1、第5章 轮 系,51 轮系的类型,52 定轴轮系及其传动比,53 周转轮系及其传动比,54 复合轮系及其传动比,55 轮系的应用,56 几种特殊的行星传动简介,51 轮系的类型,定义：由齿轮组成的传动系统简称轮系,本章要解决的问题：,轮系分类,周转轮系（轴有公转）,定轴轮系（轴线固定）,复合轮系（两者混合）,差动轮系（F=2）,行星轮系（F=1）,1.轮系传动比 i 的计算; 2.从动轮转向的判断。,平面定轴轮系,空间定轴轮系,52 定轴轮系及其传动比,一、传动比大小的计算,i1m=1 /m 强调下标记法,对于齿轮系，设输入轴的角速度为1，输出轴的角速度为m ,按定义有：,一对齿轮： i12
2、=1 /2 =z2 /z1 可直接得出,当i1m1时为减速, i1m1时为增速。,设计：潘存云,设计：潘存云,二、首、末轮转向的确定,设轮系中有m对外啮合齿轮，则末轮转向为(-1)m,1)用“” “”表示,外啮合齿轮：两轮转向相反，用“”表示；,两种方法：,适用于平面定轴轮系（轴线平行，两轮转向不是相同就是相反）。,内啮合齿轮：两轮转向相同，用“”表示。,转向相反,转向相同,每一对外齿轮反向一次考虑方向时有,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,2)画箭头,外啮合时：,内啮合时：,对于空间定轴轮系，只能用画箭头的方法来确定从动轮的转向。,两箭头同时指向（或远离）啮合点。 头头相对或尾尾相对
3、。,两箭头同向。,1)锥齿轮,设计：潘存云,设计：潘存云,2)蜗轮蜗杆,伸出左手,伸出右手,设计：潘存云,例一：已知图示轮系中各轮齿数，求传动比 i15 。,齿轮2对传动比没有影响，但能改变从动轮的转向，称为过轮或中介轮。,2. 计算传动比,齿轮1、5 转向相反,解：1.先确定各齿轮的转向,i15 = 1 /5,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,反转原理：给周转轮系施以附加的公共转动H后，不改变轮系中各构件之间的相对运动， 但原轮系将转化成为一新的定轴轮系，可按定轴轮系的公式计算该新轮系的传动比。,类型：,基本构件：太阳轮(中心轮)、行星架(系杆或转臂)。,其它构件：行星轮。其运动有自
4、转和绕中心轮的公转，类似行星运动，故得名。,53 周转轮系及其传动比,转化后所得轮系称为原轮系的,2K-H型,3K型,“转化轮系”,施加H后系杆成为机架，原轮系转化为定轴轮系,由于轮2既有自转又有公转,故不能直接求传动比,轮1、3和系杆作定轴转动,设计：潘存云,设计：潘存云,1 1,将轮系按H反转后，各构件的角速度的变化如下:,2 2,3 3,H H,转化后: 系杆=机架， 周转轮系=定轴轮系，,可直接套用定轴轮系传动比的计算公式。,H11H,H22H,H33H,HHHH0,右边各轮的齿数为已知，左边三个基本构件的参数中，如果已知其中任意两个，则可求得第三个参数。于是，可求得任意两个构件之间的
5、传动比。,上式“”说明在转化轮系中H1 与H3 方向相反。,特别注意：1.齿轮m、n的轴线必须平行。,通用表达式：,= f(z),2.计算公式中的“” 不能去掉，它不仅表明转化轮系中两个太阳轮m、n之间的转向关系，而且影响到m、n、H的计算结果。,如果是行星轮系，则m、n中必有一个为0（不妨设n0）,则上述通式改写如下：,以上公式中的i 可用转速ni 代替: 两者关系如何？,用转速表示有：,= f(z),ni=(i/2 )60,rpm,例二 2KH 轮系中， z1z220, z360,1)轮3固定。求i1H 。,2)n1=1, n3=-1, 求nH 及i1H 的值。,3)n1=1, n3=1,
6、 求nH 及i1H 的值。, i1H=4 , 齿轮1和系杆转向相同,3,两者转向相反。,得： i1H = n1 / nH =2 ,轮1逆时针转1圈，轮3顺时针转1圈，则系杆顺时针转半圈。,轮1逆转1圈，轮3顺转1圈,轮1、轮3各逆转1圈,轮1转4圈，系杆H转1圈。模型验证,结论：,1)轮1转4圈，系杆H同向转1圈。,2) 轮1逆时针转1圈，轮3顺时针转1圈，则系杆顺时针转半圈。,3)轮1轮3各逆时针转1圈，则系杆逆时针转1圈。,特别强调： i13 iH13 一是绝对运动、一是相对运动, i13- z3/z1,=3,两者转向相同。,得： i1H = n1 / nH =1 ,轮1轮3各逆时针转1圈
7、，则系杆逆时针转1圈。,n1=1, n3=1,三个基本构件无相对运动！,这是数学上0比0未定型应用实例,设计：潘存云,例三：已知图示轮系中 z144，z240,z242, z342，求iH1,解：iH13(1-H)/(0-H ),4042/4442, i1H1-iH13,结论：系杆转11圈时，轮1同向转1圈。,若 Z1=100, z2=101, z2=100, z3=99。,i1H1-iH131-10199/100100,结论：系杆转10000圈时，轮1同向转1圈。,= 1-i1H,(-1)2 z2z3 /z1 z2,10/11,iH11/i1H=11,iH110000,1-10/11,1/1
8、1,1/10000,模型验证,设计：潘存云,又若 Z1=100, z2=101, z2=100, z3100，,结论：系杆转100圈时，轮1反向转1圈。,此例说明行星轮系中输出轴的转向，不仅与输入轴的转向有关，而且与各轮的齿数有关。本例中只将轮3增加了一个齿，轮1就反向旋转，且传动比发生巨大变化，这是行星轮系与定轴轮系不同的地方,i1H1-iH1H1-101/100,iH1-100,1/100,设计：潘存云,例四：图示圆锥齿轮组成的轮系中，已知：z133，z212, z233, 求 i3H,解:判别转向:,强调：如果方向判断不对，则会得出错误的结论：30。,提问：,事实上，因角速度2是一个向量
9、，它与牵连角速度H和相对,角速度H2之间的关系为：, P为绝对瞬心，故轮2中心速度为：,V2o=r2H2, H2H r1/ r2,i3H =2 系杆H转一圈，齿轮3同向2圈,=1,Why? 因两者轴线不平行,H2 2H,又 V2o=r1H,如何求？,特别注意：转化轮系中两齿轮轴线不平行时，不能直接计算！,H tg1,H ctg2,齿轮1、3方向相反,54 复合轮系及其传动比,除了上述基本轮系之外，工程实际中还大量采用混合轮系。,将复合轮系分解为基本轮系，分别计算传动比，然后根据组合方式联立求解。,方法：先找行星轮,混合轮系中可能有多个周转轮系，而一个基本周转轮系中至多只有三个中心轮。剩余的就是
10、定轴轮系。,举例一P80，求图示电动卷扬机的传动比。（自学）,传动比求解思路：,轮系分解的关键是：将周转轮系分离出来。,系杆（支承行星轮),太阳轮（与行星轮啮合）,混合轮系的解题步骤：,1)找出所有的基本轮系。,2)求各基本轮系的传动比。,3) 根据各基本轮系之间的连接条件，联立基本轮系的传动比方程组求解。,关键是找出周转轮系!,作者：潘存云教授,115 轮系的应用,1)获得较大的传动比，而且结构紧凑。,2)实现分路传动，如钟表时分秒针；,轮系的传动比i可达10000。,实例比较,一对齿轮: i8,i12=6,结构超大、小轮易坏,115 轮系的应用,1)获得较大的传动比，而且结构紧凑。,2)实
11、现分路传动，如钟表时分秒针；,3)换向传动,轮系的传动比i可达10000。,一对齿轮: i8,车床走刀丝杠三星轮换向机构,115 轮系的应用,1)获得较大的传动比，而且结构紧凑。,2)实现分路传动，如钟表时分秒针；,3)换向传动,4)实现变速传动,轮系的传动比i可达10000。,一对齿轮: i8,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,移动双联齿轮使不同 齿数的齿轮进入啮合 可改变输出轴的转速。,5)运动合成加减法运算,115 轮系的应用,1)获得较大的传动比，而且结构紧凑。,2)实现分路传动，如钟表时分秒针；,3)换向传动,4)实现变速传动,轮系的传动比i可达1000
12、0。,一对齿轮: i8,作者：潘存云教授,=1,图示行星轮系中：Z1= Z2 = Z3,nH =(n1 + n3 ) / 2,结论：行星架的转速是轮1、3转速的合成。,5)运动合成,6)运动分解下页有汽车差速器,115 轮系的应用,1)获得较大的传动比，而且结构紧凑。,2)实现分路传动，如钟表时分秒针；,3)换向传动,4)实现变速传动,轮系的传动比i可达10000。,一对齿轮: i8,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,=1,图示为汽车差速器，,n1 =n3,当汽车走直线时，若不打滑：,差速器,分析组成及运动传递,汽车转弯时，车体将以绕P点旋转：,V1=(r-L) ,V3=(r+L) 两者之间
13、 有何关系呢,n1 /n3 = V1 / V3,r转弯半径，,该轮系根据转弯半径大小自动分解 nH使n1 、n3符合转弯的要求,= (r-L) / (r+L),2L轮距,式中行星架的转速nH由发动机提供，为已知,仅由该式无法确定 两后轮的转速,还需 要其它约束条件。,其中： Z1= Z3 ，nH= n4,设计：潘存云,56 几种特殊的行星传动简介,在2K-H行星轮系中，去掉小中心轮，将行星轮加大使与中心轮的齿数差z2-z114，称为少齿差传动。传动比为：,若z2-z11(称为一齿差传动)，z1100，则iH1100。 输入轴转100圈，输出轴只反向转一圈。可知这种少齿数差传动机构可获得很大的单
14、级传动比。,输出机构V,系杆为主动，输出行星轮的运动。由于行星轮作平面运动，故应增加一运动输出机构V。,iH1=1/ i1H,= -z1 /(z2 - z1 ),称此种行星轮系为:,K-H-V型。,设计：潘存云,设计：潘存云,工程上广泛采用的是孔销式输出机构,图示输出机构为双万向联轴节，不仅轴向尺寸大，而且不适用于有两个行星轮的场合。,当满足条件：,销孔和销轴始终保持接触。,四个圆心的连线构成: 平行四边形。,dh= ds + 2a,根据齿廓曲线的不同，目前工程上有两种结构的减速器，即渐开线少齿差行星和摆线针轮减速器。,不实用!,结构如图,一、渐开线少齿差行星齿轮传动,其齿廓曲线为普通的渐开线
15、，齿数差一般为z2-z1=14。,优点：,传动比大，一级减速i1H可达135，二级可达1000以上。,结构简单，体积小，重量轻。与同样传动比和同样功率的普通齿轮减速器相比，重量可减轻1/3以上。,加工简单，装配方便。,效率较高。一级减速0.80.94,比蜗杆传动高。,由于上述优点，使其获得了广泛的应用,缺点：,只能采用正变位齿轮传动，设计较复杂。存在重叠干涉现象,传递功率不大，N45KW。 受输出机构限制,径向分力大，行星轮轴承容易损坏。 大,设计：潘存云,二、摆线针轮传动,结构特点： 行星轮齿廓曲线为摆线(称摆线轮)，固定轮采用针轮。,摆线轮,当满足条件：dh= ds + 2a,齿数差为:
16、z2-z1=1,销孔和销轴始终保持接触，四个圆心的连线构成一平行四边形。,设计：潘存云,2,发生圆,外摆线： 发生圆2在导圆1(r1r2)上作纯滚动时，发生圆上点P的轨迹。,齿廓曲线的形成,外摆线,设计：潘存云,a,短幅外摆线： 发生圆在导圆上作纯滚动时，与发生圆上固联一点M的轨迹。,齿廓曲线： 短幅外摆线的内侧等距线(针齿的包络线)。,短幅外摆线,齿廓曲线,外摆线： 发生圆2在导圆1(r1r2)上作纯滚动时，发生圆上点P的轨迹。,齿廓曲线的形成,优点：,传动比大，一级减速i1H可达135，二级可达1000以上。,结构简单，体积小，重量轻。与同样传动比和同样功率的普通齿轮减速器相比，重量可减轻
17、1/3以上。,加工简单，装配方便。,效率较高。一级减速0.80.94,比蜗杆传动高。,设计：潘存云,三、谐波齿轮传动,组成: 刚轮(固定) 、柔轮(输出) 、波发生器(主动) 。,设计：潘存云,工作原理：当波发生器旋转时，迫使柔轮由圆变形为椭圆，使长轴两端附近的齿进入啮合状态，而端轴附近的齿则脱开，其余不同区段上的齿有的处于逐渐啮入状态，而有的处于逐渐啮出状态。波发生器连续转动时，柔轮的变形部位也随之转动，使轮齿依次进入啮合，然后又依次退出啮合，从而实现啮合传动。,在传动过程中柔轮的弹性变形近似于谐波，故取名为谐波传动。,刚轮,柔轮,波发生器,模型验证,设计：潘存云,设计：潘存云,刚轮,优点：,传动比大，单级减速i1H可达50500；,同时啮合的齿数多，承载能力高；,传动平稳、传动精度高、磨损小；,在大传动比下，仍有较高的机械效率；,类型： 双波传动、 三波传动,零件数量少、重量轻、结构紧凑；,缺点：启动力矩较大、柔轮容易发生疲劳损坏、发热严重。,转臂旋转一圈，柔轮变形两次，并反向转两个齿。,转臂旋转一圈，柔轮变形三次，反向转三个齿。,双波动画,三波动画,
