機(jī)械原理第六章(2011.05.10)

機(jī)械原理第六章輪系及其設(shè)計(jì)哈爾濱工業(yè)大學(xué)主講：焦映厚2011年05月10日第六章輪系及其設(shè)計(jì)§6-1輪系的類型與應(yīng)用一、輪系的分類1．定軸輪系輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果各齒輪軸線的位置都固定不動(dòng)，則稱之為定軸輪系（或稱為普通輪系）。2143定軸輪系2．周轉(zhuǎn)輪系輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，至少有一個(gè)齒輪軸線的位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)，則稱該輪系為周轉(zhuǎn)輪系。按照自由度數(shù)目的不同，又可將周轉(zhuǎn)輪系分為兩類：1）差動(dòng)輪系自由度為2系桿中心輪（主動(dòng)）行星輪行星輪系桿中心輪（主動(dòng)）２）行星輪系自由度為１行星輪系桿中心輪（主動(dòng)）中心輪（固定）周轉(zhuǎn)輪系復(fù)合輪系復(fù)合輪系二、輪系的功用1．實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的兩軸之間的傳動(dòng)2．實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)3．實(shí)現(xiàn)變速變向傳動(dòng)4．實(shí)現(xiàn)大速比和大功率傳動(dòng)兩組輪系傳動(dòng)比相同，但是結(jié)構(gòu)尺寸不同5．實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解運(yùn)動(dòng)輸入運(yùn)動(dòng)輸出行星錐環(huán)無級(jí)變速器輪系在無級(jí)變速器中的應(yīng)用§6-2輪系的傳動(dòng)比計(jì)算一、定軸輪系的傳動(dòng)比輸入軸與輸出軸之間的傳動(dòng)比為:輪系中各對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)比大小為：一般定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算公式為：如何確定平面定軸輪系中的轉(zhuǎn)向關(guān)系？一對(duì)外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)兩輪的轉(zhuǎn)向相反，其傳動(dòng)比前應(yīng)加“－”號(hào)一對(duì)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)兩輪的轉(zhuǎn)向相同，其傳動(dòng)比前應(yīng)加“+”號(hào)該輪系中有3對(duì)外嚙合齒輪，則其傳動(dòng)比公式前應(yīng)加(1)3

若傳動(dòng)比的計(jì)算結(jié)果為正，則表示輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)向相同，為負(fù)則表示轉(zhuǎn)向相反。如何確定空間定軸輪系中的轉(zhuǎn)向關(guān)系？空間定軸輪系傳動(dòng)比前的“+”、“－”號(hào)沒有實(shí)際意義空間定軸輪系中含有軸線不平行的齒輪傳動(dòng)不平行不平行“+”、“－”不能表示不平行軸之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系如何表示一對(duì)平行軸齒輪的轉(zhuǎn)向？機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖投影方向齒輪回轉(zhuǎn)方向線速度方向用線速度方向表示齒輪回轉(zhuǎn)方向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖投影方向如何表示一對(duì)圓錐齒輪的轉(zhuǎn)向？

齒輪回轉(zhuǎn)方向線速度方向表示齒輪回轉(zhuǎn)方向投影線速度方向用線速度方向表示齒輪回轉(zhuǎn)方向向方影投機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如何表示蝸桿蝸輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)向？蝸輪回轉(zhuǎn)方向蝸桿上一點(diǎn)線速度方向向方影投蝸桿回轉(zhuǎn)方向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖右旋蝸桿表示蝸桿、蝸輪回轉(zhuǎn)方向蝸桿旋向影響蝸輪的回轉(zhuǎn)方向如何判斷蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)向？右旋蝸桿左旋蝸桿以左手握住蝸桿，四指指向蝸桿的轉(zhuǎn)向，則拇指的指向?yàn)閲Ш宵c(diǎn)處蝸輪的線速度方向。左手規(guī)則右手規(guī)則以右手握住蝸桿，四指指向蝸桿的轉(zhuǎn)向，則拇指的指向?yàn)閲Ш宵c(diǎn)處蝸輪的線速度方向。蝸桿的轉(zhuǎn)向二、周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法（轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法）周轉(zhuǎn)輪系

定軸輪系（轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)）定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式求解周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比反轉(zhuǎn)法周轉(zhuǎn)輪系給整個(gè)周轉(zhuǎn)輪系加一個(gè)與系桿H的角速度大小相等、方向相反的公共角速度ωHωH構(gòu)件名稱原周轉(zhuǎn)輪系中各構(gòu)件的角速度轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的角速度系桿ＨwＨ中心輪１行星輪２中心輪３在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中系桿H變成了機(jī)架把一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化成了定軸輪系構(gòu)件名稱原周轉(zhuǎn)輪系中各構(gòu)件的角速度轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的角速度系桿ＨwＨ中心輪１中心輪３計(jì)算該轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（定軸輪系）的傳動(dòng)比：輸入軸輸出軸給定差動(dòng)輪系，三個(gè)基本構(gòu)件的角速度ω１、ω２、ωH中的任意兩個(gè)，便可由該式求出第三個(gè)，從而可求出三個(gè)中任意兩個(gè)之間的傳動(dòng)比。特別當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)三、混合輪系的傳動(dòng)比什么是混合輪系？系桿系桿回轉(zhuǎn)方向?yàn)榱税岩粋€(gè)周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系，通常采用反轉(zhuǎn)法。隨機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于系桿把這種由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系或者由兩個(gè)以上的周轉(zhuǎn)輪系組成的，不能直接用反轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)化為定軸輪系的輪系，稱為混合輪系例題已知各輪齒數(shù)及ω6，求ω3的大小和方向。周轉(zhuǎn)輪系定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比為把該輪系分為兩部分代入齒數(shù)§6-4行星輪系的設(shè)計(jì)一、行星輪系的類型選擇選擇傳動(dòng)類型時(shí)，應(yīng)考慮的幾個(gè)因素：傳動(dòng)比的要求、傳動(dòng)的效率、外廓結(jié)構(gòu)尺寸和制造及裝配工藝等。１、滿足傳動(dòng)比的要求傳動(dòng)比實(shí)用范圍：傳動(dòng)比：負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)減速傳動(dòng)輸入輸出傳動(dòng)比實(shí)用范圍：傳動(dòng)比：負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)減速傳動(dòng)減速傳動(dòng)負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)輸入輸出輸入輸出傳動(dòng)比實(shí)用范圍：傳動(dòng)比：負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)減速傳動(dòng)輸入輸出輸入輸出正號(hào)機(jī)構(gòu)當(dāng)其轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比時(shí)減速傳動(dòng)當(dāng)時(shí)增速傳動(dòng)可達(dá)很大值輸出輸出增速比很大，但自鎖輸入２、考慮傳動(dòng)效率不管是增速傳動(dòng)還是減速傳動(dòng)，負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)的效率一般總比正號(hào)機(jī)構(gòu)的效率高。如果設(shè)計(jì)的輪系用于動(dòng)力傳動(dòng)，要求效率較高，應(yīng)該采用負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)。如果設(shè)計(jì)的輪系還要求具有較大的傳動(dòng)比，而單級(jí)負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)又不能滿足要求時(shí)，則可將幾個(gè)負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)串聯(lián)起來，或采用負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)與定軸輪系組成的混合輪系來獲得較大的傳動(dòng)比。正號(hào)機(jī)構(gòu)一般用在傳動(dòng)比大、而對(duì)效率沒有較高要求的場合。

在選用封閉式行星輪系時(shí)，要特別注意輪系中的功率流問題，如輪系的型式及有關(guān)參數(shù)選擇不當(dāng)，可能會(huì)形成有一部分功率只在輪系的內(nèi)部循環(huán)，而不能向外輸出的情況，即形成所謂的封閉功率流。這種封閉的功率流將增大功率的損耗，使輪系的效率降低，對(duì)輪系的效率極為不利。二、行星輪系各輪齒數(shù)和行星輪數(shù)目的選擇1、傳動(dòng)比條件行星輪系必須能實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比根據(jù)傳動(dòng)比確定各齒輪的齒數(shù)2、同心條件系桿的回轉(zhuǎn)軸線應(yīng)與中心輪的軸線相重合若采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪或高度變位齒輪傳動(dòng)，則同心條件為上式表明兩中心輪的齒數(shù)應(yīng)同時(shí)為奇數(shù)或偶數(shù)如采用角變位齒輪傳動(dòng)，則同心條件按節(jié)圓半徑計(jì)算3、裝配條件為使各個(gè)行星輪都能均勻分布地裝入兩個(gè)中心輪之間，行星輪的數(shù)目與各輪齒數(shù)之間必須有一定的關(guān)系。否則，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)行星輪裝好后，其余行星輪便可能無法均布安裝。設(shè)有k個(gè)均布的行星輪，則相鄰兩行星輪間所夾的中心角為：將第一個(gè)行星輪在位置I裝入III設(shè)輪3固定，系桿H沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過達(dá)到位置II。這時(shí)中心輪1轉(zhuǎn)過角若在位置I又能裝入第二個(gè)行星輪則此時(shí)中心輪1轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)于整數(shù)個(gè)齒兩中心輪的齒數(shù)z1、z3之和應(yīng)能被行星輪個(gè)數(shù)k所整除這種行星輪系的裝配條件4、鄰接條件保證相鄰兩行星輪不致相碰，稱為鄰接條件。相鄰兩行星輪的中心距應(yīng)大于行星輪齒頂圓直徑，齒頂才不致相碰。采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)綜上所述1、傳動(dòng)比條件2、同心條件3、裝配條件4、鄰接條件

為了設(shè)計(jì)時(shí)便于選擇各輪的齒數(shù)，通常把前三個(gè)條件合并為一個(gè)總的配齒公式減少行星輪數(shù)目k或增加齒輪的齒數(shù)確定各輪齒數(shù)的步驟：先根據(jù)配齒公式選定z1和k使得在給定傳動(dòng)比的前提下N、和均為正整數(shù)驗(yàn)算鄰接條件滿足不滿足結(jié)束三、行星輪系的均載為了使行星傳動(dòng)中各個(gè)行星輪間的載荷均勻分布，提高行星傳動(dòng)裝置的承載能力和使用壽命，通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取均載措施。1、柔性浮動(dòng)自位均載方法柔性浮動(dòng)自位的基本原理是假設(shè)在三個(gè)行星輪的條件下，行星輪與中心輪的三個(gè)嚙合點(diǎn)就能確定一個(gè)圓周的位置（三點(diǎn)定圓），而這個(gè)圓周位置的確定，則是靠浮動(dòng)構(gòu)件在各嚙合點(diǎn)處作用力作用下移動(dòng)到均衡的位置，從而實(shí)現(xiàn)行星輪間載荷均勻分配的目的。柔性浮動(dòng)自位是靠中心輪、行星輪或行星架三個(gè)構(gòu)件之一或之二浮動(dòng)，并且通常還使中心輪具有足夠的柔性來保證行星輪間的載荷均布。2、采用彈性結(jié)構(gòu)的均載方法利用彈性構(gòu)件的彈性變形使各個(gè)行星輪均勻分擔(dān)載荷（1）靠齒輪本身彈性變形的均載機(jī)構(gòu)薄壁內(nèi)齒輪細(xì)長撓性軸太陽輪的彈性均載（2）采用彈性襯套的均載方法

內(nèi)齒輪與內(nèi)齒輪的支承座之間或行星輪與行星輪軸間加入彈性元件，利用彈性元件的彈性變形達(dá)到均載的目的?！?-5其它行星傳動(dòng)簡介一、漸開線少齒差行星傳動(dòng)中心輪1固定系桿H為輸入軸V為輸出軸行星輪2等角速比機(jī)構(gòu)3銷孔銷軸這種輪系的傳動(dòng)比越小齒數(shù)差傳動(dòng)比越大當(dāng)時(shí)傳動(dòng)比出現(xiàn)最大值1）一齒差行星傳動(dòng)輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)向相反。2）為保證一齒差行星傳動(dòng)的內(nèi)外齒輪裝配，兩個(gè)齒輪均需要變位，以避免產(chǎn)生干涉而不能轉(zhuǎn)動(dòng)。注意二、諧波齒輪傳動(dòng)H為波發(fā)生器，它相當(dāng)于行星輪系中的系桿，運(yùn)動(dòng)由此輸入。齒輪1為剛輪，其齒數(shù)為z1，它相當(dāng)于中心輪齒輪2為柔輪，其齒數(shù)為z2，可產(chǎn)生較大的彈性變形，它相當(dāng)于行星輪。運(yùn)動(dòng)由此輸出。諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比與漸開線少齒差行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算公式完全一樣。三波傳動(dòng)雙波傳動(dòng)雙波傳動(dòng)最常用諧波傳動(dòng)的齒數(shù)差應(yīng)等于波數(shù)或波數(shù)的整數(shù)倍為了實(shí)際加工的方便，諧波齒輪的齒形，多