高職-機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)課件第11章

第11章齒輪系、減速器及無級(jí)變速傳動(dòng)

（時(shí)間：1次課，2學(xué)時(shí)）第11章齒輪系、減速器及無級(jí)變速傳動(dòng)

教學(xué)目標(biāo)：

在大部分機(jī)器中，只用一對(duì)齒輪傳動(dòng)往往是不夠的。例如起重機(jī)要求將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速通過減速器變成卷筒的低轉(zhuǎn)速；機(jī)床要求將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速通過變速器變?yōu)橹鬏S的多種轉(zhuǎn)速；汽車需要通過差速器將發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的運(yùn)動(dòng)，利用地面摩擦自動(dòng)分解為左右兩后車輪的運(yùn)動(dòng)。以上所提到的減速器、變速器、差速器，都是采用一系列互相嚙合的齒輪，將主動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)傳到從動(dòng)軸，這一系列齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，叫做齒輪系，簡(jiǎn)稱輪系。第11章齒輪系、減速器及無級(jí)變速傳動(dòng)

重點(diǎn)與難點(diǎn)：齒輪輪系概念及其分類定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算行星輪系傳動(dòng)特點(diǎn)及傳動(dòng)比的計(jì)算混合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算減速器的形式、特點(diǎn)及應(yīng)用齒輪減速器的潤滑標(biāo)準(zhǔn)減速器的主要參數(shù)無級(jí)變速傳動(dòng)原理第11章齒輪系、減速器及無級(jí)變速傳動(dòng)案例導(dǎo)入：

用兩種齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)導(dǎo)入。提出定軸輪系和行星輪系的概念、行星輪系的組成，推導(dǎo)出定軸輪系和行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算公式，闡述如何區(qū)分混合輪系及其傳動(dòng)比如何計(jì)算，介紹輪系的應(yīng)用。

11.1齒輪系及其分類11.2定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算11.3行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算11.4混合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算11.5齒輪系的功用11.6齒輪減速器11.7無級(jí)變速傳動(dòng)簡(jiǎn)介11.8幾種機(jī)械傳動(dòng)的比較11.9本章實(shí)訓(xùn)輪系應(yīng)用及變速計(jì)算11.10習(xí)題與練習(xí)

第11章齒輪系、減速器及無級(jí)變速傳動(dòng)11.1齒輪系及其分類11.1.1齒輪系分類11.1.2行星輪系傳動(dòng)及其特點(diǎn)11.1齒輪系及其分類由一對(duì)齒輪組成的機(jī)構(gòu)是齒輪傳動(dòng)的最簡(jiǎn)單形式。但在實(shí)際工作中，往往采用一系列相互嚙合的齒輪，形成一個(gè)傳動(dòng)裝置，來滿足傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的要求。這種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。11.1.1齒輪系分類根據(jù)輪系傳動(dòng)時(shí)各齒輪的軸線在空間的相對(duì)位置是否固定，輪系可分為兩種基本類型：定軸輪系和行星輪系。11.1.2行星輪系傳動(dòng)及其特點(diǎn)如圖11.4所示的行星輪系，齒輪2空套在構(gòu)件H的小軸上，當(dāng)構(gòu)件H定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪2一方面繞自己的幾何軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又隨構(gòu)件H繞輪系的主軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這種既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)的齒輪2稱為行星輪，輪系中有無行星輪是判斷行星輪系的主要標(biāo)志，用來支持行星輪的構(gòu)件H稱為行星架，與行星輪相嚙合且軸線固定的齒輪1和3稱為中心輪或太陽輪。行星架與中心輪的幾何軸線必須重合，這是行星輪系能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的條件。為了使轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的慣性力平衡及減輕輪齒上的載荷，常常采用幾個(gè)完全相同的行星輪均勻地分布在中心輪的周圍同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。而這種行星輪的個(gè)數(shù)對(duì)行星輪系的運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)比沒有任何影響，所以在機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖中只畫一個(gè)行星輪。11.1.2行星輪系傳動(dòng)及其特點(diǎn)(a)(b)圖11.4行星輪系11.2定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算11.2.1一對(duì)齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算及主、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向關(guān)系11.2.2定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算11.2.3確定首、末輪轉(zhuǎn)向關(guān)系11.2.4惰輪的作用

11.2.1一對(duì)齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算及主、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向關(guān)系

1.圓柱齒輪圖11.5中的(a)、(b)圖是傳遞平行軸間回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圓柱齒輪，其傳動(dòng)比為式中：n1、

n2分別表示主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，

z1、

z2分別表示主、從動(dòng)輪的齒數(shù)。外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)，兩輪轉(zhuǎn)向相反，取“-”號(hào)；內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)，兩輪轉(zhuǎn)向相同，取“+”號(hào)。也可以用圖中畫箭頭的方法表示兩輪的轉(zhuǎn)向，外嚙合箭頭相反，內(nèi)嚙合箭頭相同。11.2.1一對(duì)齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算及主、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向關(guān)系

(a)(b)(c)(d)圖11.5一對(duì)齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向11.2.2定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算

用圖11.1為例計(jì)算傳動(dòng)比，找出定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法。如圖11.1所示的輪系中，Ⅰ軸是輸入軸，帶動(dòng)齒輪1回轉(zhuǎn)，Ⅳ軸是輸出軸，帶動(dòng)齒輪6回轉(zhuǎn)。z1、z2、、z3、、z4為各齒輪的齒數(shù)，n1、n2、(=n2)、n3、(=n3)、n4為各齒輪的轉(zhuǎn)速，輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速比就是輪系的傳動(dòng)比，可以通過各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比求出。11.2.3確定首、末輪轉(zhuǎn)向關(guān)系

對(duì)于平面定軸輪系，首、末兩輪的相對(duì)轉(zhuǎn)向關(guān)系可以用傳動(dòng)比的正負(fù)號(hào)表示。i1N為負(fù)號(hào)時(shí)，說明首、末兩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反；i1N為正號(hào)時(shí)，說明首、末兩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。正負(fù)號(hào)根據(jù)外嚙合齒輪的對(duì)數(shù)確定：奇數(shù)為負(fù)，偶數(shù)為正。也可用畫箭頭的方法來表示首、末兩輪轉(zhuǎn)向關(guān)系。對(duì)于空間定軸輪系，若首、末兩輪的軸線不平行，只能用畫箭頭的方法判斷兩輪的轉(zhuǎn)向，傳動(dòng)比取正號(hào)，但這個(gè)正號(hào)并不表示轉(zhuǎn)向關(guān)系。11.2.4惰輪的作用

由圖11.7中可以看到齒輪4同時(shí)與齒輪3'和齒輪5嚙合，與齒輪3'嚙合時(shí)是從動(dòng)輪，與齒輪5嚙合時(shí)是主動(dòng)輪，由例11.2傳動(dòng)比的計(jì)算公式中可以看出，它的齒數(shù)對(duì)傳動(dòng)比的大小沒有影響，只增加了外嚙合的次數(shù)，從而改變輪系傳動(dòng)比的符號(hào)。這種齒輪叫惰輪或介輪。

11.3行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算如圖11.8(a)所示為一行星輪系，在該輪系中，齒輪1和3及行星架H互相重合統(tǒng)固定的幾何軸線O1、O3、OH

轉(zhuǎn)動(dòng)，而齒輪2空套在行星架H的小軸O2上。當(dāng)行星架H轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪2既繞自己的幾何軸線O2自轉(zhuǎn)，又隨行星架H繞固定的幾何軸線OH公轉(zhuǎn)，不是繞定軸的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)動(dòng)，不能直接用求定軸輪系傳動(dòng)比的方法來求行星輪系的傳動(dòng)比。為了求出行星輪系的傳動(dòng)比，可以假想給整個(gè)行星輪系加上一個(gè)與行星架的轉(zhuǎn)速大小相等而方向相反的公共轉(zhuǎn)速“-nH”，輪系中各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系并不因之改變，但此時(shí)行星架變?yōu)橄鄬?duì)靜止不動(dòng)，行星輪的軸線也隨之相對(duì)固定，行星輪系轉(zhuǎn)化為假想的“定軸輪系”。這個(gè)經(jīng)轉(zhuǎn)化后得到的假想定軸輪系，稱為該行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系。即將圖11.8的圖(a)轉(zhuǎn)化為圖(b)，即當(dāng)給整個(gè)行星輪系加上一個(gè)繞軸線OH的大小為nH

、方向與nH的方向相反的公共轉(zhuǎn)速后，行星架的轉(zhuǎn)速為0，這樣可使所有齒輪的幾何軸線位置全部固定，變成了可以用定軸輪系的方法來求解行星輪系的傳動(dòng)比。這種方法叫轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法。

11.3行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算(a)(b)圖11.8轉(zhuǎn)化輪系11.4混合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算混合輪系一般是由定軸輪系與行星輪系或由幾個(gè)行星輪系復(fù)合而構(gòu)成的。混合輪系就不能轉(zhuǎn)化為基本的定軸輪系或者行星輪系，所以不能用一個(gè)公式來求解其傳動(dòng)比，必須首先將各個(gè)基本的定軸輪系或者行星輪系劃分出來，然后分別列出各部分的傳動(dòng)比的計(jì)算公式，最后聯(lián)立求解。11.5齒輪系的功用輪系被十分廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，其主要功用可歸納為以下幾個(gè)方面。1.實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的兩軸之間的傳動(dòng)如果僅用一對(duì)齒輪傳動(dòng)在距離較遠(yuǎn)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)，如圖11.12所示的齒輪1和2在傳遞軸Ⅰ和Ⅱ間運(yùn)動(dòng)，則兩輪的尺寸必然很大；如果采用一系列齒輪傳動(dòng)，如圖11.12中所示的齒輪a、b、c、d，則可使機(jī)構(gòu)總體尺寸縮小。能節(jié)省材料和減輕機(jī)器的重量。11.5齒輪系的功用圖11.12輪系應(yīng)用

11.5齒輪系的功用2.實(shí)現(xiàn)變速換向和分路傳動(dòng)在實(shí)際生產(chǎn)中常需要通過一系列的減速傳動(dòng)才能得到所需的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，如果只用一對(duì)齒輪傳動(dòng)是無法滿足使用要求的，如汽車變速箱、機(jī)床變速箱等，在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不變的條件下，利用輪系可使從動(dòng)軸獲得多種工作轉(zhuǎn)速。如圖11.13所示的滑移齒輪換向機(jī)構(gòu)，軸Ⅰ上裝有齒輪z1和z1'，滑移齒輪z2裝在花鍵軸Ⅱ上可沿軸向移動(dòng)，中間軸上裝有空套齒輪z0。當(dāng)滑動(dòng)齒輪z2處于左位時(shí)，與z1'相嚙合，軸Ⅱ的轉(zhuǎn)向與軸I相反；當(dāng)滑動(dòng)齒輪z2處于右位(圖示位置)時(shí)，軸I的運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪z1、z0和z2，傳給軸Ⅱ，軸Ⅱ與軸I的轉(zhuǎn)向相同。在軸I轉(zhuǎn)向不變的情況下，通過改變齒輪的軸向位置，就能改變軸Ⅱ旋轉(zhuǎn)方向。11.5齒輪系的功用圖11.13滑移齒輪的換向作用

11.5齒輪系的功用3.獲得大的傳動(dòng)比一對(duì)齒輪嚙合能獲得的傳動(dòng)比一般為5～7。當(dāng)需要較大的傳動(dòng)比時(shí)，采用定軸輪系或行星輪系均可滿足要求，尤其是行星輪系能在構(gòu)件數(shù)量較少的情況下獲得大的傳動(dòng)比。4.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解

利用行星輪系中差動(dòng)輪系的特點(diǎn)，可以將兩個(gè)輸入轉(zhuǎn)動(dòng)合成為一個(gè)輸出轉(zhuǎn)動(dòng)。

11.6齒輪減速器11.6.1減速器的結(jié)構(gòu)11.6.2常用減速器的形式、特點(diǎn)及應(yīng)用11.6.3減速器的潤滑11.6.4齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介11.6齒輪減速器減速器是位于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的機(jī)械傳動(dòng)裝置。因其傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，壽命長，使用維護(hù)方便，得到很廣泛的應(yīng)用。它的主要參數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)廠家進(jìn)行生產(chǎn)。11.6.1減速器的結(jié)構(gòu)

減速器是由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，是輪系應(yīng)用的常見形式。通常安裝在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間，起降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩的作用。減速器的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮軸的位置、與原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的連接、支承方式等。軸的位置一般由工作機(jī)械的要求來確定。大多數(shù)軸的位置是水平的，以利于密封。箱體是剖分的，給加工、裝配和維修帶來方便。批量生產(chǎn)時(shí)采用灰鑄鐵，具有良好的減振、吸振作用。傳動(dòng)零部件齒輪或蝸桿、蝸輪等安裝在軸上，軸通過軸承支承在箱體中，并有密封和潤滑裝置來保證減速器在工作中正常運(yùn)轉(zhuǎn)。11.6.2常用減速器的形式、特點(diǎn)及應(yīng)用

減速器的類型很多，按傳動(dòng)件類型不同可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器、齒輪蝸桿減速器和行星齒輪減速器等。各類減速器的形式、特點(diǎn)及應(yīng)用如下所述。11.6.3減速器的潤滑

減速器中傳動(dòng)件除個(gè)別情況外，多采用油潤滑，其主要潤滑方式為浸油潤滑，高速傳動(dòng)時(shí)為噴油潤滑。11.6.4齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了圓柱齒輪減速器的中心矩、公稱傳動(dòng)比等基本參數(shù)，以使得減速器及其主要零部件的尺寸規(guī)格簡(jiǎn)化統(tǒng)一，便于各級(jí)間傳動(dòng)比等強(qiáng)度搭配和結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)模塊化組合設(shè)計(jì)，減少零件、毛坯的品種規(guī)格，提高互換性和通用性，易于形成批量生產(chǎn)，降低成本、擴(kuò)充系列。以下介紹通用標(biāo)準(zhǔn)齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)。11.7無級(jí)變速傳動(dòng)簡(jiǎn)介無級(jí)變速傳動(dòng)有機(jī)械無級(jí)變速、液力無級(jí)變速和變頻調(diào)速，它們的共同特點(diǎn)是都可以對(duì)負(fù)載進(jìn)行無級(jí)變速。機(jī)械無級(jí)變速和其他無級(jí)變速相比具有恒功率特性好，可升、降速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，可制成獨(dú)立部件，適用性強(qiáng)，變速比可達(dá)10～40；但是壓緊力大，壽命稍短，承受過載及沖擊的能力差，有滑動(dòng)，不宜用于內(nèi)傳動(dòng)鏈，對(duì)滾動(dòng)體的材質(zhì)和工藝要求較高；主要用于中、小型功率傳動(dòng)。液力調(diào)速是利用液力耦合器工作腔內(nèi)工作油液的動(dòng)量矩變化，來傳遞電機(jī)能量。電機(jī)通過液力耦合器的輸入軸拖動(dòng)其主動(dòng)工作輪(泵輪)，對(duì)工作油進(jìn)行加速，被加速的工作油沖擊液力耦合器的從動(dòng)工作輪(蝸輪)，通過輸出軸又把工作油的能量傳遞給負(fù)載。這樣可以利用某種裝置，控制工作腔內(nèi)參與能量傳遞的工作油的多少，來控制負(fù)載的轉(zhuǎn)速。11.8幾種機(jī)械傳動(dòng)的比較機(jī)械傳動(dòng)的常見形式有：齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等。不同的傳動(dòng)形式有其各自的特點(diǎn)和適用范圍，見表11.2。(表見電子文檔)

11.9本章實(shí)訓(xùn)輪系應(yīng)用及變速計(jì)算

實(shí)訓(xùn)目的1.通過對(duì)普通車床變速箱的實(shí)際操作，熟悉并掌握車床變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)原理。2.了解并掌握輪系結(jié)構(gòu)的基本形式，掌握車床變速箱的各級(jí)轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法和方法。3.了解惰輪的作用。11.9本章實(shí)訓(xùn)輪系應(yīng)用及變速計(jì)算

實(shí)訓(xùn)過程1.熟悉車床變速箱傳動(dòng)原理圖。2.實(shí)際操作變速換擋，使主軸獲得不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。3.準(zhǔn)備各種工具，如活扳手、脹鉗等，看清軸系結(jié)構(gòu)及齒輪間嚙合關(guān)系，注意使車床主軸反轉(zhuǎn)時(shí)齒輪的嚙合關(guān)系。4.計(jì)算車床主軸正反轉(zhuǎn)時(shí)各檔轉(zhuǎn)速值。實(shí)訓(xùn)總結(jié)通過對(duì)普通車床變速箱的實(shí)際操作，熟悉并掌握車床變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)原理。掌握車床變速箱的各級(jí)轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法，為以后產(chǎn)品的機(jī)械部分齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。11.10習(xí)題與練習(xí)1.填空題(1) 由一系列相互嚙合的齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為________，按其傳動(dòng)時(shí)各齒輪的________在空間的相對(duì)位置是否________，可將輪系分為________和________兩大類。(2) 定軸輪系的傳動(dòng)比是指輪系中________與________之比，其大小等于輪系中________與______________之比。(3) 輪系中的惰輪只改變從動(dòng)輪的________，而不改變主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的________大小。(4) 平行軸傳動(dòng)的定軸輪系中，若外嚙合的齒輪副數(shù)量為偶數(shù)時(shí)，輪系首輪與末輪的回轉(zhuǎn)方向________；為奇數(shù)時(shí)，首輪與末輪的回轉(zhuǎn)方向________。(5) 周轉(zhuǎn)輪系由________、________和________三種基本構(gòu)件組成。按________，周轉(zhuǎn)輪系可分為_____________和_____________兩大類。11.10習(xí)題與練習(xí)2.選擇題(1) 輪系()。A.不能獲得很大的傳動(dòng)比 B.不適宜做較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)C.可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成但不能分解運(yùn)動(dòng) D.可以實(shí)現(xiàn)變和變速要求。(2) 定軸輪系的傳動(dòng)比大小與輪系中惰輪的齒數(shù)()。A.有關(guān) B.無關(guān)C.成正比 D.成反比(3) 如題3圖所示，齒輪A固定不動(dòng)，zA=zB，若行星架H順時(shí)針回轉(zhuǎn)1周，則齒輪B回轉(zhuǎn)()。A.1/2周 B.1周C.2周 D.4周11.10習(xí)題與練習(xí)3.判斷題(1)平行軸傳動(dòng)的定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式中的(-1)的指數(shù)m表示輪系中相嚙合的圓柱齒輪的對(duì)數(shù)。 ()(2)輪系中使用惰輪，既可變速，又可變向。 ()