第5章-机械设计基础-轮系1.教学提纲.ppt

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转化后的角速度,2,H,1,3,可直接套用,定轴轮系,传动比的计算公式。,H,1,1,H,H,2,2,H,H,3,3,H,H,H,H,H,0,2,H,1,3,右边各轮的齿数为已知，左边三个基本构件的参数中，如果已知其中任意两个，则可求得第三个参数。于是，可求得任意两个构件之间的传动比。,上式,“,”,说明在转化轮系中,H,1,与,H,3,方向相反。,特别注意：,1.,齿轮,m,、,n,的轴线必须平行。,通用表达式：,=f(z),2.,计算公式中的,“,”,不能去掉，它不仅表明转化轮系中两个太阳轮,m,、,n,之间的转向关系，而且影响到,m,、,n,、,H,的计算结果。,如果是行星轮系，则,m,、,n,中必有一个为,0,（不妨设,n,0,）,则上述通式改写如下：,以上公式中的,i,可用转速,n,i,代替,:,两者关系如何？,用转速表示有：,=f(z),n,i,=(,i,/2,)60,=,i,30,rpm,例二,2K,H,轮系中，,z,1,z,2,20,z,3,60,1),轮,3,固定。求,i,1H,。,2),n,1,=1,n,3,=-1,求,n,H,及,i,1H,的值。,3),n,1,=1,n,3,=1,求,n,H,及,i,1H,的值。,i,1H,=,4,齿轮,1,和系杆转向相同,3,两者转向相反。,得：,i,1H,=n,1,/n,H,=,2,轮,1,逆时针转,1,圈，轮,3,顺时针转,1,圈，则系杆顺时针转半圈。,轮,1,逆转,1,圈，轮,3,顺转,1,圈,轮,1,、轮,3,各逆转,1,圈,轮,1,转,4,圈，系杆,H,转,1,圈。模型验证,2,H,1,3,结论：,1),轮,1,转,4,圈，系杆,H,同向转,1,圈。,2),轮,1,逆时针转,1,圈，轮,3,顺时针转,1,圈，则系杆顺时,针转半圈。,3),轮,1,轮,3,各逆时针转,1,圈，则系杆逆时针转,1,圈。,特别强调：,i,13,i,H,13,一是绝对运动、一是相对运动,i,13,-z,3,/z,1,=,3,两者转向相同。,得,：,i,1H,=n,1,/n,H,=,1,轮,1,轮,3,各逆时针转,1,圈，则系杆逆时针转,1,圈。,n,1,=1,n,3,=1,三个基本构件无相对运动！,这是数学上,0,比,0,未定型应用实例,设计：潘存云,例三：,已知图示轮系中,z,1,44,，,z,2,40,z,2,42,z,3,42,，求,i,H1,解：,i,H,13,(,1,-,H,)/(0-,H,),4042/4442,i,1H,1-i,H,13,结论：,系杆转,11,圈时，轮,1,同向转,1,圈。,若,Z,1,=100,z,2,=101,z,2,=100,z,3,=99,。,i,1H,1-i,H,13,1-10199/100100,结论：,系杆转,10000,圈时，轮,1,同向转,1,圈。,=1-i,1H,(-1),2,z,2,z,3,/z,1,z,2,10/11,i,H1,1/i,1H,=11,i,H1,10000,1-10/11,1/11,1/10000,Z,2,Z,2,H,Z,1,Z,3,模型验证,设计：潘存云,又若,Z,1,=100,z,2,=101,z,2,=100,z,3,100,，,结论：,系杆转,100,圈时，轮,1,反向转,1,圈。,此例说明行星轮系中输出轴的转向，不仅与输入轴的转向有关，而且与各轮的齿数有关。本例中只将轮,3,增加了一个齿，轮,1,就反向旋转，且传动比发生巨大变化，这是行星轮系与定轴轮系不同的地方,i,1H,1-i,H,1H,1-101/100,i,H1,-100,1/100,Z,2,Z,2,H,Z,1,Z,3,设计：潘存云,设计：潘存云,z,1,z,2,z,3,例四：,已知马铃薯挖掘中：,z,1,z,2,z,3,，求,2,，,3,上式表明,轮,3,的相对角速度为,0,，但绝对角速度不为,0,。,1,1,3,0,2,2,H,z,1,z,3,z,3,z,1,H,H,铁锹,H,H,模型验证,z,2,z,2,设计：潘存云,H,例五：,图示圆锥齿轮组成的轮系中，已知：,z,1,33,，,z,2,12,z,2,33,求,i,3H,解,:,判别转向,:,强调：如果方向判断不对，则会得出错误的结论：,3,0,。,提问：,事实上，因角速度,2,是一个向量，它与牵连角速度,H,和相对,角速度,H,2,之间的关系为：,P,为绝对瞬心，故轮,2,中心速度为：,V,2o,=r,2,H,2,H,2,H,r,1,/r,2,z,1,z,3,i,3H,=2,系杆,H,转一圈，齿轮,3,同向,2,圈,=,1,不成立！,Why?,因两者轴线不平行,H,2,2,H,又,V,2o,=r,1,H,H,2,H,r,2,r,1,如何求？,特别注意：,转化轮系中两齿轮轴线不平行时，不能直接计算！,z,2,o,H,tg,1,H,ctg,2,齿轮,1,、,3,方向相反,p,2,=,H,+,H,2,2,2,1,5,4,复合轮系及其传动比,除了上述基本轮系之外，工程实际中还大量采用混合轮系。,将,复,合轮系分解为,基本轮系,，分别计算传动比，然后根据组合方式联立求解。,方法：,先找行星轮,混合轮系中可能有多个周转轮系，而,一个基本周转轮系中至多只有三个中心轮。,剩余的就是定轴轮系。,举例一,P83,，求图示电动卷扬机的传动比。（自学）,传动比求解思路：,轮系分解的关键是：,将周转轮系分离出来。,系杆（,支承行星轮,),太阳轮（,与行星轮啮合,）,设计：潘存云,A,3,3,1,2,5,4,K,B,例六：,图示为龙门刨床工作台的变速机构，,J,、,K,为电磁制动器，设已知各轮的齿数，求,J,、,K,分别刹车时的传动比,i,1B,。,解,1),刹住,J,时,1,2,3,为定轴轮系,定轴部分：,i,13,1,/,3,周转部分：,i,B,3,5,(,3,-,B,)/(0-,B,),连接条件：,3,3,联立解得：,B,5,4,3,为周转轮系,3,3,将两者连接,-z,3,/z,1,=-z,5,/z,3,J,设计：潘存云,A,3,3,1,2,5,4,K,B,2),刹住,K,时,A-1,2,3,为周转轮系,周转轮系,1,：,i,A,13,(,1,-,A,)/(0,-,A,),周转轮系,2,：,i,B,3,5,(,3,-,B,)/(,5,-,B,),连接条件：,5,A,联立解得：,总传动比为两个串联周转轮系的传动比的乘积。,B,5,4,3,为周转轮系,5,A,将两者连接,-z,3,/z,1,-z,5,/z,3,i,1A,i,5B,J,K,B,5,A,混合轮系的解题步骤：,1),找出所有的基本轮系。,2),求各基本轮系的传动比。,3),根据各基本轮系之间的连接条件，联立基本轮系的,传动比方程组求解。,关键是找出周转轮系,!,作者：潘存云教授,1,2,11,5,轮系的应用,1),获得较大的传动比,，而且结构紧凑。,2),实现分路传动,，如钟表时分秒针；,轮系的传动比,i,可达,10000,。,实例比较,一对齿轮,:,i8,i,12,=6,结构超大、小轮易坏,11,5,轮系的应用,1),获得较大的传动比,，而且结构紧凑。,2),实现分路传动,，如钟表时分秒针；,3),换向传动,轮系的传动比,i,可达,10000,。,一对齿轮,:,i8,车床走刀丝杠三星轮换向机构,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,转向相反,转向相同,11,5,轮系的应用,1),获得较大的传动比,，而且结构紧凑。,2),实现分路传动,，如钟表时分秒针；,3),换向传动,4),实现变速传动,轮系的传动比,i,可达,10000,。,一对齿轮,:,i8,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,设计：潘存云,移动双联齿轮,使不同,齿数的齿轮进入啮合,可改变输出轴的转速。,5),运动合成,加减法运算,11,5,轮系的应用,1),获得较大的传动比,，而且结构紧凑。,2),实现分路传动,，如钟表时分秒针；,3),换向传动,4),实现变速传动,轮系的传动比,i,可达,10000,。,一对齿轮,:,i8,作者：潘存云教授,1,2,3,H,=,1,图示行星轮系中：,Z,1,=Z,2,=Z,3,n,H,=(n,1,+n,3,)/2,结论：,行星架的转速是轮,1,、,3,转速的合成。,5),运动合成,6),运动分解,下页有汽车差速器,11,5,轮系的应用,1),获得较大的传动比,，而且结构紧凑。,2),实现分路传动,，如钟表时分秒针；,3),换向传动,4),实现变速传动,轮系的传动比,i,可达,10000,。,一对齿轮,:,i8,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,=,1,图示为汽车差速器，,n,1,=n,3,当汽车走直线时，若不打滑：,2,2,5,差速器,分析组成及运动传递,汽车转弯时，车体将以,绕,P,点旋转：,2L,v,1,v,3,V,1,=(r-L),V,3,=(r+L),两者之间,有何关系呢,n,1,/n,3,=,V,1,/V,3,r,转弯半径，,该轮系根据转弯半径大小自动分解,n,H,使,n,1,、,n,3,符合转弯的要求,=(r-L)/(r+L),2L,轮距,1,3,r,式中行星架的转速,n,H,由发动机提供，,为已知,仅由该式无法确定,两后轮的转速,还需,要其它约束条件。,走直线,转弯,其中：,Z,1,=Z,3,，,n,H,=,n,4,P,H,4,5),运动合成,加减法运算,6),运动分解,汽车差速器,7),在尺寸及重量较小时，实现,大功率传动,11,5,轮系的应用,1),获得较大的传动比,，而且结构紧凑。,2),实现分路传动,，如钟表时分秒针；,动画：,1,路输入,6,路输出,3),换向传动,4),实现变速传动,轮系的传动比,i,可达,10000,。,实例比较,一对齿轮,:,i8,共有以上七个方面公用,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,某型号涡轮螺旋桨航空发动机主减外形尺寸仅为,430,mm,，采用,4,个行星轮和,6,个中间轮,.,z,4,z,5,z,6,传递功率达到：,2850kw,，,i,1H,11.45,。,z,3,z,1,z,2,z,1,z,2,z,3,z,4,z,5,z,6,轮系的用途：,减速器、增速器、变速器、换向机构。,设计：潘存云,5,6,几种特殊的行星传动简介,在,2K-H,行星轮系中，去掉小中心轮，将行星轮加大使与中心轮的齿数差,z,2,-z,1,1,4,，,称为少齿差传动。传动比为：,若,z,2,-z,1,1(,称为一齿差传动,),，,z,1,100,，则,i,H1,100,。,输入轴转,100,圈，输出轴只反向转一圈。可知这种少齿数差传动机构可获得很大的单级传动比,。,输出机构,V,系杆为主动，输出行星轮的运动。由于行星轮作平面运动，故应增加一运动输出机构,V,。,1,2,i,H1,=1/i,1H,=-,z,1,/(z,2,-z,1,),称此种行星轮系为,:,K-H-V,型。,设计：潘存云,设计：潘存云,工程上广泛采用的是孔销式输出机构,图示输出机构为双万向联轴节，不仅轴向尺寸大，而且不适用于有两个行星轮的场合。,1,2,当满足条件：,销孔和销轴始终保持接触。,四个圆心的连线构成,:,平行四边形,。,d,h,=d,s,+2a,a,d,h,d,s,根据齿廓曲线的不同，目前工程上有两种结构的减速器，即渐开线少齿差行星和摆线针轮减速器。,不实用,!,结构如图,o,h,o,s,o,1,o,2,一、,渐开线,少齿差行星齿轮传动,其齿廓曲线为普通的渐开线，齿数差一般为,z,2,-z,1,=1,4,。,优点：,传动比大，一级减速,i,1H,可达,135,，二级可达,1000,以上。,结构简单，体积小，重量轻。与同样传动比和同样,功率的普通齿轮减速器相比，重量可减轻,1/3,以上。,加工简单，装配方便。,效率较高。一级减速,0.8,0.94,比蜗杆传动高。,由于上述优点，使其获得了广泛的应用,缺点,：,只能采用正变位齿轮传动，设计较复杂。,存在重叠干涉现象,传递功率不大，,N45KW,。,受输出机构限制,径向分力大，行星轮轴承容易损坏。,大,设计：潘存云,二、,摆线针轮传动,结构特点：,行星轮齿廓曲线为摆线,(,称摆线轮,),，固定轮采用,针轮,。,摆线轮,销轴,当满足条件：,d,h,=d,s,+2a,销轴套,d,s,d,h,O,1,齿数差为,:,z,2,-z,1,=1,a,销孔和销轴始终保持接触，四个圆心的连线构成一平行四边形。,针轮,O,2,针齿套,针齿销,设计：潘存云,r,2,r,2,2,发生圆,外摆线：,发生圆,2,在导圆,1,(,r,1,r,2,),上作纯滚动时，发生圆上点,P,的轨迹。,齿廓曲线的形成,p,3,p,4,p,2,外摆线,1,导圆,r,1,p,1,p,5,设计：潘存云,a,短幅外摆线：,发生圆在导圆上作纯滚动时，与发生圆上固联一点,M,的轨迹。,齿廓曲线：,短幅外摆线的内侧等距线,(,针齿的包络线,),。,短幅外摆线,齿廓曲线,1,2,r,2,p,4,p,5,B,A,r,1,p,1,p,2,p,3,导圆,发生圆,M,2,o,2,M,3,o,3,o,4,M,4,o,5,M,5,M,1,o,1,c,1,c,5,外摆线：,发生圆,2,在导圆,1,(,r,1,r,2,),上作纯滚动时，发生圆上点,P,的轨迹。,齿廓曲线的形成,优点：,传动比大，一级减速,i,1H,可达,135,，二级可达,1000,以上。,结构简单，体积小，重量轻。与同样传动比和同样功率的普通齿轮减速器相比，重量可减轻,1/3,以上。,加工简单，装配方便。,效率较高。一级减速,0.8,0.94,比蜗杆传动高。,设计：潘存云,三、谐波齿轮传动,组成,:,刚轮,(,固定,),、,柔轮,(,输出,),、,波发生器,(,主动,),。,刚轮,柔轮,波发生器,设计：潘存云,啮合,啮合,工作原理：,当波发生器旋转时，迫使柔轮由圆变形为椭圆，使长轴两端附近的齿进入啮合状态，而端轴附近的齿则脱开，其余不同区段上的齿有的处于逐渐啮入状态，而有的处于逐渐啮出状态。波发生器连续转动时，柔轮的变形部位也随之转动，使轮齿依次进入啮合，然后又依次退出啮合，从而实现啮合传动。,在传动过程中柔轮的弹性变形近似于谐波，故取名为谐波传动。,刚轮,柔轮,波发生器,啮出,啮入,脱开,脱开,模型验证,设计：潘存云,设计：潘存云,刚轮,优点：,传动比大，单级减速,i,1H,可达,50,500,；,同时啮合的齿数多，承载能力高；,传动平稳、传动精度高、磨损小；,在大传动比下，仍有较高的机械效率；,类型：,双波传动、三波传动,零件数量少、重量轻、结构紧凑；,缺点：,启动力矩较大、柔轮容易发生疲劳损坏、发热严重。,转臂旋转一圈，柔轮变形两次，并反向转两个齿。,转臂旋转一圈，柔轮变形三次，反向转三个齿。,转臂,柔轮,滚轮,滚轮,双波动画,三波动画,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,