１３.１輪系概述１３.１.１輪系的類型根據(jù)輪系運(yùn)動(dòng)時(shí)各齒輪軸線的相對(duì)位置是否固定，可將輪系分為３種類型：定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系和混合輪系。１.定軸輪系輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所有齒輪幾何軸線的位置都固定不變的輪系稱為定軸輪系，如圖１３－１所示。定軸輪系中，若各齒輪的幾何軸線相互平行，則稱為平面定軸輪系，如圖１３－１（ａ）所示；否則稱為空間定軸輪系，如圖１３－１（ｂ）所示。下一頁返回１３.１輪系概述２.周轉(zhuǎn)輪系輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，至少有一個(gè)齒輪幾何軸線的位置相對(duì)機(jī)架不固定，而是繞著其他齒輪的固定幾何軸線回轉(zhuǎn)，此輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系。如圖１３－２所示的輪系中，齒輪２的幾何軸線的Ｏ２位置不固定，當(dāng)Ｈ桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪２一方面將繞齒輪１的幾何軸線Ｏ１轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面又繞自身軸線Ｏ２自轉(zhuǎn)，該輪系即為周轉(zhuǎn)輪系。３.混合輪系在工程實(shí)際中，除了采用單一的定軸輪系和單一的周轉(zhuǎn)輪系外，還經(jīng)常采用既含定軸輪系部分又含周轉(zhuǎn)輪系部分或由幾部分周轉(zhuǎn)輪系所組成的復(fù)雜輪系，這樣的輪系稱為混合輪系或復(fù)合輪系，如圖１３－３所示。上一頁下一頁返回１３.１輪系概述此外，按組成輪系的齒輪（或構(gòu)件）的軸線是否相互平行，可將輪系分為平面輪系和空間輪系。由軸線相互平行的圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系，如圖１３－１（ａ）、圖１３－２、圖１３－３所示。包含有軸線不相互平行的錐齒輪或蝸桿傳動(dòng)等在內(nèi)的輪系，稱為空間輪系，如圖１３－１（ｂ）所示。１３.１.２輪系傳動(dòng)比的概念上一頁下一頁返回１３.１輪系概述所謂輪系的傳動(dòng)比，是指輪系中輸入軸（主動(dòng)輪）的角速度（或轉(zhuǎn)速）與輸出軸（從動(dòng)輪）的角速度（或轉(zhuǎn)速）之比，用ｉ表示，即輪系的傳動(dòng)比計(jì)算，包括計(jì)算其傳動(dòng)比的大小和確定輸出軸的轉(zhuǎn)向兩個(gè)內(nèi)容。上一頁返回１３.２定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算１３.２.１平面定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算１.傳動(dòng)比大小的計(jì)算現(xiàn)以圖１３－１（ａ）所示的輪系為例，討論其傳動(dòng)比大小的計(jì)算方法。設(shè)齒輪１為主動(dòng)輪，齒輪５為末端從動(dòng)輪，則輪系的傳動(dòng)比ｉ１５應(yīng)當(dāng)是通過計(jì)算輪系中各對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)比，可求得輪系的傳動(dòng)比。下一頁返回１３.２定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算設(shè)輪系中各齒輪齒數(shù)分別為ｚ１、ｚ２、ｚ３、ｚ′３、ｚ４、ｚ′４及ｚ５；各齒輪的轉(zhuǎn)速分別為ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ′３（ｎ′３＝ｎ３）、ｎ４、ｎ′４（ｎ′４＝ｎ４）及ｎ５。則輪系中各對(duì)嚙合齒輪傳動(dòng)比的大小為將上述各式等號(hào)兩邊分別連乘，可得上一頁下一頁返回１３.２定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算平面定軸輪系傳動(dòng)比的大小等于組成該輪系的各對(duì)嚙合齒輪傳動(dòng)比的連乘積，也等于各對(duì)嚙合齒輪中所有從動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積與所有主動(dòng)輪齒數(shù)的連乘積之比。以上結(jié)論可推廣到一般情況，設(shè)輪１為起始主動(dòng)輪，輪ｋ為最末從動(dòng)輪，ｍ為圓柱齒輪外嚙合的對(duì)數(shù)，則平面定軸輪系的傳動(dòng)比的一般公式為２.從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向的確定上一頁下一頁返回１３.２定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算由于平面定軸輪系中各個(gè)齒輪的軸線相互平行，所以任意兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)向不是相同便是相反。因此規(guī)定：兩輪轉(zhuǎn)向相同時(shí)傳動(dòng)比取正號(hào)，兩輪轉(zhuǎn)向相反時(shí)傳動(dòng)比取負(fù)號(hào)，輪系中從動(dòng)輪與主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系，可根據(jù)其傳動(dòng)比的正負(fù)號(hào)確定。若輪系中外嚙合齒輪對(duì)數(shù)為奇數(shù)，則末輪與首輪轉(zhuǎn)向相反，傳動(dòng)比取負(fù)；若輪系中外嚙合齒輪對(duì)數(shù)為偶數(shù)，則末輪與首輪轉(zhuǎn)向相同，傳動(dòng)比取正。另外，平面定軸輪系從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向，也可以采用畫箭頭的方法確定，如圖１３－１（ａ）所示。上一頁下一頁返回１３.２定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算在圖１３－１（ａ）所示輪系中，齒輪２同時(shí)和兩個(gè)齒輪嚙合，對(duì)齒輪１而言，齒輪２是從動(dòng)輪，對(duì)于齒輪３而言，它又是主動(dòng)輪。齒數(shù)ｚ２在公式（１３－１）的分子和分母上各出現(xiàn)一次，故不影響傳動(dòng)比的大小。但可改變從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向。這種不影響傳動(dòng)比數(shù)值大小，只起改變從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向作用的齒輪稱為惰輪。１３.２.２空間定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算空間定軸輪系傳動(dòng)比的大小仍采用式（１３－２）計(jì)算，但由于是包含有圓錐齒輪或蝸桿傳動(dòng)的定軸輪系，各輪的軸線不平行，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間不存在轉(zhuǎn)向相同或相反問題，所以不能用傳動(dòng)比的正負(fù)號(hào)來確定從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向，只能采用畫箭頭的方法確定從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向。上一頁下一頁返回１３.２定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算圖１３－１（ｂ）所示，對(duì)于圓錐齒輪傳動(dòng)，表示齒輪副轉(zhuǎn)向的箭頭同時(shí)指向或同時(shí)背離節(jié)點(diǎn)。對(duì)于蝸桿傳動(dòng)，從動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)向判定方法用蝸桿“左、右手法則”：對(duì)右旋蝸桿，用右手法則，即用右手握住蝸桿的軸線，使四指彎曲方向與蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，則與拇指的指向相反的方向就是蝸輪在節(jié)點(diǎn)處圓周速度的方向。對(duì)左旋蝸桿，用左手法則，方法同上。上一頁返回１３.３周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算１３.３.１周轉(zhuǎn)輪系的組成如圖１３－５所示的周轉(zhuǎn)輪系。齒輪２既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)稱為行星輪；齒輪１和齒輪３的幾何軸線的位置固定不動(dòng)稱為太陽輪或中心輪，它們分別與行星輪２相嚙合；支持行星輪做自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的構(gòu)件Ｈ稱為行星架或系桿。行星輪、太陽輪、行星架以及機(jī)架組成周轉(zhuǎn)輪系。一個(gè)周轉(zhuǎn)輪系中，中心輪和行星架的幾何軸線必須重合，否則周轉(zhuǎn)輪系不能運(yùn)動(dòng)。若周轉(zhuǎn)輪系中的兩個(gè)太陽輪都能轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱其為差動(dòng)輪系，如圖１３－５（ａ）所示；若周轉(zhuǎn)輪系中有一個(gè)太陽輪是固定的，則稱其為行星輪系，如圖１３－５（ｂ）所示。下一頁返回１３.３周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算１３.３.２周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算從周轉(zhuǎn)輪系的組成可以看出，周轉(zhuǎn)輪系與定軸輪系的根本差別是周轉(zhuǎn)輪系中有轉(zhuǎn)動(dòng)著的行星架，使得行星輪系既有自轉(zhuǎn)，又有公轉(zhuǎn)。所以周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比就不能直接用定軸輪系的公式來計(jì)算。為了解決周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算，設(shè)法將周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，假設(shè)給整個(gè)周轉(zhuǎn)輪系加上一個(gè)公共轉(zhuǎn)速（－ｎＨ），行星架Ｈ便靜止不動(dòng)，但各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系并不改變，這時(shí)所有齒輪的幾何軸線位置全部固定，于是周轉(zhuǎn)輪系就轉(zhuǎn)化為定軸輪系。上一頁下一頁返回１３.３周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算該假想定軸輪系稱為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系。轉(zhuǎn)化輪系中各個(gè)構(gòu)件對(duì)行星架Ｈ的相對(duì)轉(zhuǎn)速分別用及表示，見表１３－１。利用定軸輪系的傳動(dòng)比計(jì)算公式，可列出轉(zhuǎn)化輪系中任意兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比。如圖１３－５所示轉(zhuǎn)化輪系中，齒輪１、齒輪３的傳動(dòng)比為上一頁下一頁返回１３.３周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算以上結(jié)論可推廣到周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比計(jì)算的一般情況，則可寫出上一頁返回１３.４輪系的功用輪系被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和儀表中，其主要功能有以下幾種。１.實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)當(dāng)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，如果僅用一對(duì)齒輪來傳動(dòng)，如圖１３－８中的齒輪１和齒輪２，齒輪的尺寸就很大，既占空間，又費(fèi)材料，且制造安裝都不方便。若改用圖中４個(gè)小齒輪３、４、５、６組成的輪系來傳動(dòng)，就可以縮小齒輪尺寸，便于制造和安裝。２.實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比傳動(dòng)使用一對(duì)齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)比一般不大于８。下一頁返回１３.４輪系的功用否則小齒輪尺寸太小而壽命較低，大齒輪尺寸較大而占用較大的空間，如圖１３－６所示行星輪系，Ｈ、１分別為主、從動(dòng)件時(shí)，ｉＨ１=１００００，即當(dāng)行星架轉(zhuǎn)１００００ｒ時(shí)，齒輪１才轉(zhuǎn)１ｒ，由此可見，其可以實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。３.實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)如圖１３－９為滾齒機(jī)上實(shí)現(xiàn)滾刀與輪坯范成運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)簡圖。圖中由軸Ⅰ帶來的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力經(jīng)錐齒輪１、２傳給滾刀，同時(shí)又由與錐齒輪１同軸的齒輪３經(jīng)齒輪４、５、６、７傳給蝸桿８，再傳給蝸輪９而至輪坯。這樣實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的分路傳動(dòng)。上一頁下一頁返回１３.４輪系的功用４.實(shí)現(xiàn)變向、變速傳動(dòng)通過不同齒輪的嚙合組合,可以實(shí)現(xiàn)變速及變向操作。如圖１３－１０所示為汽車上常用的三軸四速變速箱傳動(dòng)簡圖。當(dāng)改變各軸的軸向位置時(shí),使傳動(dòng)過程中通過不同的齒輪嚙合,從而獲得不同的變速比。圖中軸Ⅰ為輸入軸，軸Ⅲ為輸出軸，軸Ⅱ和Ⅳ為中間傳動(dòng)軸。當(dāng)牙嵌離合器的ｘ和ｙ半軸接合，滑移齒輪４、６空套時(shí)，Ⅲ軸得到與Ⅰ軸同樣的高轉(zhuǎn)速；當(dāng)離合器脫開，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力由齒輪１、２傳給Ⅱ軸，當(dāng)移動(dòng)滑移齒輪使４與３嚙合，或６與５嚙合，Ⅲ軸可得中速或低速擋；當(dāng)移動(dòng)齒輪６與Ⅳ軸上的齒輪８嚙合，Ⅲ軸轉(zhuǎn)速反向，可得低速的倒車擋。上一頁下一頁返回１３.４輪系的功用５.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解和合成對(duì)于差動(dòng)輪系，可以將一根軸的運(yùn)動(dòng)分解為兩根軸的運(yùn)動(dòng)，也可以將兩根軸的運(yùn)動(dòng)合成為一根軸的運(yùn)動(dòng)。圖１３－１１所示的差動(dòng)輪系不難導(dǎo)出其轉(zhuǎn)速關(guān)系為它可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成，將齒輪１和齒輪３的轉(zhuǎn)速合稱為轉(zhuǎn)臂Ｈ的轉(zhuǎn)速；也可以相反地將轉(zhuǎn)臂Ｈ的轉(zhuǎn)速分解。如圖１３－１２所示的汽車后橋就利用該差動(dòng)輪系的這一特性進(jìn)行工作的。上一頁下一頁返回１３.４輪系的功用兩車輪的轉(zhuǎn)速相當(dāng)于上式中的ｎ１和ｎ３，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速相當(dāng)于上式中的ｎＨ，汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外車輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)是不同的，以避免車輪與地面之間發(fā)生劇烈摩擦。后橋中差動(dòng)輪系的作用是汽車行進(jìn)中能自然適應(yīng)不同轉(zhuǎn)彎過程和直線行進(jìn)中的內(nèi)外車輪之間的速度差異。目前的各種輪式車輛的行駛系統(tǒng)幾乎都采用了這一傳動(dòng)技術(shù)，是差動(dòng)輪系最典型的應(yīng)用。上一頁返回１３.５混合輪系傳動(dòng)比計(jì)算由幾個(gè)基本周轉(zhuǎn)輪系或定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系組成的混合輪系，進(jìn)行傳動(dòng)比計(jì)算時(shí)，必須先將混合輪系分解成基本周轉(zhuǎn)輪系和定軸輪系，然后分別列出傳動(dòng)比計(jì)算式，最后聯(lián)立求解。分解輪系時(shí)，首先找出周轉(zhuǎn)輪系，剩下的便是定軸輪系。周轉(zhuǎn)輪系的特點(diǎn)是具有幾何軸線不固定的行星輪，與行星輪嚙合的齒輪為太陽輪，行星輪、太陽輪與支持行星輪的