第1页：第11章 齿轮系及其设计：本章目录
第11章 齿轮系及其设计
- 11-1轮系的分类
- 11-2定轴轮系及其传动比
- 11-3周转轮系及其传动比
- 11-4复合轮系及其传动比
- 11-5轮系的功用
- 11-6轮系的设计
- 重点：–定轴轮系和周转轮系传动比的计算。
- 难点：–复合轮系计算过程中各基本轮系的拆分及其传动比的计算
第2页：定轴轮系和周转轮系
- 重点：–定轴轮系和周转轮系传动比的计算。
- 难点：–复合轮系计算过程中各基本轮系的拆分及其传动比的计算
第3页：11-1 轮系的分类
11-1 轮系的分类:一系列齿轮组成的传动系统轮系
一对齿轮传动i12=——n1n2Z1=d2d1=——=——145053.7= 27设d1= 53.7mm则d2=i12d1= 27×53.7 = 1450mm两轮直径相差太大,不合理一、轮系的应用
第4页：轮系的分类
定轴轮系:所有齿轮的轴线位置都是固定的。复合轮系：由两个以上基本轮系组成。周转轮系：至少有一个齿轮的轴线是绕另一个齿轮轴线转动的(行星,差动)321HO1O3O2二、轮系的分类动画2动画3动画
第5页：11-2 定轴轮系及其传动比
11-2 定轴轮系及其传动比
双联齿轮
第6页：既是主动轮又作从动轮
惰轮过桥轮(惰轮→既是主动轮又作从动轮)→其齿数对传动比无影响作用:控制转向结论总传动比=各级传动比的连乘积m→外啮合次数
第7页：定轴轮系及其传动比：传动方向1平面定轴轮
- 二、传动方向1平面定轴轮系（所有轴线平行）可用画箭头的方法，也可用正负号表示外啮合:箭头方向相反内啮合:箭头方向相同
第8页：定轴轮系及其传动比：传动方向蜗杆蜗轮机构
- 二、传动方向蜗杆蜗轮机构:(左右手)四指→蜗杆转向,拇指→蜗杆相对蜗轮的运动方向→(反向)蜗轮转向2空间定轴轮系（包含锥齿轮、蜗杆传动等）只能用画箭头的方法一对齿轮传动的转动方向
第9页：例题1：已知Z1=16,Z2=32,Z2
3′②方向:画箭头轮系传动比:①大小:解:例1:已知Z1=16,Z2=32,Z2′=20,Z3=40,Z3′=2(右)，Z4=40,若n1=800r/min,求蜗轮的转速n4及各轮的转向。
第10页：11-3 周转轮系及其传动比
11-3 周转轮系及其传动比
行星轮:轴线位置变动,行星轮既作自转又作公转2.转臂(H行星架,系杆):支持行星轮的构件3.中心轮(太阳轮):轴线位置固定4.机架组成行星轮转臂中心轮
第11页：以中心轮和转臂作输入
- 1、以中心轮和转臂作输入和输出构件→轴线重合(否则不能传动)注意事项:3、找基本(单一)周转轮系的方法:先找行星轮(轴线位置不固定）→找其转臂(支承行星轮的构件。不一定是简单的杆件)→找与行星轮啮合的中心轮(其轴线与转臂的重合)2、基本周转轮系含一个转臂,若干个行星轮及中心轮(1～2)
第12页：按自由度分类
分类:(按自由度分类)①差动轮系②行星轮系F=2图5-4.b (两个中心轮均转动)F=1图5-4.C (只有一个中心轮转动)n=4, PL=4, PH=2, F=3×4－2×4－1×2 = 2→要求原动件数=2n=3, PL=3, PH=2, F=3×3－2×3－1×2 = 1→要求原动件数=1bc
第13页：周转轮系及其传动比：周转轮系传动比的计算
- 二、周转轮系传动比的计算当转臂转速=nH时,给整个轮系加上－nH的公共转速→转臂静止→转化轮系为假想的定轴轮系(各构件相对运动不变)图5-4.d321HO2O1O31机构反转法(转化机构)图5-4.b321HO2O1O3构件代号原有转速在转化机构中的转速1234动画
第14页：转化轮系的传动比
转化轮系的传动比(假想定轴轮系传动比）321HO2O1O3一般计算式1)齿数连乘积之比前“±”号取决于转化轮系中G、K轮的转向；
2)轮G、轮K和系杆H必须是同一个周转轮系中轴线平行或重合的三个构件；3)nG、nK、nH中，已知值应根据转向相同还是相反代入正负号,未知值的转向由计算结果判定。
注意:
第15页：例：求nH与n1的关系=－Z3/
例:求nH与n1的关系=－Z3/ Z1行星轮系n1= nH(1+ Z3/ Z1)n3=0nH与n1的转向相同
第16页：例：图中为一大传动比的减速器
例：图示为一大传动比的减速器，Z1=100，Z2=101，Z2'=100，Z3=99求：输入件H对输出件1的传动比iH1若Z1=99周转轮系传动比正负是计算出来的，而不是判断出来的。
=02H132'
第17页：例：已知齿数
例：已知齿数Z1=15 , Z2= 25 , Z2’= 20 , Z3= 60。n1=200r/min ,n3=50r/min ,转向见图，求nH设n1为正，n3为负nH=－8.3r/min差动轮系表示nH与n3方向相同
第18页：例：已知齿数（续）
例：已知齿数Z1=48 , Z2= 42 , Z2’= 18 , Z3= 21。n1=100r/min ,n3=80r/min ,转向见图，求nH画箭头的方法题所给
第19页：11-4 复合轮系及其传动比
11-4 复合轮系及其传动比
在计算复合轮系传动比时，既不能将整个轮系作为定轴轮系来处理，也不能对整个机构采用转化机构的办法。计算复合轮系传动比的正确方法：1、首先将各个基本轮系正确地区分开来(先找周转轮系……)2、分别列出计算各基本轮系传动比的方程式。
3、找出各基本轮系之间的联系。4、将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求得复合轮系的传动比。
第20页：例题1：求i1H:n2’=
定轴轮系i12=n1/n2=-Z2/Z1=－2又:例1:求i1H:n2’= n2;n4=02’－3－4－H行星轮系轮1与系杆转向相反两式相乘得：
第21页：例题3：已知各轮齿数，求传动比i1H1
例3：已知各轮齿数，求传动比i1H1、分析轮系的组成1，2，2'，3——定轴轮系1’，4，3’，H——差动轮系2、分别写出各轮系的传动比定轴轮系：差动轮系：3、找出轮系之间的运动关系由（2）得：动画122'33'41'H输入输出
第22页：联立求解：由
- 4、联立求解：由（1）得：传动比计算要点：分清轮系注意符号掌握技巧
第23页：11-5 轮系的功用
11-5 轮系的功用
、变速、变向
第24页：轮系的功用：实现多路输出1
- 三、实现多路输出1，2(分针M）N 9，10，11，12（时针H）3，4，5，6，（秒针S）
第25页：轮系的功用：获得大传动
- 四、获得大传动比(行星轮系)五、实现运动的合成动画
第26页：轮系的功用：实现运动
第27页：11-6 轮系的设计
11-6 轮系的设计
- 1类型的选择
- 直齿圆柱齿轮、平行轴斜齿轮、交错轴斜齿轮、蜗杆蜗轮、圆锥齿轮等机构
- 应根据工作要求、使用场合选择轮系类型
- 应满足使用要求、外廓尺寸、效率、重量、成本等
- 2各轮齿数的确定
- 传动比合理分配
- 3布置方案的选择
- 在机构运动方案设计阶段，定轴轮系设计的基本任务是：选择轮系的类型，确定各轮齿数，选择轮系的布置方案
第28页：定轴轮系类型
- 可选机构：
- 直齿圆柱齿轮、平行轴斜齿轮、交错轴斜齿轮、蜗杆蜗轮、圆锥齿轮等
- 考虑因素：
- 基本使用要求；机构外廓尺寸；效率、成本、重量等
- 类型优化：
- 高速重载场合，斜齿轮优于直齿轮
- 需要改变轴线方向，锥齿轮可满足要求
- 二轴线交错，选交错轴斜齿轮传动
- 大传动比、小结构，或用于分度、微调、自锁时，应含蜗杆传动
1定轴轮系类型的选择
第29页：滚齿机工作台传动机构
- 设计要求:
- 范成运动精度要求高,毛坯与滚刀由同一电机分两路驱动
- 滚刀与毛坯不在同一平面内运动,要求转换运动轴线方向,应有锥齿轮
- 滚刀转一圈,毛坯转过一个齿,要求有大传动比,并有分度功能,应含有蜗杆蜗轮
- 为加工不同齿数的齿轮,要求经常配换挂轮,圆柱齿轮拆装更换方便
例:滚齿机工作台传动机构
第30页：传动机构示意图主动轴
传动机构示意图主动轴987632AB145右旋单向蜗杆轮坯单线滚刀
第31页：定轴轮系
- 单级传动比在常用范围选取:齿轮传动i=5~7,蜗杆传动i≤80
- 齿轮传动总传动比大于8时,一般应设计成两级,大于30时,应为两级以上
- 小结构要求：减速传动,按“前小后大”的原则分配传动比,可使中间轴有较高的转速和较小的扭矩,轴及轴上零件有较小的结构
- 便于润滑要求：闭式齿轮减速器,应使各级齿轮之大齿轮都能浸入油池,浸油深度大致相等
- 为此，通常取i高= (1.3~1.4) i低
- 考虑问题侧重点不同，方案不同，据不同条件具体分析，不生搬硬套
2定轴轮系各轮齿数的分配
第32页：例题1：设计一个精确传动比为180:1
- 解：
- 1)确定需要多少级或多少对齿轮。
- 简单是最佳设计的标志。先试算最少可能的级数。
- 如采用两级：
- 如采用三级：
- 故采用三级减速
- 2)齿轮齿数的可能取值（齿数必须大于17）：如果能找到一些齿轮轮齿的整数比等于5.646,则可简单地利用这样的三对齿轮来设计齿轮箱。不好很好大齿轮齿数小齿轮齿数齿轮传动比95.98=17x5.646101.63=18x5.646107.27=19x5.646112.92=20x5.6463)最接近整数的是95.98, 112.92。取96，113，对应的传动比分别为180.08,180.36,误差分别为0.02%,0.2%,在2％以内。如果所设计的齿轮箱不是用在调速场合，或者该变速箱是为了逐档降低发动机的速度，该近似传动比是可以接受的。
传动比分配举例例1设计一个精确传动比为180:1的定轴轮系。找出一个给定该传动比的齿轮组合。
第33页：传动比分配举例
- 4)有时机械产品需要精确的传动比，如为了从主传动轴通过齿轮箱驱动凸轮轴或连杆。则上面的近似值不是最佳的，要求有准确的传动比。试找合理的传动比。
- 5)即齿轮的传动比分别是6，6，5。符合精确解。大齿轮齿数小齿轮齿数齿轮传动比108=18x6108=18x690=18x5
传动比分配举例
第34页：定轴轮系（续）
- 例：二级齿轮减速器布置方案
- 方案一：结构最简单。
- 齿轮与轴承位置不对称，
- 轴变形后齿轮受偏载。
- 宜用于轻载、平稳场合
- 方案二：对称布置，适用于变载。
- 结构复杂。
- 方案三：（回归轮系）输入轴与输
- 出轴同轴，结构紧凑。
- 中间轴较长，变形后载荷
- 沿轮齿分布不均匀方案一方案二方案三
3定轴轮系布置方案的选择
第35页：轮系的设计：周转轮系的设计
- 主要任务：
- 1类型的选择
- 主要从传动比、效率、结构复杂程度、外廓尺寸等
- 2各轮齿数的确定
- 传动比条件、同心条件、装配条件、邻接条件
- 3均衡装置二、周转轮系的设计
第36页：周转轮系类型
- 主要用于运动传递时，首先满足传动比，兼顾效率、结构复杂程度、外廓尺寸、重量等
- 主要用于动力传递时，首先考虑效率，兼顾传动比、结构复杂程度、外廓尺寸、重量等轮系形式传动比计算适用范围123H1H23123H122’3Hi1H=2.5~13i1H=1.14~1.56i1H=2i1H=6~16
1周转轮系类型的选择
第37页：周转轮系
- 保证满足四个条件:传动比条件、同心条件、装配条件/均布安装条件、邻接条件
- 传动比条件：
- 必须实现工作所要求的传动比
- 同心条件：
- 为保证行星轮在传动过程中始终与中心轮正确啮合，必须使系杆的转轴与中心轮的轴线重合—共轴式传动装置123Ha’12= a’23r’1+ r’2= r’3-r’1
2周转轮系各轮齿数的确定
第38页：均布安装条件、使
- 使k个行星轮能够均匀分布在中心轮四周
- φ＝3600 / k
- “依次轮流装入法”安装k个行星轮
- 在I处装入，使行星轮转至II位置，转过φ角；中心轮１上的A点转至A’点，转过θ角
- 若轮1正好转过整数个齿N,即
- 轮1与轮3的相对位置又恢复至初始位置
- 依次装入第2、3、……k个行星轮z3z2z1O2’φAA’ＩIIθOZ3相对固定二中心轮齿数和能被行星轮数整除。
装配条件/均布安装条件
第39页：邻接条件
- 保证相邻两行星轮齿顶不发生碰撞
- 对标准齿轮传动z3z1z2’φOO21(K1)H2’3(K2)2O2’
邻接条件
第40页：负号机构、传动比条件
- 传动比条件
- 同心条件（设各轮模数相等）
- 装配条件
- 邻接条件z3z1z2’φOO21(K1)H2’3(K2)2O2’
双排2K-H负号机构
第41页：周转轮系的均载装置
- ？为什么周转轮系有体积小、重轻、承载能力高的优点
- 多个行星轮均布分担载荷；
- 合理利用了内齿轮的空间。
- But制造、安装误差、受力后的变形造成载荷不均匀，使这种优点难以实现
- 为发挥其优点，需合理选择或设计均载装置
3周转轮系的均载装置
第42页：基本构件
- 无径向支承，允许径向或偏转位移，受载不均时，自动寻找平衡位置，直至各行星轮载荷均匀分布为止双齿联轴器单齿联轴器双齿联轴器单齿联轴器
1)基本构件（中心轮与系杆）浮动的均载装置
第43页：采用弹性元件的均载装
2)采用弹性元件的均载装置3)采用杠杆联动的均衡装置行星轮弹性轴H偏心轴杠杆浮动环
第44页：作业：HomeworkP232-236习
作业:HomeworkP232-236习题：11-14、11-16(b)、11-17、11-19、11-20
