清华大学机械原理课件——第5章 轮系.ppt

第5章 轮系(Gear Train) 轮系的类型 轮系的传动比 轮系的功能 轮系的设计,第5章 轮系(Gear Train) 5.1 轮系的类型,由一系列齿轮组成的传动系统轮系 分类,5.1.1 定轴轮系(Ordinary Gear Train) 运转中所有齿轮的轴心线不动的轮系定轴轮系(普通轮系),5.1.2 周转轮系(Planetary Gear Train) 至少有一个齿轮的轴线绕另一齿轮的轴心线回转的轮系周转轮系(动轴轮系) 组成：,太阳轮(中心轮),行星轮,系杆,太阳轮(中心轮),中心轮1，3和系杆H 的回转轴线的位置均固定且重合 运动的输入或输出构件周转轮系的基本构件,周转轮系,行星轮系(F=1) 差动轮系(F=2),自由度 F =？,行星轮系 (两个中心轮之一固定),自由度 F =？ 自由度: 差动轮系,定轴轮系,轮系的类型？,按周转轮系中基本构件的不同分类 2K-H型,单排 双排 2K-H型周转轮系,3K型,基本构件是3个中心轮，系杆H只起支承作用,5.1.3 混合轮系(Composite Gear Train) 定轴轮系 + 周转轮系,中心轮1、3 行星轮2 系杆H,差动轮系 （F =2）,3 3 1 1,封闭 （F =1）,封闭差动轮系,周转轮系2,周转轮系1,周转轮系1 + 周转轮系2,混合轮系,轮系类型？,混和轮系,定轴轮系,周转轮系,5.2 轮系的传动比 传动比 5.2.1 定轴轮系的传动比,齿轮转向？,齿轮4: 惰轮,首尾两轮几何轴线平行,首尾两轮几何轴线不平行,5.2.2 周转轮系的传动比,周转轮系,转化轮系,周转轮系,转化轮系,一般公式,转化轮系传动比 “+”正号机构 “-”负号机构,例1 已知： 试求传动比,系杆H与中心轮1转向相同,例2 已知： 转向如图所示。试求 大小和方向。,系杆H的转向与齿轮1相同，与齿轮3相反。,注意 计算过程的正负号； 空间轮系的问题。,5.2.3 混合轮系的传动比 系杆H?,周转轮系： 定轴轮系：,系杆H,例3：z1= z2 =z3,指南车：据传说西周时就已发明，但最早的确切记载在三国时期。,指南针：是利用了磁铁或磁石在地球磁场中的南北指极性而制成的指向仪器。 指南车：是车上装有一套差动齿轮装置。 现代军事上的坦克、装甲车是钢铁外壳，行驶时又震动很大，磁性罗盘在车内难以正常工作，就要借助这种机械指向工具。,*5.3 轮系的效率 5.4 轮系的功能 1. 获得大的传动比 一对齿轮传动，一般i57 获得大的传动比,例1：已知：z1=z2=100，z2=99，z3=101。求iH1,思考：该机构能否用于升速传动？,效率： 转化轮系,效率极低,发生自锁,例2：在啤酒厂的大麦发酵池中，为了使搅拌器缓慢移动，以达到搅拌充分的目的，从电机到移动齿轮间采用了行星减速器，其传动比高达702.25,2. 实现减速、增速或变速运动 例1：汽车手动变速器（130）,输入,输出,问题：实现几档变速？,例2：汽车自动变速器（红旗）,第1档：B1 制动,第2档：B2 制动,第3档：B3 制动,第4档：C 合上,第5档：Br 制动,3. 实现结构紧凑的大功率传动 特点,飞机涡轮螺旋桨发动机主减速器,4. 实现分路传动,滚齿机工作台中的传动机构,5. 实现运动的合成和分解 (1)运动合成 两个主动件一个从动件(F=2) 加(减)法机构,(2) 运动分解,6. 实现执行机构的复杂运动 行星轮既有自转又有公转复杂运动 例：行星搅拌机构,用于食品加工的行星搅拌机构,5.5 轮系的设计 5.5.1 定轴轮系的设计 基本内容 选择轮系的类型 确定轮系中各轮的齿数 选择轮系的布置方案,1.定轴轮系类型的选择 灵活性和复杂性 直齿圆柱齿轮 平行轴斜齿轮 交错轴斜齿轮 蜗杆蜗轮 圆锥齿轮机构,选择原则 除满足使用要求外，考虑外廓尺寸、效率、重量和成本等因素。 高速重载场合减小冲击、振动和噪声，提高传动性能 平行轴斜齿轮 转换运动轴线方向或改变从动轴转向 圆锥齿轮传动 低速、小功率、空间任意角度交错轴传动 交错轴斜齿轮传动 大传动比、结构紧凑或分度、微调及有自锁要求的场合 蜗杆传动,设计实例 滚齿机工作台中的传动机构,滚刀与轮坯不在同一平面内运动圆锥齿轮传动,滚刀与轮坯间传动比大、有分度功能蜗杆传动,改变传动比，需更换齿轮 一组圆柱齿轮传动,结论： 满足范成加工的基本要求； 外廓尺寸小，结构紧凑。,2.定轴轮系中各轮齿数的选择 合理分配轮系中各对齿轮的传动比 传动比分配原则 齿轮传动： ，蜗杆传动： ； 多级减速传动，“前小后大”； 为使尺寸协调、结构匀称，相邻两级传动比的差值不宜过大； 闭式齿轮减速器，为便于润滑，,3.定轴轮系布置方案的选择,优点：结构简单。 缺点：齿轮与两端轴承的位置不对称，当轴弯曲变形时，会引起载荷沿齿宽分布不均匀，只适合载荷较平稳处。,优点：齿轮与两端轴承的位置对称，适于变载荷处。 缺点：结构较复杂。,优点：输入输出轴在同一轴线上(回归轮系)，结构紧凑。 缺点：中间轴较长，变形使齿宽上的载荷分布不均匀。,5.5.2 周转轮系的设计 基本内容 周转轮系类型的选择 确定轮系中各轮的齿数 *周转轮系的均衡装置,1.周转轮系类型的选择 考虑因素： 传动比范围； 效率高低； 结构复杂程度； 外廓尺寸等。,当轮系主要用于传递运动时 首先，传动比满足要求； 其次，兼顾效率、结构复杂程度、外廓尺寸和重量等。 当轮系主要用于传递动力时 首先，机构的效率； 其次，兼顾传动比、结构复杂程度、外廓尺寸和重量等。,2.周转轮系中各轮齿数的选择 确定各轮齿数须满足的条件 传动比条件,周转轮系用来传递运动，就必须实现工作所要求的传动比。,同心条件 装配条件,为了保证装在系杆上的行星轮在转到过程中始终与中心轮正确啮合，系杆转轴与中心轮的轴线重合。,使多个行星轮能够均匀分布在中心轮的周围。,邻接条件,例：单排2K-H行星轮系 1) 传动比条件,相邻两个行星轮的齿顶不能产生干涉和碰撞。,2) 同心条件,3个齿轮均为标准齿轮或高度变位齿轮,两中心轮同为奇数或偶数,若采用角度变位：,同心条件,3) 装配条件 k 个行星轮均匀分布，则相邻两个行星轮之间的夹角为：,在I位置处装入第一个行星轮，然后将系杆H转过 角到达位置II，若在空出的I位置处，中心轮1和3的轮齿相对位置关系同装入第一个行星轮时相同，则一定可以顺利装入第二个行星轮。,设行星轮齿数为偶数,依次轮流装入法，让系杆H转动：,点到达 点,中心轮1正好转过整数个齿,若行星轮齿数为奇数，同样可得：,若k 个行星轮均匀分布在中心轮四周，则两个中心轮的齿数和应能被行星轮个数k 整除。,装配条件,4) 邻接条件,不发生碰撞和干涉,对于标准齿轮,变位齿轮传动时，按实际尺寸校核。,双排2K-H行星轮系(标准齿轮传动，各轮模数相等),1) 传动比条件,2) 同心条件,3) 装配条件,双排2K-H行星轮系(标准齿轮传动，各轮模数相等),4) 邻接条件,双排2K-H 单排2K-H,差动轮系,假想一个中心轮固定,行星轮系,设计实例 设计一单排2K-H行星轮系，要求实现传动比 装配条件,标准齿轮传动，选择z1=18，传动比条件：,同心条件：,邻接条件：,设计方案：,不满足？,文献阅读指南 1. 混合轮系设计循环功率问题 一部分功率只在轮系内部循环，增大功耗、降低效率。 H.H.Mabie, C.F.Reinholtz. Mechanisms and Dynamics of Machiner