轮系的类型与应用.ppt

1,一、轮系的分类根据轮系运转中齿轮轴线的空间位置是否固定，将轮系分为两大类 1、定轴轮系2、周转轮系,3,轮系运转时，其中各齿轮轴线位置固定不动，则称之为定轴轮系1、定轴轮系,4,轮系运转时，至少有一个齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转，称该轮系为周转轮系如图6-2所示图6-2周转轮系,2、周转轮系,5,周转轮系的组成,周转轮系由中心轮1、行星轮2、中心轮3和系杆（行星架或转臂）组成行星轮 2装在系杆 H上，一方面绕轴线O1O1自转，同时又随系杆H绕固定轴线OO作公转按照自由度数目的不同，又可将周转轮系分为两类6,（1）差动轮系－自由度为2,如图6－2a所示的轮系，其中心轮1和3都是转动的，则该机构的自由度为2这表明，需要有两个独立运动的原动件，机构的运动才能完全确定这种两个中心轮都不固定、自由度为2的周转轮系称为差动轮系图6－2a,7,（2）行星轮系－自由度为1,如图6－2b所示，中心轮3被固定，则该机构的自由度为1这表明，只需要有一个独立运动的原动件，机构的运动就能完全确定这种有一个中心轮固定、自由度为1的周转轮系称为行星轮系图6－2b,周转轮系还可根据基本构件的不同分类。

以K表示中心轮，以H表示系杆，则图6-2所示轮系可称为2K-H型周转轮系，图6-3所示轮系则称为3K型周转轮系其系杆H仅起支承行星轮2－2’的作用，不传递外力矩，因此不是基本构件图6-3 3K型周转轮系,9,由定轴轮系和周转轮系或者由两个以上的周转轮系所组成的轮系,称为混合轮系,如图6-4所示图6-4 混合轮系,（3）混合轮系,10,如下图所示用四个小齿轮代替一对大齿轮实现啮合传动，既节省空间、材料，又方便制造、安装二、轮系的功用,1、实现相距较远的两轴之间的传动,2、实现分路传动,图6-6,当输入轴的转速一定时，利用轮系可将输入轴的一种转速同时传到几根输出轴上，获得所需的各种转速图6－6为滚齿机上实现轮坯与滚刀范成运动的传动简图，轴I的运动和动力经过锥齿轮1、2传给滚刀，经过齿轮3、4、5、6、7和蜗杆传动8、9传给轮坯3．实现变速变向传动,输入轴的转速转向不变，利用轮系可使输出轴得到若干种转速或改变输出轴的转向，这种传动称为变速变向传动如汽车在行驶中经常变速，倒车时要变向等图6－7所示为汽车上常用的三轴四速变速箱的传动简图 变速变向传动还广泛地应用在金属切削机床等设备上图6－7,4、实现大速比和大功率传动,利用轮系可以在齿轮外形尺寸较小的情况下获得大的传动比，如图6－5所示。

同样，利用行星轮系可以由很少的几个齿轮获得很大的传动比，如例6－2中仅用二对齿轮，其传动比竟高达 10000值得注意的是，这类行星轮系用于减速传动时其传动比愈大，机械效率愈低所以，它只适用于某些微调机构，不宜用于传递动力5、实现运动的合成和分解,利用周转轮系可以实现运动的合成，如图所示的差动轮系中，其系杆H的转速是齿轮1和齿轮3转速的合成差动轮系可用作运动合成的特性，被广泛应用于机床、计算机构和补偿调整等装置中同样，利用周转轮系也可以实现运动的分解，即将差动轮系中已知的一个独立运动分解为两个独立的运动这部分内容将在后面例题中讨论一、定轴轮系的传动比,,图 6-8 平面定轴轮系,平面定轴轮系,图6-8为平面定轴轮系，其传动比的计算公式为：,推广到一般情形，设A为输入轴，B为输出轴，则定轴轮系传动比大小的计算公式为：,,,18,平面定轴轮系与空间定轴轮系,平面定轴轮系:如果定轴轮系中各对啮合齿轮均为圆柱齿轮传动，即各轮的轴线都相互平行，则称该轮系为平面定轴轮系空间定轴轮系:如果定轴轮系中含有圆锥齿轮、蜗杆蜗轮等空间齿轮传动，即各轮的轴线不完全相互平行，则称该轮系为空间定轴轮系平面定轴轮系和空间定轴轮系的传动比大小均可用上式计算，但转向的确定有不同的方法。

平面定轴轮系的转向关系可用在上式右侧的分式前加注(-1)m来表示，m为从输入轴到输出轴所含外啮合齿轮的对数若传动比的计算结果为正，则表示输入轴与输出轴的转向相同，为负则表示输入轴与输出轴转向相反20,空间定轴轮系,空间定轴轮系含有轴线不平行的齿轮传动，其传动比前的“＋”、“－”号没有实际意义因而空间定轴轮系输入轴与输出轴之间的转向关系不能用上述方法来确定，而必须在机构简图上用箭头来表示，如图6－9所示对于圆锥齿轮传动，表示方向的箭头应该同时指向啮合点即箭头对箭头，或同时背离啮合点即箭尾对箭尾，如图6-10所示对于蜗杆传动，可用左右手规则进行判断23,二、周转轮系的传动比,,,,图6-13 a) 转化前的周转轮系,周转轮系的传动比不能直接计算，可将整个周转轮系加上一个与系杆H 的转速大小相等、方向相反的公共转速(-ωH)使其转化为假想的定轴轮系，如图6-13所示图6-13 转化后原周转轮系变成定轴轮系,既然周转轮系的转化机构为一定轴轮系，因此转化机构中输入轴和输出轴之间的传动比可用定轴轮系传动比的计算方法求出，转向也可用定轴轮系的判断方法确定图6－13b所示转化机构中齿轮1对齿轮3的传动比为：,,26,推广到一般情况,设周转轮系的两个中心轮分别为齿轮A、K，则转化机构中齿轮A与K之间的传动比为,,对于差动轮系，给定三个基本构件的角速度ωA、ωK、ωH中的任意两个，便可由上式求出第三个，从而可求出三个中任意两个之间的传动比。

对于行星轮系，在两个中心轮中必有一个是固定的，,例如中心轮K固定，则其角速度ωK＝0，给定另外两个基本构件的角速度ωA、ωH中的任意一个，便可由式（6－2）求出另一个也可以直接由式（6－2）求出两者之间的传动比iAH 将ωK＝0代入式（6－2）得,,,上式表明，在中心轮K固定的行星轮系中，活动中心轮A对系杆H的传动比，等于1减去转化机构中轮A对原固定中心轮K的传动比28,应用上式时应注意：,1)上式只适用于输入轴、输出轴轴线与系杆H 的回转轴线重合或平行时的情况 2)式中“±”号的判断方法同定轴轮系的传动比的正、负号判断方法相同 3)将ωA、ωK、ωH 的数值代入上式时，必须同时带“±”号例 6-2 图 6－14所示的2K－H型行星轮系中，已知 z1＝100，z2＝101，z2’＝100，z3＝99，试求输入件H对输出轮1的传动比iH1,解 齿轮1、双联齿轮2－2’、齿轮3和系杆H组成行星轮系，由式（6－3）有：,,所以：,这种转化机构传动比　　为正值的行星轮系称为正号机构该轮系各轮齿数相差不多，却可以获得很大的传动比，但是效率很低，反行程，即齿轮1为主动时可能发生自锁由于该轮系含有圆锥齿轮，故等式右侧的“－”号是通过画箭头的办法来确定的。

例6－3 图6－15所示为汽车后轮传动的差动轮系（常称为差速器）发动机通过传动轴驱动齿轮5齿轮4与齿轮5啮合，其上固联着系杆H并带动行星轮2转动中心轮1和3的齿数相等，即z1＝z3，并分别和汽车的左右两个后轮相联齿轮1、2、3及系杆H组成一差动轮系试分析该差速器的工作原理解：差动轮系的传动比：,自由度？,由上式可得：,由于它是自由度为2的差动轮系，因此只有圆锥齿轮5为主动时，圆锥齿轮1和3的转速是不能确定的，但n1＋n3却总是常数行星轮2没有自转运动此时，整个周转轮系形成一个同速转动的刚体，一起用轮4转动a),当汽车直线行驶时，由于两个后轮所滚过的距离相同，其转速也相等，所以有:,当汽车左转弯时，由于右车轮比左车轮滚过的距离大，所以右车轮要比左车轮转动的快一些由于车轮与路面的滑动摩擦远大于其间的滚动摩擦，故在2自由度条件下，车轮只能在路面上纯滚动当车轮在路面上纯滚动向左转弯时，则其转速应与弯道半径成正比，即,,可见，此时行星轮除和H一起公转外，还绕H作自转轮4的转速n4通过差动轮系分解成n1和n3两个转速这两个转速随弯道半径的不同而不同将式(a)和(b)联立解得,？(b),33,三、混合轮系的传动比,1、首先分清组成它的定轴轮系和周转轮系，2、再分别用定轴轮系和周转轮系传动比的计算公式写出算式，3、然后根据这些轮系的组合方式联立解出所求的传动比,,34,计算混合轮系传动比的首要问题,是如何正确划分混合轮系中的定轴轮系和周转轮系，而其中关键是找出各个周转轮系。

找周转轮系的方法是：先找行星轮，支持行星轮的是系杆H，而与行星轮相啮合的定轴齿轮就是中心轮例6－4 在图 6－16所示轮系中；已知ω6及各轮齿数为：z1＝50，z1’＝30，z1”＝60，z2＝30，z2’＝20，z3＝100，z4＝45，z5＝60，z5’＝45，z6＝20，求ω3的大小和方向齿轮1、2－2’、3和H组成一差动周转轮系其余的齿轮6、1”－1’、5－5’、4组成一定轴轮系图 6－16,周转轮系的传动比为,(a),式中ω1、ωH可由定轴轮系求得,,,齿轮3与齿轮6的转动方向相反例6－5 在图6－17所示的电动卷扬机减速器中，各齿轮的齿数为z1＝24，z2＝52，z2’＝21，z3＝97，z3’＝18，z4＝30，z5＝78，求　　齿轮1、2－2’、3和系杆H组成一个差动轮系齿轮3’、4和5组成一个定轴轮系齿轮3’和3是同一构件，齿轮5和系杆H是同一构件，因此、差动轮系的两个基本构件被定轴轮系封闭起来了这种通过一个定轴轮系把差动轮系的两个基本构件（中心轮或系杆）联系起来而组成的自由度为1的复杂行星轮系，通常称为封闭式行星轮系图6－17,齿轮1和系杆H的转向相同在差动轮系1、2－2’、3、H（5）的转化机构中,(a),在定轴轮系5、4、3’中,(b),由式(b)解出ω3代入式(a)，并考虑到ω5＝ωH，整理得,例6－6 在图6－18所示的轮系中，已知各轮的齿数z1＝20，z2＝30，z3＝z4＝12，z5＝36，z6＝18，z7＝68，求该轮系的传动比ilH。

解 这是一个双重周转轮系1、2、6、7、H为一行星轮系，而在该行星轮系的转化机构中，3、4、5、h又构成了另一级行星轮系双重周转轮系的传动比计算问题可以通过二次转化机构来解决第一次是在行星轮系1、2、6、7、H 中使系杆H固定形成转化机构，第二次是在行星轮系3、4、5、h中使系杆h固定形成转化机构图6－18,在固定系杆H所形成的转化机构中，中心轮1、7之间的传动比为,(a),注意到,因此可以通过固定h而形成的转化机构来求解,(b),传动比为正值，说明齿轮1和系杆H转向相同注意到,则由式(b)可得,将,代回式（a）,并注意到ω7＝0，整理后得,,本节将使用一种简便的“转化机构法”(又称啮合功率法)来计算行星轮系的效率一、机械效率的一般计算公式,设：Nd、Nr、Nf分别表示机械的输入功率、输出功率和摩擦损失功率，则：,,43,二、转化机构法基本原理,在不考虑各回转构件惯性力的情况下，当给整个行星轮系附加一个 -ωH 的角速度，使其变成转化机构时，轮系中各齿轮间的相对角速度和轮齿之间的作用力不会改变，摩擦系数也不会改变因此，可以近似地认为行星轮系与其转化机构中的摩擦损失功率是相等的，也就是说可以利用转化机构来求出行星轮系的摩擦损失功率Nf 。

下面以图6-19所示的 2K-H 型行星轮系为例来说明其摩擦损失功率的计算方法图6-19,根据转化机构法的基本原理，图6-20所示定轴轮系的摩擦损失功率，就等于图6-19a)所示行星轮系的摩擦损失功率图6-20,在图6-19a 中齿轮1所传递的功率为：,而在图6-20所示的转化机构中齿轮1所传递的功率为：,该转化机构的摩擦损失功率为：,式中M1(ω1－ωH)称为啮合功率，它不是实际存在的功率由上式可以看出：行星轮系的摩 擦损失功率与啮合功率的数值成正比为图6－20所示转化机构的效率，即把行星轮系转化为定轴轮系后其中齿轮1到齿轮n的传动总效率，它应等于轮1到轮n间各对齿轮传动效率的连乘积各种不同啮合方式的齿轮传动的效率可由有关手册查到，因而可以认为　　是已知的一般计算中，一对内啮合齿轮可取η内＝0.99，一对外啮合齿轮可取η外＝0.98。