机械原理-9分解

1、1 轮系轮系 Gear Trains2l 轮系组成及分类（上篇）轮系组成及分类（上篇）l 轮系运动分析轮系运动分析l 轮系应用轮系应用l 轮系运动设计轮系运动设计 轮系轮系 Gear Trains3轮系组成及分类轮系组成及分类轮系，是指由一系轮系，是指由一系列齿轮所组成的齿列齿轮所组成的齿轮传动系统，简称轮传动系统，简称轮系。轮系。 轮系运转时，轮系运转时，每个齿轮的几何轴每个齿轮的几何轴线相对于机架的位线相对于机架的位置都是不变的，则置都是不变的，则称为定轴轮系。称为定轴轮系。4轮系组成及分类轮系组成及分类周转轮系至少有一个齿轮的轴线绕另一齿轮的轴心线回转的轮系周转轮系(动轴轮系)组成：太阳

2、轮(中心轮)行星轮系杆太阳轮(中心轮)5轮系组成及分类轮系组成及分类周周转转轮轮系系行行星星轮轮系系差差动动轮轮系系6周转轮系按基本构件的数目分为周转轮系按基本构件的数目分为 2KH 型和型和3KH 型。型。轮系组成及分类轮系组成及分类7混合轮系混合轮系：既包含有定轴轮系部分，又包含有周转轮系部分。既包含有定轴轮系部分，又包含有周转轮系部分。轮系组成及分类轮系组成及分类8l 定轴轮系运动分析定轴轮系运动分析l 周转轮系运动分析周转轮系运动分析l 混合轮系运动分析混合轮系运动分析 轮系运动分析轮系运动分析9 轮系中，输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比称为轮系轮系中，输入轴与输出轴的角速度（或转

3、速）之比称为轮系的的传动比传动比，包括，包括大小大小和和方向方向两个方面两个方面相对转动方向的判断相对转动方向的判断10 蜗杆机构运动转向的判断方法。蜗杆机构运动转向的判断方法。 1 12 212v21 112 22v2右手右手四指顺蜗杆转向握拳，四指顺蜗杆转向握拳，拇指拇指垂直于垂直于四指方向，四指方向，则蜗轮在啮合点处的速度方向与拇指的指向则蜗轮在啮合点处的速度方向与拇指的指向相反相反。左旋蜗杆：使用左旋蜗杆：使用左手左手按同样的方法判断。按同样的方法判断。右旋蜗杆：右旋蜗杆：1112判定蜗杆、蜗轮的转向： 蜗杆为左旋，蜗轮转向为顺时针 13q传动比ininiooutoutnin 注：注：

4、 1. 1.同一轴上的齿轮转同一轴上的齿轮转速相同，故有：速相同，故有：2 2 = = 2 2, , 3 3 = = 3 32.2.外啮合时两齿轮的转向相外啮合时两齿轮的转向相反，传动比取反，传动比取“-”“-”号；内号；内啮合时两齿轮的转向相同，啮合时两齿轮的转向相同，传动比取传动比取“+”“+”号。号。 14312212232132354445344354zziizzzziizz 1155?i312411223344523455i iii 2 3 4 515122334451 2 3 4z z z zii iiiz z z z152 3 4 5151 2 3 4z z z ziz z z

5、zq齿轮转向？11( 1)mkkim 所有从动齿轮齿数连乘积所有主动齿轮齿数连乘积外啮合齿轮对数2 3 51 2 3z z zz z z齿轮4: 惰轮16首尾两轮几何轴线平行2 3 411441 2 3z z ziz z z方向：画箭头表示方向：画箭头表示空间齿轮17首尾两轮几何轴线不平行方向：画箭头表示方向：画箭头表示1 12 212v218l 定轴轮系运动分析定轴轮系运动分析l 周转轮系运动分析周转轮系运动分析l 混合轮系运动分析混合轮系运动分析 轮系运动分析轮系运动分析19应用反转法把行星轮系转化应用反转法把行星轮系转化为定轴轮系来计算为定轴轮系来计算 即：在整个轮系上加上一个与转臂转向

6、即：在整个轮系上加上一个与转臂转向相反、大小相等的转动（相反、大小相等的转动（-H），各构），各构件的相对运动并不改变。这样：转臂件的相对运动并不改变。这样：转臂H+（-H）=0 静止的支架；静止的支架； 周转轮系周转轮系 定轴轮系（全部轴线均定轴轮系（全部轴线均固定）；固定）； 这种附加（这种附加（-H）运动而得到的假想）运动而得到的假想定轴轮系称为周转轮系的定轴轮系称为周转轮系的转化轮系转化轮系。 20各构件转化前后的角速度列表如下：各构件转化前后的角速度列表如下：构 件周转轮系中的角速度（绝对速度）转化轮系中的角速度（相对速度）太阳轮111H= 1 - H行星轮222H= 2 - H太阳

7、轮333H= 3 - H转臂HHHH= H - H=021（1）式中A和K为周转轮系中任意两个齿轮A和K的角速度，H为转臂的角速度。 （2）A、K和H三个构件的轴线应互相平行，才能运用上述公式。 （3）等式左边A、K、H的值代入公式时，应带上自己的正负号，其正负号按已知或假设来定。（假设某一转向为正，则与其相反的转向就为负。） （4）齿数比前的正负号的确定：假想行星架H不转，变成机架。则整个轮系成为定轴轮系，按定轴轮系的方法确定转向关系。 在使用上式时应特别注意：22周转轮系转化轮系23HH113H3i31zz 1H3H24H1H2n1nnH1n-1.zzizz一般公式转化轮系传动比“+”正号

8、机构“-”负号机构25周转轮系运动分析周转轮系运动分析例例1. 图示行星轮系中，图示行星轮系中， z1=24, z3=96， 试求传动比试求传动比 i1H。13H3H1H3H1H13ZZi 解解:24960HH1 5iH1H1 13H3H1H13zzi 26周转轮系运动分析周转轮系运动分析解：解：21322H3H1H13zzzz)1(i 例例3. 图示周转轮系中，图示周转轮系中， z1=100，z2=101， z2 =100，z3=100 ， 试求试求: 传动比传动比 iH1。1001001001010HH1 100i1H1H 27注意 计算过程的正负号； 空间轮系的问题。28周转轮系运动分析

9、周转轮系运动分析例例4 4：门式起重机的旋转机构，已知电动机的转速：门式起重机的旋转机构，已知电动机的转速n=1440r/min,n=1440r/min,蜗杆（右旋）蜗杆（右旋）Z Z1 1=1 =1 蜗轮齿数蜗轮齿数z z2 2=40=40，齿轮，齿轮z z3 3=15=15，z z4 4=180=180。求：电动机所在机房平台。求：电动机所在机房平台H H的旋转速度，的旋转速度，即起重机的旋转速度即起重机的旋转速度。29周转轮系运动分析周转轮系运动分析空间周转轮系空间周转轮系转化机构（空间定轴轮系）转化机构（空间定轴轮系）30周转轮系运动分析周转轮系运动分析构件构件代号代号周转轮系周转轮系

10、 角速度角速度 转化机构转化机构 角速度角速度 1 1 1H= 电机电机 2 2 2H= 2- H 3 3 3H= 3- H 4 0 4H = -H周转轮系周转轮系转化机构（定轴轮系）转化机构（定轴轮系）31周转轮系运动分析周转轮系运动分析480nnnniHH4H114H 电机电机43 /minHnr 转化机构为空间定轴轮系，传动比大小、方向分别确定转化机构为空间定轴轮系，传动比大小、方向分别确定12414413480HHHnZZinZZ 方向画箭头判别如图所示方向画箭头判别如图所示1 12 212v232周转轮系运动分析周转轮系运动分析H4Hnn43 /minHnr 起重机的回转速度起重机的

11、回转速度n nH H大小为大小为3r/min3r/min；方向与；方向与n n4 4H H相反，相反，构件构件代号代号周转轮系周转轮系角速度角速度 转化机构转化机构 角速度角速度 1 1 1H= 电机电机 2 2 2H= 2- H 3 3 3H= 3- H 4 0 4H = -H33 小结：小结： 周转轮系传动比计算采用周转轮系传动比计算采用“转化机构法转化机构法”，借助借助于转化机构（定轴）传动比计算公式，表示周转轮系于转化机构（定轴）传动比计算公式，表示周转轮系中各基本构件绝对角速度（转速）之中各基本构件绝对角速度（转速）之 间的关系式而进间的关系式而进行求解。行求解。 周转轮系传动比求解

12、关键周转轮系传动比求解关键列出转化机构传动列出转化机构传动比公式比公式 计算周转轮系传动比应注意转化机构传动比公式计算周转轮系传动比应注意转化机构传动比公式中传动比符号及中传动比符号及 各构件角速度符号各构件角速度符号13H3H1H3H1H13ZZi 34l 定轴轮系运动分析定轴轮系运动分析l 周转轮系运动分析周转轮系运动分析l 混合轮系运动分析混合轮系运动分析 轮系运动分析轮系运动分析35混合轮系运动分析混合轮系运动分析基本方法基本方法： 正确区分正确区分分别列式分别列式找出联系找出联系联立求解联立求解36例例1：已知各轮齿数：已知各轮齿数z1、z2、 z2 、z3、z3 、z4、z5， 求

13、求: 总传动比总传动比i1H？21323113zzzzi 1. 定轴轮系定轴轮系122 3 周转轮系周转轮系3 4535H5H3H5H3H53zzi 3721323113zzzzi 2.0533 3.4.)zz1(zzzzi352132H1H1 35H5H3H5H3H53zzi 38例例2：图示电动卷扬机减速：图示电动卷扬机减速器器 z1=24，z2=52，z2 =21， z3=78，z3 =18，z4=30， z5=78。试求传动比。试求传动比i15。解：解： 1. 周转轮系周转轮系1-2-2 -3-H 定轴轮系定轴轮系3 -4-52.2132H3H1H13zzzz)1(i 355353zz

14、i 3H122 39混合轮系运动分析混合轮系运动分析2.2132H3H1H13zzzz)1(i 355353zzi 333.92.43i5115 4.40l 轮系组成及分类轮系组成及分类l 轮系运动分析轮系运动分析l 轮系功能轮系功能l 轮系运动设计轮系运动设计 轮系轮系41轮系的功能1. 获得大的传动比q一对齿轮传动，一般i57q获得大的传动比()定轴轮系 多级传动周转轮系和混和轮系422. 实现结构紧凑的大功率传动q特点()()载荷由多对齿轮承受 承载能力高输入输出轴共线 径向尺寸小433. 实现分路传动滚齿机工作台中的传动机构444. 实现运动的合成和分解运动合成 加(减)法机构1231

15、23113zzzznnnniHHH312nnnH455. 实现执行机构的复杂运动行星轮既有自转又有公转复杂运动例：行星搅拌机构用于食品加工的行星搅拌机构用于食品加工的行星搅拌机构46l 轮系组成及分类轮系组成及分类l 轮系运动分析轮系运动分析l 轮系功能轮系功能l 轮系运动设计轮系运动设计 轮系轮系47轮系运动设计轮系运动设计l 定轴轮系设计定轴轮系设计l 周转轮系设计周转轮系设计l 风力发电机组轮系设计风力发电机组轮系设计l 起重机轮系设计起重机轮系设计48基本内容基本内容选择轮系的类型选择轮系的类型确定轮系中各轮的齿数确定轮系中各轮的齿数选择轮系的布置方案选择轮系的布置方案491.1.定轴

16、轮系类型的选择定轴轮系类型的选择灵活性和复杂性灵活性和复杂性 平行轴斜齿轮平行轴斜齿轮当轮系用于高速、重载场合，减小传动的冲击、当轮系用于高速、重载场合，减小传动的冲击、振动和噪声，提高传动性能振动和噪声，提高传动性能 蜗杆蜗轮蜗杆蜗轮要求传动比大、结构紧凑或用于分度、微调及有自锁要求传动比大、结构紧凑或用于分度、微调及有自锁要求的场合要求的场合 圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构需转换运动轴线方向需转换运动轴线方向 直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮 交错轴斜齿轮交错轴斜齿轮50选择原则选择原则 除满足除满足使用要求使用要求外，考虑外，考虑外廓尺寸、效率、重量外廓尺寸、效率、重量和和成本成本等等因素。因素。 高

17、速重载场合高速重载场合减小冲击、振动和噪声，提高传动性能减小冲击、振动和噪声，提高传动性能 平行轴斜齿轮平行轴斜齿轮 转换运动轴线方向或改变从动轴转向转换运动轴线方向或改变从动轴转向 圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动 低速、小功率、空间任意角度交错轴传动低速、小功率、空间任意角度交错轴传动 交错轴斜齿轮传动交错轴斜齿轮传动 大传动比、结构紧凑或分度、微调及有自锁要求的场合大传动比、结构紧凑或分度、微调及有自锁要求的场合 蜗杆传动蜗杆传动51设计实例设计实例 滚齿机工作台中的传动机构滚齿机工作台中的传动机构滚刀与轮坯不在同一平面内运滚刀与轮坯不在同一平面内运动动圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动滚刀与轮坯间传动比

18、大、有分滚刀与轮坯间传动比大、有分度功能度功能蜗杆传动蜗杆传动改变传动比，需更换齿轮改变传动比，需更换齿轮一组圆柱齿轮传动一组圆柱齿轮传动结论：结论：满足范成加工的基本要求；满足范成加工的基本要求；外廓尺寸小，结构紧凑。外廓尺寸小，结构紧凑。522.2.定轴轮系中各轮齿数的选择定轴轮系中各轮齿数的选择合理分配轮系中各对齿轮的传动比合理分配轮系中各对齿轮的传动比传动比分配原则传动比分配原则 齿轮传动：齿轮传动： ，蜗杆传动：，蜗杆传动： ； 多级减速传动，多级减速传动，“前小后大前小后大”； 为使尺寸协调、结构匀称，相邻两级传动比的差值不宜为使尺寸协调、结构匀称，相邻两级传动比的差值不宜过大；过

19、大； 闭式齿轮减速器，为便于润滑，闭式齿轮减速器，为便于润滑，57i 80i =(1.31.4)ii低高533.3.定轴轮系布置方案的选择定轴轮系布置方案的选择优点：优点：结构简单。结构简单。缺点：缺点：齿轮与两端轴承的齿轮与两端轴承的位置不对称，当轴弯曲变位置不对称，当轴弯曲变形时，会引起载荷沿齿宽形时，会引起载荷沿齿宽分布不均匀，只适合载荷分布不均匀，只适合载荷较平稳处。较平稳处。优点：优点：齿轮与两端轴齿轮与两端轴承的位置对称，适于承的位置对称，适于变载荷处。变载荷处。缺点：缺点：结构较复杂。结构较复杂。优点：优点：输入输出轴在同输入输出轴在同一轴线上一轴线上(回归轮系回归轮系)，结构紧

20、凑。结构紧凑。缺点：缺点：中间轴较长，变中间轴较长，变形使齿宽上的载荷分布形使齿宽上的载荷分布不均匀。不均匀。54轮系运动设计轮系运动设计l 定轴轮系设计定轴轮系设计l 周转轮系设计周转轮系设计551.1.周转轮系类型的选择周转轮系类型的选择考虑因素考虑因素：传动比范围；传动比范围；效率高低；效率高低；结构复杂程度；结构复杂程度；外廓尺寸等。外廓尺寸等。56当轮系主要用于当轮系主要用于传递运动传递运动时时首先，首先，传动比满足要求；传动比满足要求；其次，其次，兼顾效率、结构复杂程度、外廓尺寸和重量兼顾效率、结构复杂程度、外廓尺寸和重量等。等。正号机构一般用在传动比大而对效率要求不高的辅正号机构

21、一般用在传动比大而对效率要求不高的辅助机构中。传动比越大，效率越低，达到一定值助机构中。传动比越大，效率越低，达到一定值后，机构将发生自锁。后，机构将发生自锁。57当轮系主要用于当轮系主要用于传递动力传递动力时时首先，首先，机构的效率机构的效率；其次，其次，兼顾传动比、结构复杂程度、外廓尺寸和重量等。兼顾传动比、结构复杂程度、外廓尺寸和重量等。负号机构的效率总比正号机构者为高。负号机构的效率总比正号机构者为高。设计的轮系用作动设计的轮系用作动力传动时，要求较高的传动效率，则应该采用负号机构，力传动时，要求较高的传动效率，则应该采用负号机构，如果设计的轮系还要求具有较大的传动比，而单级负号如果设

22、计的轮系还要求具有较大的传动比，而单级负号机构又不能满足要求时，则可将几个负号机构串联起来，机构又不能满足要求时，则可将几个负号机构串联起来，或采用负号机构与定轴轮系联合的混合轮系，以获得较或采用负号机构与定轴轮系联合的混合轮系，以获得较大的传动比。大的传动比。582.2.周转轮系中各轮齿数的选择周转轮系中各轮齿数的选择确定各轮齿数须满足的条件确定各轮齿数须满足的条件 传动比条件传动比条件 周转轮系用来传递运动，就必周转轮系用来传递运动，就必须实现工作所要求的传动比。须实现工作所要求的传动比。59 同心条件同心条件 装配条件装配条件 为了保证装在系杆上的行星轮在为了保证装在系杆上的行星轮在转动过程中始终与中心轮正确啮合，转动过程中始终与中心轮正确啮合，系杆转轴与中心轮的轴线重合。系杆转轴与中心轮的轴线重合。 使多个行星轮使多个行星轮能够均匀分布在中能够均匀分布在中心轮的周围。心轮的周围。60 邻接条件邻接条件例：单排例：单排2K-H行星轮系行星轮系1) 传动比条件传动比条件31H131H11(1)zizziz 相邻两个行星相邻两个行星轮的齿顶不能产生轮的齿顶不能产生干涉和碰撞。干涉和碰撞。612) 2) 同心条件同心条件1223aa1232rrrr3个齿轮均为标准齿轮个齿轮均为标准齿轮1232rrrr1232zzzz3122zzz两中心轮同为两中心轮同为奇数或偶数奇数或偶数