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1、156第十章 机械械传动系系统及其其传动比比第一节 定轴轴轮系的的传动比比计算在实际应应用的机机械中，为为了满足足各种需需要，例例如需要要较大的的传动比比或作远远距离传传动等，常常采用一一系列互互相啮合合的齿轮轮来组成成传动装装置。这这种由一一系列齿齿轮组成成的传动动装置称称为齿轮轮系统，简简称轮系系。一、轮系系的分类类轮系有两两种基本本类型：(1)定定轴轮系系。如图图10-1所示示，在轮轮系运转转时各齿齿轮几何何轴线都都是固定定不变的的，这种种轮系称称为定轴轴轮系。图 10-1 定轴轮系 (2)行行星轮系系。如图图10-2所示示，在轮轮系运转转时至少少有一个个齿轮的的几何轴轴线绕另另一几何何
2、轴线转转动，这这种轮系系称为行行星轮系系。二、轮系系的传动动比1.轮系系的传动动比 图10-2行星轮系轮系中，输输入轴（轮轮）与输输出轴（轮轮）的转转速或角角速度之之比，称称为轮系系的传动动比，通通常用ii表示。因因为角速速度或转转速是矢矢量，所所以，计计算轮系系传动比比时，不不仅要计计算它的的大小，而而且还要要确定输输出轴（轮轮）的转转动方向向。2.定轴轴轮系传传动比的的计算根据轮系系传动比比的定义义，一对对圆柱齿齿轮的传传动比为为i12式中：“”为输输出轮的的转动方方向符号号，当输输入轮和和输出轮轮的转动动方向相相同时取取“”号、相相反时取取“”号。如图100-1aa) 所所示的一一对外啮
3、啮合直齿齿圆柱齿齿轮传动动，两齿齿轮旋转转方向相相反，其其传动比比规定为为负值，表表示为：图10-3定轴轮系传动比的计算如图100-1bb)所示示为一对对内啮合合直齿圆圆柱齿轮轮传动，两两齿轮的的旋转方方向相同同，其传传动比规规定为正正值，表表示为： 如图100-3所所示的定定轴轮系系，齿轮轮1为输输入轮，齿齿轮4为为输出轮轮。应该该注意到到齿轮22和2是固定定在同一一根轴上上的，即即有n2=n2。此轮轮系的传传动比ii14可写写为：上式表明明，定轴轴轮系的的总传动动比等于于各对啮啮合齿轮轮传动比比的连乘乘积，其其大小等等于各对对啮合齿齿轮中所所有从动动轮齿数数的连乘乘积与所所有主动动轮齿数数
4、的连乘乘积之比比，即 (100-1)式中：mm为外啮啮合圆柱柱齿轮的的对数，用用于确定定全部由由圆柱齿齿轮组成成的定轴轴轮系中中输出轮轮的转向向。 齿轮的的转向也也可在图图中画箭箭头表示示。特别别是圆锥锥齿轮传传动、蜗蜗杆蜗轮轮传动，其其轴线不不平行，不不存在转转向相同同或相反反的问题题，这类类轮系的的转向只只能在图图中用画画箭头的的方法表表示，见见图100-1cc）所示示。 图10-4提升装置在图100-3中中，齿轮轮3同时时与齿轮轮2、44相啮合合，既为为主动轮轮又为从从动轮，z3在i14计算式中可以消掉，它对轮系传动比的大小没有影响，但增加了外啮合次数，改变了传动比的符号。这种仅影响输出
5、轮转向的齿轮称为惰轮或过桥齿轮。例10-1 如图110-44所示为为提升装装置。其其中各轮轮齿数为为：z1=200，z2=800，z3=255，z4=300，z5=1，zz6=400。试求求传动比比i16。并并判断蜗蜗轮6的的转向。 解：因因该轮系系为定轴轴轮系，而而且存在在非平行行轴传动动，故应应按式（110-11）计算算轮系传传动比的的大小 然后再再按画箭箭头的方方法确定定蜗轮的的转向如如图所示示。 第二节 行星星轮系的的传动比比计算a) b)图10-5行星轮系一、行星星轮系的的组成 如图110-55a) 所所示的行行星轮系系，主要要由行星星齿轮，行行星架和和太阳轮轮组成。图图10-5b)
6、 所示示的齿轮轮2由构构件H支支承，运运转时除除绕自身身几何轴轴线O自转外外，还随随构件HH上的轴轴线O绕固定定的几何何轴线OO公转，故故称其为为行星轮轮。支承承行星轮轮的构件件H称为为行星架架，与行行星轮相相啮合且且几何轴轴线固定定不动的的齿轮11、3（内内齿轮）称称为太阳阳轮。 二、行行星轮系系的传动动比计算算因为行星星轮除绕绕本身轴轴线自转转外，还还随行星星架绕固固定轴线线公转，所所以行星星轮系的的传动比比计算不不能直接接采用定定轴轮系系传动比比计算公公式。最最常用的的方法是是转化机机构法，也也称反转转法。图10-6行星轮系及其传动比的计算定轴轮系系和行星星轮系的的根本区区别在于于行星轮
7、轮的公转转。实际际上，我我们完全全可以认认为定轴轴轮系是是行星轮轮系中公公转速度度等于零零的特例例。换言言之，当当行星轮轮的公转转速度等等于零时时，该行行星轮系系就变成成了定轴轴轮系。现现假想给给图100-6aa)所示示的整个个行星轮轮系，加加上一个个与行星星架的转转速nH大小相相等方向向相反的的公共转转速“nH”，则行行星架HH的转速速从nH变为nH+(nH)，即变变为静止止，而各各构件间间的相对对运动关关系并不不变化，此此时行星星轮的公公转速度度等于零零，得到到了假想想的定轴轴轮系（图图10-6b）。这这种假想想的定轴轴轮系称称为原行行星轮系系的转化化轮系。转转化轮系系中，各各构件的的转速
8、见见表100-1所所示：表10-1 转化轮轮系中各各构件的的转速构 件行星齿轮轮系中的的转速转化齿轮轮系中的的转速太阳轮11n1 n1H=n1nH行星轮22n2n2H=n2nH 太阳轮33n3n3H=n3nH 行星架HHnH nnHH=nHnH=0 机 架架4 n4=0n4H=nH转化轮系系中1、33两轮的的传动比比可根据据定轴轮轮系传动动比的计计算方法法得将以上分分析归纳纳为一般般情况，可可得转化化轮系传传动比的的计算公公式为 (10-2)式中：GG为主动动轮，KK为从动动轮。应用上式式求行星星轮系传传动比时时须注意意：(1)将将nG 、nK、nH的值代代入上式式时，必必须连同同转速的的正负
9、号号代入。若若假设某某一转向向为正，则则与其反反向为负负。(2)公公式右边边的正负负号按转转化轮系系中G轮轮与K轮轮的转向向关系确确定。(3)在在nG 、nK、nH三个参参数中，已已知任意意两个，就就可确定定第三个个，从而而求出该该行星轮轮系中任任意两轮轮的传动动比。；为转化化轮系中中G轮与与K轮转转速之比比，其大大小及正正负号按按定轴轮轮系传动动比的计计算方法法确定。 是行星轮系中G轮与K轮的绝对速度之比，其大小及正负号由计算结果确定。例10-2 在图110-66a )所示的的行星轮轮系中，已已知 n1=1000 rr/miin，轮轮3固定定不动，各各轮齿数数为z1=400，z2=200，z
10、3=800。求和；和。解：由式式（100-2）得得 取n1的的转向为为正，将将n1=1000 r/mmin，n3=0代入入上式得得：nH=333.3rr/miin 求得的的nH为正，表表示nH与n1的转向向相同。由式（110-22）仍取的转转向为正正，将nn1=1000 r/mmin代代入上式式得： n2=-1000r/mmin求得的 n2为负值值，表示示n2与n1 的转转向相反反。注意： ； 。图10-7圆锥齿轮行星轮系例10-3图110-77所示为为圆锥齿齿轮组成成的轮系系，已知知各轮齿齿数z1 = 45，z2 = 30，z3 = z4 = 220 ；n1=600r/mmin,nH=100
11、0r/minn,若n1与nH转向相相同，求求n4、i14。解：由式式（100-2）得得用画箭头头的方法法可知转转化轮系系中与的转向向相同，故故应为正正值。即即将 n11= 60rr/miin ，nH =1100rr/miin 代代入上式式得解得n44 = 40 r/mmin，。由由此得正号表明明1、44两齿轮轮的实际际转向相相同。第三节 典型型机械传传动系统统及其传传动比计计算一、机械械传动系系统的一一般组成成及各种种传动形形式的选选择 图10-8带式输送机 图10-9牛头刨床如图100-8 所示带带式输送送机，由由电动机机（原动动机）经经减速器器及链传传动（传传动系统统）将运运动和动动力传给
12、给带轮，用用皮带传传动（执执行机构构）完成成货物的的输送。由由此可见见，机械械传动系系统是将将原动机机的动力力传给工工作机的的中间装装置，原原动机通通过传动动系统驱驱动工作作机工作作。显然然，传动动系统是是机器三三大组成成部分中中的重要要组成部部分，是是机械设设计中关关键的一一环。为了满足足生产过过程的各各种运动动要求，机机器并不不只是由由某一种种机构或或传动件件组成的的，而是是由多种种机构和和传动件件组合成成机械系系统。其其中，传传动系统统占的比比重最大大。传动动系统的的设计，主主要是传传动类型型的选择择及其组组合设计计。如第第一章中中叙述的的牛头刨刨床（图图10-9），要要把原动动机的运运
13、动转换换为执行行机构（滑滑枕、工工作台）所所需要的的运动，单单靠某一一种机构构或传动动件是很很难实现现的，需需要根据据各执行行构件协协调动作作的要求求，将带带传动、齿齿轮传动动和连杆杆机构等等一些传传动件和和机构组组合起来来，构成成一个传传动系统统，才能能完成这这一工作作。为了将多多种机构构和传动动件组合合应用，使使机器能能完成某某一生产产过程的的各种运运动要求求，必须须合理地地解决传传动类型型的选择择及组合合设计问问题。为为此，应应了解前前面所学学各种传传动形式式的特点点、性能能，如表表10-2所示示。表10-2 各各种传动动形式的的选择传动形式主 要 优 点主 要 缺 点效 率速度功率率P
14、 （kW）带传动中心距变变化范围围大，可可用于较较远距离离的传动动，传动动平稳，噪噪音小，能能缓冲吸吸振，摩摩擦带传传动有过过载保护护作用，结结构简单单，成本本低，安安装要求求不高有弹性滑滑动，传传动比不不能保持持恒定，外外廓尺寸寸大，带带的寿命命较短（通通常为33500050000h），由由于带的的摩擦起起电不宜宜用于易易燃，易易爆的地地方，轴轴和轴承承上作用用力大平行带0.9440.98三角带0.9000.94同步齿形形带0.9660.98受带的截截面尺寸寸和带的的根数的的限制,三角带带Pmaxx=5000,通常P40齿轮传动外廓尺寸寸小，效效率高，传传动比恒恒定，圆圆周速度度、功率率范围
15、广广，应用用最广制造和安安装精度度要求较较高，不不能缓冲冲，无过过载保护护作用，有有噪音闭式0.950.998开式0.920.994功率范围围广,直齿Pmaxx7500,斜齿、人人字齿PPmaxx500000蜗杆传动结构紧凑凑，外廓廓尺寸小小，传动动比大，传传动比恒恒定，传传动平稳稳，无噪噪音，可可做成自自锁机构构效率低，传传递功率率不宜过过大，中中高速需需用价贵贵的青铜铜，制造造精度要要求高，刀刀具费用用高闭式0.700.922开式0.500.7自自锁蜗杆杆0.440.45受发热限限制Pmaxx=7550通常常P50链传动中心距变变化范围围大可用用于较远远距离传传动，在在高温、油油、酸等等恶
16、劣条条件下能能可靠工工作，轴轴和轴承承上的作作用力小小运转时瞬瞬时速度度不均匀匀，有冲冲击、振振动和噪噪音、寿寿命较低低（一般般为50000150000hh ）闭式0.950.997开式0.900.993受链条截截面尺寸寸和列数数的限制制Pmaxx=35500,通常P1000螺旋传动能将旋转转运动变变成直线线运动，并并能以较较小的转转矩得到到很大的的轴向力力，传动动平稳，无无噪音，运运动精度度高，传传动比大大，可用用于微调调，可做做成自锁锁机构，滚滚动螺旋旋还可将将直线运运动变成成旋转运运动工作速度度一般都都很低，滑滑动螺旋旋效率低低，磨损损较快滑动螺旋旋可自锁锁时0.4 0.5，滚滚动螺旋旋
17、可达00.9以以上在机械设设计中，传传动类型型的选择择及其组组合设计计，一般般是根据据对工作作机的各各项要求求，考虑虑机械的的工作条条件，参参照各种种传动形形式的特特点、性性能，选选择几个个传动类类型进行行组合设设计，然然后通过过技术分分析和经经济评比比等，确确定最优优方案。最最后根据据前面所所学的知知识，设设计、计计算各种种传动机机构的参参数、强强度、传传动比等等。选择传动动类型的的基本原原则如下下：(1)大大功率、高高速和长长期使用用的机械械，应选选用承载载能力大大、效率率高、传传动平稳稳的齿轮轮传动等等传动形形式。(2)中中、小功功率、速速度较低低、传动动比较大大的机械械，可采采用蜗杆杆
18、传动、齿齿轮传动动、带、链链与齿轮轮组合传传动等。(3)工工作环境境恶劣或或要求保保持环境境整洁时时宜采用用闭式传传动。(4)相相交轴间间的传动动，可用用圆锥齿齿轮传动动，交错错轴间的的传动，可可采用蜗蜗杆传动动等。例10-4 图图10-8所示示为式输输送机传传动装置置，为了了降速及及远距离离传动，采采用了减减速箱及及链传动动，带传传动等机机构，其其中减速速箱是机机械传动动中常用用的装置置。已知知各轮齿齿数z1=177，z2=511，z2=177，z3=600，z3=188，z4=344，滚筒筒直径dd=3660mmm，试求求输送带带的速度度，并指指出电动动机的转转向。解：该轮轮是由圆圆锥齿轮
19、轮、圆柱柱齿轮及及链传动动组成的的定轴轮轮系，故故由式（110-11）得将= 9960 r/mmin 代入上上式得 960/n4=200, 则nn4=488 r/minn已知滚筒筒直径dd=3660 mmm，故故滚筒圆圆周速度度即带速速为mm/mmin= 0.99m/ss电动机的的转向可可从带的的运动方方向开始始画箭头头确定，如如图中所所示。二、轮系系在各种种机械设设备中的的主要功功能由前述可可知，轮轮系广泛泛用于各各种机械械设备中中，其功功能主要要有以下下几个方方面：1.传递递相距较较远的两两轴间的的运动和和动力 图10-10远距离两轴间的传动 图10-11汽车变速箱当两轴间间的距离离较大时
20、时，若仅仅用一对对齿轮来来传动，则则齿轮尺尺寸过大大，既占占空间，又又浪费材材料（图图10-10中中双点划划线所示示）。改改用轮系系传动，就就可克服服上述缺缺点（如如图100-100中实线线所示）。2.实现现变速、变变向传动动金属切削削机床、汽汽车、起起重设备备等机械械中，在在主轴转转速不变变的情况况下，输输出轴需需要有多多种转速速（即变变速传动动），以以适应工工作条件件的变化化。如图图10-11所所示汽车车变速箱箱，输入入轴与发动动机相连连，输出出轴与传动动轴相连连，轴与轴之间间采用了了定轴轮轮系。当当操纵杆杆移动齿齿轮4或或6，使使其处于于啮合状状态时，可可改变输输出轴的的转速及及方向。3
21、.可获获得大的的传动比比当两轴间间的传动动比要求求较大而而结构尺尺寸要求求较小时时，可采采用定轴轴轮系或或行星轮轮系来达达到目的的。如图图10-12所所示自动动进刀读读数装置置的行星星轮系，若若已知zza=1000，zg=zf =200，zb=999。则主主动手柄柄K与读数数盘W(从动动轮)的的传动比比iHa可由(10-2)式式有图10-12自动进刀读数装置 （其中中） 解上式得得 。又如图110-113 所所示渐开开线少齿齿差行星星减速器器，若已已知各轮轮齿数zz1=1000，zz2=999，z2=1000，zz3=1001，可可由式（110-22）得：求出 。为正正，说明明行星架架的转向向
22、与齿轮轮1的相相同。 图10-13少齿差行星轮系 图10-14滚齿机行星轮系由此例可可知，行行星架HH转1000000圈太阳阳轮1只只转一圈圈，表明明机构的的传动比比很大。 图10-15汽车后桥差速器4.用于于运动的的合成分分解如图100-144所示滚滚齿机行行星轮系系中，zz1 = z3，分齿齿运动由由轮1传传入，附附加运动动由行星星架H传传入，合合成运动动由齿轮轮3传出出，由式式（100-2）有有 解上式得得n3 = 2nHn1 ，可可见该轮轮系将两两个输入入运动合合成一个个输出运运动。如图100-155所示汽汽车差速速器是运运动分解解的实例例，当汽汽车直线线行驶，左左右两后后轮转速速相同
23、，行行星轮不不自转，齿齿轮1、22、3、22如同同一个整整体，一一起随齿齿轮4转转动，此此时n3=n4= n1，差速速器起到到联轴器器的作用用。汽车转弯弯时，左左右两轮轮的转弯弯半径不不同，两两轮行走走的距离离也不相相同，为为保证两两轮与地地面作纯纯滚动，要要求两轮轮的转速速也不相相同。此此时，因因左右轮轮的阻力力不同使使行星轮轮自转，造造成左右右半轴齿齿轮1和和3连同同左右车车轮一起起产生转转速差，从从而适应应了转弯弯的需求求。差速速器此时时起到运运动分解解的作用用。三、新型型齿轮系系及应用用在机械传传动中，除除广泛应应用的定定轴轮系系、行星星轮系和和复合轮轮系外，还还有其它它一些特特殊的行
24、行星传动动：渐开开线少齿齿差行星星传动、摆摆线针轮轮行星传传动和谐谐波齿轮轮传动等等。它们们的共同同特点是是结构紧紧凑、传传动比大大、重量量轻和效效率高。在在机械、轻轻工、化化工、仪仪表、纺纺织等行行业中得得到广泛泛的应用用。1.渐开开线少齿齿差行星星传动图10-16渐开线少齿差行星轮系图10-16所所示为渐渐开线少少齿差行行星传动动示意图图，主要要由太阳阳轮1（内内齿轮），行行星轮22，行星星架H（常常做成偏偏心轴结结构）和和一个输输出机构构WV组组成。运运转时太太阳轮11不动，运运动由行行星架HH输入，经经行星轮轮2通过过输出机机构输出出。由于于太阳轮轮和行星星轮的齿齿数相差差很少（通通常
25、为114）故故称少齿齿差行星星传动。其传动比比可由式式（100-2）求求得 将n1= 0代入得得 图10-17摆线针轮行星轮系 上式中齿齿数差zz1z2=1时，称称为一齿齿差行星星轮系，其其传动比比（此时时的为最最大值），式式中负号号表示HH与轮22的转向向相反。2.摆线线针轮行行星传动动摆线针轮轮行星传传动与渐渐开线少少齿差行行星传动动的减速速原理、输输出机构构形式是是相似的的。主要要由摆线线少齿差差齿轮副副（摆线线轮、针针轮）、行行星架及及输出机机构组成成。不同同之处在在于太阳阳轮采用用带套筒筒的圆柱柱形针轮轮并与机机架固定定，行星星轮采用用摆线齿齿轮。如如图100-177所示。摆线针轮轮
26、行星传传动也称称摆线少少齿差传传动，太太阳轮齿齿数与行行星轮齿齿数之差差为1。其其传动比比与前述述相同。3.谐波波齿轮传传动如图100-188所示，谐谐波齿轮轮传动主主要由波波发生器器（由转转臂和滚滚轮组成成，相当当于行星星图10-18谐波齿轮传动架）、刚刚轮（相相当于太太阳轮）、柔柔轮（相相当于行行星轮）等等基本构构件组成成。柔轮轮与刚轮轮的齿距距相同，但但柔轮比比刚轮少少几个齿齿。波发生器器一般作作为主动动件，柔柔轮为从从动件，而而刚轮固固定。柔柔轮为一一薄壁构构件，易易变形，它它的外壁壁有齿，内内壁孔径径略小于于波发生生器长度度。在波波发生器器作用下下，迫使使柔轮产产生弹性性变形而而呈椭
27、圆圆形，椭椭圆长轴轴两端附附近的柔柔轮外齿齿和刚轮轮的内齿齿啮合，而而在短轴轴两端附附近的轮轮齿完全全脱开，其其它各处处的轮齿齿则处于于啮合和和脱开的的过渡阶阶段。当当波发生生器转动动时，柔柔轮长、短短轴的位位置不断断变动，从从而使柔柔轮轮齿齿依次产产生的弹弹性变形形近似于于谐波，故故称谐波波齿轮传传动。它的啮合合过程和和行星齿齿轮完全全相同，故故传动比比可按行行星轮计计算，由由式（110-22）有 解得 ，iHV 为负值值表明柔柔轮和波波发生器器转向相相反。齿齿数差zzbzg应等于于波数或或其整数数倍。 习题题十10-11定轴轮轮系与行行星轮系系有何区区别。试试举例说说明它们们在生产产中的应
28、应用。10-22如何计计算定轴轴轮系的的传动比比？怎样样确定它它们的转转向？10-33何谓转转化轮系系？与有何本本质区别别？是行行星轮系系中a、b两轮间间的传动动比吗？10-44行星轮轮系的传传动比如如何计算算？运用用式（110-22）时要要注意哪哪些问题题？10-55轮系在在机械传传动中主主要有哪哪些作用用？10-66三种其其它类型型行星传传动有哪哪些共同同特点？10-77如图所所示定轴轴轮系，已已知各轮轮齿数zz1=200，z2=500，z3=155，z4=300，z5=1，zz6=400，求传传动比，并并标出蜗蜗轮的转转向。10-88如图所所示机床床主轴变变速箱传传动简图图。已知知电机转
29、转速n1=14440 r/mmin,带轮直直径D1=1225mmm，D2=2550mmm；各齿齿轮齿数数如图示示。求：（1）机机床主轴轴可获得得多少种种转速？（2）机机床主轴轴的最低低及最高高输出转转速各是是多少？10-99如图所所示为某某一机床床回转工工作台的的传动机机构，已已知z1=1660，zz2=200，马达达转速nnM=144 r/minn，求回回转工作作台H的转速速nH的大小小及其转转向。10-110在图图示的圆圆锥齿轮轮组成的的轮系中中，已知知na=855 r/minn，各轮轮齿数为为za=200，zg=300，zf=500，zb=800；求的大大小和方方向。10-111图示示为车床床溜板箱箱手动操操纵机构构。已知知轮1、22的齿数数为杂zz1=166，z2=800；齿轮轮3的齿齿数为zz3=133，模数数m=2.5mmm,与齿齿轮3啮啮合的齿齿条被固固定在床床身上。试试求当溜溜板箱移移动速度度为1 m/mmin 时手轮轮的转速速。题10-11图 题10-9图 题10-10图 题10-7图 题10-8图