負(fù)號(hào)問題例2：z1=18，z2=36，z2’=33，z3=90

z4=87。求：i14解：對(duì)于行星輪系1-2-3-H對(duì)于行星輪系4-2`-2-3-H最后可得總傳動(dòng)比為例3：z1=z2=48，z2’=18,z3=24，w1=250rad/s，w3=100rad/s，方向如圖所示。求：wH2H2‘31例3：z1=z2=48，z2’=18,z3=24，w1=250rad/s，w3=100rad/s，方向如圖所示。求：wH2H2‘31解：討論：能否用公式表示齒輪1和齒輪2的關(guān)系？?21.2.3混合輪系的傳動(dòng)比計(jì)算

混合輪系傳動(dòng)比的求解方法：將混合輪系分解為幾個(gè)基本輪系；分別計(jì)算各基本輪系的傳動(dòng)比；尋找各基本輪系之間的關(guān)系；聯(lián)立求解?；据喯档膭澐中行禽喯禇U中心輪周轉(zhuǎn)輪系定軸輪系例4：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，

z5=81，z6=80求：i16122‘344‘56H例4：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，

z5=81，z6=80求：i16122‘344‘56H對(duì)于定軸齒輪機(jī)構(gòu)1-2有：解：例4：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，

z5=81，z6=80求：i16122‘344‘56H對(duì)于定軸齒輪機(jī)構(gòu)1-2有：對(duì)于行星輪系5-4-4’-6-H有：解：例4：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，

z5=81，z6=80求：i16122‘344‘56H對(duì)于定軸齒輪機(jī)構(gòu)1-2有：對(duì)于行星輪系5-4-4’-6-H有：又有：解：得：例5：如圖為某渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)減速器，已知發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速，各輪齒數(shù)計(jì)算螺旋槳的轉(zhuǎn)速，并判斷轉(zhuǎn)向（與同向還是反向）例5：如圖為某渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)減速器，已知發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速，各輪齒數(shù)計(jì)算螺旋槳的轉(zhuǎn)速，并判斷轉(zhuǎn)向（與同向還是反向）解：如圖可知，齒輪1、2、3和系桿H組成一差動(dòng)輪系，齒輪3`、4、5組成定軸輪系對(duì)于差動(dòng)輪系1-2-3-H例5：如圖為某渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)減速器，已知發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速，各輪齒數(shù)計(jì)算螺旋槳的轉(zhuǎn)速，并判斷轉(zhuǎn)向（與同向還是反向）解：如圖可知，齒輪1、2、3和系桿H組成一差動(dòng)輪系，齒輪3`、4、5組成定軸輪系對(duì)于差動(dòng)輪系1-2-3-H對(duì)于定軸輪系3`-4-5由于則由為“+”，知與轉(zhuǎn)向相同輪系的功用輪系的功用一對(duì)齒輪:i<8輪系的傳動(dòng)比i可達(dá)很大值。

1）獲得較大的傳動(dòng)比大傳動(dòng)比行星輪系視頻：實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比取

z1=z2

=100,z2=99,z3

＝101，則：2）實(shí)現(xiàn)變速換向傳動(dòng)

在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不變的條件下，利用輪系可以使從動(dòng)輪獲得若干種轉(zhuǎn)速或改變輸出軸的轉(zhuǎn)向，這種傳動(dòng)稱為變速換向傳動(dòng)。汽車齒輪變速箱傳動(dòng)示意圖3）實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)

當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速一定時(shí)，利用定軸輪系使一個(gè)輸入轉(zhuǎn)速同時(shí)傳到若干個(gè)輸出軸上，獲得所需的各種轉(zhuǎn)速，這種傳動(dòng)稱為分路傳動(dòng)。輸入輸出輸出輸出4）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成兩個(gè)輸入，一個(gè)輸出運(yùn)動(dòng)合成差動(dòng)輪系用于運(yùn)動(dòng)合成5）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解一個(gè)輸入，兩個(gè)輸出運(yùn)動(dòng)分解汽車后橋差速器汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解獲得較大的傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)變速換向傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解小結(jié)輪系的功用：5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計(jì)及各輪齒數(shù)的確定

在設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)輪系時(shí)，除了各輪齒數(shù)的確定除了滿足單級(jí)齒輪傳動(dòng)齒數(shù)選擇的原則外，還必須滿足傳動(dòng)比條件、同心條件、裝配條件以及鄰接條件。5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計(jì)及各輪齒數(shù)的確定現(xiàn)以基本型式的行星輪系為例討論。齒數(shù)與行星輪數(shù)的確定5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計(jì)及各輪齒數(shù)的確定1）傳動(dòng)比條件2）同心條件

中心輪1和行星輪2組成外嚙合，中心輪3與行星輪2組成內(nèi)嚙合，同心條件就是要求這兩組傳動(dòng)的中心距必須相等。5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計(jì)及各輪齒數(shù)的確定3）裝配條件

欲將行星輪均勻地分布安裝在中心輪的四周，則行星輪系中兩中心輪的齒數(shù)之和應(yīng)能被行星輪數(shù)整除。5.4周轉(zhuǎn)輪系的設(shè)計(jì)及各輪齒數(shù)的確定4）鄰接條件保證相鄰兩個(gè)行星輪運(yùn)動(dòng)時(shí)齒頂不發(fā)生相互碰撞的條件。特殊輪系簡(jiǎn)介漸開線少齒差行星傳動(dòng)

擺線針輪行星傳動(dòng)

諧波齒輪傳動(dòng)其他輪系簡(jiǎn)介視頻：漸開線少齒差行星傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程（15秒）5.5其他輪系簡(jiǎn)介1）漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)

少齒差行星齒輪系銷孔式輸出機(jī)構(gòu)原理圖5.5其他輪系簡(jiǎn)介1）漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)2）擺線針輪傳動(dòng)擺線針輪傳動(dòng)原理圖5.5其他輪系簡(jiǎn)介5.5其他輪系簡(jiǎn)介視頻：擺線針輪行星傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程（15秒）2）擺線針輪傳動(dòng)3）諧波齒輪傳動(dòng)組成：具有內(nèi)齒的剛輪、具有外齒的柔輪和波發(fā)生器H。通常將波發(fā)生器作為主動(dòng)件，而剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。5.5其他輪系簡(jiǎn)介諧波齒輪傳動(dòng)示意圖5.5