齿轮系及其设计精选PPT.ppt

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1、齿轮系及其设计第1页，此课件共45页哦6-1 齿轮系及其分类齿轮系及其分类一轮系一轮系(gear train)由一系列齿轮组成的传动系统。由一系列齿轮组成的传动系统。轮系应用举例轮系应用举例“红箭红箭”导弹发射快速反应装置导弹发射快速反应装置仪表仪表第2页，此课件共45页哦二轮系的分类二轮系的分类定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系混合轮系混合轮系根据轮系在运转过程中各齿轮的几何轴线在空间根据轮系在运转过程中各齿轮的几何轴线在空间的相对位置关系是否变动，可以将轮系分为的相对位置关系是否变动，可以将轮系分为1.定轴轮系定轴轮系(Ordinary gear train)各齿轮轴线的位置都相对机架固定不

2、动的齿轮传动系统。各齿轮轴线的位置都相对机架固定不动的齿轮传动系统。第3页，此课件共45页哦组成组成圆柱齿轮圆柱齿轮圆锥齿轮圆锥齿轮蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆第4页，此课件共45页哦2.周转轮系周转轮系(Planetary gear train)至至少少有有一一个个齿齿轮轮的的轴轴线线（位位置置不不固固定定）绕绕另另一一齿齿轮轮的的轴轴线线转转动动的的齿齿轮传动系统。轮传动系统。第5页，此课件共45页哦周转轮系的组成：周转轮系的组成：太阳轮太阳轮(Sun gears)周转轮系中轴线位置固定不动的齿轮周转轮系中轴线位置固定不动的齿轮系杆系杆H（行星架）（行星架）(Planet carrier)支撑行星轮的

3、构件支撑行星轮的构件行星轮行星轮(Planet gears)周转轮系中轴线不固定的齿轮周转轮系中轴线不固定的齿轮机架机架太阳轮太阳轮太阳轮太阳轮行星轮行星轮系杆系杆第6页，此课件共45页哦周转轮系的分类周转轮系的分类（1）根据其自由度的数目分：）根据其自由度的数目分：差动轮系差动轮系(Differential gear train)自由度为自由度为2的周转轮系的周转轮系行星轮系行星轮系(Planetary gear train)自由度为自由度为1的周转轮系的周转轮系F=3n-2PL-PH =3 42 4 2=2F=3n-2PL-PH =3 32 32=1第7页，此课件共45页哦（2）根据基本构

4、件的组成分：）根据基本构件的组成分：2K-H型型有有2个中心轮个中心轮3K型型有有3个中心轮个中心轮第8页，此课件共45页哦各种周转轮系简图各种周转轮系简图第9页，此课件共45页哦3.混合轮系混合轮系(Composite gear train)由定轴由定轴动轴或多个动轴轮系组成的轮系动轴或多个动轴轮系组成的轮系第10页，此课件共45页哦6-2 定轴轮系的传动比定轴轮系的传动比轮系的传动比轮系的传动比输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比，即：输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比，即：一一对齿轮的传动比一一对齿轮的传动比大小大小转向转向1.大小大小2.转向转向外啮合外啮合“-”内啮合内啮合“+”圆

5、锥齿轮传动圆锥齿轮传动蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动在图上以箭头表示在图上以箭头表示圆柱圆柱齿轮齿轮空间空间齿轮齿轮1212第11页，此课件共45页哦21空间空间齿轮齿轮圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动蜗杆蜗轮传动蜗杆蜗轮传动在图上以箭头表示在图上以箭头表示12左左旋旋蜗蜗杆杆右右旋旋蜗蜗杆杆21第12页，此课件共45页哦二定轴轮系传动比大小的计算二定轴轮系传动比大小的计算结论结论第13页，此课件共45页哦三首、末两轮转向关系的确定三首、末两轮转向关系的确定1.首、末两轮轴线平行：首、末两轮轴线平行：在图上用箭头表示在图上用箭头表示 首、末两轮的转向关系，首、末两轮的转向关系，箭头同向取箭头同向取“+”;箭

6、头反向取箭头反向取“-”。v对于平面轮系：对于平面轮系：k外啮合齿轮对数外啮合齿轮对数v对于空间轮系：对于空间轮系：2.首、末两轮轴线不平行：首、末两轮轴线不平行：在图上用箭头表示在图上用箭头表示 首、末两轮的转向关系。首、末两轮的转向关系。（首、末两轮的转向关系如图所示）（首、末两轮的转向关系如图所示）第14页，此课件共45页哦6-3 周转轮系的传动比周转轮系的传动比一周转轮系传动比计算的基本思路一周转轮系传动比计算的基本思路周周转转轮轮系系传传动动比比不不能能直直接接计计算算，可可以以利利用用相相对对运运动动原原理理，将将周周转转轮轮系系转转化化为为假想的定轴轮系，然后利用定轴轮系传动比的

7、计算公式计算周转轮系传动比。假想的定轴轮系，然后利用定轴轮系传动比的计算公式计算周转轮系传动比。反转法或转化机构法反转法或转化机构法关键：关键：设法使系杆设法使系杆H 固定不动，将周转轮系转化为定轴轮系。固定不动，将周转轮系转化为定轴轮系。第15页，此课件共45页哦 312H3OO1 1 H 2OOO1O112H3指给整个周转轮系加上一个指给整个周转轮系加上一个“-H”的公共角速度，使的公共角速度，使系杆系杆H变为相对变为相对固定，从而得到假想定轴轮系。固定，从而得到假想定轴轮系。周转轮系的转化机构（转化轮系）周转轮系的转化机构（转化轮系）-H 3 3-HH 1-H H-H=0 2 2-HH第

8、16页，此课件共45页哦OOO1O112H3 312H3OO1 1 H 2-H 3 3HH=3 3-HH 1H=1-H H-H=0 2 2HH=2 2-HH周转轮系加上一公共角速度周转轮系加上一公共角速度“-H”后，各构件的角速度：后，各构件的角速度：1 H=1H 2 H=2H 3 H=3H1 12 23 3H H H H=0构件构件 周转轮系角速度周转轮系角速度 转化轮系角速度转化轮系角速度第17页，此课件共45页哦转化机构的转化机构的传动比传动比 i13H 可按定轴轮系传动比的方法求得：可按定轴轮系传动比的方法求得：周转轮系传动比的一般公式为：周转轮系传动比的一般公式为：二周转轮系传动比计

9、算的一般公式二周转轮系传动比计算的一般公式第18页，此课件共45页哦三注意事项三注意事项1.m轮、轮、n轮轮 及系杆及系杆H的轴线必须平行。的轴线必须平行。1 12 23 3HH第19页，此课件共45页哦首、末两轮轴线平行，但中间一些齿轮轴线不平行：首、末两轮轴线平行，但中间一些齿轮轴线不平行：画虚线箭头来确定：画虚线箭头来确定：箭头同向取箭头同向取“+”箭头反向取箭头反向取“-”。2.公式中各公式中各 值均为矢量值均为矢量，计算时必须带，计算时必须带“”号。号。3.如如n轮固定，即轮固定，即 n=0,则上式可写成：则上式可写成：即：即：绝对传动比绝对传动比4.主从主从关系视传递路线不同而不同

10、。关系视传递路线不同而不同。5.平面轮系中行星轮的运动：平面轮系中行星轮的运动：公转公转自转自转绝对转速绝对转速第20页，此课件共45页哦例例1：在图示的轮系中，设在图示的轮系中，设z1=z2=30,z3=90,试求在同一时间内当构件试求在同一时间内当构件1和和3的转数分别为的转数分别为n1=1,n3=-1(设逆时针为正设逆时针为正)时，时，nH及及i1H的值。的值。解：解：（负号表明二者的转向相反）（负号表明二者的转向相反）此此轮轮系系的的转转化化机机构构的的传传动动比为比为：第21页，此课件共45页哦例例2:在图示的周转轮系中，设已知在图示的周转轮系中，设已知 z1=100，z2=101，

11、z2=100，z3=99，试求传动比，试求传动比 iH1。z1=100 z2=101z2=100 z3=99解：解：z1=100 z2=101z2 =10 0 z3=100若将若将z3由由99改为改为100，则，则当当系系杆杆转转10000转转时时，轮轮1转转1转转，其其转转向向与与系杆的转向相同。系杆的转向相同。第22页，此课件共45页哦小小结结1.在在周周转转轮轮系系各各轮轮齿齿数数已已知知的的条条件件下下，如如果果给给定定 m、n和和 H中中的的两两个个，第第三三个个就就可可以以由上式求出。（对于行星轮系，有一个中心轮的转速为零）由上式求出。（对于行星轮系，有一个中心轮的转速为零）2.对

12、对于于由由圆圆柱柱齿齿轮轮组组成成的的周周转转轮轮系系，行行星星轮轮2与与中中心心轮轮1或或3的的角角速速度度关关系系可可以表示为：以表示为：4.对对于于由由圆圆锥锥齿齿轮轮所所组组成成的的周周转转轮轮系系，其其行行星星轮轮和和基基本本构构件件的的回回转转轴轴线线不不平平行行。上上述述公公式式只只可可用用来来计计算算基基本本构构件件的的角角速速度度，而而不不能能用用来来计计算行星轮的角速度。算行星轮的角速度。1 12 23 3HH第23页，此课件共45页哦定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系6-4 复合轮系的传动比复合轮系的传动比第24页，此课件共45页哦传传动动比

13、比求求解解思思路路：将将混混合合轮轮系系分分解解为为基基本本轮轮系系，分分别别计计算算传传动动比比，然然后后根根据组合方式联立求解。据组合方式联立求解。求解要点：求解要点：1.分清轮系分清轮系2.列出方程列出方程3.建立联系建立联系4.联立求解联立求解首先找出其中的基本周转轮系首先找出其中的基本周转轮系分别列出基本周转轮系、定轴轮系的传动比方程分别列出基本周转轮系、定轴轮系的传动比方程找出运动相同的联系构件找出运动相同的联系构件前前面面所所介介绍绍的的2K-H型型周周转转轮轮系系，称称为为基基本本周周转转轮轮系系(Elementary epicyclic gear train)，通通过过一一次

14、次反反转转可可以以得得到到一一个个定定轴轴轮轮系系（转转化化机机构构）。而而对对于于既既包包含含定定轴轴轮轮系系又又包包含含基基本周转轮系的复合轮系本周转轮系的复合轮系(Combined gear train)，不能通过一次反转得到一个定轴轮系。，不能通过一次反转得到一个定轴轮系。第25页，此课件共45页哦定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系例例3:如图所示的轮系中，设已知各轮齿数，试求其传动比。如图所示的轮系中，设已知各轮齿数，试求其传动比。z2=40z1=20z z3 3=30=30z4=80z2=20H解：解：1）划分轮系）划分轮系齿轮齿轮1-2组成组成定轴轮系定轴轮系部分；部分；齿轮齿轮2

15、-3-4-H组成组成周转轮系周转轮系部分。部分。2）计算各轮系传动比）计算各轮系传动比定轴轮系部分定轴轮系部分(1)周转轮系部分周转轮系部分第26页，此课件共45页哦v轮系的传动比轮系的传动比3）将（）将（1）、（）、（2）联立求解）联立求解z2=40z1=20z z3 3=30=30z4=80z2=20H(2)(1)第27页，此课件共45页哦例例4:图示为一电动卷扬机的减速器运动简图图示为一电动卷扬机的减速器运动简图,已知各轮齿数已知各轮齿数,试求试求:传动比传动比 i15解：解：首先，分解轮系首先，分解轮系齿轮齿轮1 1、3 3、2-22-2、5 5组成周转轮系，有组成周转轮系，有齿轮齿轮

16、33、4 4、5 5组成定轴轮系，有组成定轴轮系，有第28页，此课件共45页哦6-5 轮系的功用轮系的功用一实现分路传动一实现分路传动利利用用轮轮系系可可以以使使一一个个主主动动轴轴带带动动若若干干个个从从动轴同时旋转，并获得不同的转速。动轴同时旋转，并获得不同的转速。第29页，此课件共45页哦二获得较大的传动比二获得较大的传动比采采用用周周转转轮轮系系，可可以以在在使使用用很很少少的的齿齿轮轮并并且且也也很很紧紧凑凑的的条条件件下下，得得到到很大的传动比。很大的传动比。第30页，此课件共45页哦三实现变速传动三实现变速传动在在主主轴轴转转速速不不变变的的条条件件下下，利利用用轮轮系系可可使使

17、从从动动轴轴得得到到若若干干种种转转速速，从而实现变速传动。从而实现变速传动。121212III第31页，此课件共45页哦四实现换向传动四实现换向传动在主轴转向不变的条件下，可以改变从动轴的转向。在主轴转向不变的条件下，可以改变从动轴的转向。车车床床走走刀刀丝丝杠杠的的三三星星轮轮换换向向机机构构国产红旗轿车自动变速机构国产红旗轿车自动变速机构第32页，此课件共45页哦五实现运动的合成五实现运动的合成差差动动轮轮系系可可以以把把两两个个运运动动合合成成为为一一个个运运动动。差差动动轮轮系系的的运运动动合合成成特特性性，被广泛应用于机床、计算机构和补偿调整等装置中。被广泛应用于机床、计算机构和补

18、偿调整等装置中。z1=z3 nH=(n1+n3)/2加法机构加法机构 n1=2nH-n2减法机构减法机构第33页，此课件共45页哦六实现运动的分解六实现运动的分解差差动动轮轮系系可可以以将将一一个个基基本本构构件件的的主主动动转转动动按按所所需需比比例例分分解解成成另另两两个个基基本本构件的不同转动。构件的不同转动。汽汽车车后后桥桥的的差差动动器器能能根根据据汽汽车车不不同同的的行行驶驶状状态态，自自动动将将主主轴轴的的转转速速分分解解为为两两后后轮轮的不同转动。的不同转动。z1=z3,nH=n4第34页，此课件共45页哦汽车走直线汽车走直线汽车转弯汽车转弯七实现结构紧凑的大功率传动七实现结构

19、紧凑的大功率传动周周转转轮轮系系常常采采用用多多个个行行星星轮轮均均布布的的结结构构形形式式共共同同分分担担载载荷荷，减减少少齿齿轮轮尺尺寸寸;离离心心惯惯性性力力得以平衡。得以平衡。某某型型号号涡涡轮轮螺螺旋旋桨桨航航空空发发动动机机主主减减外外形形尺尺寸寸仅仅为为 430mm，采采用用4个个行行星星轮轮和和6个个中中间间轮轮，传传递递功功率率达达到到2850kw，i1H11.45。第35页，此课件共45页哦6-6 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、传传动动的的效效

20、率、外廓结构尺寸和制造及装配工艺等。率、外廓结构尺寸和制造及装配工艺等。、满足传动比的要求、满足传动比的要求传动比实用范围：传动比实用范围：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第36页，此课件共45页哦传动比实用范围：传动比实用范围：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实用范围：传动比实用范围：第37页，此课件共45页哦传动比：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

21、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比增速比很大，很大，但自锁但自锁输入输入第38页，此课件共45页哦二、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第39页，此课件共45页哦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，则同心若采用标准齿轮或高度变位齿轮传动，则同心条件为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

22、心轮的齿数应同时为奇数或偶数如采用角变位齿轮传动，则同如采用角变位齿轮传动，则同心条件按节圆半径计算心条件按节圆半径计算第40页，此课件共45页哦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心轮之间，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须有一定的关系。否行星轮的数目与各轮齿数之间必须有一定的关系。否则，当第一个行星轮装好后，其余行星轮便可能无法则，当第一个行星轮装好后，其余行星轮便可能无法均布安装。均布安装。设有设有k个个均布的行星轮，则相邻两行星轮间所均布的行星轮，则相邻两行星轮间所夹的中心角为：夹的中心角为：将第一个行星轮在位置将第一

23、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之和应能之和应能被行星轮个数被行星轮个数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第41页，此课件共45页哦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顶圆相邻两行星轮的中心距应大

24、于行星轮齿顶圆直径，齿顶才不致相碰。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第42页，此课件共45页哦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 为了设计时便于选为了设计时便于选择各轮的齿数，通常把择各轮的齿数，通常把前三个条件合并为一个前三个条件合并为一个总的配齿公式总的配齿公式第43页，此课件共45页哦减少行星轮数目减少行星轮数目k或或增加齿轮的齿数增加齿轮的齿数确定各轮齿数的步骤：确定各轮齿数的步骤：先根据配齿公式选先根据配齿公式选定定z1和和k使得在给定传使得在给定传 动动比比 的前提下的前提下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第44页，此课件共45页哦本章重点小结本章重点小结一、轮系传动比计算一、轮系传动比计算1.定轴轮系是基础，重点掌握转向判断定轴轮系是基础，重点掌握转向判断2.周转轮系传动比计算难点：转化机构周转轮系传动比计算难点：转化机构3.混合轮系传动比计算关键：基本轮系的划分混合轮系传动比计算关键：基本轮系的划分二二、比比较较连连杆杆机机构构、凸凸轮轮机机构构和和齿齿轮轮机机构构，掌掌握握轮轮系系机机构的优缺点和应用场合。构的优缺点和应用场合。第45页，此课件共45页哦