六章轮系及其设计.ppt

第六章第六章 轮系及其设计轮系及其设计§6-1 轮系的类型与应用轮系的类型与应用一、轮系的分类一、轮系的分类1．定轴轮系．定轴轮系轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置都固定不动，则称之为轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置都固定不动，则称之为定轴轮系（或称为普通轮系）定轴轮系（或称为普通轮系）2143定定 轴轴 轮轮 系系2．周转轮系．周转轮系 轮系运转时，至少有一个齿轮轴线的位置不固定，而是绕轮系运转时，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，则称该轮系为周转轮系某一固定轴线回转，则称该轮系为周转轮系按照自由度数目的不同，又可将周转轮系分为两类：按照自由度数目的不同，又可将周转轮系分为两类：1）差动轮系）差动轮系 自由度为自由度为2系杆系杆中心轮中心轮（主动）（主动）行星轮行星轮行星轮行星轮系杆系杆中心轮中心轮（主动）（主动）２）行星轮系２）行星轮系 自由度为１自由度为１行星轮行星轮系杆系杆中心轮中心轮（主动）（主动）中心轮中心轮（固定）（固定）周周 转转 轮轮 系系周周 转转 轮轮 系系周周 转转 轮轮 系系二、轮系的功用二、轮系的功用1．实现相距较远的两轴之间的传动．实现相距较远的两轴之间的传动2．实现分路传动．实现分路传动3．实现变速变向传动．实现变速变向传动4．实现大速比和大功率传动．实现大速比和大功率传动两组轮系传动比相同，但是结构尺寸不同两组轮系传动比相同，但是结构尺寸不同5．实现运动的合成与分解．实现运动的合成与分解运动输入运动输入运动输出运动输出§6-2 轮系的传动比计算轮系的传动比计算一、定轴轮系的传动比一、定轴轮系的传动比输入轴与输出轴之间的传动比为输入轴与输出轴之间的传动比为:轮系中各对啮合齿轮的传动比大小为：轮系中各对啮合齿轮的传动比大小为：一般定轴轮系的传一般定轴轮系的传动比计算公式为：动比计算公式为：如何确定平面定轴轮系中的转向关系？如何确定平面定轴轮系中的转向关系？一对外啮合圆柱齿轮传动一对外啮合圆柱齿轮传动两轮的转向相反，其传动两轮的转向相反，其传动比前应加比前应加 “－－”号号一对内啮合圆柱齿轮传动两一对内啮合圆柱齿轮传动两轮的转向相同，其传动比前轮的转向相同，其传动比前应加应加“+”号号该轮系中有该轮系中有3对外啮对外啮合齿轮，则其传动比合齿轮，则其传动比公式前应加公式前应加( 1)3 若传动比的计算结果为若传动比的计算结果为正，则表示输入轴与输正，则表示输入轴与输出轴的转向相同，为负出轴的转向相同，为负则表示转向相反。

则表示转向相反如何确定空间定轴轮系中的转向关系？如何确定空间定轴轮系中的转向关系？空间定轴轮系传动比前空间定轴轮系传动比前的的“+”、、“－－”号没号没有实际意义有实际意义空间定轴轮系中含有轴空间定轴轮系中含有轴线不平行的齿轮传动线不平行的齿轮传动不不平平行行不平行不平行“+”、、“－－”不能表示不能表示不平行轴之间的转向关系不平行轴之间的转向关系如何表示一对平行轴齿轮的转向？如何表示一对平行轴齿轮的转向？机构运机构运动简图动简图投影方向投影方向齿轮回转方向齿轮回转方向线速度方向线速度方向用线速度方用线速度方向表示齿轮向表示齿轮回转方向回转方向机构运机构运动简图动简图投影方向投影方向如何表示一对圆锥齿轮的转向？如何表示一对圆锥齿轮的转向？ 向方影投向方影投齿轮回转方向齿轮回转方向线速度方向线速度方向表示齿轮回表示齿轮回转方向转方向机构运机构运动简图动简图投影投影线速度方向线速度方向用线速度方用线速度方向表示齿轮向表示齿轮回转方向回转方向如何表示如何表示蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动的转向？的转向？向方影投向方影投蜗杆回转方向蜗杆回转方向蜗轮回转方向蜗轮回转方向蜗杆上一点蜗杆上一点线速度方向线速度方向机构运机构运动简图动简图右旋蜗杆右旋蜗杆表示蜗杆、蜗轮表示蜗杆、蜗轮回转方向回转方向蜗杆旋向影响蜗轮的回转方向蜗杆旋向影响蜗轮的回转方向如何判断如何判断蜗杆、蜗轮蜗杆、蜗轮的转向？的转向？右旋蜗杆右旋蜗杆左旋蜗杆左旋蜗杆以左手握住蜗杆，四指以左手握住蜗杆，四指指向蜗杆的转向，则拇指向蜗杆的转向，则拇指的指向为啮合点处蜗指的指向为啮合点处蜗轮的线速度方向。

轮的线速度方向左左手手规规则则右右手手规规则则以右手握住蜗杆，四指以右手握住蜗杆，四指指向蜗杆的转向，则拇指向蜗杆的转向，则拇指的指向为啮合点处蜗指的指向为啮合点处蜗轮的线速度方向轮的线速度方向蜗杆的转向蜗杆的转向二、周转轮系的传动比二、周转轮系的传动比周转轮系传动比的计算方法（转化机构法）周转轮系传动比的计算方法（转化机构法） 周转轮系周转轮系 定轴轮系定轴轮系（转化机构）（转化机构）定轴轮系传动定轴轮系传动比计算公式比计算公式求解周转轮系求解周转轮系的传动比的传动比反转法反转法周转轮系周转轮系给整个周转轮系加一个与系杆给整个周转轮系加一个与系杆H的角速度的角速度大小相等、方向相反的公共角速度大小相等、方向相反的公共角速度 ωHωH构件名称构件名称 原周转轮系中原周转轮系中各构件的角速度各构件的角速度转化机构中各转化机构中各构件的角速度构件的角速度系杆Ｈ系杆Ｈw wＨＨ中心轮１中心轮１行星轮２行星轮２中心轮３中心轮３在在转化机构中转化机构中系杆系杆H变成了机架变成了机架把一个周转轮系把一个周转轮系转转化成了定轴轮系化成了定轴轮系构件名称构件名称 原周转轮系中原周转轮系中各构件的角速度各构件的角速度转化机构中各转化机构中各构件的角速度构件的角速度系杆Ｈ系杆Ｈw wＨＨ中心轮１中心轮１中心轮３中心轮３计算该转化机构（定轴计算该转化机构（定轴轮系）的传动比：轮系）的传动比：输入轴输入轴输出轴输出轴给定差动轮系，三个基本构件的角速度给定差动轮系，三个基本构件的角速度ω１１、、ω２２、、ωH中的任意两个，便可由该式求出第三个，从而中的任意两个，便可由该式求出第三个，从而可求出三个中任意两个之间的传动比。

可求出三个中任意两个之间的传动比特别当特别当时时当当时时三、混合轮系的传动比三、混合轮系的传动比什么是混合轮系？什么是混合轮系？系杆系杆系杆回转方向系杆回转方向为了把一个周转轮系为了把一个周转轮系转化为定轴轮系，通转化为定轴轮系，通常采用反转法常采用反转法随机架转动随机架转动相当于系杆相当于系杆把这种由定轴轮系和周转轮系或把这种由定轴轮系和周转轮系或者由两个以上的周转轮系组成的，者由两个以上的周转轮系组成的，不能直接用反转法转化为定轴轮不能直接用反转法转化为定轴轮系的轮系，称为系的轮系，称为混合轮系混合轮系例题例题 已知各轮齿数及已知各轮齿数及ω6，，求求ω3 的大小和方向的大小和方向周转轮系周转轮系定轴轮系定轴轮系周转轮系的转化机构传动比为周转轮系的转化机构传动比为把该轮系分为两部分把该轮系分为两部分代代入入齿齿数数§6-3 行星轮系的效率行星轮系的效率 轮系广泛应用于各种机械中，其效率直接影响这些机械的总效率行轮系广泛应用于各种机械中，其效率直接影响这些机械的总效率行星轮系效率的变化范围很大，效率高的可达星轮系效率的变化范围很大，效率高的可达98%以上，效率低的可接近于以上，效率低的可接近于0，设计不正确的行星轮系甚至可能产生自锁。

因此，计算行星轮系的效率，设计不正确的行星轮系甚至可能产生自锁因此，计算行星轮系的效率就特别重要就特别重要机械效率一般计算方法：机械效率一般计算方法：或或Nf （（摩擦损失功率）摩擦损失功率） 机械系统Nd （（输入功率输入功率））Nr （（输出功率）输出功率） 计算效率时，可以认为输入功率和输出计算效率时，可以认为输入功率和输出功率中有一个是已知的只要能率确定出摩功率中有一个是已知的只要能率确定出摩擦损失功率，就可以计算出效率擦损失功率，就可以计算出效率计算行星轮系效率的基本计算行星轮系效率的基本原理 行星轮系行星轮系 定轴轮系定轴轮系（转化机构）（转化机构）计算定轴轮系计算定轴轮系摩擦损失功率摩擦损失功率计算行星计算行星 轮系效率轮系效率反转法反转法 在不考虑各回转构件惯在不考虑各回转构件惯性力的情况下，当给整个行性力的情况下，当给整个行星轮系附加一个的角速度，星轮系附加一个的角速度，使其变成转化机构时，轮系使其变成转化机构时，轮系中各齿轮之间的相对角速度中各齿轮之间的相对角速度和轮齿之间的作用力不会改和轮齿之间的作用力不会改变，摩擦系数也不会改变。

变，摩擦系数也不会改变因此，可以近似地认为行星因此，可以近似地认为行星轮系与其转化机构中的摩擦轮系与其转化机构中的摩擦损失功率是相等的，也就是损失功率是相等的，也就是说可以利用转化机构来求出说可以利用转化机构来求出行星轮系的摩擦损失功率行星轮系的摩擦损失功率行星轮系行星轮系反转法反转法 定轴轮系（转化机构）定轴轮系（转化机构）（（齿轮齿轮1与齿轮与齿轮2的啮合效率）的啮合效率）（（齿轮齿轮2与齿轮与齿轮3的啮合效率）的啮合效率）转化机构的摩擦损失功率为转化机构的摩擦损失功率为输入功率输入功率输出功率输出功率 考虑到考虑到 与与 可能同向也可能异向，所以上式可能同向也可能异向，所以上式中把中把 取绝对值，表示摩擦损失功率恒为正值取绝对值，表示摩擦损失功率恒为正值近似地认为行星轮系与其转化机构中的摩擦损失功率相等近似地认为行星轮系与其转化机构中的摩擦损失功率相等行星轮系的效率行星轮系的效率功率由功率由齿轮齿轮1输入，由输入，由系杆系杆输出时的效率输出时的效率功率由功率由系杆系杆输入，由输入，由齿轮齿轮1输出时的效率输出时的效率负号机构：负号机构：其转化机构的传动比其转化机构的传动比正号机构：正号机构：其转化机构的传动比其转化机构的传动比§6-4 行星轮系的设计行星轮系的设计一、行星轮系的类型选择一、行星轮系的类型选择选选择择传传动动类类型型时时，，应应考考虑虑的的几几个个因因素素：：传传动动比比的的要要求求、、传传动的效率、外廓结构尺寸和制造及装配工艺等。

动的效率、外廓结构尺寸和制造及装配工艺等１、满足传动比的要求１、满足传动比的要求传动比传动比实用范围实用范围：：传动比：传动比：负号机构负号机构减速传动减速传动输入输入输出输出传动比传动比实用范围实用范围：：负号机构负号机构传动比：传动比：减速传动减速传动减速传动减速传动负号机构负号机构输入输入输出输出输入输入输出输出传动比传动比实用范围实用范围：：传动比：传动比：负号机构负号机构减速传动减速传动输入输入输出输出输入输入输出输出正号机构正号机构当其转化机构的传动比当其转化机构的传动比 时时减速传动减速传动当当 时时增速传动增速传动可达很大值可达很大值输出输出输出输出增速增速比比很大，很大，但自锁但自锁输入输入２、考虑传动效率２、考虑传动效率 不管是增速传动还是减速传动，负号机构的效率一般不管是增速传动还是减速传动，负号机构的效率一般总比正号机构的效率高总比正号机构的效率高 如果设计的轮系用于动力传动，要求效率较高，应该如果设计的轮系用于动力传动，要求效率较高，应该采用负号机构采用负号机构。

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，或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组成的混合轮系来获得较大的传动采用负号机构与定轴轮系组成的混合轮系来获得较大的传动比 正正号号机机构构一一般般用用在在传传动动比比大大、、而而对对效效率率没没有有较较高高要要求求的场合在选用封闭式行星轮系时，要特别注意轮系中的功率流问题，如轮系的型式在选用封闭式行星轮系时，要特别注意轮系中的功率流问题，如轮系的型式及有关参数选择不当，可能会形成有一部分功率只在轮系的内部循环，而不及有关参数选择不当，可能会形成有一部分功率只在轮系的内部循环，而不能向外输出的情况，即形成所谓的封闭功率流这种封闭的功率流将增大功能向外输出的情况，即形成所谓的封闭功率流这种封闭的功率流将增大功率的损耗，使轮系的效率降低，对轮系的效率极为不利率的损耗，使轮系的效率降低，对轮系的效率极为不利二、行星轮系各轮齿数和行星轮数目的选择二、行星轮系各轮齿数和行星轮数目的选择1、传动比条件、传动比条件行星轮系必须能实现给定的传动比行星轮系必须能实现给定的传动比根据传动比确定各齿轮的齿数根据传动比确定各齿轮的齿数2、同心条件、同心条件系杆的回转轴线应与中心轮的轴线相重合系杆的回转轴线应与中心轮的轴线相重合若采用标准齿轮或高度变位齿轮传动，则同若采用标准齿轮或高度变位齿轮传动，则同心条件为心条件为上式表明两中心轮的齿数应同时为奇数或偶数上式表明两中心轮的齿数应同时为奇数或偶数如采用角变位齿轮传动，则如采用角变位齿轮传动，则同心条件按节圆半径计算同心条件按节圆半径计算3、装配条件、装配条件为使各个行星轮都能均匀分布地装入两个中为使各个行星轮都能均匀分布地装入两个中心轮之间，行星轮的数目与各轮齿数之间必心轮之间，行星轮的数目与各轮齿数之间必须有一定的关系。

否则，当第一个行星轮装须有一定的关系否则，当第一个行星轮装好后，其余行星轮便可能无法均布安装好后，其余行星轮便可能无法均布安装设有设有k个个均布的行星轮，则相邻两行星轮均布的行星轮，则相邻两行星轮间所夹的中心角为：间所夹的中心角为：将第一个行星轮在位置将第一个行星轮在位置I装入装入III设轮设轮3固定，系杆固定，系杆H沿逆时针方向转过沿逆时针方向转过 达到位置达到位置II这时中心轮这时中心轮1转过角转过角若在位置若在位置I又能装入第二个行星轮又能装入第二个行星轮则此时中心轮则此时中心轮1转角转角 对应于整数个齿对应于整数个齿两中心轮的齿数两中心轮的齿数z1、、z3之和之和应能被行星轮个数应能被行星轮个数k所整除所整除这种行星轮系这种行星轮系的装配条件的装配条件4、邻接条件、邻接条件保证相邻两行星轮不致相碰，称为邻接条件保证相邻两行星轮不致相碰，称为邻接条件相邻两行星轮的中心距应大于行星轮齿相邻两行星轮的中心距应大于行星轮齿顶圆直径，齿顶才不致相碰顶圆直径，齿顶才不致相碰采用标准齿轮时采用标准齿轮时综上所述综上所述1、传动比条件、传动比条件2、同心条件、同心条件3、装配条件、装配条件4、邻接条件、邻接条件 为了设计时便于为了设计时便于选择各轮的齿数，通选择各轮的齿数，通常把前三个条件合并常把前三个条件合并为一个总的配齿公式为一个总的配齿公式减少行星轮数目减少行星轮数目k或增加齿轮的齿或增加齿轮的齿数数确定各轮齿数的步骤：确定各轮齿数的步骤：先根据配齿公先根据配齿公式选定式选定z1和和k使得在给定传使得在给定传 动比动比 的前提的前提下下N、、 和和 均为正整数均为正整数验算邻接条件验算邻接条件满足满足不满足不满足结束结束三、行星轮系的均载三、行星轮系的均载 为了使行星传动中各个行星轮为了使行星传动中各个行星轮间的载荷均匀分布，提高行星传动间的载荷均匀分布，提高行星传动装置的承载能力和使用寿命，通常装置的承载能力和使用寿命，通常在结构设计上采取均载措施。

在结构设计上采取均载措施1、柔性浮动自位均载方法、柔性浮动自位均载方法 柔性浮动自位的基本原理是假设在三个行星轮的条件下，柔性浮动自位的基本原理是假设在三个行星轮的条件下，行星轮与中心轮的三个啮合点就能确定一个圆周的位置（三点行星轮与中心轮的三个啮合点就能确定一个圆周的位置（三点定圆），而这个圆周位置的确定，则是靠浮动构件在各啮合点定圆），而这个圆周位置的确定，则是靠浮动构件在各啮合点处作用力作用下移动到均衡的位置，从而实现行星轮间载荷均处作用力作用下移动到均衡的位置，从而实现行星轮间载荷均匀分配的目的柔性浮动自位是靠中心轮、行星轮或行星架三匀分配的目的柔性浮动自位是靠中心轮、行星轮或行星架三个构件之一或之二浮动，并且通常还使中心轮具有足够的柔性个构件之一或之二浮动，并且通常还使中心轮具有足够的柔性来保证行星轮间的载荷均布来保证行星轮间的载荷均布2、采用弹性结构的均载方法、采用弹性结构的均载方法利用弹性构件的弹性变形使各个行星轮均匀分担载荷利用弹性构件的弹性变形使各个行星轮均匀分担载荷（（1）靠齿轮本身弹性变形的均载机构）靠齿轮本身弹性变形的均载机构薄壁内齿轮薄壁内齿轮细长挠性轴太阳轮的弹性均载细长挠性轴太阳轮的弹性均载（（2）采用弹性衬套的均载方法）采用弹性衬套的均载方法 内齿轮与内齿轮的支承座之间或行星轮与行星轮轴内齿轮与内齿轮的支承座之间或行星轮与行星轮轴间加入弹性元件，利用弹性元件的弹性变形达到均载的间加入弹性元件，利用弹性元件的弹性变形达到均载的目的。

目的§6-5 其它行星传动简介其它行星传动简介一、渐开线少齿差行星传动一、渐开线少齿差行星传动中心轮中心轮1固定固定系杆系杆H为输入轴为输入轴V为输出轴为输出轴行星轮行星轮2等角速比机构等角速比机构3销孔销孔销轴销轴这种轮系的传动比这种轮系的传动比越小越小齿数差齿数差传动比传动比越大越大当当时时传动比出现最大值传动比出现最大值1）一齿差行星传动输入轴和输出轴的转向相反一齿差行星传动输入轴和输出轴的转向相反2）为保证一齿差行星传动的内外齿轮装配，两个齿轮均需）为保证一齿差行星传动的内外齿轮装配，两个齿轮均需要变位，以避免产生干涉而不能转动要变位，以避免产生干涉而不能转动注注意意二、谐波齿轮传动二、谐波齿轮传动H为波发生器，为波发生器，它相当于行星轮它相当于行星轮系中的系杆，运系中的系杆，运动由此输入动由此输入齿轮齿轮1为刚轮，为刚轮，其齿数为其齿数为z1，，它它相当于中心轮相当于中心轮齿轮齿轮2为柔轮，其为柔轮，其齿数为齿数为z2，，可产生可产生较大的弹性变形，较大的弹性变形，它相当于行星轮它相当于行星轮运动由此输出运动由此输出谐波齿轮传动的谐波齿轮传动的传动比与渐开线传动比与渐开线少齿差行星传动少齿差行星传动的传动比计算公的传动比计算公式完全一样。

式完全一样三波传动三波传动双波传动双波传动双波传动最常用双波传动最常用谐波传动的齿数差应等于波数或波数的整数倍谐波传动的齿数差应等于波数或波数的整数倍为了实际加工的方便，谐波齿轮的齿形，多采用渐开线齿廓为了实际加工的方便，谐波齿轮的齿形，多采用渐开线齿廓三、摆线针轮行星传动三、摆线针轮行星传动摆线针轮行星传动的工作原理和结构与摆线针轮行星传动的工作原理和结构与渐开线少齿差行星传动基本相同渐开线少齿差行星传动基本相同中心轮中心轮1（内齿轮）（内齿轮）系杆系杆H行星轮行星轮2（摆线齿轮）（摆线齿轮）摆线针轮行星传动的传动比计算与渐开摆线针轮行星传动的传动比计算与渐开线少齿差行星传动的计算相同，只是这线少齿差行星传动的计算相同，只是这种传动的齿数差总是等于种传动的齿数差总是等于1摆线针轮行星传动与渐开线少齿差行星摆线针轮行星传动与渐开线少齿差行星传动的不同之处在于齿廓曲线其中心传动的不同之处在于齿廓曲线其中心轮上的内齿是带套筒的圆柱销形针齿，轮上的内齿是带套筒的圆柱销形针齿，而摆线齿轮的行星轮齿廓曲线则是短幅而摆线齿轮的行星轮齿廓曲线则是短幅外摆线的等距曲线外摆线的等距曲线。