机械设计基础 教学课件 作者 刘赛堂 李永敏 第五章

1、在线教务辅导网： :/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：机械设计根底刘赛堂 李永敏 主编第5章 齿轮系传动 1.轮系的根本类型及传动过程。 2.定轴轮系、行星轮系传动比计算的根本方法。 3.组合轮系传动比计算的根本方法。 4.齿轮系传动机构的应用。知识点：5.1 轮系的分类 一对齿轮组成的机构是齿轮传动的最简单形式。在实际机械中，为了满足各种不同的需要变速、换向、远距离传动等，常常把一系列齿轮含蜗杆传动按照不同的方式组合起来，这种由一系列相互啮合齿轮组成的传动系统称为齿轮系或轮系。 根据轮系运转时各轮轴线在空间的位置是否固定，可将轮系分为

2、定轴轮系和行星轮系两大类。假设轮系中同时含有定轴轮系和行星轮系或含有多个行星轮系，那么称为组合轮系。5.1.1 定轴轮系 当轮系运转时，假设其中各齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定不变的，那么该轮系称为定轴轮系。 完全由平行轴线齿轮(圆柱齿轮)组成的定轴轮系，称为平面定轴轮系，如图5.1(a)所示。 轮系中包含有非平行轴线齿轮圆锥齿轮、蜗轮等的定轴轮系，那么称为空间定轴轮系，如图5.1(b)所示。5.1 轮系的分类5.1.2 行星轮系 在轮系运转时，假设至少有一个齿轮的几何轴线绕机架上的固定轴线转动，那么该轮系称为行星轮系，如图5.2所示。图5.1 定轴轮系5.1 轮系的分类 在行星轮系中，活

3、套在构件H上的齿轮2称为行星齿轮。支承行星齿轮作公转的构件那么称为行星架或系杆(用H表示)。与行星齿轮相啮合且轴线固定的齿轮1和3称为中心轮用K表示。其中，外齿中心轮称为太阳轮；而内齿中心轮称为内齿圈。传动时，中心轮和行星架绕机架上的固定轴线转动。行星轮一方面受行星架的牵连、围绕机架上的固定轴线作公转，同时又绕其自身的轴线在自转。 根据自由度的不同，行星轮系可分为两类： 1)简单行星轮系。自由度为1的行星轮系称为简单行星轮系，如图5.3(a)、(b)所示。在此类行星轮系中有固定的中心轮。 2)差动轮系。自由度为2的行星轮系称为差动轮系。其中心轮均不固定，如图5.3(c)所示。 行星轮系按中心轮

4、个数的不同又可分为：2K-H型行星轮系、3K型行星轮系和K-H-V型行星轮系(V为输出机构)，如图5.3所示。5.1 轮系的分类图5.3 按根本构件分类5.2 定轴轮系传动比的计算 在轮系中，输入轴和输出轴角速度(或转速)之比称为轮系的传动比，常用字母i表示，并在其右下角用下标说明其对应的两轴。例如：i12，表示轴l与轴2的传动比。并规定当两齿轮的转动方向相同时，传动比为正；两齿轮的转动方向相反时，传动比为负。确定轮系的传动比包含以下两方面： 1)计算传动比i的大小。 2)确定输出轴(轮)的转动方向。5.2.1 轮系的传动比5.2.2 平面定轴轮系传动比的计算1.单级传动时的传动比计算 如图5

5、.5所示为单级圆柱齿轮啮合，其传动比为5.2 定轴轮系传动比的计算图5.5 单级圆柱齿轮传动比计算2.多级传动比计算 在如图5.1(a)所示的多对齿轮传动的平面定轴轮系中，设齿轮1为首轮，齿轮5为末轮，其传动比i15可由各对齿轮传动比求出。5.2 定轴轮系传动比的计算 一对空间齿轮传动比的大小也等于两齿轮齿数的反比，因此空间定轴轮系传动比的大小也可用式5.1来计算。但由于各齿轮轴线不都相互平行，所以不能用(-1)m法来确定末轮的转向，而要采用画箭头的方法来确定，如图5.6所示。用箭头方向代表齿轮的圆周速度方向，因任何一对啮合齿轮的节点处的圆周速度相同，那么表示两轮转向的箭头应同时指向或背离节点

6、。实际上画箭头法对任何一种轮系都是适用的。5.2.3 空间定轴轮系传动比的计算图5.6 电动提升机传动系统5.3 行星轮系传动比的计算 行星轮系和定轴轮系之间的根本区别就在于行星轮系中有着转动的行星架，使得行星轮既有自转又有公转。行星轮系的传动比就不能直接利用定轴轮系的方法进行计算。但是根据相对运动原理，假设给整个行星轮系加上一个与行星架H的转速大小相等、方向相反的附加转速“-nH，此时各级齿轮之间及齿轮与其他各构件间(行星架、机架)的相对运动关系不变，这样原来的行星轮系就转化为一个假想的“定轴轮系。这种经过一定条件转化得到的假想定轴轮系称为原行星轮系的转化机构或转化轮系。利用这种方法求解轮系

7、的方法称为转化机构法。如图5.7所示，转化轮系中各构件的转速如表5.1所示。5.3.1 行星轮系传动比计算方法图5.7 行星轮系传动比计算5.3 行星轮系传动比的计算 由定轴轮系和行星轮系或几个单一的行星轮系组合而成的轮系称为组合轮系。在计算组合轮系的传动比时，既不能将整个轮系作为定轴轮系来处理，也不能对整个轮系采用转化轮系的方法。 组合轮系传动比计算的根本方法是：首先划分根本轮系；然后分别列出这些根本轮系传动比的方程式；最后根据这些根本轮系的方程式组，联立求解所需传动比。 分析组合齿轮系的关键是先找行星轮系，方法是先找出行星轮与行星架，再找出与行星轮啮合的中心轮,最后剩下的就是定轴齿轮系。5

8、.3.2 组合轮系传动比的计算5.4 轮系的功用 当主动轴与从动轴之间的距离较远时，假设仅用一对齿轮传动，会使齿轮的外廓尺寸庞大，如图5.12中的虚线所示。这样，既浪费材料，又给制造、安装等带来不便。如采用轮系传动，那么可克服上述缺点，如图5.12中的点划线所示。5.4.1 传递相距较远的两轴之间的运动和动力 轮系传动准确，有其他机构无法替代的特点，特别是行星轮系，具有许多特点：如行星齿轮既自转又公转；差动轮系具有两个自由度；合理地采用内啮合，可合理利用两中心轮间的空间；用多个行星轮均载装置传递载荷等。随着机械制造业的开展和齿轮加工工艺及测量技术的不断改进及完善，轮系在工程中的应用十分广泛。其

9、功用可大致概括为以下几个方面。图5.12 蜗轮的结构形式5.4 轮系的功用 假设想要用一对齿轮获得较大的传动比，那么必然有一个齿轮要做得很大，这样会使机构的体积增大，同时小齿轮也容易损坏。如果采用多对齿轮组成的齿轮系，那么可以很容易地获得较大的传动比。只要适中选择齿轮系中各对啮合齿轮的齿数，即可得到所要求的传动比。在行星齿轮系中，用较少的齿轮即可获得很大的传动比。 如图5.13中的轮系，如取z1=100，z2=99，z2=100，z3=101时，其传动比iH1可达10 000。5.4.2 获得较大的传动比图5.12 蜗轮的结构形式5.4 轮系的功用 图5.14所示为三星轮换向机构。扳动手柄可实

10、现如图5.14(a)、(b)所示的两种传动方案。由于两方案仅相差一次外啮合，故从动轮4相对于主动轮1有两种输出转向。5.4.3 实现变速、换向传动图5.14 三星轮换向机构5.4 轮系的功用 利用轮系可以使一个主动轴带动假设干从动轴同时旋转，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5.16所示的机械钟表轮系结构中，在同一主轴1带动下，利用轮系可以实现H、M、S三个从动轴的分路输出运动。5.4.4 实现分路传动图5.16 实现分路传动5.4 轮系的功用 运动的合成是将两个输入运动合成为一个输出运动。对于差动轮系来说，它的3个根本构件都是运动的，必须给定其中任意两个根本构件的运动，第3个构件才有确定的运动。这就是说，第3个构件的运动是另两个构件运动的合成。图5.17所示为滚齿机中的合成机构差动齿轮系。滚切斜齿轮时，由齿轮4传递来的展成运动传给中心轮1；由蜗轮5传递来的附加运动传给行星架H。这两个运动经齿轮系合成后便由齿轮3输出至工作台。5.4.5 用于对运动进行合成与分解图5.17 滚齿机中的差动轮系小 结 1根据轮系运转时各轮轴线在空间的位置是否固定，可将轮系分为定轴轮系和行星轮系两大类。常见轮系为定轴轮系，又可分为平面定轴轮系和空间定轴轮系。 2平面定轴轮系传动比为： 空间定轴轮系传动比的大小也可用上式来计算，但不能用(-1)m法来确定末轮的