第九章轮系案例.ppt

1、高等职业教育机械类专业核心技术课程,机械设计基础,浙江机电职业技术学院 胡家秀 郑州铁路职业技术学院 徐刚涛,教学课件 编创制作,第九章 轮系,第一节 概述,第二节 定轴轮系传动比的计算,第三节 行星轮系传动比的计算,第四节 混合轮系传动比的计算,第五节 轮系的功用,第六节 K-H-V型行星轮系简介,第一节 概述,根据轮系运转时齿轮的轴线位置相对于机架是否固定，轮系基本可分为两大类：定轴轮系与行星轮系。此外，还有由部分定轴齿轮传动与行星齿轮传动组合而成的混合轮系。,平面定轴轮系,空间定轴轮系,定轴轮系,定轴轮系运动简图示例,平面定轴轮系,空间定轴轮系,惰轮,行星轮系,视频,运动简图示意,行星轮

2、系按复杂程度分,行星轮系按自由度分,简单行星轮系（F=1）,差动行星轮系（F=2）,混合轮系,第二节 定轴轮系传动比的计算,一、轮系传动比计算的目的 确定两齿轮间传动比，或借助传动比计算确定轮系中各齿轮的转速及转向。,二、 轮系传动比计算需解决的两个要件 1.传动比i 的大小；2.输出轮(齿轮)的转动方向。,平行轴线齿轮传动（外啮合） i=n1/n2= - z2/z1,平行轴线齿轮传动（内啮合） i=n1/n2= +z2/z1,定轴锥齿轮传动 大小：i=n1/n2= z2/z1 方向：箭矢,简单定轴轮系中的齿轮转向（箭矢标注法）,复杂定轴轮系中的齿轮转向（箭矢标注法）,大小：i14=n1/n4

3、=i12i23i34 =（n1/n2）（n2/n3）（n3 /n4） =(z2/z1)(z3/z2)(z4/z3) = z3z4/z1z3 转向：如箭矢所指方向,提升装置（含锥齿轮传动、蜗杆传动）的复杂定轴轮系,含锥齿轮传动的复杂定轴轮系,二、定轴轮系传动比计算,综合PPT9与PPT10例图，定轴轮系传动比计算规律如下：,1.对仅含平行轴线齿轮传动的定轴轮系 设首轮为1，未轮为k，外啮合齿轮的对数为m，则,从首轮到未轮所有从动轮齿数的乘积 i1k=n1/nk=（-1）m 从首轮到未轮所有主动轮齿数的乘积,讨论：（1）若i1k终值为“+”，表示首未轮转向相同；为“- ”，表示首未轮转向相反。 （

4、2）这类轮系也可用普适方式进行计算：先计算传动比大小，用箭矢标注法确定各轮转向。,定轴轮系传动比计算,综合PPT9与PPT10例图，定轴轮系传动比计算规律如下：,2.对包含非平行轴线齿轮传动的定轴轮系 采用普适方式计算： （1）先用下列公式式计算传动比大小,从首轮到未轮所有从动轮齿数的乘积 i1k=n1/nk= 从首轮到未轮所有主动轮齿数的乘积,（2）再用箭矢标注法确定各轮转向。,讨论：（1）按齿轮传动顺序，依次标注表示齿轮转向的箭矢。 （2）逢圆柱齿轮传动，内啮合时，主、从齿轮箭矢同向；外啮合时，主、从齿轮箭矢反向。 （3）逢锥齿轮传动，主、从齿轮箭矢正交相对或相离，视结构布置情况而定。 （

5、4）逢蜗杆传动，需先判定主动蜗杆转向力方向，再确定从动蜗轮的转向。,例9-1 图示提升装置，已知z1=20，z2=50，z 2 =16，z3=30，z 3 =1，z4=40，z4 =18，z5=52，试计算传动比i15，并指出当提升重物时的手柄转向,手柄,解 本轮系为含有锥齿轮、蜗杆传动的复杂轮系，应用普适方式计算 1.计算传动比i15的大小 z2z3z4z5 i15=n1/n5= z1z 2 z 3 z 4 50304052 = =541.67 2016118,2.用箭矢标定转向：如图所示,第三节 行星轮系传动比的计算,一、行星轮系的转化轮系,行星轮系（动轴）,转化轮系（定轴）,对行星架H附

6、以-nH的速度,行星轮系（动轴）,转化轮系（定轴）,行星轮系的转化轮系示意动画,转化前、后转化轮系中各构件的转速,二、单级行星轮系传动比的计算,对图示结构的行星轮系，由于转化轮系中nHH=0，故可视为定轴轮系，从而借用定轮轮系传动比的计算公式有：,推广到一般情况,设nG和nK为行星轮系中任意两个齿轮G和K的转速,讨论: 1.nG、nK、nH必须是轴线之间互相平行或重合的相应齿轮的转速(图示)； 2.将nG、nK、nH的已知值代入公式时必须带正号或负号； 3.iHGKiGK。,4.对于单级简单行星轮系，由于有一个太阳轮固定，其速度为0，因此已知一个构件的转速，可方便求得另一构件的转速,例9-2

7、一差动轮系如图a所示。已知各轮齿数为：z1=18，z2=24，z3=72；轮1和轮3的转速为：n1=100r/min，n3=400r/min，转向如图示。试求nH和i1H,解 由转化轮系传动比计算公式得,由题意可知，轮1、轮3转向相反，将n1、n3及各轮齿数代入上式，得,i1H符号为负，表示行星架的转向与齿轮1的相反，与齿轮3的相同。,例9-3 图b为简单行星轮系。已知各轮齿数为：z1=100，z2=99，z2 =100；z3=101。试求iH1。,解 由转化轮系传动比计算公式,即 -i1H+1=9999/10000,得 iH1=1/10000,iH1的符号为正，行星架与齿轮1转向相同。,例9

8、-4 图示锥齿轮系中，已知齿数z1=35，z3=70，两太阳轮同向回转，转速n1=110r/min，n3=200r/min。试求转臂的转速nH,解 由公式,题意轮1与轮3同向回转，符号相同，代入公式有,解之可得 nH=170r/min 计算所得nH为正，故nH与n1转向相同,三、多级行星轮系传动比的计算,解题要点： 首先找出行星轮(几何轴线运动的齿轮)。 找出支承行星轮运动的构件，即行星架H。 找出与此行星轮啮合的太阳轮。 由上述行星轮、行星架、太阳轮和机架构成了一个单级行星轮系。 按上述办法，依次确定其它的简单行星轮系。 找出两个简单行星轮系运动的联系构件，代入已知求出未知。,例9-5 某直

9、升飞机主减速器的行星轮系如图所示,发动机直接带动太阳轮1。已知各轮齿数为：z1=z5=39，z2=27，z3=93，z 3 =81，z4=21两太阳轮同向回转，转速n1=110r/min，n3=200r/min。试求转臂的转速nH,解 图示为多级行星轮系。可划分为：1-2-3-H1与5-4-3-H2两个单级行星轮系串联而成，关键联系构件是固定联接的行星架H1(齿轮5 )，因此有,在轮系1-2-3-H1 中 i1H1=,所以 i= i1H2=,i= i1H2= i1H1 i5H2,在轮系5-4-3 -H2 中 i5H2=,正号表明轴与轴转向相同,第四节 混合轮系传动比的计算,解题要点： 区分哪些

10、齿轮构成定轴轮系； 区分哪些齿轮构成单级行星轮系； 分别列出其传动比计算式； 代入已知求出未知,例9-6 图示轮系中，已知各轮齿数为：z1=20，z2=40，z3=81，z4=45，z4 =44，z5=80。试求传动比i15。,解 该轮系为混合轮系，可划分为定轴轮系1-2； 单级行星轮系3-44 -5-H，两轮系串联，n3=0，联接构件齿轮2（H),定轴轮系部分： i12=n1/n2= - z2/z1= -40/20= -2,行星轮系部分：,因n3=0，得,则,又因n2=nH（同轴），则i15= i12 iH5= -2 100= -200,式中负号表示轮系中轮1与轮5的转向相反（如图示箭头方向

11、所示）,例9-7 图示电动卷扬机传动简图中，已知各轮齿数为： z1=24，z2=48，z2=30，z3=90，z3=20，z4=40，z5=100。试求传动比i1H。若电动机转速n1=1450r/min，其卷筒转速nH为多少？,解 图示所示轮系中的双联齿轮2-2相啮合的齿轮1、3为太阳轮，组成差动轮系。其余齿轮3、4、5构成定轴轮系。关联构件为差动轮系的行星架H(定轴轮系中的z5),对轮1-22-3组成的差动轮系有,对于3 -4-5所组成的定轴轮系有,因为n5=nH，n3=n3，故（b）式可为 nH/n3= -1/5，即n3= -5nH， 将其代入（a）式，则有,（a）,（b）,解上式得 iH

12、=37 当n1=1450r/min，可解得nH=1450/37 = 39.19 r/min 符号为正表示卷筒转向与电动机带动的齿轮1转达向相同。,第五节 轮系的功用,轮系广泛用用于各种机械设备中，其功用如下：,（1）传递相距较远的两轴间的运动与动力，如右图,（2）获得大传动比。例9-3中，当z1=100，z2=99，z2 =100；z3=101时,i1H=10000,（3）可实现传动的变速与变向,轮系的功用（一）,轮系的功用（二）,（3）可实现传动的变速与变向,轮系的功用,（4）用于运动的合成与分解,汽车后桥差速器,锥齿轮差速器中，齿轮2（2）为行星轮，与太阳轮1、3啮合，有,2nH=n1+n

13、3,合成,分解,运动分解举例，汽车后桥差速器,直行：n1=n3=n4,左拐：汽车绕速度瞬心C转动,因z1=z3，可解得,因为n4=nH求得,轮系的功用（三）,（4）用于运动的合成与分解,船用航向指示器传动简图,太阳轮1的传动,太阳轮3的传动,当船舶直线行驶时，两发动机转速相同，航向指示针不变。,当船舶航向需改变时，变化两发动机的转速，转速差越大，指针M偏转越大，航向转角越大,第六节 K-H-V型行星轮系简介,渐开线少齿差行星减速器传动简图 a）减速器传动 b)W机构(等角速输出机构),一、渐开线少齿差行星传动,由内齿轮1、行星轮2、行星架H、等角速输出机构W与输出轴组成，一般H为输入轴，输出轴

14、V的转速为行星轮2的绝对转速。太阳轮和行星轮的齿数相差很少。故称少齿差行星传动。,即,有,所以,故,z1-z2=1时称一齿差，传动比最大 iHV=-z2,孔销式等角速机构（等角速输出机构W）,二、摆线少齿差传动（摆线针轮行星传动）,摆线少齿差传动示意图,由摆线少齿差齿轮副（摆线齿轮、针轮）、行星架及输出机构组成。工作原理与渐开线少齿差齿轮传动基本相同，仅齿廓内线不同。 传动中太阳轮与行星轮齿数差为1,式中，z1为 针轮的针齿数；z2为摆线轮的齿数。,优点：,传动比大（单级917，双级1217569）,传动效率高（一般0.90.94),承载能力大（同时啮合齿数多)，传动平稳,没有齿顶相碰齿廓重叠

15、干涉，轮齿磨损小，使用寿命长,缺点：,加工工艺复杂，制造精度高，要用专用刀具与专用机床。,三、谐波齿轮传动,谐波齿轮传动组成： 谐波发生器（简称波发生器）由凸轮（通常为椭圆形）及薄壁轴承组成，随着凸轮转动，薄壁轴承的外环作椭圆形变形运动（弹性范围内）。 刚轮是刚性的内齿轮。 柔轮是薄壳形元件，具有弹性的外齿 轮。,这种传动是借助波发生器迫使相当于行星轮的柔轮产生弹性变形，来实现与钢轮的啮合。,是K-H-V机构的变态形式。,机器人的肢体设计广泛应用谐波齿轮传动。如图机械人的腿部12个驱动部位采用谐波传动。,谐波齿轮传动可分为双波、三波传动，图示为双波传动的发生器,要求:刚轮的齿数z2与柔轮的齿数z