汽车机械基础-轮系

1、第第16章章 轮系轮系 各种齿轮系n第一节第一节 轮系的类型与功用轮系的类型与功用n第二节第二节 轮系的传动比计算轮系的传动比计算第第1616章章 轮系轮系轮系定义：轮系定义： n在复杂的现代机械中，为了满足各种不同的需要，在复杂的现代机械中，为了满足各种不同的需要，常常采用一系列齿轮组成的传动系统。常常采用一系列齿轮组成的传动系统。n轮系轮系由一系列相互啮合的齿轮（蜗杆、蜗轮）由一系列相互啮合的齿轮（蜗杆、蜗轮）组成的传动系统。组成的传动系统。 一、轮系类型：一、轮系类型：n根据轮系中各齿轮的根据轮系中各齿轮的轴线位置关系分为：轴线位置关系分为：n根据轮系运转时齿轮根据轮系运转时齿轮的轴线位

2、置相对于机的轴线位置相对于机架是否固定，又将轮架是否固定，又将轮系分：系分： 定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系混合轮系混合轮系轮系轮系平面轮系平面轮系空间轮系空间轮系轮系轮系）了解轮系的分类和应用；定轴轮系、）了解轮系的分类和应用；定轴轮系、周转轮系传动的组成和特点。周转轮系传动的组成和特点。）掌握是轮系传动比的计算。）掌握是轮系传动比的计算。本章的教学目标：本章的教学目标：第第1616章章 轮系轮系一一. .轮系类型轮系类型n1 1、定轴轮系、定轴轮系所有齿轮几何轴线的位置所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系，称为定轴轮系。都是固定的轮系，称为定轴轮系。 定轴轮系：定轴轮系：一一. .轮系的

3、类型轮系的类型2 2、周转轮系、周转轮系至少有一至少有一个齿轮除绕自身轴线自个齿轮除绕自身轴线自转外，其轴线又绕另一转外，其轴线又绕另一个轴线转动的轮系称为个轴线转动的轮系称为行星齿轮系。行星齿轮系。n周转轮系的组成周转轮系的组成 ：n一个一个基本周转轮系基本周转轮系中，行星轮可有多个，太阳轮的中，行星轮可有多个，太阳轮的数量不多于两个，行星架只能有一个。数量不多于两个，行星架只能有一个。 2.2.周转轮系周转轮系行星轮行星轮太阳轮太阳轮行星架行星架或或系杆系杆周周转转轮轮系系2.2.周转轮系周转轮系n行星架与两中心轮的几何轴线（行星架与两中心轮的几何轴线（O O1 1-O-O3 3-O-OH

4、 H）必须重合，）必须重合，否则无法运动。否则无法运动。差动轮系：齿轮差动轮系：齿轮1 1、3 3均绕固定轴线转动，机构有二个均绕固定轴线转动，机构有二个自由度，工作时需要二个原动件。自由度，工作时需要二个原动件。一一. .轮系的类型轮系的类型n3.3.混合轮系混合轮系既含有定轴轮系又含有周转轮系，既含有定轴轮系又含有周转轮系，或包含有几个基本周转轮系的复杂轮系。或包含有几个基本周转轮系的复杂轮系。二、轮系的功用二、轮系的功用n1 1、实现远距离传动、实现远距离传动二二.轮系的功用轮系的功用2.2.实现换向传动实现换向传动n在主动轴转向不变的情况下，利用惰轮可以改变在主动轴转向不变的情况下，利

5、用惰轮可以改变从动轮的转向。例：车床走刀丝杠的三星轮换向从动轮的转向。例：车床走刀丝杠的三星轮换向机构：机构：二二. 轮系的功用：轮系的功用：3. 实现变速传动实现变速传动二二. .轮系的功用轮系的功用n如渐开线少齿差行星齿轮传动：一般齿数差如渐开线少齿差行星齿轮传动：一般齿数差Z Z1 1- -Z Z2 2=1=14 4。渐开线少齿差行星减速器单级。渐开线少齿差行星减速器单级i iHVHV可达可达135135，两级，两级i iHVHV可达可达10001000以上，结构紧凑，应用广以上，结构紧凑，应用广泛。泛。 4 4、获得大传动比、获得大传动比5.实现分路传动 利用齿轮系可使一个主动轴带动若

6、干从动轴同时转动，将运动从不同的传动路线传动给执行机构的特点可实现机构的分路传动。 如图所示为滚齿机上滚刀与轮坯之间作展成运动的传动简图。滚齿加工要求滚刀的转速n坯需满足的传动比关系。主动轴I通过锥齿轮1轮齿轮2将运动传给滚刀；同时主动轴又通过直齿轮3轮经齿轮45、6、78传至蜗轮9，带动被加工的轮坯转动，以满足滚刀与轮坯的传动比要求。 轮系中两齿轮轮系中两齿轮( (轴轴) )的转速或角速度之比，称为轮系的的转速或角速度之比，称为轮系的传动比传动比。 最简单的定轴轮系是由一对齿轮所组成的，其传动比为最简单的定轴轮系是由一对齿轮所组成的，其传动比为1 1 一对齿轮的传动比一对齿轮的传动比对外啮合

7、圆柱齿轮传动，两轮转向相反，上式取对外啮合圆柱齿轮传动，两轮转向相反，上式取“-”-”号；号；对内啮合圆柱齿轮传动，两轮转向相同，上式取对内啮合圆柱齿轮传动，两轮转向相同，上式取“+”+”号。号。 第二节第二节 定轴轮系的传动比计算定轴轮系的传动比计算n定轴轮系传动比计算实例：定轴轮系传动比计算实例：第二节第二节 定轴轮系的传动比计算定轴轮系的传动比计算1.1.平面定轴轮系传动比的计算平面定轴轮系传动比的计算 122112zznni322 332zninz343 443nzinz455445zznni1234234512 2 3 3 4 4523451234n n n nz z z zi ii

8、in n n nz z z z 22nn 33nn 31532432154324543321251152zzzzzzzzzzzzzziiiinni n结论：结论：平面定轴轮系传动比的大小等于等平面定轴轮系传动比的大小等于等于轮系中所有从动轮齿数的连乘积与所有主于轮系中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比动轮齿数的连乘积之比 。1.1.平面定轴轮系传动比的计算平面定轴轮系传动比的计算 设轮设轮1 1为起始主动轮，轮为起始主动轮，轮K K为最末从动轮，则平面为最末从动轮，则平面定轴轮系的传动比的一般公式为定轴轮系的传动比的一般公式为 : :11轮1至轮 间所有从 动 轮 齿数的连乘积

9、轮1至轮 间所有主动 轮 齿数的连乘积kknkink2.2.平面定轴轮从动轮转向的确定平面定轴轮从动轮转向的确定n传动比正负号规定传动比正负号规定： 两轮转向相同两轮转向相同( (内啮合内啮合) ) 时传动比取正号，两轮时传动比取正号，两轮转向相反转向相反( (外啮合外啮合) )时传动比取负号；时传动比取负号；n根据传动比的正负号确定轮系中从、主动轮的转根据传动比的正负号确定轮系中从、主动轮的转向关系向关系：l外啮合次数为外啮合次数为偶数偶数时轮系的传动比为时轮系的传动比为 ，从动件，从动件的转向与主动轮的转向与主动轮相同相同；l外啮合次数为外啮合次数为奇数奇数时，轮系的传动比为时，轮系的传动

10、比为 ，从动，从动件的转向与主动轮件的转向与主动轮相反相反。正正负负2.2.平面定轴轮平面定轴轮从动轮转向的确定从动轮转向的确定n用画箭头的方法确定平面定用画箭头的方法确定平面定轴轮系从动轮转向：轴轮系从动轮转向：l 箭头方向表示齿轮（或构箭头方向表示齿轮（或构件）最前点的线速度方向。件）最前点的线速度方向。 n惰轮惰轮不影响传动比大不影响传动比大小，只起改变从动轮转向作小，只起改变从动轮转向作用的齿轮。用的齿轮。3.3.空间定轴轮系传动比的计算空间定轴轮系传动比的计算 n传动比的传动比的大小大小仍采用推广式计算，用画箭头的方仍采用推广式计算，用画箭头的方法确定从动轮的法确定从动轮的转向转向：

11、n圆锥齿轮传动：圆锥齿轮传动：表示齿轮副转向的箭头同时指向表示齿轮副转向的箭头同时指向或同时背离节点；或同时背离节点；n蜗杆传动：蜗杆传动：用蜗杆用蜗杆“左、右手法则左、右手法则”，对右旋蜗，对右旋蜗杆，用右手握住蜗杆的轴线，四指弯曲方向与蜗杆杆，用右手握住蜗杆的轴线，四指弯曲方向与蜗杆转动方向一致，则转动方向一致，则与拇指的指向相反的方向就是蜗与拇指的指向相反的方向就是蜗轮在节点处圆周速度的方向轮在节点处圆周速度的方向。对左旋蜗杆，用左手。对左旋蜗杆，用左手法则。法则。532163326116zzzzzzzznni 122112zzi 12(a)(b)21(c)21(d)21(e)212、传

12、动比大小及方向的确定例例1. 一电动提升机的传动系统如图所示。其末端为蜗杆传动。已知电动提升机的传动系统如图所示。其末端为蜗杆传动。已知 , , , , , ，鼓轮直径鼓轮直径 ， 鼓轮与蜗轮同轴。试求：鼓轮与蜗轮同轴。试求：(1)蜗轮的转速蜗轮的转速 n4 ；(2) 重物重物G的运动速度的运动速度v； (3) 当当 转向如图所示转向如图所示(从从A向看为顺时针向看为顺时针)时，重物时，重物G 运动的方向。运动的方向。 118z =239z =220z =341z =32z =450z =11460 /minnr=200Dmm=解: (1) 电动提升机的传动系统为由圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗轮蜗杆

13、组成的定轴轮系。其传动比大小按式计算:12341441 2 33941 50111.0418202nz z zinz z z创=创蜗轮的转速 为:4n1414146013.2 /min111.04nnri=(2) 因鼓轮与蜗轮同轴，其转速亦为 ，故重物G的运动速度为 13.2 /minr4200 13.20.138/60 100060 1000Dnvm spp=创 (3) 用画箭头法确定蜗轮的转向，如图所示，重物向上运动。 XXXXX第二节第二节 周转轮系传动比的计算周转轮系传动比的计算n简单周转轮系简单周转轮系 具具有一个自由度的周转轮系；有一个自由度的周转轮系；n 差动轮系差动轮系具有两个

14、具有两个自由度的周转轮系。自由度的周转轮系。F=3x(N-1)-2PF=3x(N-1)-2PL L-P-PH H左图左图：F F1 1=3X=3X3 3-2X-2X3 3-2=1-2=1右图右图: F: F2 2=3X=3X4 4-2X-2X4 4-2=2-2=2自由度表示原动件的数目。自由度表示原动件的数目。 9.3 9.3 行星轮系传动比的计算行星轮系传动比的计算 图示为一典型的行星轮系，齿轮图示为一典型的行星轮系，齿轮1 1和和3 3为中心轮，齿轮为中心轮，齿轮2 2为行星轮，构件为行星轮，构件H H为行星架。为行星架。9.3 行星轮系传动比的计算行星轮系的传动比，可以采用行星轮系的传动

15、比，可以采用“转化机构法转化机构法”。 9.3 9.3 行星轮系传动比的计算行星轮系传动比的计算积间各主动轮齿数的连乘至积间各从动轮齿数的连乘至KAKAnnnnHKHA (1)公式只适用于轮公式只适用于轮A、轮、轮K和行星架和行星架H的轴线相互平的轴线相互平行或重合的情况。行或重合的情况。 (2)等式右边的正负号，按转化轮系中轮等式右边的正负号，按转化轮系中轮A、轮、轮K的的转向关系，用定轴轮系传动比的转向判断方法确定。当转向关系，用定轴轮系传动比的转向判断方法确定。当轮轮A、轮、轮K转向相同时，等式右边取正号，相反时取负转向相同时，等式右边取正号，相反时取负号。号。 需要强调说明的是需要强调

16、说明的是:这里的正、负号并不代表轮这里的正、负号并不代表轮A、轮轮K的真正转向关系，只表示行星架相对静止不动时轮的真正转向关系，只表示行星架相对静止不动时轮A、轮、轮K的转向关系。的转向关系。 (3)转速转速nA、nK和和nH是代数量，代入公式时必须带是代数量，代入公式时必须带正、负号。假定某一转向为正号，则与其同向的取正号，正、负号。假定某一转向为正号，则与其同向的取正号，与其反向的取负号。与其反向的取负号。 待求构件的实际转向由计算结果的正负号确定。待求构件的实际转向由计算结果的正负号确定。注意：注意： 例例9-2 如图为一大传动比如图为一大传动比行星减速器。行星减速器。 已知其中各轮的齿

17、数为已知其中各轮的齿数为z1=100、z2=101、z2=100、z3=99。 试求传动比试求传动比i H1 。 9.3 9.3 行星轮系传动比的计算行星轮系传动比的计算 解解 齿轮1为活动中心轮，齿轮3为固定中心轮。双联齿轮为行星轮，H为行星架。 9.3 9.3 行星轮系传动比的计算行星轮系传动比的计算例例9-5 如图所示轮系中，已知各轮齿数如图所示轮系中，已知各轮齿数z1=20、z2=30、z3=20、z4=30、z5 =80，轮，轮1的转速的转速n1 =300r/min。求行星架。求行星架H的转速的转速nH 9.4 9.4 组合轮系传动比计算组合轮系传动比计算 组合轮系一般是由定轴轮系与

18、行星轮系或由若干个行星轮系复合而构成的。 对于组合轮系，既不能转化为单一的定轴轮系，也不能转化为单一的行星轮系，所以不能用一个公式来求解其传动比。 求解组合轮系传动比时必须首先将各个基本的行星轮系和定轴轮系部分划分开来，然后分别列出各部分传动比的计算公式，最后联立求解。 组合轮系9.5.5 9.5.5 实现特殊的工艺动作和轨迹实现特殊的工艺动作和轨迹 在行星轮系中，行星轮做平面运动，其上某些点的运动轨迹很特在行星轮系中，行星轮做平面运动，其上某些点的运动轨迹很特殊。利用这个特点，可以实现要求的工艺动作及特殊的运动轨迹。殊。利用这个特点，可以实现要求的工艺动作及特殊的运动轨迹。 9.5.6 9.

19、5.6 实现运动的合成实现运动的合成 利用行星轮系中差动轮系的特点，可以将两个输入转动合成为利用行星轮系中差动轮系的特点，可以将两个输入转动合成为一个输出转动。在如图的由圆锥齿轮组成的差动轮系中，若轮一个输出转动。在如图的由圆锥齿轮组成的差动轮系中，若轮1及及轮轮3的齿数的齿数z1=z3。 可见这种轮系可用作机械式加、减法机构，它具有不受电磁干扰的特点，可用于处理敏感信号，其广泛应用于运算机构、机床等机械传动装置中。 9.5.7 9.5.7 用于运动的分解用于运动的分解 差动轮系不仅可以将两个输入转动合成为一个输出转动，而且还可以将一个输入转动分解为两个输出转动。 当汽车直线行驶时，左、右两轮

20、转速相同，行星轮2及2不发生自转，齿轮1、2、3如同一个整体，一起随齿轮4转动，此时n1=n3=n4。 9.5.7 9.5.7 用于运动的分解用于运动的分解 当汽车转弯时，例如向左转弯，为了保证两车轮与地面之间做纯滚动，以减少轮胎的磨损，就要求左轮转的慢一些，右轮转的快一些。 当汽车绕瞬时回转中心C转动时，左、右两车轮滚过的弧长s1及s3应与两车轮到瞬心C的距离成正比，即 9.5.7 9.5.7 用于运动的分解用于运动的分解 n不能直接用定轴轮系传动比的公式计算周转轮系不能直接用定轴轮系传动比的公式计算周转轮系的传动比；的传动比；n计算方法：转化轮系法计算方法：转化轮系法n根据根据相对运动原理

21、相对运动原理，假想对整个行星轮系加上一，假想对整个行星轮系加上一个与行星架转速个与行星架转速n n H H大小相等而方向相反的公共转大小相等而方向相反的公共转速速-n -n H H，则行星架被固定，而原构件之间的相对运，则行星架被固定，而原构件之间的相对运动关系保持不变。动关系保持不变。n原来的行星轮系就变成了原来的行星轮系就变成了假想的定轴轮系假想的定轴轮系转转化轮系。化轮系。第二节第二节 周转轮系传动比的计算周转轮系传动比的计算n在行星齿轮系中，设在行星齿轮系中，设G G、K K分别为轴线与主轴线平分别为轴线与主轴线平行或重合的任意两个齿轮，则从行或重合的任意两个齿轮，则从G G轮到轮到K K轮的传动轮的传动比可用下式求解比可用下式求解: : 第二节第二节 周转轮系传动比的计算周转轮系传动比的计算转化轮系转化轮系: :图12-11 周转轮系及转化轮系周转轮系 b) 转化轮系 转化轮系转化轮系周转轮系传动比的计算周转轮系传动比的计