机械基础课件：轮系与减速器

8.1轮系概述8.2轮系的功用8.3定轴轮系的传动比8.4普通减速器的类型和特点8.5减速器的结构思考题在齿轮传动中，只讨论了一对齿轮的啮合传动，它是齿轮传动的最简单形式。为了满足工业生产中的多种需求，在机械传动中常采用一系列互相啮合的齿轮，将主动轴上的动力和运动传递给从动轴。这种由一系列齿轮所组成的传动装置称为轮系。

根据轮系传动时各轮几何轴线位置是否固定的特点，可分为定轴轮系和行星轮系两类。

(1)运转时，所有齿轮几何轴线的位置都固定不动的轮系称为定轴轮系(见图8-1)。8.1轮系概述图8-1定轴轮系

(2)运转时，至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的固定轴线转动的轮系称为行星轮系(见图8-2)。图8-2行星轮系轮系的功用主要有以下四个方面：

(1)可获得大的传动比。

当主、从动轴之间需要较大的传动比时，如果只用一对齿轮来传动(见图8-3(a))，则不仅两轮的齿数和寿命相差很大，而且传动的外廓尺寸也要增大。如果采用轮系(见图8-3

(b))，则可避免上述缺点。

想一想：在机械传动中，可以获得大传动比的方法有哪些？8.2轮系的功用图8-3齿轮减速器(a)单级齿轮减速器；(b)两级齿轮减速器

(2)可做较远距离传动。

当两轴相距较远时，如果仅用一对齿轮来传动，那么两轮尺寸和所占空间会很大(见图8-4中虚线所示)。如果应用轮系(见图8-4中实线所示)，则可以克服这些缺点。图8-4较远距离传动轮系不同结构对照

(3)可使从动轴获得多种转速。

当主动轴的转速不变，而要求从动轴有多种不同转速时，如果仅用一对齿轮传动，是无法实现的。若应用轮系进行适当的排列与组合，就能很方便地实现变速要求。机床等工作机就是采用轮系来进行变速的。

(4)可改变从动轴的转向。

当主动轴的回转方向不变，而希望从动轴既能正转也能反转时，可以应用轮系来实现。

图8-5所示为车床走刀系统的三星轮换向机构。转动手柄A使三角形杠杆架绕从动齿轮4的轴线回转，在图(a)位置时，齿轮3参与啮合，从动齿轮4与主动齿轮1的回转方向相同；在图(b)位置时，齿轮2、3参与啮合，从动齿轮4与主动齿轮1的回转方向相反。图8-5三星轮换向机构所谓轮系的传动比，是指该轮系中输入轴与输出轴的角速度或转速之比，用i表示。

如图8-6所示，齿轮1为首轮，齿轮5为末轮，齿轮2和齿轮2′，齿轮3和齿轮3′，均为由两个齿轮组成的同轴齿轮。齿轮1与2、齿轮3′与4、齿轮4与5均为外啮合，而齿轮2′与3为内啮合。由图中可看出，首轮1到末轮5之间的传动，是通过上述各对齿轮依次传动完成的。8.3定轴轮系的传动比图8-6平行轴定轴轮系在定轴轮系的传动计算中，不但要确定传动比数值的大小，还要确定首、末两轮之间的转向关系。

对于输入轴与输出轴平行的轮系，当一对齿轮副外啮合时两轮转向相反，其传动比i定为负值；而内啮合时两轮转向相同，则传动比i定为正值。按此定义可进行轮系的传动

比计算。图8-6所示为一平行轴定轴轮系，设各齿齿数分别为z1，z2，…,z5，各轴转速依次为n1，n2，…,n，则各对齿轮的传动比依次为

得到轮系总传动比：由此可以看出，齿轮4在轮系中，既是前对齿轮的从动轮，又是后对齿轮的主动轮，在计算总传动比时，其齿数在式中可消去。因此，它对轮系的传动比数值没有影响；但影响传动比的正、负号，即影响首末两轮的转向关系。这种齿轮称为惰轮。由此得出结论：在平行定轴轮系中，若以1表示首轮，以k表示末轮，外啮合的次数为m，则其总传动比为

i1k为正值时，表示1与k齿轮转向相同；反之，表示转向相反。转向也可以通过在图上依次画箭头来确定。

例8-1

图8-7所示为一磨床砂轮架横向进给机构，手柄和齿轮1装在同一轴上，转动手柄可带动丝杠转动，从而使砂轮架进给。已知丝杠为右旋，其螺距t=3mm,齿轮各齿数依次为z1=28、z2=56、z2′=38、z3=57。试计算当手柄按图示

方向旋转一周时，砂轮架的平移距离L及移动方向。图8-7磨床砂轮架横向进给机构

解由图8-7可知，各齿轮组成一定轴轮系，可求得

传动比为

所以

n3=

其转向与手轮转向相同。

当手柄旋转一周(n1=1)时，砂轮架的平移距离：

因为丝杠为右旋，根据丝杠的转向可知，砂轮架应向右移动。

例8-2

图8-8所示为机床变速箱，通过中间轴Ⅱ上的两组双联滑移齿轮3、4和5、6，将输入轴Ⅰ的一种转速转变为四挡转速，由轴Ⅲ输出。已知各轮齿数z1=20、z2=40、z3=44、z4=24、z5=20、z6=25、z7=50、z8=45，求各挡传动比。图8-8机床变速箱

解将滑移齿轮3、4左右滑移可得两挡，再将齿轮5、6左右移动

又可得两挡，共有四条啮合顺序线，得四挡传动比iⅠⅢ：挡位1，啮合顺序线：1→3=5→7，

挡位2，啮合顺序线：1→3=6→8，

挡位3，啮合顺序线：2→4=5→7，

挡位4，啮合顺序线：2→4=6→8，

减速器(又称减速机、减速箱)是一台独立的传动装置,它由密闭的箱体、相互啮合的一对或几对齿轮(或蜗轮蜗杆)、传动轴及轴承等所组成,常安装在电动机(或其他原动机)与工作机之间，起降低转速和相应增大转矩的作用。在某些情况下，减速器也用来增速，这时则称为增速器。减速器由于结构紧凑，传递功率范围大，工作可靠，寿命长，效率较高，使用和维护简单，因而应用非常广泛。它的主要参数已经标准化，并由专门工厂进行生产。8.4普通减速器的类型和特点一般情况下，按工作要求，根据传动比、输入轴功率和转速、载荷工况等，可选用标准减速器，必要时也可自行设计制造。

减速器按传动原理可分为普通减速器和行星减速器两大类。

全部为定轴轮系传动的减速器称为普通减速器；主要是行星轮系传动的减速器称为行星减速器。普通减速器的类型很多，一般可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器以及齿轮-蜗轮减速器等。按照减速器的级数不同，又分为单级、两级和三级减速器。此外，减速器还有立式与卧式之分。各种减速器在工业生产中有着广泛的用途。

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1.圆柱齿轮减速器

圆柱齿轮减速器的传动件是圆柱齿轮，所以只用于平行轴间的传动。它的特点是结构简单、传递功率大、效率高。一般来说，单级减速器的传动比i≤8，其传动简图如图8-9所示。图8-9圆柱齿轮减速器(a)单级;(b)两级(展开式);(c)三级当传动比较大时，大齿轮比小齿轮大许多，这样的减速器结构很不紧凑。这时，用两级减速比单级减速可得到更合理、更紧凑的结构。通常i=8~40时采用两级减速。以两级减速器为例，按齿轮的布置形式可分为以下几种形式：

(1)展开式。如图8-9(b)所示，展开式结构比较简单，应用最广；但齿轮相对于轴承非对称布置，受载时轴的弯曲变形会使载荷沿齿宽分布不均，故轴应具备足够大的刚度。图8-10两级减速器(a)同轴式；(b)分流式

(2)同轴式。如图8-10(a)所示，同轴式减速器的输入轴与输出轴在同一轴线上，箱体较短，但箱体内须设置轴承支座，使箱体轴向尺寸增大，中间轴加长，故结构变得复杂。

(3)分流式。如图8-10(b)所示，齿轮相对于轴承对称布置，载荷沿齿宽分布较均匀，受载情况较好，适于重载或变载荷的场合，但其结构比较复杂。

2.圆锥齿轮减速器

圆锥齿轮减速器(见图8-11)用于输入轴与输出轴相交、传递功率不大和速度不高的场合。当传动比较大时，可采用两级或两级以上的圆锥-圆柱齿轮减速器。由于小锥齿轮常为悬臂布置，为使其受力小些，常将圆锥齿轮传动作为高速级。图8-11圆锥齿轮减速器(a)单级;(b)两级;(c)三级

3.蜗杆减速器

蜗杆减速器(见图8-12)用于输入轴与输出轴需要在空间正交(垂直交错)的场合。它的传动比较大，外廓尺寸较小，工作平稳，噪声小，但其效率较低。图8-12蜗杆减速器(a)卧式(上置式);(b)卧式(下置式);(c)立式单级蜗杆减速器有蜗杆下置式、蜗杆上置式两种。下置式适用于蜗杆圆周速度较小(v≤4m/s)的场合，有利于啮合处的润滑与冷却；当蜗杆圆周速度较大时，应采用蜗杆上置式，以减少搅油损耗。

比一比：各种不同类型减速器的优缺点。图8-13所示为一般圆柱齿轮减速器的基本结构图，它主要由箱体、齿轮、轴、轴承等组成。8.5减速器的结构1—底座；2—油标；3—箱盖；4—通气器；5—视孔盖；6—吊环；7—螺栓；8—油塞；9—销孔；10—螺纹孔图8-13圆柱齿轮减速器减速器的箱体用来安置齿轮和轴承等，由箱盖和底座组成，通过两定位销来固定它们的相对位置，同时用一组螺栓将其连成一体。为了便于装配，箱盖和箱座的分界面与齿轮轴线重合。为了保证齿轮的轴线有正确的相对位置，对轴承孔的加工精度应有严格要求。此外，箱体必须有足够的刚度，以免在工作时产生过大的变形而影响齿轮、轴承的正常工作。为了使箱体有足够的刚度，箱体应有一定的壁厚，且在箱体外侧采用加强肋，在轴承座部分的壁厚应适当加厚。箱体大多由灰铸铁铸成。为了使它具有良好的铸造工艺性，箱体外形要力求简单并具有一定的壁厚。

在减速器中多采用滚动轴承，并且通过轴承盖的垫片来调节轴承的间隙。为了便于查看齿轮的啮合情况和向箱体内注入润滑油，在箱盖上开有视孔，平时由视孔盖盖住。箱盖吊环是在装配减速器时装拆箱盖用的。减速器吊环用于搬运或安装整台减速器。此外，箱盖上还应设

置通气器，当箱体内的空气因温度上升而膨胀时，可以由此排出。为了便于检查箱体内润滑油的多少，通常箱座上装有油标或测油尺。另外，为换油方便，在箱座底部还开有一个放油孔，平时用油塞堵住。

看一看：观察减速器的模型或实物，了解减速器各部分的构造和作用。

1.什么是轮系？轮系的主要功用是什么？

2.什么是定轴轮系？什么是行星轮系？

3.怎样计算定轴轮系的传动比？怎样确定从动轮的转向？

4.何谓“惰轮”？它在轮系中起什么作用？

5.普通减速器有哪些类型？它们各有什么特点？思考题

6.在图8-14所示的定轴轮系中，已知各轮齿数z1＝z2