精密机械设计基础 第9讲 轮系及其设计

精密机械设计南京信息工程大学2010年12月第9讲轮系及其设计内容提示轮系的用途及分类定轴轮系传动比的计算周转轮系传动比的计算复合轮系传动比的计算汽车后轮中的传动机构§9-1轮系的用途及分类由一系列齿轮组成的齿轮传动系统称为轮系(Geartrain)。用于原动机和执行机构之间的运动和动力传递。轮系定轴轮系所有齿轮几何轴线位置固定空间定轴轮系平面定轴轮系周转轮系某些齿轮几何轴线有公转运动行星轮系(F1)差动轮系(F2)复合轮系由定轴轮系、周转轮系组合而成§9-1轮系的用途及分类轮系的分类:定轴轮系：轮系运转过程中，所有齿轮轴线的几何位置都相对机架固定不动。§9-1轮系的用途及分类§9-1轮系的用途及分类平面定轴轮系Geartrainwithfixedparallelaxes312§9-1轮系的用途及分类空间定轴轮系Geartrainwithfixednon-parallelaxes1323'44'5§9-1轮系的用途及分类周转轮系：轮系运转过程中，轮系中至少有一个齿轮的几何轴线是绕其他齿轮的固定轴线转动。行星轮系(F=1)差动轮系(F=2)§9-1轮系的用途及分类行星轮系PlanetarygeartrainH132§9-1轮系的用途及分类差动轮系DifferentialgeartrainH132§9-1轮系的用途及分类复合轮系：轮系运转过程中，既包含定轴轮系部分，又包含周转轮系部分。§9-1轮系的用途及分类复合轮系Combinedgeartrain4221OOH31.实现大传动比传动若仅用一对齿轮实现较大的传动比，必将使两轮的尺寸相差悬殊，外廓尺寸庞大，故一对齿轮的传动比一般不大于8。实现大传动比应采用轮系。§9-1轮系的用途及分类轮系的功能:2.实现变速传动§9-1轮系的用途及分类此机构为换档变速传动机构，在主动轴转速不变的条件下，通过换档可使从动轴得到不同的转速。1'2'12III§9-1轮系的用途及分类此周转轮系为一简单二级行星轮系变速器。其结构较为复杂，但操作方便，可在运动中变速，又可利用摩擦制动器的打滑起到过载保护作用。B1A264533.实现换向传动§9-1轮系的用途及分类此机构为车床走刀丝杆的三星轮换向机构。在主动轴转向不变的条件下，可改变从动轴的转向。4.实现分路传动§9-1轮系的用途及分类此为某航空发动机附件传动系统。它可把发动机主轴的运动分解成六路传出，带动各附件同时工作。IIIIIIVIVVI主轴5.实现运动的合成与分解§9-1轮系的用途及分类6.实现结构紧凑的大功率传动定轴轮系传动比的计算定义:轮系输入轴的角速度(或转速)与输出轴的角速度(或转速)之比，称为轮系的传动比(Trainratio)§9-2定轴轮系传动比的计算轮系传动比的计算，包括确定i1k的大小和输入轴与输出轴转向关系。111kkknin1.传动比大小的计算111555nin122112zzi233223zzi455454zzi344343zzi43215432544323125115zzzzzzzziiiii结论定轴轮系的传动比所有从动轮齿数的连乘积所有主动轮齿数的连乘积图示轮系，齿轮1为主动轮，齿轮5为从动轮。§9-2定轴轮系传动比的计算13234452.主、从动轮转向关系的确定通常用画箭头的方法确定当轮系的主、从动轮轴线平行时，两者转向相同用“”号表示；两者转向相反，用“”号表示。43215432zzzzzzzz431543zzzzzz15i1323445不影响轮系传动比大小，仅改变从动轮转向的齿轮—惰轮§9-2定轴轮系传动比的计算§9-2定轴轮系传动比的计算蜗杆蜗轮传动转向判断右旋蜗杆左旋蜗杆11kki从动齿轮齿数连乘积主动齿轮齿数连乘积大小：转向：(1)m法（只适合所有齿轮轴线都平行的情况）画箭头法（适合任何定轴轮系）结果表示：11kki从动齿轮齿数连乘积主动齿轮齿数连乘积§9-2定轴轮系传动比的计算§9-3周转轮系传动比的计算周转轮系的结构1.周转轮系的组成行星轮(Planetgear)2.输入输出构件中心轮和系杆按基本构件的不同，周转轮系还可分为2KH型周转轮系，3K型周转轮系等。在工程实际中应用最多的是2KH型的行星轮系。基本构件(Fundamentalmember)回转轴线有公转运动中心轮(Centralgear)K，又称为太阳轮(Sungear)系杆H(Crankarm)，又称为行星架(Planetcarrier)两者回转轴线位置固定并且重合§9-3周转轮系传动比的计算2KH型行星轮系3H121.周转轮系传动比计算的基本思路周转轮系假想的定轴轮系原周转轮系的转化机构转化转化机构的特点各构件的相对运动关系不变转化方法给整个机构加上一个公共角速度(H)§9-3周转轮系传动比的计算周转轮系传动比的计算H321O1O3O2OHHH1323H12O1OHO3O2312O1O3O2HO1O3O23213H2H1H周转轮系中所有基本构件的回转轴共线，可以根据周转轮系的转化机构写出三个基本构件的角速度与其齿数之间的比值关系式。已知两个基本构件的角速度向量的大小和方向时，可以计算出第三个基本构件角速度的大小和方向。H321在转化机构中的角速度(相对于系杆的角速度)原角速度构件代号周转轮系转化机构中各构件的角速度1H1H2H2H3H3HHHHH132H§9-3周转轮系传动比的计算§9-3周转轮系传动比的计算2.周转轮系传动比的计算方法求转化机构的传动比iH转化机构H3H1H13i13zz“”号表示转化机构中齿轮1和齿轮3转向相反周转轮系传动比计算的一般公式中心轮1、n，系杆H112HH1HH1H1......nnnnnzzzziH3H1O1O3O23213H2H1H§9-3周转轮系传动比的计算H1ni(1)是转化机构中1轮主动、n轮从动时的传动比，其大小和符号完全按定轴轮系处理。正负号仅表明在该轮系的转化机构中，齿轮1和齿轮n的转向关系。⑵齿数比前的“”、“”号不仅表明在转化机构中齿轮轮1和齿轮n的转向关系，而且将直接影响到周转轮系传动比的大小和正负号。⑶1、n和H是周转轮系中各基本构件的真实角速度，且为代数量。注意事项:§9-3周转轮系传动比的计算例1:已知z1100,z2101,z2100,z399,求传动比iH1.又若z3100，其它各轮齿数不变，iH1又为多少？3H122解:2132HH1H13zzzzi)(12132H1zzzzi代入各轮齿数1000011000099991100100991011H1i100001Hiz3=1001001100001010011001001001011H1i1001Hi系杆H与齿轮１转向相同系杆H与齿轮１转向相反§9-3周转轮系传动比的计算分析当各轮齿数相差很小时，周转轮系可获得很大的传动比。周转轮系输出构件的转向既与输入运动转向有关，又与各轮齿数有关。周转轮系各轮的转向应通过计算确定。§9-3周转轮系传动比的计算例2图示轮系，已知z115，z225，z220，z360，n1200rmin，n350rmin，试求系杆H的转速nH的大小和方向，⑴n1、n3转向相同时；⑵n1、n3转向相反时。解:5201560252132H3H1H13zzzznnnni6531Hnnnn1、n3转向相同时3H122minr/756505200Hnn1、n3转向相反时minr/3256505200Hn系杆H与齿轮1、3转向相同系杆H与齿轮3转向相同§9-3周转轮系传动比的计算例3图示轮系，已知z120，z230，z250，z380，n150rmin，试求系杆H的转速nH。解:该轮系的转化机构为一空间定轴轮系4.3502080301)(112132H13H1zzzziiminr/7.14H11Hinn3H122系杆H与齿轮1转向相同§9-4复合轮系传动比的计算2KH型周转轮系称为基本周转轮系(Elementaryepicyclicgeartrain)。既包含定轴轮系又包含基本周转轮系，或包含多个基本周转轮系的复杂轮系称为复合轮系(Combinedgeartrain)。复合轮系的组成方式串联型复合轮系(Seriescombinedgeartrain)前一基本轮系的输出构件为后一基本轮系的输入构件封闭型复合轮系(Closedcombinedgeartrain)轮系中包含有自由度为2的差动轮系，并用一个自由度为1的轮系将其三个基本构件中的两个联接封闭双重系杆型复合轮系(Combinedgeartrainwithdoubleplanetcarrier)主周转轮系的系杆内有一个副周转轮系，至少有一个行星轮同时绕着3个轴线转动§9-4复合轮系传动比的计算1.复合轮系传动比的计算方法⑴正确区分基本轮系。⑵确定各基本轮系的联系。⑶列出计算各基本轮系传动比的方程式。⑷求解各基本轮系传动比方程式。区分基本周转轮系的思路行星轮支承系杆中心轮啮合啮合中心轮几何轴线与系杆重合几何轴线与系杆重合基本周转轮系§9-4复合轮系传动比的计算4221OOH3例4图示轮系，各轮齿数分别为z120，z240，z220，z330，z480，求轮系的传动比i1H。解:行星轮系2、3、4、H定轴轮系1、2组合方式串联定轴轮系传动比22040122112zznni行星轮系传动比520801)(1124H42H2zzii复合轮系传动比10524212H1iii系杆H与齿轮1转向相反行星轮系2.复合轮系传动比计算举例§9-4复合轮系传动比的计算2213435差动轮系例5图示电动卷扬机减速器，已知各轮齿数分别为z124，z233，z221，z378，z318，z430，z578，求传动比i15。解区分基本轮系差动轮系22、1、3、5(H)定轴轮系3、4、5组合方式封闭定轴轮系传动比:3131878355353zznni53313nn差动轮系22、1、3、5(H)定轴轮系3、4、5组合方式封闭定轴轮系传动比3131878355353zznni53313nn差动轮系传动比281432124783321325351513zzzznnnni281433135551nnnn复合轮系传动比24.215115nni齿轮5与齿轮１转向相同2213435差动轮系