1、第九章 輪 系,在機(jī)器中，常將一系列相互嚙合的齒輪組成傳動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)變速、分路傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)分解與合成等功用。這種由一系列齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為輪系。 根據(jù)輪系在運(yùn)動(dòng)時(shí)各齒輪軸線的相對(duì)位置是否固定，可以分為兩種類型。 組合輪系,(a) 平面定軸輪系； (b) 空間定軸輪系,一 定軸輪系 所有齒輪幾何軸線的位置都是固定的輪系，稱為定軸輪系。,定軸輪系。,二 行星輪系,輪系傳動(dòng)時(shí),其中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線是繞另一個(gè)固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng),該輪系稱為行星輪系。 行星輪系由行星齒輪、行星架、太陽輪等組成。 在行星輪系中, 活套在構(gòu)件H上的齒輪2一方面繞自身的軸線OO回轉(zhuǎn), 同時(shí)又隨構(gòu)件H繞輪系主軸線(固定軸線

2、)OO回轉(zhuǎn), 這種既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)的齒輪稱為行星輪。 H是支撐行星輪的構(gòu)件, 稱為行星架。 齒輪1和齒輪3的軸線與行星輪系固定的主軸線重合, 并且它們都與行星輪嚙合, 稱為中心輪, 用K表示。,圖 12-3 行星輪系 (a) 結(jié)構(gòu)圖; (b) 行星輪系簡圖,行星輪系,行星輪系的分類： (1) 簡單行星輪系: 自由度為1的行星輪系稱為簡單行星輪系。 此類行星輪系中有固定的中心輪。 (2) 差動(dòng)行星輪系： 自由度為2的行星輪系稱為差動(dòng)行星輪系, 其中心輪均不固定。,行星輪系分類,第二節(jié) 定軸輪系傳動(dòng)比,輪系的傳動(dòng)比是指輪系中輸入軸的轉(zhuǎn)速與輸出軸的轉(zhuǎn)速之比, 即,在平面定軸輪系中, 各個(gè)齒輪的軸線相

3、互平行, 根據(jù)一對(duì)外嚙合齒輪副的相對(duì)轉(zhuǎn)向相反, 一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副的相對(duì)轉(zhuǎn)向相同的關(guān)系, 可得,圖 12-1（a）,將以上各式等號(hào)兩邊連乘后得,由上可知, 定軸輪系首、 末兩輪的傳動(dòng)比等于組成輪系各對(duì)齒輪傳動(dòng)比的連乘積, 其大小還等于所有從動(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, 其正負(fù)號(hào)則取決于外嚙合的次數(shù)。 傳動(dòng)比為正號(hào)時(shí)表示首末兩輪的轉(zhuǎn)向相同, 為負(fù)號(hào)時(shí)表示首末兩輪轉(zhuǎn)向相反。,假設(shè)定軸輪系首、 末兩輪的轉(zhuǎn)速分別為nG和nK, 則傳動(dòng)比的一般表達(dá)式為,從G到K之間所有從動(dòng)輪齒數(shù)連乘積,從G到K之間所有主動(dòng)輪齒數(shù)連乘積,傳動(dòng)比符號(hào)的確定方法 對(duì)于定軸輪系， 可以根據(jù)輪系中從齒輪G到齒輪K

4、的外嚙合次數(shù)m, 采用(-1)m來確定；也可以采用畫箭頭的方法。,對(duì)于空間定軸輪系, 由于各輪的軸線不平行, 因而只能采用畫箭頭的方法確定傳動(dòng)比的符號(hào)。 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)背離嚙合處。 對(duì)于蝸桿蝸輪傳動(dòng), 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向的判定方法采用左、右手定則。,例 12-1 圖示12-2的輪系中，已知各齒輪的齒數(shù)Z1=20,Z2=40,Z2=15,Z3=60,Z3=18,Z4=18,Z7=20,齒輪7 的模數(shù)m=3mm,蝸桿頭數(shù)為1（左旋），蝸輪齒數(shù)Z6=40。齒輪1為主動(dòng)輪，轉(zhuǎn)向如圖所示，轉(zhuǎn)速n1=100r/min，試求齒條8的速度和移動(dòng)方向。,第三節(jié) 行星輪系的傳動(dòng)比 一

5、 行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu) 行星輪與定軸輪系的本質(zhì)區(qū)別在于行星輪的軸線不固定。如果將行星輪的軸線固定, 即轉(zhuǎn)化為定軸輪系, 這樣就可以按照定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算行星輪系的傳動(dòng)比。,在圖12-5所示的行星輪系中, 假想已知各輪和行星架的絕對(duì)轉(zhuǎn)速分別為n1、 n2、 n3 和nH, 且都是順時(shí)針方向的, 現(xiàn)在給整個(gè)行星輪系加上一個(gè)公共轉(zhuǎn)速-nH, 如圖12-5(b)所示, 各個(gè)構(gòu)件的相對(duì)轉(zhuǎn)速就要發(fā)生變化, 如表7 - 1所示。,圖 12-5 行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu),表12-1 行星輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的相對(duì)轉(zhuǎn)速,2. 行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 如上所述, 對(duì)于圖12-5所示的行星輪系, 其機(jī)構(gòu)中齒輪1與齒輪3的傳動(dòng)比

6、為,（12-2）,根據(jù)上述原理可以寫出行星輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的一般表達(dá)式:,從G到K之間所有從動(dòng)輪齒數(shù)連乘積,從G到K之間所有主動(dòng)輪齒數(shù)連乘積,（12-3）,應(yīng)用式(12 - 3)計(jì)算轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比時(shí)應(yīng)注意: (1) 視齒輪G為輪系的主動(dòng)輪(首輪), 齒輪K為從動(dòng)輪(末輪), 中間各輪的主從動(dòng)地位從齒輪G起按順序判定。 (2) 構(gòu)件G、 K和H的絕對(duì)轉(zhuǎn)速nG、 nK、 nH都是代數(shù)量(既有大小, 又有方向)。 nG、 nK、 nH必須是軸線平行或重合的相應(yīng)齒輪的轉(zhuǎn)速。 (3) 為轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中G、 K兩輪 相對(duì)于行星架H的傳動(dòng)比。,(4) 式(12 - 3)也適用于錐齒輪組成的行星輪系(如圖12-

7、6所示), 但是兩太陽輪和系桿的軸線必須平行, 且轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比iHGK的正負(fù)號(hào)必須用畫箭頭的方法來確定。,圖 12-6 圓錐齒輪差動(dòng)輪系,對(duì)于單級(jí)簡單行星輪系, 由于一個(gè)中心輪固定, 因此只要有一個(gè)構(gòu)件的轉(zhuǎn)速已知, 即可求出另一個(gè)構(gòu)件的轉(zhuǎn)速。 此時(shí)有,即,例12-2 行星輪系如圖12-7所示。已知Z1=15,Z2=25,Z3=20,Z4=60,n1=200r/min,n4=50r/min,且兩太陽輪1、4 轉(zhuǎn)向相反。試求行星架轉(zhuǎn)速nH及行星輪轉(zhuǎn)速n3。,圖12-7,例12-3 圖示是由圓錐齒輪組成的行星輪系。已知Z1=60,Z2=40,Z2=Z3=20,n1=n3=120r/min。 設(shè)中

8、心輪1、3的轉(zhuǎn)向相反，試求nH的大小與方向。,例12-4 圖示的輸送帶行星輪系中，已知各齒輪的齒數(shù)分別為Z1=12,Z2=33,Z2=30,Z3=78,Z4=75。電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速n1=1450r/min。試求輸出軸轉(zhuǎn)速n4的大小與方向。,12.3 組合輪系,輪系中如果既含有定軸輪系又含有行星輪系, 或是包含由幾個(gè)基本行星輪系的復(fù)雜輪系那么就稱為組合輪系, 如圖12-8所示。,圖 12-8 組合輪系,計(jì)算組合輪系傳動(dòng)比時(shí), 必須分析輪系的類型及其組成, 主要有兩方面任務(wù): 一是將組合輪系中的定軸輪系和行星輪系區(qū)別開, 或是將幾個(gè)基本行星輪系區(qū)別開； 二是找出各部分的內(nèi)在聯(lián)系。 計(jì)算時(shí), 首先進(jìn)行

9、輪系劃分, 正確判斷哪一部分是定軸輪系, 哪一部分是行星輪系； 然后分別按不同的方法列出傳動(dòng)比計(jì)算方法； 最后根據(jù)組合輪系的聯(lián)系條件再聯(lián)立求解。,例12 - 5 圖12-9所示為電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)卷筒機(jī)構(gòu)。 已知各輪齒數(shù)z1=24, z2=48, z2=30, z3=102, z3=40, z4=20, z5=100, 主動(dòng)輪1的轉(zhuǎn)速為n1=1240 r/min, 動(dòng)力由卷筒H輸出, 求卷筒的轉(zhuǎn)速。,圖 12-9 卷揚(yáng)機(jī)卷筒機(jī)構(gòu),解 (1) 劃分輪系。 由圖12-9可見, 當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 雙聯(lián)齒輪2與2的軸線會(huì)隨卷筒轉(zhuǎn)動(dòng), 因此它是一個(gè)雙聯(lián)行星輪, 支持它轉(zhuǎn)動(dòng)的卷筒是行星架H, 與雙聯(lián)行星輪嚙合

10、且軸線與行星輪系主軸重合的是中心輪1和3, 它們組成了一個(gè)2K-H型雙排內(nèi)外嚙合的差動(dòng)行星輪系。 齒輪3、 4與5的軸線是固定的, 組成了定軸輪系。 因此, 該輪系是一個(gè)行星輪系和定軸輪系組成的組合輪系。,(2) 分析各輪系的內(nèi)部聯(lián)系。 定軸輪系中的內(nèi)齒輪5與行星輪系中行星架H是同一構(gòu)件, 因而n5=nH； 定軸輪系中的齒輪3與行星輪系中的中心輪3是同一構(gòu)件, 因而n3=n3(雙聯(lián)齒輪)。,(3) 列計(jì)算式求傳動(dòng)比。 對(duì)定軸輪系, 齒輪4為惰輪, 根據(jù)式(7 - 1)得到,對(duì)行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu), 根據(jù)式(7 - 3)得到,例12-6 圖示的電動(dòng)機(jī)卷揚(yáng)機(jī)減速器中，已知各輪的齒數(shù)Z1=18,Z2=

11、39,Z2=35,Z3=130,Z3=18,Z4=30, Z5=78。求傳動(dòng)比i15。,12.4 輪 系 的 應(yīng) 用,1、實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng) 利用輪系，可以將主動(dòng)軸上的運(yùn)動(dòng)傳遞給若干個(gè)從動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)。,圖示為滾齒機(jī)上滾刀與輪坯之間作展成運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)簡圖。滾齒加工要求滾刀的轉(zhuǎn)速與輪坯的轉(zhuǎn)速必須 滿足 i刀坯=n刀/n坯=Z坯/Z刀的傳動(dòng)比關(guān)系。,2. 實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比 采用一對(duì)齒輪傳動(dòng)時(shí), 為了避免兩個(gè)齒輪直徑過大, 造成兩輪的壽命懸殊, 一般傳動(dòng)比不大于57。 為此, 當(dāng)需要獲得較大的傳動(dòng)比時(shí), 可用很少幾個(gè)齒輪組成行星輪系來達(dá)到此目的。一對(duì)外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)比一般可為i=5-7。但是行星

12、輪系傳動(dòng)比可達(dá)i=10000,而且結(jié)構(gòu)緊湊。,例12 - 7 圖12-10所示為收音機(jī)短波調(diào)諧緩動(dòng)裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 已知齒數(shù)z1=83, z2=z2, z3=82, 試求傳動(dòng)比iH1。 解 該機(jī)構(gòu)是一個(gè)簡單行星輪系, 分別取齒輪1和齒輪3為首、 末輪。 根據(jù)式(12 - 2)：,圖 12-10 短波調(diào)諧緩動(dòng)裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu),由于n3=0, 因此,3. 實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng) 在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不變的條件下, 應(yīng)用輪系可使從動(dòng)軸獲得多種轉(zhuǎn)速, 此種傳動(dòng)稱為變速傳動(dòng)。 如圖12-11 所示為最簡單的變速傳動(dòng), 主動(dòng)軸O1轉(zhuǎn)速不變, 移動(dòng)雙聯(lián)齒輪1-1, 使之與從動(dòng)軸上兩個(gè)齒數(shù)不同的齒輪2和2分別嚙合, 即可使從動(dòng)軸O2

13、獲得兩種不同的轉(zhuǎn)速, 從而達(dá)到變速的目的。,圖 12-11 可變速輪系,4. 實(shí)現(xiàn)換向傳動(dòng) 當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)向不變時(shí), 可利用輪系中的惰輪來改變從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向。 如圖12-12所示的輪系, 主動(dòng)輪1轉(zhuǎn)向不變, 可通過搬動(dòng)手柄a改變中間輪2和3的位置, 以改變它們外嚙合的次數(shù), 從而達(dá)到從動(dòng)輪4變向的目的。,圖 12-12 可變向的輪系,5. 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解 圖12-13所示的由錐齒輪組成的行星輪系中, 中心輪1和3都可以轉(zhuǎn)動(dòng), 而且z1=z3。 根據(jù)式(7 - 3)并用畫虛箭頭的方法判定中心輪1與3的相對(duì)轉(zhuǎn)向后, 得到,圖 12-13 加減法機(jī)構(gòu),即,上式說明行星架的轉(zhuǎn)速是中心輪1和3轉(zhuǎn)速合成的

14、一半, 它可以用作加法機(jī)構(gòu)。 如果以行星架H和中心輪3(或1)作為主動(dòng)件, 則上式可以寫成 n1=2nH n3 此式說明, 中心輪1的轉(zhuǎn)速是行星架轉(zhuǎn)速的兩倍與中心輪3轉(zhuǎn)速的差, 它可以用作減法機(jī)構(gòu)。,減速器（又稱減速機(jī)、減速箱）是一臺(tái)獨(dú)立的傳動(dòng)裝置。它由密閉的箱體、相互嚙合的一對(duì)或幾對(duì)齒輪（或蝸輪蝸桿）、傳動(dòng)軸及軸承等所組成。常安裝在電動(dòng)機(jī)（或其他原動(dòng)機(jī)）與工作機(jī)之間，起降低轉(zhuǎn)速和相應(yīng)增大轉(zhuǎn)矩的作用。在某些情況下，也用來增速，這時(shí)則稱為增速器。 減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率范圍大，工作可靠，壽命長，效率較高，使用和維護(hù)簡單，因而應(yīng)用非常廣泛。它的主要參數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專門工廠進(jìn)行生產(chǎn)。一般情

15、況下，按工作要求，根據(jù)傳動(dòng)比、輸入軸功率和轉(zhuǎn)速、載荷工況等，可選用標(biāo)準(zhǔn)減速器；必要時(shí)也可自行設(shè)計(jì)制造。,12.5 減速器,減速器按傳動(dòng)原理可分為普通減速器和行星減速器兩大類： 普通減速器的類型很多，一般可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器以及齒輪蝸輪減速器等。按照減速器的級(jí)數(shù)不同，又分為單級(jí)、兩級(jí)和三級(jí)減速器。此外，還有立式與臥式之分。各種減速器在化工生產(chǎn)中有著廣泛的用途。,12.5.1常用減速器的主要類型、特點(diǎn)和應(yīng)用,齒輪減速器的傳動(dòng)件是圓柱齒輪，所以只用于平行軸間的傳動(dòng)。特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、傳遞功率大、效率高。一般來說，單級(jí)減速器的傳動(dòng)比 i8，其傳動(dòng)簡圖如圖 12-4,1、齒輪

16、減速器,圖 12-4,（a）展開式，如圖12-5，展開式結(jié)構(gòu)比較簡單，應(yīng)用最廣；但齒輪相對(duì)于軸承非對(duì)稱布置，受載時(shí)軸的彎曲變形會(huì)使載荷沿齒寬分布不均，故軸應(yīng)具備足夠大的剛度。,圖 12-5（a）,（b）分流式，如圖12-6，齒輪相對(duì)于軸承對(duì)稱布置，載荷沿齒寬分布較均勻，受載情況較好，適于重載或變載荷的場合。其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。,圖 12-6,（c）同軸式，如圖12-7所示，同軸式減速器的輸入軸與輸出軸在同一軸線上，箱體較短，但箱體內(nèi)須設(shè)置軸承支座，使箱體軸向尺寸增大，中間軸加長，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。,減速器有立式與臥式，可根據(jù)需要而選擇。從潤滑角度看，臥式結(jié)構(gòu)能較好地解決它的潤滑與密封問題，且結(jié)構(gòu)工藝性較好。,圖12-7,2、蝸桿減速器 在圖12-8中表示出了蝸桿減速器，它用于輸入軸與輸出軸需要在空間正交（垂直交錯(cuò)）的場合。它的傳動(dòng)比比較大，外廓尺寸比較小，工作平穩(wěn)，噪聲小，但其效率較低。,圖 12-8,單級(jí)蝸桿減速器有蝸桿下置式、蝸桿上置式兩種。下置式適用于蝸桿圓周速度較?。╲4m/s）的場合，有利于嚙合處的潤滑與冷卻；當(dāng)蝸桿圓周速度較大時(shí)，