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1、第九章第九章 轮轮 系系 在机器中，常将一系列相互啮合的在机器中，常将一系列相互啮合的齿轮组成传动系统，以实现变速、分路齿轮组成传动系统，以实现变速、分路传动、运动分解与合成等功用。这种由传动、运动分解与合成等功用。这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。根据轮系在运动时各齿轮轴线的相根据轮系在运动时各齿轮轴线的相对位置是否固定，可以分为对位置是否固定，可以分为两种类型两种类型。组合轮系组合轮系(a)平面定轴轮系；(b)空间定轴轮系一一 定轴轮系定轴轮系 所有齿轮几何轴线的位置都是固定的所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系，称为轮系，称为定轴轮系定轴轮系。定轴轮
2、系定轴轮系。二二 行星轮系行星轮系 轮系传动时轮系传动时,其中至少有一个齿轮的几何轴线是绕另其中至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一个固定轴线转动一个固定轴线转动,该轮系称为行星轮系。该轮系称为行星轮系。行星轮系由行星齿轮、行星架、太阳轮等组成。行星轮系由行星齿轮、行星架、太阳轮等组成。在行星轮系中在行星轮系中,活套在构件活套在构件H H上的齿轮上的齿轮2 2一方面绕一方面绕自身的轴线自身的轴线O OO O回转回转,同时又随构件同时又随构件H H绕轮系主轴线绕轮系主轴线(固定轴线固定轴线)OOOO回转回转,这种既有自转又有公转的齿轮称为这种既有自转又有公转的齿轮称为行星轮。行星轮。H H是支撑行星
3、轮的构件是支撑行星轮的构件,称为行星架。称为行星架。齿轮齿轮1 1和齿轮和齿轮3 3的轴线与行星轮系固定的主轴线重合的轴线与行星轮系固定的主轴线重合,并且它们并且它们都与行星轮啮合都与行星轮啮合,称为中心轮称为中心轮,用用K K表示。表示。图 12-3 行星轮系(a)结构图;(b)行星轮系简图 行星轮系行星轮系的分类：行星轮系的分类：(1)简单行星轮系简单行星轮系:自由度为1的行星轮系称为简单行星轮系。此类行星轮系中有固定的中心轮。(2)差动行星轮系差动行星轮系：自由度为2的行星轮系称为差动行星轮系,其中心轮均不固定。行星轮系分类第二节 定轴轮系传动比 轮系的传动比轮系的传动比是指轮系中输入轴
4、是指轮系中输入轴的转速与输出轴的转速之比的转速与输出轴的转速之比,即即 在平面定轴轮系中在平面定轴轮系中,各个齿轮的轴线相互平行各个齿轮的轴线相互平行,根根据据一对外啮合齿轮副的相对转向相反一对外啮合齿轮副的相对转向相反,一对内啮合齿一对内啮合齿轮副的相对转向相同轮副的相对转向相同的关系的关系,可得可得图 12-1（a）将以上各式等号两边连乘后得 由上可知由上可知,定轴轮系首、定轴轮系首、末两轮的传动比末两轮的传动比等于组成轮系等于组成轮系各对齿轮传动比的连乘积各对齿轮传动比的连乘积,其大其大小还等于所有小还等于所有从动轮齿数的连乘积从动轮齿数的连乘积与与所有主所有主动轮齿数的连乘积动轮齿数的
5、连乘积之比之比,其其正负号则取决于外正负号则取决于外啮合的次数啮合的次数。传动比为正号时表示首末两轮的转向相传动比为正号时表示首末两轮的转向相同同,为负号时表示首末两轮转向相反。为负号时表示首末两轮转向相反。假设定轴轮系首、末两轮的转速分别为nG和nK,则传动比的一般表达式为从G到K之间所有从动轮齿数连乘积 从G到K之间所有主动轮齿数连乘积 传动比符号的确定方法传动比符号的确定方法 对于定轴轮系，对于定轴轮系，可以根据轮系中从齿轮可以根据轮系中从齿轮G到齿轮到齿轮K的的外啮合次数外啮合次数m,采用采用(-1)m来确定；来确定；也可以采用画箭头的方法。也可以采用画箭头的方法。对于空间定轴轮系,由
6、于各轮的轴线不平行,因而只能采用画箭头的方法确定传动比的符号。对于圆锥齿轮传动,表示齿轮副转向的箭头同时指向或同时背离啮合处。对于蜗杆蜗轮传动,从动轮转向的判定方法采用左、右手定则。例 12-1 图示12-2的轮系中，已知各齿轮的齿数Z1=20,Z2=40,Z2=15,Z3=60,Z3=18,Z4=18,Z7=20,齿轮7 的模数m=3mm,蜗杆头数为1（左旋），蜗轮齿数Z6=40。齿轮1为主动轮，转向如图所示，转速n1=100r/min，试求齿条8的速度和移动方向。第三节 行星轮系的传动比 一 行星轮系的转化机构 行星轮与定轴轮系的本质区别行星轮与定轴轮系的本质区别在于行星轮的轴线在于行星轮
7、的轴线不固定不固定。如果将行星轮的轴线固定。如果将行星轮的轴线固定,即转化为定轴轮系即转化为定轴轮系,这样就可以按照定轴轮系传动比计算行星轮系的传动这样就可以按照定轴轮系传动比计算行星轮系的传动比。比。在图12-5所示的行星轮系中,假想已知各轮和行星架的绝对转速分别为n1、n2、n3 和nH,且都是顺时针方向的,现在给整个行星轮系加上一个公共转速-nH,如图12-5(b)所示,各个构件的相对转速就要发生变化,如表7-1所示。图 12-5 行星轮系的转化机构 表12-1 行星轮系转化机构各构件的相对转速2.行星轮系传动比的计算 如上所述,对于图12-5所示的行星轮系,其机构中齿轮1与齿轮3的传动
8、比为（12-2）根据上述原理可以写出行星轮系转化机构传动比的一般表达式:从G到K之间所有从动轮齿数连乘积 从G到K之间所有主动轮齿数连乘积（12-3）应用式(12-3)计算转化机构传动比时应注意:(1)视齿轮G为轮系的主动轮(首轮),齿轮K为从动轮(末轮),中间各轮的主从动地位从齿轮G起按顺序判定。(2)构件G、K和H的绝对转速nG、nK、nH都是代数量(既有大小,又有方向)。nG、nK、nH必须是轴线平行或重合的相应齿轮的转速。(3)为转化机构中G、K两轮相对于行星架H的传动比。(4)式(12-3)也适用于锥齿轮组成的行星轮系(如图12-6所示),但是两太阳轮和系杆的轴线必须平行,且转化机构
9、的传动比iHGK的正负号必须用画箭头的方法来确定。图 12-6 圆锥齿轮差动轮系 对于单级简单行星轮系,由于一个中心轮固定,因此只要有一个构件的转速已知,即可求出另一个构件的转速。此时有即例12-2 行星轮系如图12-7所示。已知Z1=15,Z2=25,Z3=20,Z4=60,n1=200r/min,n4=50r/min,且两太阳轮1、4 转向相反。试求行星架转速nH及行星轮转速n3。图12-7例12-3 图示是由圆锥齿轮组成的行星轮系。已知Z1=60,Z2=40,Z2=Z3=20,n1=n3=120r/min。设中心轮1、3的转向相反，试求nH的大小与方向。例12-4 图示的输送带行星轮系中
10、，已知各齿轮的齿数分别为Z1=12,Z2=33,Z2=30,Z3=78,Z4=75。电动机 的转速n1=1450r/min。试求输出轴转速n4的大小与方向。12.3 组合轮系组合轮系轮系中如果既含有定轴轮系又含有行星轮系,或是包含由几个基本行星轮系的复杂轮系那么就称为组合轮系,如图12-8所示。图 12-8 组合轮系计算组合轮系传动比时,必须分析轮系的类型及其组成,主要有两方面任务:一是将组合轮系中的定轴轮系和行星轮系区别开,或是将几个基本行星轮系区别开；二是找出各部分的内在联系。计算时,首先进行轮系划分,正确判断哪一部分是定轴轮系,哪一部分是行星轮系；然后分别按不同的方法列出传动比计算方法；
11、最后根据组合轮系的联系条件再联立求解。例12-5 图12-9所示为电动卷扬机卷筒机构。已知各轮齿数z1=24,z2=48,z2=30,z3=102,z3=40,z4=20,z5=100,主动轮1的转速为n1=1240 r/min,动力由卷筒H输出,求卷筒的转速。图 12-9 卷扬机卷筒机构解(1)划分轮系。由图12-9可见,当卷扬机卷筒运转时,双联齿轮2与2的轴线会随卷筒转动,因此它是一个双联行星轮,支持它转动的卷筒是行星架H,与双联行星轮啮合且轴线与行星轮系主轴重合的是中心轮1和3,它们组成了一个2K-H型双排内外啮合的差动行星轮系。齿轮3、4与5的轴线是固定的,组成了定轴轮系。因此,该轮系
12、是一个行星轮系和定轴轮系组成的组合轮系。(2)分析各轮系的内部联系。定轴轮系中的内齿轮5与行星轮系中行星架H是同一构件,因而n5=nH；定轴轮系中的齿轮3与行星轮系中的中心轮3是同一构件,因而n3=n3(双联齿轮)。(3)列计算式求传动比。对定轴轮系,齿轮4为惰轮,根据式(7-1)得到对行星轮系的转化机构,根据式(7-3)得到例12-6 图示的电动机卷扬机减速器中，已知各轮的齿数Z1=18,Z2=39,Z2=35,Z3=130,Z3=18,Z4=30,Z5=78。求传动比i15。12.4 轮轮 系系 的的 应应 用用1、实现分路传动、实现分路传动利用轮系，可以将主动轴上的运动传递给若干个从动轴
13、，实现分路传动。图示为滚齿机上滚刀与轮坯之间作展成运动的运动简图。滚齿加工要求滚刀的转速与轮坯的转速必须满足 i刀坯=n刀/n坯=Z坯/Z刀的传动比关系。2.实现大的传动比 采用一对齿轮传动时,为了避免两个齿轮直径过大,造成两轮的寿命悬殊,一般传动比不大于57。为此,当需要获得较大的传动比时,可用很少几个齿轮组成行星轮系来达到此目的。一对外啮合圆柱齿轮传动，其传动比一般可为i=5-7。但是行星轮系传动比可达i=10000,而且结构紧凑。例12-7 图12-10所示为收音机短波调谐缓动装置传动机构。已知齿数z1=83,z2=z2,z3=82,试求传动比iH1。解 该机构是一个简单行星轮系,分别取
14、齿轮1和齿轮3为首、末轮。根据式(12-2)：图 12-10 短波调谐缓动装置传动机构由于n3=0,因此 3.实现变速传动 在主动轴转速不变的条件下,应用轮系可使从动轴获得多种转速,此种传动称为变速传动。如图12-11 所示为最简单的变速传动,主动轴O1转速不变,移动双联齿轮1-1,使之与从动轴上两个齿数不同的齿轮2和2分别啮合,即可使从动轴O2获得两种不同的转速,从而达到变速的目的。图 12-11 可变速轮系4.实现换向传动 当主动轴转向不变时,可利用轮系中的惰轮来改变从动轴的转向。如图12-12所示的轮系,主动轮1转向不变,可通过搬动手柄a改变中间轮2和3的位置,以改变它们外啮合的次数,从
15、而达到从动轮4变向的目的。图 12-12 可变向的轮系5.实现运动的合成和分解 图12-13所示的由锥齿轮组成的行星轮系中,中心轮1和3都可以转动,而且z1=z3。根据式(7-3)并用画虚箭头的方法判定中心轮1与3的相对转向后,得到图 12-13 加减法机构 即上式说明行星架的转速是中心轮1和3转速合成的一半,它可以用作加法机构。如果以行星架H和中心轮3(或1)作为主动件,则上式可以写成 n1=2nH n3 此式说明,中心轮1的转速是行星架转速的两倍与中心轮3转速的差,它可以用作减法机构。1 1、减速器的用途、减速器的用途减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大
16、转速。在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。减速器是一种典型的机械基础部件，广泛应用于各个行业，如冶金、运输、化工、建筑、食品，甚至艺术舞台。减速器（又称减速机、减速箱）是一台独立的传动装置。它由密闭的箱体、相互啮合的一对或几对齿轮（或蜗轮蜗杆）、传动轴及轴承等所组成。常安装在电动机（或其他原动机）与工作机之间，起降低转速和相应增大转矩的作用。在某些情况下，也用来增速，这时则称为增速器。减速器由于结构紧凑，传递功率范围大，工作可靠，寿命长，效率较高，使用和维护简单，因而应用非常广泛。它的主要参数已经标准化，并由专门工厂进行生产。一般情况下，按工作要求，根据传动比、输入轴功率和转速、载荷
17、工况等，可选用标准减速器；必要时也可自行设计制造。12.5 减速器减速器按传动原理可分为普通减速器和行星减速器两大类：普通减速器的类型很多，一般可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器以及齿轮蜗轮减速器等。按照减速器的级数不同，又分为单级、两级和三级减速器。此外，还有立式与卧式之分。各种减速器在化工生产中有着广泛的用途。12.5.1常用减速器的主要类型、特点和应用齿轮减速器的传动件是圆柱齿轮，所以只用于平行轴间的传动。特点是：结构简单、传递功率大、效率高。一般来说，单级减速器的传动比 i8，其传动简图如图 12-41、齿轮减速器图 12-4（a）展开式，如图12-5，展开式结构比较简单
18、，应用最广；但齿轮相对于轴承非对称布置，受载时轴的弯曲变形会使载荷沿齿宽分布不均，故轴应具备足够大的刚度。图 12-5（a）（b）分流式，如图12-6，齿轮相对于轴承对称布置，载荷沿齿宽分布较均匀，受载情况较好，适于重载或变载荷的场合。其结构比较复杂。图 12-6（c）同轴式，如图12-7所示，同轴式减速器的输入轴与输出轴在同一轴线上，箱体较短，但箱体内须设置轴承支座，使箱体轴向尺寸增大，中间轴加长，结构变得复杂。减速器有立式与卧式，可根据需要而选择。从润滑角度看，卧式结构能较好地解决它的润滑与密封问题，且结构工艺性较好。图12-72、蜗杆减速器在图12-8中表示出了蜗杆减速器，它用于输入轴与
19、输出轴需要在空间正交（垂直交错）的场合。它的传动比比较大，外廓尺寸比较小，工作平稳，噪声小，但其效率较低。图 12-8单级蜗杆减速器有蜗杆下置式、蜗杆上置式两种。下置式适用于蜗杆圆周速度较小（v4m/s）的场合，有利于啮合处的润滑与冷却；当蜗杆圆周速度较大时，应采用蜗杆上置式，以减少搅油损耗。3、蜗杆-齿轮减速器 当传动比要求较大时，可采用两级蜗杆减速器、蜗杆-齿轮减速器或齿轮-蜗杆减速器，如图12-9。图 12-9如图所示为单级圆柱齿轮减速器结构图。其基本结构有三大部分:1、齿轮、轴及轴承组合 2、箱体3、减速器附件1）检查孔2）通气器3）轴承盖4）定位销5）油面指示器6）放油塞7）启箱螺钉8）起吊装置 人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。