機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).第五章-輪系機(jī)構(gòu)

第5章輪系

主動(dòng)輪從動(dòng)輪

問題：大傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)i=12i=60i=720時(shí)針：1圈分針：12圈秒針：720圈12小時(shí)問題：變速、換向輪系：由一系列彼此嚙合的齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，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。第5章輪系§5－1輪系的類型§5－2定軸輪系及其傳動(dòng)比§5－3周轉(zhuǎn)輪系及其傳動(dòng)比§5－4復(fù)合輪系及其傳動(dòng)比§5－5輪系的應(yīng)用§5－6幾種特殊的行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介

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：定軸輪系(又稱為普通輪系）：輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其各輪幾何軸線的位置均固定不動(dòng)§5－1輪系的分類

平面定軸輪系空間定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系

2K-H輪系當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，至少有一輪的幾何軸線繞位置固定的另一齒輪的幾何軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的輪系。太陽(yáng)輪(中心輪)行星輪轉(zhuǎn)臂/行星架/系桿太陽(yáng)輪(中心輪)雙排2K－H型3K型單排2K－H型根據(jù)基本構(gòu)件不同2K－H型3K型周轉(zhuǎn)輪系差動(dòng)輪系（F＝2）行星輪系（F＝1）中心輪是轉(zhuǎn)動(dòng)，還是固定？其中心輪軸心線不固定F=3×3-2×3-2=1F=3×4-2×4-2=2混合輪系

定軸輪系+周轉(zhuǎn)輪系多個(gè)周轉(zhuǎn)輪系輪系的判斷定軸輪系輪系的判斷周轉(zhuǎn)輪系輪系的判斷混合輪系定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系知識(shí)鏈接齒輪在軸上的固定方式齒輪與軸之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖單一齒輪雙聯(lián)齒輪固定（齒輪與軸固定為一體，齒輪與軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪不能沿軸向移動(dòng)）空套（齒輪與軸空套，齒輪與軸各自轉(zhuǎn)動(dòng)，互不影響）滑移（齒輪與軸周向固定，齒輪與軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，但齒輪可沿軸向滑移）

外嚙合內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比：輸入軸與輸出軸的角速度（或轉(zhuǎn)速）之比§5-2定軸輪系傳動(dòng)比輪系的傳動(dòng)比：

傳動(dòng)比的大小輸入、輸出軸的轉(zhuǎn)向關(guān)系22首、末輪轉(zhuǎn)向的確定設(shè)輪系中有m對(duì)外嚙合齒輪，則末輪轉(zhuǎn)向?yàn)?-1)m

1)用“＋”

“－”表示外嚙合齒輪：兩輪轉(zhuǎn)向相反，用“－”表示；兩種方法：適用于平面定軸輪系（軸線平行，兩輪轉(zhuǎn)向不是相同就是相反）。ω1ω2內(nèi)嚙合齒輪：兩輪轉(zhuǎn)向相同，用“＋”表示。ω2所有從動(dòng)輪齒數(shù)的乘積所有主動(dòng)輪齒數(shù)的乘積i1m＝

(-1)m

1pvp轉(zhuǎn)向相反轉(zhuǎn)向相同每一對(duì)外齒輪反向一次考慮方向時(shí)有ω11vpp121232)畫箭頭外嚙合時(shí)：內(nèi)嚙合時(shí)：對(duì)于空間定軸輪系，只能用畫箭頭的方法來(lái)確定從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向。兩箭頭同時(shí)指向（或遠(yuǎn)離）嚙合點(diǎn)。頭頭相對(duì)或尾尾相對(duì)。兩箭頭同向。1)錐齒輪12左旋蝸桿122)蝸輪蝸桿伸出右手，再用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理右旋蝸桿21右手判斷右旋，左手判斷左旋。順右→上判斷蝸桿傳動(dòng)方向?qū)⑽仐U立起看(軸向垂直于人眼的水平線)。向右轉(zhuǎn)就將螺紋曲線軌跡線右移動(dòng),移動(dòng)后的線在原來(lái)線下面,就是向下的方向傳動(dòng);反之向上傳動(dòng)。左右旋都一樣判斷!如何判斷蝸桿的左右旋？將蝸桿立起看(軸向垂直于人眼的水平線),看螺紋曲線軌跡左邊高就是左旋,右邊高就是右旋思考1平行軸傳動(dòng)的定軸輪系1233′451、用標(biāo)注箭頭來(lái)確定；2、因外嚙合齒輪的對(duì)數(shù)為偶數(shù)（2對(duì)），則1、5兩輪轉(zhuǎn)向相同。如何判斷以下定軸輪系中各輪的轉(zhuǎn)向？輪系中各輪回轉(zhuǎn)方向只能用箭頭標(biāo)注在圖上。156342ⅠⅡⅣⅢ非平行軸傳動(dòng)的定軸輪系思考2如何判斷以下定軸輪系中各輪的轉(zhuǎn)向？1432ⅠⅡⅢ兩級(jí)齒輪傳動(dòng)裝置二、定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算1、傳動(dòng)路線動(dòng)力輸入傳動(dòng)路線動(dòng)力輸出在計(jì)算傳動(dòng)比大小之前要先學(xué)會(huì)分析傳動(dòng)路線例1

如圖所示輪系，分析該輪系傳動(dòng)路線。解該輪系傳動(dòng)路線為：ⅠⅢⅡⅣⅤⅥⅠⅡⅢⅣⅤⅥ例1：平面定軸輪系（各齒輪軸線相互平行）大?。恨D(zhuǎn)向？

？平面定軸輪系（各齒輪軸線相互平行）惰輪例1：注：齒輪z4的大小對(duì)總傳動(dòng)比i15毫無(wú)影響，叫惰輪。例2

如圖所示輪系，已知各齒輪齒數(shù)及n1轉(zhuǎn)向，求i19和判定n9轉(zhuǎn)向。136897542ⅠⅥⅡⅣⅢⅤ為正，首末兩輪回轉(zhuǎn)方向相同。惰輪解：轉(zhuǎn)向也可通過在圖上依次畫箭頭來(lái)確定。10ⅠⅡⅢⅣ1234596781條3條1條問：Ⅳ軸可獲得幾種轉(zhuǎn)速？解：（1）找出各軸間傳動(dòng)線路的數(shù)量。（2）一般情況下，變速級(jí)數(shù)等于各軸間傳動(dòng)線路數(shù)量的連乘積。因此Ⅳ軸可獲得1×3×1=3種轉(zhuǎn)速。變速級(jí)數(shù)的判定6-7-8為三聯(lián)滑移齒輪滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)分別求出該變速機(jī)構(gòu)中Ⅳ軸的三種轉(zhuǎn)速各為多少？分析該變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線為:Ⅰ（nⅠ

）ⅡⅢⅣ（nⅣ

）(1)5-6嚙合時(shí)

nⅣ(2)4-7嚙合時(shí)

nⅣ(3)3-8嚙合時(shí)

nⅣ解：例4定軸輪系中各輪幾何軸線不都平行，但是輸入、輸出輪的軸線相互平行的情況傳動(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)輸入、輸出輪的軸線不平行的情況傳動(dòng)比方向判斷表示畫箭頭定軸輪系的傳動(dòng)比

大小：轉(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）5.2.1定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算練習(xí)1（不講）、如圖所示為多刀半自動(dòng)車床主軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)。已知：帶輪直徑D1=D2=180mm,z1=45，z2=72，z3=36，z4=81，z5=59，z6=54，z7=25,

z8=88.試求：當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1=1443rad/mim時(shí)，主軸Ⅲ的各級(jí)轉(zhuǎn)速。1-3和5-7為雙聯(lián)滑移齒輪1條2條2條ⅠⅡⅢD12486D2317

5分析該變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線為:ⅠⅡⅢ（nⅢ

）Ⅴ軸可獲得1×2×2=4種轉(zhuǎn)速。ⅠⅡⅢD12486D2317

5（1）1-2和5-6嚙合（2）1-2和7-8嚙合（4）3-4和5-6嚙合（3）3-4和7-8嚙合nⅢnⅢnⅢnⅢ解：練習(xí)2、如圖所示，已知：z1=16，z2=32，z3=20，z4=40，蝸桿z5=2，蝸輪z6=40，n1=800

r/min。試分析該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線；計(jì)算蝸輪的轉(zhuǎn)速n6并確定各輪的回轉(zhuǎn)方向。解：1234ⅠⅡⅢ56分析該變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線為:Ⅰ（nⅠ

）ⅡⅢ§5-3周轉(zhuǎn)輪系及其傳動(dòng)比太陽(yáng)輪(中心輪)行星輪轉(zhuǎn)臂/行星架/系桿太陽(yáng)輪(中心輪)周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比

定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系?繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的系桿周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算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假想定軸輪系基本思路：如果系桿H固定不動(dòng)，周轉(zhuǎn)輪系就轉(zhuǎn)化成了一個(gè)定軸輪系。2K-H型周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)2K-H型周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比5.3.2周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比各輪齒數(shù)已知，就可以確定w1、wn、wH之間的關(guān)系；如果其中兩個(gè)轉(zhuǎn)速已知，就可以計(jì)算出第三個(gè)，進(jìn)而可以計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比。2、表達(dá)式中w1、wn、wH的正負(fù)號(hào)問題。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。1、是轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中齒輪1為主動(dòng)輪、齒輪n為從動(dòng)輪時(shí)的傳動(dòng)比，其大小和方向可以根據(jù)定軸輪系的方法來(lái)判斷；5.3.2周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算注意：軸線不平行的周轉(zhuǎn)輪系計(jì)算公式不變，方向用箭頭在圖上標(biāo)出。已知：z1=28，z2=18，z2’=24，z3=70

求：i1H例1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)問題周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算已知：z1=z2=48，z2’=18,z3=24，w1=250rad/s，w3=100rad/s，方向如圖所示。求：wH2H2’31例2定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系周轉(zhuǎn)輪系I周轉(zhuǎn)輪系II§5-4混合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系封閉差動(dòng)輪系F=2差動(dòng)輪系封閉F=1混合輪系

混合輪系周轉(zhuǎn)輪系I周轉(zhuǎn)輪系II周轉(zhuǎn)輪系I周轉(zhuǎn)輪系II?各周轉(zhuǎn)輪系相互獨(dú)立不共用一個(gè)系桿混合輪系傳動(dòng)比計(jì)算

?能否通過對(duì)整個(gè)輪系加上一個(gè)公共的角速度來(lái)計(jì)算輪系的傳動(dòng)比例1：電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的輪系，已知周轉(zhuǎn)輪系：(1,2,5;2’,3)定軸輪系:(3’,4,5)系桿H混合輪系傳動(dòng)比的求解方法：首先將各個(gè)基本輪系正確地區(qū)分出來(lái)；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)立方程求解。例2(不講)已知：z1=20，z2=30，z2’=20，z3=40，z4=45，z4’=44，z5=81，z6=80求：

i16122‘344‘56H定軸行星兩個(gè)輪系的關(guān)系混合輪系的傳動(dòng)比一對(duì)齒輪受結(jié)構(gòu)限制，中心距較近。5.5.1可作較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)輪系節(jié)省材料、減輕重量、降低成本和空間?！?-5輪系的應(yīng)用增加中間輪2實(shí)現(xiàn)變向要求一對(duì)外嚙合齒輪，主、從動(dòng)輪（1、3）轉(zhuǎn)向相反中間輪（惰輪或過橋輪）131325.5.2可方便地實(shí)現(xiàn)變速和變向要求SK360普通車床走刀絲杠的三星輪換向機(jī)構(gòu)12341234二級(jí)變速例1：汽車手動(dòng)變速器（P84）輸入Ⅱ輸出問題：實(shí)現(xiàn)幾檔變速？5.5.3可獲得大傳動(dòng)比一對(duì)齒輪傳動(dòng)比一般不大于5~7大傳動(dòng)比可用定軸輪系多級(jí)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也可利用周轉(zhuǎn)輪系和復(fù)合輪系實(shí)現(xiàn)例1：已知：z1=z2’=100，z2=99，z3=101。求iH1思考：該機(jī)構(gòu)能否用于升速傳動(dòng)？5.5.4實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解

加法機(jī)構(gòu)減法機(jī)構(gòu)廣泛用于機(jī)床、計(jì)算裝置、補(bǔ)償調(diào)整裝置中差動(dòng)輪系F＝2兩個(gè)輸入，一個(gè)輸出運(yùn)動(dòng)合成2)運(yùn)動(dòng)分解123H45作業(yè)5-13擴(kuò)展1：可實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)利用定軸輪系，可以通過裝在主動(dòng)軸上的若干齒輪分別將運(yùn)動(dòng)傳給多個(gè)運(yùn)動(dòng)部分，從而實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)。擴(kuò)展2：

實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)行星輪既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)—復(fù)雜運(yùn)動(dòng)例：行星攪拌機(jī)構(gòu)特點(diǎn)擴(kuò)展3：實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(dòng)飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)主減速器§5-6幾種特殊的行星傳動(dòng)簡(jiǎn)介

（不講）

漸開線少齒差行星傳動(dòng)

在2K-H行星輪系中，去掉小中心輪，將行星輪加大使與中心輪的齒數(shù)差z2-z1＝1～4，稱為少齒差傳動(dòng)。iH2=1/i2H=-z2/(z1–z2)傳動(dòng)比

系桿為主動(dòng)，輸出行星輪的運(yùn)動(dòng)。由于行星輪作平面運(yùn)動(dòng)，故應(yīng)增加一運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)V。稱此種行星輪系為:K-H-V型。若z2-z1＝1(稱為一齒差傳動(dòng))，z2＝100，則iH1＝－100。輸入軸轉(zhuǎn)100圈，輸出軸只反向轉(zhuǎn)一圈。可知這種少齒數(shù)差傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可獲得很大的單級(jí)傳動(dòng)比。設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云工程上廣泛采用的是孔銷式輸出機(jī)構(gòu)圖示輸出機(jī)構(gòu)為雙萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)，不僅軸向尺寸大，而且不適用于有兩個(gè)行星輪的場(chǎng)合。12當(dāng)滿足條件：銷孔和銷軸始終保持接觸。四個(gè)圓心的連線構(gòu)成:平行四邊形。dh=ds+2aadhds根據(jù)齒廓曲線的不同，目前工程上有兩種結(jié)構(gòu)的減速器，即漸開線少齒差行星和擺線針輪減速器。不實(shí)用!結(jié)構(gòu)如圖

ohoso1o2一、漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)其齒廓曲線為普通的漸開線，齒數(shù)差一般為z1-z2=1～4。優(yōu)點(diǎn)：①傳動(dòng)比大，一級(jí)減速i2H可達(dá)135，二級(jí)可達(dá)1000以上。②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕。與同樣傳動(dòng)比和同樣功率的普通齒輪減速器相比，重量可減輕1/3以上。③加工簡(jiǎn)單，裝配方便。④效率較高。一級(jí)減速η＝0.8～0.94,比蝸桿傳動(dòng)高。由于上述優(yōu)點(diǎn)，使其獲得了廣泛的應(yīng)用缺點(diǎn)：①只能采用正變位齒輪傳動(dòng)，設(shè)計(jì)較復(fù)雜。存在重疊干涉現(xiàn)象②傳遞功率不大，N≤45KW。

受輸出機(jī)構(gòu)限制③徑向分力大，行星輪軸承容易損壞。

∵α’大設(shè)計(jì)：潘存云二、擺線針輪行星傳動(dòng)特點(diǎn)：行星輪齒廓曲線為擺線(稱擺線輪)，固定輪采用針輪。擺線輪銷軸當(dāng)滿足條件：

dh=ds+2a銷軸套dsdhO1齒數(shù)差為:

z1-z2=1a銷孔和銷軸始終保持接觸，四個(gè)圓心的連線構(gòu)成一平行四邊形。針輪O2針齒套針齒銷工業(yè)職技學(xué)院專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云r2r22發(fā)生圓外擺線：發(fā)生圓2在導(dǎo)圓1(r1<r2)上作純滾動(dòng)時(shí)，發(fā)生圓上點(diǎn)P的軌跡。齒廓曲線的形成p3p4p2外擺線1導(dǎo)圓r1p1p5設(shè)計(jì)：潘存云a短幅外擺線：發(fā)生圓在導(dǎo)圓上作純滾動(dòng)時(shí)，與發(fā)生圓上固聯(lián)一點(diǎn)M的軌跡。齒廓曲線：短幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距線(針齒的包絡(luò)線)。短幅外擺線齒廓曲線12r2p4p5BAr1p1p2p3導(dǎo)圓發(fā)生圓M2o2M3o3o4M4o5M5M1o1c1c5外擺線：發(fā)生圓2在導(dǎo)圓1(r1<r2)上作純滾動(dòng)時(shí)，發(fā)生圓上點(diǎn)P的軌跡。齒廓曲線的形成優(yōu)點(diǎn)：①傳動(dòng)比大，一級(jí)減速i2H可達(dá)135，二級(jí)可達(dá)1000以上。②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕。與同