機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-第8章-輪系

§8-1輪系的功用和分類§8-2定軸輪系及其傳動(dòng)比§8-3行星輪系及其傳動(dòng)比§8-4少齒差行星齒輪傳動(dòng)(選)§8-5減速器§8-6無級變速器簡介第八章輪系、減速器和無級變速器§8-1輪系的功用和分類輪系：是由一系列相互嚙合的齒輪所組成的傳動(dòng)系統(tǒng)。它通常介于原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，距離較遠(yuǎn)，可以把原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。工程實(shí)際中常用其實(shí)現(xiàn)變速、換向和大功率傳動(dòng)等，具有非常廣泛的應(yīng)用。例如：車輛、機(jī)床、儀表等。一、輪系的功用1、獲得較大的傳動(dòng)比

若想要用一對齒輪獲得較大的傳動(dòng)比，則必然有一個(gè)齒輪要做得很大，這樣會使機(jī)構(gòu)的體積增大，同時(shí)小齒輪也容易損壞。如果采用多對齒輪組成的齒輪系則可以很容易就獲得較大的傳動(dòng)比。只要適當(dāng)選擇齒輪系中各對嚙合齒輪的齒數(shù)，即可得到所要求的傳動(dòng)比。在行星齒輪系中，用較少的齒輪即可獲得很大的傳動(dòng)比。2、實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)

當(dāng)兩軸之間距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)采用一組相互嚙合的輪系。3、改變從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向

當(dāng)主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向不變，要求從動(dòng)輪作正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)。車床上走刀絲桿的三星輪換向機(jī)構(gòu)

利用輪系可在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)向不變的條件下改變從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向。4、實(shí)現(xiàn)多種傳動(dòng)比的傳動(dòng)

當(dāng)主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速不變，可使從動(dòng)輪根據(jù)工作需要得到幾種不同的轉(zhuǎn)速。5、實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)

使主動(dòng)軸帶動(dòng)若干個(gè)從動(dòng)軸同時(shí)回轉(zhuǎn)。6、實(shí)現(xiàn)大功率傳遞周轉(zhuǎn)輪系用做動(dòng)力傳遞時(shí)要采用多個(gè)行星輪且均勻分布在太陽輪四周7、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成利用差動(dòng)輪系可將兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成為一個(gè)運(yùn)動(dòng)。圖示差動(dòng)輪系中，z1=z3這種輪系可作加（減）法機(jī)構(gòu)在機(jī)床、計(jì)算機(jī)構(gòu)和補(bǔ)償裝置等得到廣泛應(yīng)用。滾齒機(jī)中的差動(dòng)齒輪系（下圖）

如圖所示為滾齒機(jī)中的差動(dòng)齒輪系。滾切斜齒輪時(shí)，由齒輪4傳遞來的運(yùn)動(dòng)傳給中心輪1，轉(zhuǎn)速為n1；由蝸輪5傳遞來的運(yùn)動(dòng)傳給H，使其轉(zhuǎn)速為nH。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪系合成后變成齒輪3的轉(zhuǎn)速n3輸出。因則故8、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解

利用差動(dòng)輪系還可將一個(gè)主動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)按需要的比例分解成兩個(gè)從動(dòng)構(gòu)件的不同的轉(zhuǎn)動(dòng)n1n2rp二、輪系的分類根據(jù)輪系中各輪軸線的位置固定與否，可分為定軸輪系和行星輪系。定軸輪系：組成輪系的所有齒輪幾何軸線的位置在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均固定不變的輪系，又稱為普通輪系。

周轉(zhuǎn)輪系：組成輪系的齒輪中至少有一個(gè)齒輪幾何軸線的位置不固定，而是繞著其它定軸齒輪軸線回轉(zhuǎn)的輪系，稱為周轉(zhuǎn)輪系?！?-2定軸輪系及其傳動(dòng)比輪系的傳動(dòng)比i：輪系中主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速或角速度之比。

如果齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所有齒輪的軸線保持固定，稱為定軸齒輪系，定軸齒輪系又分為平面定軸齒輪系和空間定軸齒輪系兩種。的比值用設(shè)齒輪系中首齒輪的角速度為，末齒輪的角速度，與表示，即，則稱為齒輪系的傳動(dòng)比。

一對齒輪的傳動(dòng)比大小為其齒數(shù)的反比。若考慮轉(zhuǎn)向關(guān)系，外嚙合時(shí)，兩輪轉(zhuǎn)向相反，傳動(dòng)比取“-”號；內(nèi)嚙合時(shí)，兩輪轉(zhuǎn)向相同，傳動(dòng)比取“+”號；則該齒輪系中各對齒輪的傳動(dòng)比為：惰輪：齒輪系中齒輪4同時(shí)與齒輪3’嚙合，不影響齒輪系傳動(dòng)比的大小，只起到改變轉(zhuǎn)向的作用由于以上各式連乘可得：所以推廣后的平面定軸齒輪系傳動(dòng)比公式為：

一對空間齒輪傳動(dòng)比的大小也等于兩齒輪齒數(shù)的反比，所以也可用以上公式來計(jì)算空間齒輪系的傳動(dòng)比，但其首末輪的轉(zhuǎn)向用在圖上畫箭頭的方法，如圖所示[例題]在如圖所示的齒輪系中，已知,齒輪1、3、3’和5同軸線，各齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。若已知輪1的轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，求輪5的轉(zhuǎn)速[解]

該齒輪系為一平面定軸齒輪系，齒輪2和4為惰輪，齒輪系中有兩對外嚙合齒輪，根據(jù)公式可得因齒輪1、2、3的模數(shù)相等，故它們之間的中心距關(guān)系為因此：同理：所以：為正值，說明齒輪5與齒輪1轉(zhuǎn)向相同。一、行星輪系

齒輪1、3和構(gòu)件H均繞固定的互相重合的幾何軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪2空套在構(gòu)件H上，與齒輪1、3相嚙合

齒輪2既繞自身軸線自轉(zhuǎn)又隨構(gòu)件H繞另一固定軸線（軸線O-O）公。齒輪2稱為行星輪構(gòu)件H稱為行星架。軸線固定的齒輪1、3則稱為中心輪或太陽輪。1、組成§8-3行星輪系及其傳動(dòng)比2、自由度3、分類通常將具有一個(gè)自由度的行星齒輪系稱為簡單行星齒輪系。將具有二個(gè)自由度的行星齒輪系稱為差動(dòng)齒輪系。二、行星輪系的傳動(dòng)比轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法：

現(xiàn)假想給整個(gè)行星齒輪系加一個(gè)與行星架的角速度大小相等、方向相反的公共角速度則行星架H變?yōu)殪o止，而各構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變化。齒輪1、2、3則成為繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪，因此，原行星齒輪系便轉(zhuǎn)化為假想的定軸齒輪系。

該假想的定軸齒輪系稱為原行星周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速如右表所示：行星架H太陽輪3行星輪2太陽輪1轉(zhuǎn)化齒輪系中的轉(zhuǎn)速行星齒輪系中的轉(zhuǎn)速構(gòu)件轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中1、3兩輪的傳動(dòng)比可以根據(jù)定軸齒輪系傳動(dòng)的計(jì)算方法得出推廣后一般情況，對于周轉(zhuǎn)輪系中任意兩個(gè)齒輪，可得：

轉(zhuǎn)化前后輪系中各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速行星架H太陽輪3行星輪2太陽輪1轉(zhuǎn)化齒輪系中的轉(zhuǎn)速行星齒輪系中的轉(zhuǎn)速構(gòu)件如果周轉(zhuǎn)輪系固定一個(gè)中心輪，則該輪系成為行星輪系因nk=0,由8-2得注意事項(xiàng)：1）輪1、輪k、桿H三個(gè)構(gòu)件的軸線應(yīng)互相平行，而且必須將表示其轉(zhuǎn)向的正負(fù)上。首先應(yīng)假定各輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同一正方向，則與其同向的取正號帶入，與其反向的取負(fù)號帶入。n2）公式右邊的正負(fù)號的確定：假想行星架H不轉(zhuǎn)，變成機(jī)架。則整個(gè)輪系成為定軸輪系，按定軸輪系的方法確定轉(zhuǎn)向關(guān)系。3）待求構(gòu)件的實(shí)際轉(zhuǎn)向由計(jì)算結(jié)果的正負(fù)號確定?？臻g行星輪系的兩齒輪1、3和行星架H三個(gè)構(gòu)件的軸線應(yīng)互相平行時(shí)，其轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比仍可用上式（8-2）來計(jì)算，但其正負(fù)號應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)中1、3兩輪的轉(zhuǎn)向來確定，如上圖所示。設(shè)n1轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，則由例-1

在圖示行星輪系中，各輪齒數(shù)z1=27,z2=17,z3=61。n1=6000r/min,求傳動(dòng)比i1H和轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速nH

、及行星輪轉(zhuǎn)速n2

。解：負(fù)號表示n2和n1轉(zhuǎn)向相反。正號表示nH和n1轉(zhuǎn)向相同。得

n1=260r/min正值說明輪1、3轉(zhuǎn)向相同

例-2

圖示輪系，各輪齒數(shù)z3=z2’=60,z2=20,z1=30,n3=60rpm,nH=180rpm,n3、nH轉(zhuǎn)向相同，求n1？解：

此輪系需用箭頭法確定式中正負(fù)號設(shè)n3轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，則

復(fù)合齒輪系的傳動(dòng)比計(jì)算既包含定軸輪系又包含行星輪系的齒輪系。復(fù)合齒輪系：計(jì)算混合輪系傳動(dòng)比一般步驟：區(qū)別輪系中的定軸輪系部分和周轉(zhuǎn)輪系部分。分別列出定軸輪系部分和周轉(zhuǎn)輪系部分的傳動(dòng)比公式，并代入已知數(shù)據(jù)。找出定軸輪系部分與周轉(zhuǎn)輪系部分之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并聯(lián)立求解即可求出混合輪系中兩輪之間的傳動(dòng)比

復(fù)合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算

太陽輪——行星輪——太陽輪。

行星架H分別列出方程，聯(lián)立求解定軸輪系單一周轉(zhuǎn)輪系區(qū)分正號，說明齒輪1和轉(zhuǎn)臂H同向。

例-3

在圖示的電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)減速器中，各輪齒數(shù)為z1=24,z2=52,z2,=21,z3=78,z3,=18,z4=30,z5=78,求i1H

。定軸輪系：3’——4——5周轉(zhuǎn)輪系：定軸輪系：解：

周轉(zhuǎn)輪系：1——2=2’——3

H三、其他新型齒輪傳動(dòng)裝置簡介擺線針輪行星傳動(dòng)擺線針輪行星傳動(dòng)圖擺線形結(jié)構(gòu)圖解

可以證明，擺線針輪行星傳動(dòng)能保證傳動(dòng)比恒定不變針齒銷數(shù)與擺線輪齒數(shù)的齒數(shù)差（z1－z2）只能為1，所以其傳動(dòng)比為：諧波齒輪傳動(dòng)波齒輪傳動(dòng)由三個(gè)基本構(gòu)件組成，即具有內(nèi)齒的剛輪、可產(chǎn)生較大彈性變形的柔輪及波發(fā)生器。諧波齒輪的運(yùn)動(dòng)演示

由于柔輪比剛輪少個(gè)齒，故柔輪相對剛輪沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)個(gè)齒的角度，即反轉(zhuǎn)周，所以其傳動(dòng)比為

諧波齒輪傳動(dòng)可以獲得較大的傳動(dòng)比，單級傳動(dòng)的傳動(dòng)比可達(dá)70~320。缺點(diǎn)是使用壽命會受柔輪疲勞損傷的影響。視頻資料Lunxi01-02減速器：一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用作原動(dòng)件與工作機(jī)之間的降低轉(zhuǎn)速及增加轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)裝置§8-5減速器增速器：結(jié)構(gòu)與減速器相同，用作增加轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)裝置。減速器分類：齒輪減速器

蝸桿減速器

行星減速器圓柱齒輪減速器圓錐齒輪減速器圓錐—圓柱齒輪減速器圓柱蝸桿減速器圓弧齒蝸桿減速器錐蝸桿減速器蝸桿—齒輪減速器漸開線行星齒輪減速器擺線齒輪減速器諧波齒輪減速器一、減速器的類型1.定軸齒輪減速器2.蝸桿減速器３.蝸桿-齒輪減速器4.減速器傳動(dòng)比的分配使各級傳動(dòng)的承載能力接近于相等使減速器的外廓尺寸和質(zhì)量最小使傳動(dòng)具有最小的傳動(dòng)慣量使各級傳動(dòng)中大齒輪的浸油深度大致相等二、減速器的結(jié)構(gòu)1—下箱體2—油標(biāo)指示器3—上箱體4—透氣孔5—檢查孔蓋6—吊環(huán)螺釘7—吊鉤8—油塞9—定位銷釘10—起蓋螺釘孔三、減速器的裝拆一、拆卸過程分解二、裝配過程分解1.減速器結(jié)構(gòu)總覽2.拆去軸承端蓋3.移去聯(lián)接螺栓4.移去上蓋5.拆去上蓋部裝6.觀察齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)7.拆去各軸8.拆卸輸入軸部裝9.拆卸中間軸部裝10.拆卸輸出軸部裝11.拆卸底座部裝1.裝配底座部裝2.裝配輸出軸部裝3.裝配中間軸部裝4.裝配輸入軸部裝5.安裝各軸6.觀察齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)7.安裝上蓋部裝8.安裝上蓋9.安裝聯(lián)接螺栓10.安裝軸承端蓋四、減速器的潤滑與密封1．減速器的潤滑減速器中齒輪、蝸輪、蝸桿等傳動(dòng)件以及軸承在工作時(shí)都需要良好的潤滑。(1)齒輪和蝸桿傳動(dòng)的潤滑除少數(shù)低速(v<0.5m／s)小型減速器采用脂潤滑外，絕大多數(shù)減速器的齒輪都采用油潤滑。(2)軸承的潤滑減速器中的滾動(dòng)軸承常用減速29內(nèi)用于潤滑齒輪(或蝸輪)的油來潤滑，其常用的潤滑方式有：浸油潤滑（圖8-18a）飛濺潤滑（圖8-17）打油潤滑（圖8-18b）噴油潤滑（圖8-19）1．減速器的密封減速器需要密封的部位一般有軸伸出處、軸承室內(nèi)側(cè)、箱體接合面和軸承蓋、檢查孔和排油孔接合面等處。(1)軸伸出處的密封①氈圈式密封利用矩形截面的毛氈圈嵌入梯形槽中所產(chǎn)生的對軸的壓緊作用，獲得防止?jié)櫥吐┏龊屯饨珉s質(zhì)、灰塵等侵入軸承室的密封效果。用壓板壓在毛氈圈上，便于調(diào)整徑向密封力和更換氈圈。氈圈式密封簡單、價(jià)廉，但對軸頸接觸面的摩擦較嚴(yán)重，主要用于脂潤滑以及密封處軸頸圓周速度較低(一般不超過4～5m／s)的油潤滑。②皮碗式密封利用斷面形狀為J形的密封圈唇形結(jié)構(gòu)部分的彈性和螺旋彈簧圈的扣緊力，使唇形部分緊貼軸表面而起密封作用．密封圈內(nèi)裝有金屬骨架，靠外圍與孔的配合實(shí)現(xiàn)軸向固定；無骨架式密封田，使用時(shí)必須軸向固定。皮碗式密封工作可靠，密封性能好，便于安裝和更換，可用于油潤滑和脂潤滑，對精車的軸頸，圓周速度v≤10m／s；對磨光的軸頸v≤15m／s。③間隙式密封間隙式密封裝置結(jié)構(gòu)簡單、軸頸圓周速度一般并無特定限制，但密封不夠可靠，適用于脂潤滑、油潤滑且上作環(huán)境清潔的軸承。