轮系及减速器.pptx

第十八章第十八章 轮系及减速器轮系及减速器 181 概概 述述 在一般机器中，原动机多采用转速在一般机器中，原动机多采用转速较高的单速电动机，而工作机构的运动较高的单速电动机，而工作机构的运动要求则是多种多样的。因此，用一对齿要求则是多种多样的。因此，用一对齿轮传动已经不可能实现上述各种要求。轮传动已经不可能实现上述各种要求。在原动机和工作装置之间需要有由一系在原动机和工作装置之间需要有由一系列齿轮组成的减速列齿轮组成的减速(或增速或增速)、变速或差动、变速或差动装置。这种由一系列互相啮合的齿轮组装置。这种由一系列互相啮合的齿轮组成的传动系统称轮系。成的传动系统称轮系。182 轮系的分类轮系的分类 根据轮系中各齿轮的几何轴线是否根据轮系中各齿轮的几何轴线是否相对固定，把轮系分成定轴轮系、周转相对固定，把轮系分成定轴轮系、周转轮系和混合轮系。轮系和混合轮系。一、定轴轮系一、定轴轮系 当轮系运转时，若所有齿轮的几何轴线当轮系运转时，若所有齿轮的几何轴线均相对固定不动，称为定轴轮系。如图均相对固定不动，称为定轴轮系。如图181所示。所示。二、周转轮系二、周转轮系 组成轮系的某几个齿轮组成轮系的某几个齿轮(至少一个至少一个)的的几何轴线在传动中绕另一齿轮的几何轴线几何轴线在传动中绕另一齿轮的几何轴线转动者，称为周转轮系。转动者，称为周转轮系。图图18-2a所示为所示为一典型的周转轮系。它是由机架、中心轮一典型的周转轮系。它是由机架、中心轮1和和3、行星轮、行星轮2和行星架和行星架H所组成。在行星所组成。在行星架架H的支承下，行星轮的支承下，行星轮2既绕自身的几何轴既绕自身的几何轴线转动线转动(自转自转)，又绕行星架，又绕行星架H的转动中心转的转动中心转动动(公转公转)。为保证轮系能够传动，行星架为保证轮系能够传动，行星架H的转的转动轴线必须和中心轮的公共轴线重合。动轴线必须和中心轮的公共轴线重合。凡承受外扭矩，且转动轴线与公共轴线凡承受外扭矩，且转动轴线与公共轴线重合的构件称为周转轮系的重合的构件称为周转轮系的基本构件基本构件。每个周转轮系均有三个基本构件。此周每个周转轮系均有三个基本构件。此周转轮系，因其基本构件是由两个中心轮转轮系，因其基本构件是由两个中心轮(2k)及一个行星架及一个行星架H所组成，故该轮系统所组成，故该轮系统称为称为2k-H型周转轮系。型周转轮系。为使传动时惯性力得到平衡以及减轻为使传动时惯性力得到平衡以及减轻轮齿上的啮合载荷，通常采用两个以上轮齿上的啮合载荷，通常采用两个以上完全相同的行星轮完全相同的行星轮(图图182a所示为三个所示为三个)，均匀地分布在中心轮的周围。因行星，均匀地分布在中心轮的周围。因行星轮的个数对周转轮系的传动比没有影响，轮的个数对周转轮系的传动比没有影响，故在讨论各构件的运动关系时，机构简故在讨论各构件的运动关系时，机构简图中只需画出其中的一个行星轮，如图图中只需画出其中的一个行星轮，如图182b所示。所示。在周转轮系中，若两个中心轮都能转在周转轮系中，若两个中心轮都能转动，其机构自由度为动，其机构自由度为2，这种轮系称为差，这种轮系称为差动轮系；若有一个中心轮固定不动，那动轮系；若有一个中心轮固定不动，那么其机构自由度为么其机构自由度为1，这种轮系称为行星，这种轮系称为行星轮系。当行星架轮系。当行星架H固定不动，则周转轮系固定不动，则周转轮系演变为定轴轮系，如图演变为定轴轮系，如图182c所示。所示。三、混合轮系三、混合轮系 如图如图183所示，在一所示，在一些机器中，往往同时采用些机器中，往往同时采用定轴轮系定轴轮系(1、2、2及及3)和和周转轮系周转轮系(齿轮齿轮4、5、6及及行星架行星架H)来满足传动的需来满足传动的需要，这种轮系称为混合轮要，这种轮系称为混合轮系。系。183 轮系传动比的计算轮系传动比的计算 一、定轴轮系传动比的计算一、定轴轮系传动比的计算轮系的传动比轮系的传动比：是指轮系中输入轴（主动轮）是指轮系中输入轴（主动轮）的角速度（或转速）与输出轴（从动轮）的角的角速度（或转速）与输出轴（从动轮）的角速度（或转速）之比，即速度（或转速）之比，即 :轮系的传动比计算，包括计算其传轮系的传动比计算，包括计算其传动比的动比的大小大小和确定输出轴的和确定输出轴的转向转向两个内两个内容容。例：例：下图为定轴轮系，已知各轮齿数下图为定轴轮系，已知各轮齿数z，求传，求传动比动比i15。解：为了求齿轮解：为了求齿轮1和齿轮和齿轮5的传动比的传动比i15，可先求，可先求各对齿轮的传动比。由第十六章可知各对齿轮的传动比。由第十六章可知上式表明：平面定轴轮系上式表明：平面定轴轮系传动比的大小等于组成该传动比的大小等于组成该轮系的各对啮合齿轮传动轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于各对比的连乘积，也等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比齿数的连乘积之比。定轴轮系传动比大小的计算定轴轮系传动比大小的计算推广推广设轮设轮1为起始主动轮，轮为起始主动轮，轮K为最末从为最末从动轮，则平面定轴轮系的传动比的一般动轮，则平面定轴轮系的传动比的一般公式为公式为:从动轮转向的确定从动轮转向的确定 传动比正负号规定：两轮转向相传动比正负号规定：两轮转向相同同(内啮合内啮合)时传动比取正号，两轮转时传动比取正号，两轮转向相反向相反(外啮合外啮合)时传动比取负号，轮时传动比取负号，轮系中从动轮与主动轮的转向关系，系中从动轮与主动轮的转向关系，可可根据其传动比的正负号确定根据其传动比的正负号确定。外。外啮合次数为偶数（奇数）时轮系的啮合次数为偶数（奇数）时轮系的传动比为正（负），进而可确定从传动比为正（负），进而可确定从动件的转向。图中外啮合次数为动件的转向。图中外啮合次数为3次，次，所以传动比为负，说明轮所以传动比为负，说明轮5与轮与轮1转转向相反。向相反。上式表明：上式表明：（1）定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对齿轮）定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对齿轮传动比的连乘积。其数值等于所有从传动比的连乘积。其数值等于所有从 动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。（2）齿轮）齿轮4在前一对齿轮传动中是从动轮，在后一对在前一对齿轮传动中是从动轮，在后一对齿轮传动中是主动轮，所以在上式齿轮传动中是主动轮，所以在上式 中齿数中齿数Z4可以消去。轮系中，这种不影响传动比的大小，可以消去。轮系中，这种不影响传动比的大小，仅用来改变转动方向或增大传动中心距的齿轮，称为仅用来改变转动方向或增大传动中心距的齿轮，称为惰轮。惰轮。（3）从动轮的转动方向的确定：对平面轮）从动轮的转动方向的确定：对平面轮系系(即各轮轴线互相平行即各轮轴线互相平行)，用，用(-1)m表示，表示，m为轮系中外啮合齿轮的对数，其传动比为为轮系中外啮合齿轮的对数，其传动比为正号时，表示主、从动轮的转向相同；传动正号时，表示主、从动轮的转向相同；传动比为负号时，则主、从动轮转向相反。对空比为负号时，则主、从动轮转向相反。对空间轮系间轮系(即由圆锥齿轮、蜗杆传动组成即由圆锥齿轮、蜗杆传动组成)，必，必须用画箭头的方法来确定从动轮的转向。须用画箭头的方法来确定从动轮的转向。【例例181】如图如图184所示为液压推进所示为液压推进架柱式煤电钻的传动系统。已知电动机架柱式煤电钻的传动系统。已知电动机3的的转速为，转速为，n1=2880rmin，各轮齿数分别为，各轮齿数分别为Z1=17，Z2=34，Z2=17，Z3=56，Z4=21，Z6=43，Z5=Z7=Z8=32，Z9=48，煤钻杆主轴，煤钻杆主轴的推进和后退由液压油缸的推进和后退由液压油缸2控制，试计算煤钻控制，试计算煤钻杆主轴的转速并确定其转向。杆主轴的转速并确定其转向。【解解】齿轮齿轮4和和5为双为双联滑移齿轮，当齿轮联滑移齿轮，当齿轮4与与6或或5与与7啮合时钻杆啮合时钻杆主轴可获得两种转速。主轴可获得两种转速。(1)当齿轮当齿轮4与与6啮合时，啮合时，有有故煤钻杆主轴转速故煤钻杆主轴转速故煤钻杆主轴转速故煤钻杆主轴转速n n9 9为为为为(2)当齿轮当齿轮5与与7啮合时啮合时 因因i19为正值，故煤钻杆与电动机的转向相同。亦可为正值，故煤钻杆与电动机的转向相同。亦可用画箭头的方法来确定，如图用画箭头的方法来确定，如图184所示。所示。二、周转轮系传动比的计算二、周转轮系传动比的计算 在周转轮系中，由于行星轮的运动不是绕在周转轮系中，由于行星轮的运动不是绕固定轴线转动，故其传动比的计算不能直接用固定轴线转动，故其传动比的计算不能直接用定轴轮系传动比的计算方法。但是，如果能保定轴轮系传动比的计算方法。但是，如果能保持周转轮系中各构件之间的相对运动不变，而持周转轮系中各构件之间的相对运动不变，而又可使行星架变为固定不动，则周转轮系就化又可使行星架变为固定不动，则周转轮系就化为一个假想的定轴轮系，可按定轴轮系传动比为一个假想的定轴轮系，可按定轴轮系传动比的计算方法处理周转轮系传动比的问题。这种的计算方法处理周转轮系传动比的问题。这种方法称为方法称为相对运动法相对运动法。在图在图182a所示的周转轮系中，设齿轮所示的周转轮系中，设齿轮1、2、3及行星架及行星架H的绝对转速分别为的绝对转速分别为n1、n2,n3及及nH，其转向如图所示。若给整个周转轮系附加一个与其转向如图所示。若给整个周转轮系附加一个与行星架行星架H转速大小相等、方向相反的公共转速转速大小相等、方向相反的公共转速(-nH)后，则各构件的相对运动不变而行星架后，则各构件的相对运动不变而行星架H却却静止不动了。此时，周转轮系即转化为定轴轮静止不动了。此时，周转轮系即转化为定轴轮系。这一定轴轮系称为原周转轮系的转化机构。系。这一定轴轮系称为原周转轮系的转化机构。在在转化机构中，各构件的转速分别以转化机构中，各构件的转速分别以n1H、n2H、n3H和和nHH表示，则转化前后各构件的转速见表表示，则转化前后各构件的转速见表181。在转化机构中，在转化机构中，n1H、n2H、n3H和和nHH的上的上角标角标H表示各构件相对于行星架表示各构件相对于行星架H的相对转速。的相对转速。转化机构中任意两轮的传动比均可用定轴轮转化机构中任意两轮的传动比均可用定轴轮系传动比的计算方法求得。对于图系传动比的计算方法求得。对于图182所示所示的周转轮系，其转化机构中的齿轮的周转轮系，其转化机构中的齿轮1对齿轮对齿轮3的的传动比传动比i13H为为 将上式推广到一般情况，设将上式推广到一般情况，设nG和和nK为周为周转轮系中任意两个齿轮转轮系中任意两个齿轮G和和K的转速，则的转速，则转化机构传动比的计算公式为转化机构传动比的计算公式为 式中指数式中指数m为转化机构中由齿轮为转化机构中由齿轮G到到K之间外啮之间外啮合对数合对数,式式(183)包含了行星轮系中各构件的转速和包含了行星轮系中各构件的转速和各轮齿数之间的关系，是求解行星轮各轮齿数之间的关系，是求解行星轮系传动比的基本公式，只要已知系传动比的基本公式，只要已知n1、n3及及nH 中两个值，便可求得第三构件的转速。中两个值，便可求得第三构件的转速。对行星轮系对行星轮系,只要已知一个构件的转速，就可求出只要已知一个构件的转速，就可求出另一构件的转速，即：另一构件的转速，即：应用式应用式(183)及及(184)时须注意以下几点：时须注意以下几点：(一一)代入各构件的转速时，应将符号一起代代入各构件的转速时，应将符号一起代入，可规定顺时针方向为正，逆时针方向为负，入，可规定顺时针方向为正，逆时针方向为负，所求得的转向就可按此正负号来定方向。所求得的转向就可按此正负号来定方向。却不能计算齿轮却不能计算齿轮1(或齿轮或齿轮3)与齿轮与齿轮2之间的传动比，之间的传动比，即即(二二)对于由圆锥齿轮所组成的周转轮系，如图对于由圆锥齿轮所组成的周转轮系，如图187所示，利用式所示，利用式(184)只能计算齿只能计算齿轮轮1与齿轮与齿轮3之间的传动比。即之间的传动比。即 也就是说，不能用式也就是说，不能用式(184)来计算圆锥齿轮来计算圆锥齿轮组成的行星轮系中行星轮的转速。组成的行星轮系中行星轮的转速。(三三)注意注意i13Hi13两者概念不同，不要混淆。两者概念不同，不要混淆。因因n2与与nH不是在同一平面内运动，其转速不不是在同一平面内运动，其转速不能用代数加减。即能用代数加减。即【例例182】在图在图185所示所示的差动轮系中，已知各轮齿数的差动轮系中，已知各轮齿数Z1=Z2=16，Z3=48，当齿轮，当齿轮1和和齿轮齿轮3的转速分别为的转速分别为n1=1rmin，n3=-1rmin时，求行时，求行星架星架H的转速的转速nH。计算表明，当齿轮计算表明，当齿轮1顺时针转一周，齿轮顺时针转一周，齿轮3逆时针转一周时，则行星架逆时针转一周时，则行星架H将逆时针将逆时针转转1/2周周。必须注意，这种类型的必须注意，这种类型的行星轮系，如用作减速时，行星轮系，如用作减速时，其效率随减速比增大而降其效率随减速比增大而降低。所以，一般只适用于低。所以，一般只适用于辅助装置的传动，不宜传辅助装置的传动，不宜传动大功率。如用于增速运动大功率。如用于增速运动，则可能发生自锁。动，则可能发生自锁。复合轮系传动比的计算复合轮系传动比的计算1223456H轮系的功用1 实现大传动比轮系的功用2 实现远距离的两轴传动轮系的功用3 实现变速换向轮系的功用4 实现分支传动 184 减减 速速 器器 减速器的功能在于将原动机较高的转速降低减速器的功能在于将原动机较高的转速降低到工作机所需的较低转速，同时增大其扭矩。由到工作机所需的较低转速，同时增大其扭矩。由于减速器已做成独立的标准部件，且结构紧凑、于减速器已做成独立的标准部件，且结构紧凑、工作可靠、效率较高、寿命长、维修方便，便于工作可靠、效率较高、寿命长、维修方便，便于成批生产，直接选用，可节省设计时间，所以应成批生产，直接选用，可节省设计时间，所以应用广泛。为满足不同的工作要求，种类很多，可用广泛。为满足不同的工作要求，种类很多，可 分成普通减速器和特种减速器两大类，分成普通减速器和特种减速器两大类，前者某些类型已有标准系列产品，可直前者某些类型已有标准系列产品，可直接选用，也可自行设计制造。后者的标接选用，也可自行设计制造。后者的标准正在制定和推广中。本书仅介绍前者。准正在制定和推广中。本书仅介绍前者。一、普通减速器的类型、特点和应用一、普通减速器的类型、特点和应用 按传动类型，可分为齿轮、蜗杆和齿轮按传动类型，可分为齿轮、蜗杆和齿轮蜗蜗杆减速器；杆减速器；按传动级数，可分为单级、双级和多级减速器；按传动级数，可分为单级、双级和多级减速器；按轴在空间位置，可分为卧式和立式减速器；按轴在空间位置，可分为卧式和立式减速器；按传动的布置形式，可分为展开式、同轴式和分按传动的布置形式，可分为展开式、同轴式和分流式减速器。流式减速器。常用普通减速器类型及其传动比范围见表常用普通减速器类型及其传动比范围见表183。展开式减速器展开式减速器分流式减速器，其结构较复杂分流式减速器，其结构较复杂 同轴式双级减速器，同轴式双级减速器，圆锥齿轮减速器适用于低速传动，圆锥齿轮减速器适用于低速传动，蜗杆蜗轮减速器蜗杆蜗轮减速器 下置式单级蜗杆减速器下置式单级蜗杆减速器 二、减速器的结构二、减速器的结构 减速器一般由箱体、传动零件、轴、轴减速器一般由箱体、传动零件、轴、轴承、联接零件及若干附件组成。单级圆承、联接零件及若干附件组成。单级圆柱齿轮柱齿轮减速器的结构见配套教材有关章节。减速器的结构见配套教材有关章节。三、标准减速器三、标准减速器 齿轮和蜗轮减速器已制定出相应的标准系列，齿轮和蜗轮减速器已制定出相应的标准系列，可根据传动比、转速、载荷大小及其变可根据传动比、转速、载荷大小及其变化性质、寿命、在机械总体配置中的要求等已化性质、寿命、在机械总体配置中的要求等已知条件，结合减速器的适用条件，主要参数知条件，结合减速器的适用条件，主要参数及效率，外廓尺寸、重量、价格和运转费用等及效率，外廓尺寸、重量、价格和运转费用等各项指标，进行综合分析比较，选定减速器各项指标，进行综合分析比较，选定减速器的类型和规格进行外购。的类型和规格进行外购。下面介绍渐开线圆柱齿轮标准减速器的适用下面介绍渐开线圆柱齿轮标准减速器的适用范围，代号和主要参数。范围，代号和主要参数。(一一)适用范围适用范围 ZDY(单级单级)、ZLY(两级两级)ZSY(三级三级)外啮合外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮减速器。主要适渐开线斜齿圆柱齿轮减速器。主要适用于冶金、，矿山、运输、水泥、建筑、化工、用于冶金、，矿山、运输、水泥、建筑、化工、纺织、轻工等行业。纺织、轻工等行业。应用条件：应用条件：减速器高速轴转速不大于减速器高速轴转速不大于1500rmin；齿轮传动圆周速度不大于齿轮传动圆周速度不大于20ms；工作环境温度为一工作环境温度为一40+45。低于。低于O时，时，启动前润滑油应预热。启动前润滑油应预热。(二二)代号代号 在减速器的代号中，包括减速器的型号，单在减速器的代号中，包括减速器的型号，单级减速器的中心距或多级减速器的低速级级减速器的中心距或多级减速器的低速级中心距，公称传动比及装配型式。中心距，公称传动比及装配型式。(三三)单级圆柱齿轮减速器的基本参数单级圆柱齿轮减速器的基本参数1中心距：见表中心距：见表184。2传动比：见表传动比：见表185。减速器的实际传动比相对公称传动比的允许减速器的实际传动比相对公称传动比的允许相对偏差相对偏差i：一般减速器：一般减速器l i l3，两级，两级减速器减速器I出出I4，三级减速器，三级减速器I il5。3齿宽系数：见表齿宽系数：见表186。(四四)减速器的承载能力减速器的承载能力(单级单级)：见表：见表187。(五五)减速器热功率减速器热功率Pc1、Pc2(单级单级)：见表：见表188六六)减速器的装配型式减速器的装配型式 根据减速器在机械总体配置中的要求，选择根据减速器在机械总体配置中的要求，选择相应的装配型式。对于相应的装配型式。对于ZDY型减速器有型减速器有8种装配型式用种装配型式用I表示，见图表示，见图1810a；对于；对于ZLY和和ZSY型减速器有型减速器有5种装配型式用种装配型式用IV表示，见图表示，见图1810b。四、标准减速器的选用四、标准减速器的选用 减速器的承载能力受机械强度和热平衡许用减速器的承载能力受机械强度和热平衡许用功率两方面的限制。因此减速器的选用必功率两方面的限制。因此减速器的选用必须通过两个功率表。须通过两个功率表。首先按减速器机械强度许用公称功率首先按减速器机械强度许用公称功率P1选用，选用，如果减速器的实用输入转速与承载能力如果减速器的实用输入转速与承载能力表中的三档表中的三档(1500、1000、750rmin)转速中转速中的某一档转速之相对误差不超过的某一档转速之相对误差不超过4%，可按该，可按该档转速下的公称功率选用相当规格的减速器。档转速下的公称功率选用相当规格的减速器。如果转速相对误差超过如果转速相对误差超过4，则应按实用转速，则应按实用转速折算减速器的公称功率选用。然后校核减速器折算减速器的公称功率选用。然后校核减速器热平衡许用功率热平衡许用功率Pcl、Pc2。【例例18-7】输送大件物品的皮带输送机减速输送大件物品的皮带输送机减速器，电动机驱动，电动机转速器，电动机驱动，电动机转速n1=1200r min，传动比，传动比i=45，传动功率，传动功率P2=380kW，每日工作每日工作24h，最高环境温度，最高环境温度t=38，厂房，厂房较大，自然通风冷却，油池润滑。要求选用规较大，自然通风冷却，油池润滑。要求选用规格相当的第格相当的第1种装配形式标准减速器。种装配形式标准减速器。【解解】(1)按减速器的机械强度功率表选取。一般情况按减速器的机械强度功率表选取。一般情况下要计入工作情况系数下要计入工作情况系数KA，特，特殊情况下还要考虑安全系数。殊情况下还要考虑安全系数。皮带输送机载荷为中等冲击，查表皮带输送机载荷为中等冲击，查表189得：得：KA一一15，计算功率，计算功率Pz。为：。为：按按i=45及及n1=1200rmin接近公称转速接近公称转速1000rmin，查表，查表187得：得：ZDY280，i=45，n1=1000rmin，P1=488kW。当。当n1=1200rmin时，折算公称功率时，折算公称功率P1为：为：可以选用可以选用ZDY280减速器。减速器。查表查表1810、18-11及表及表1812得：得：如果不采用盘状管冷却，则需另选较大规格的如果不采用盘状管冷却，则需另选较大规格的减速器。按以上程序重新计算。减速器。按以上程序重新计算。减速器的许用瞬时尖峰载荷减速器的许用瞬时尖峰载荷P2max18P1。此例未给出运转中的瞬时尖峰载荷，故不校。此例未给出运转中的瞬时尖峰载荷，故不校核。核。