第十二章 齿轮系
思路:把行星轮系转化为定轴轮系来计算。
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即:在整个轮系上加上一个与转臂转向相反、大小相等 的转动(-ωH),各构件的相对运动并不改变。这样:
转臂ωH+(-ωH)=0 → 静止的支架; 行星轮系 → 定轴轮系(全部轴线均固定); 这种附加(-ωH)运动而得到的假想定轴轮系称为 行星轮系的"转化轮系"。
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12.3.3 实现换向传动
在输入轴转向不变的情况下,利用惰轮可以改变 输出轴的转向。
如下图所示车床上走刀丝杆的三星轮换向机构, 扳动手柄可实现两种传动方案。
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12.3.4 实现变速传动 当主动轴转速不变时,利用轮系可使从动轴获得多种工作转速。 如下图所示的汽车变速箱,可使输出轴得到4个档次的转速。
各构件转化前后的角速度列表如下:
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转化轮系iH的计算:)
式中ωA和ωK为行星轮系中任意两个齿轮A和K的角速度, ωH为转臂的角速度。
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12.2.3 复合齿轮系传动比的计算
复合轮系--是指含有定轴轮系和周转轮系或几个 单一周转轮系组合的轮系。
2)在差动轮系中 则 n1+n3=2n4=2z5/z4×n5
3)当汽车直线行驶时: n1 = n3,2n4 = n1 + n3,得: n1 = n3 = n4这时,差速器如同一个固联的整体,一起转动
4)当汽车转弯时 (R为转弯中心P至车辆对称中线的距离, 轮距为2L。) n1/n3 = (R-L)/(R+L), n1+n3 = 2n4= 2z5/z4×n5
联立上两式解得: 可知:这时齿轮5的转动,分解为左右两轮不同速度的独立运动。
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12.4 其他新型齿轮传动机构
12.4.1 摆线针轮行星传动
摆线针轮传动机构主要由与主动轴固联的偏心套1,滚动轴承2, 齿数为z1并具有摆线齿形的摆线轮3,与壳体机架固联、数量 为z2的针齿销4及其上面的针齿套5、等速传动机构6及机架7等组成
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12.5 减速器
减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、 齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件,常用作原动机与工作机 之间的减速传动装置。
按其传动及结构特点,大致可分为三类:
(1)齿轮减速器 (2)蜗杆减速器
圆柱齿轮减速器 锥齿轮减速器 圆锥-圆柱齿轮减速器 圆柱蜗杆减速器 圆弧齿蜗杆减速器 锥蜗杆减速器 蜗杆-齿轮减速器
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12.3 齿轮系的应用
12.3.1 实现分路传动
利用齿轮系可使一个主动轴 带动若干从动轴同时转动, 将运动从不同的传动路线传 动给执行机构的特点可实现 机构的分路传动。
如图所示为滚齿机上滚刀与轮坯之间作展成运动的传动简图。 滚齿加工要求滚刀的转速n刀与轮坯的转速n坯需满足的传动比 关系。主动轴I通过锥齿轮1轮齿轮2将运动传给滚刀;同时主 动轴又通过直齿轮3轮经齿轮4—5、6、7—8传至蜗轮9,带动 被加工的轮坯转动,以满足滚刀与轮坯的传动比要求。
(4) 将各基本轮系传动比方程式联立求解,即可求得混 合轮系的传动比。
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例1:已知各轮齿数, 求传动比i1H
1、分析轮系的组成
输入
1,2,2',3——定轴轮系
1 ' ,4,3’,H——行星轮系
2、分别写出各轮系的传动比
定轴轮系
:
i13
1 3
(1)2
Z2Z3 Z1Z 2
行星轮系
: iH 31
第十二章 齿轮系
§12—1 定轴齿轮系传动比的计算 §12—2 行星轮系传动比的计算 §12—3 轮系的应用
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12.1 定轴齿轮系传动比的计算
如果齿轮系运转时各齿轮的轴线相对于机架保持 固定,则称为定轴齿轮系。
定轴齿轮系
平面定轴轮系 空间定轴轮系
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轮系的传动比用轮系中首轮的角速度ωA比上 末轮的角速度ωK,即 iAK=ωA/ωK
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2. 蜗杆减速器
蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下可以 获得很大的传动比,同时工作平稳、噪声较小,但 缺点是传动效率较低。蜗杆减速器中应用最广的是 单级蜗杆减速器。
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3. 蜗杆-齿轮减速器
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12.5.3 减速器的结构
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将具有两个自由度的行星齿轮系称为差动齿轮系 (两中心轮均可动)
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行星齿轮系也分为平面行星齿轮系和空间行星齿轮系两类。 上述齿轮系均为平面行星齿轮系,下面是空间行星齿轮系。
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12.2.2 行星齿轮系的传动比计算
行星齿轮系的传动比不能直接用定轴齿轮系传动比的 公式计算,可应用反转法或相对速度法。
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复合轮系传动比的计算
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。 计算混合轮系传动比的正确方法是: (1) 首先将各个基本轮系正确地区分开来 (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。
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摆线针轮行星传动的传动特点是传动比范围较大, 单级传动的传动比为9~87,两级传动的传动比 可达121~7569。
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12.4.2 谐波齿轮传动
由美国的C.W.Wusser发明, 它是通过波发生器所产生的 连续移动变形波使柔性齿轮 产生弹性变形,从而产生齿 间相对位移而达到传动的目的。
Z5=80,求i1H
1
H 35
2' 4
3'
(一)1,2-2‘,3,H——行星轮系
H为输出件
3',4,5——定轴轮系
(二)
i1H3
1 H 3 H
(1) Z2Z3 Z1Z 2
(四)联立 i1H 31
i35
3 5
Z5 Z 3
(三)
3 H
3 5
n1 1450r / min
nH
n1 i1H
注:外啮合时两齿轮的转向相反,传动比取“-”号; 内啮合时两齿轮的转向相同,传动比取“+”号。
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又因同一轴上的齿轮转速相同, 故有:ω2 = ω2, ω3 = ω3,
∴
即定轴轮系的传动比,等于组成该轮系的各对 啮合齿轮的传动比连乘积,也等于各对齿轮传动 中的从动齿轮的齿数乘积与主动齿轮齿数的乘积 之比。
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解决复合齿轮系传动比计算的思路:
A、将复合轮系-(区分)→
;
B、分别列出计算这些单一轮系传动比的方程式;
C、再找出各单一轮系之间的组合关系,联立解 方程求出所要的传动比或转速。
区分轮系的方法: (1) 先找出行星轮;(行星轮特点:轴线不固定) (2) 找出支承行星轮的转臂H; (3) 与行星轮相互啮合的为:中心轮; (4) 余下的便是定轴轮系。(定轴轮系特点:轴线都不动)
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以上结论,可推广到一般情况
注:1)在A至K轮的轮系中,A轮为该轮系的输入轮, K轮为该轮系的输出轮。 2)首末两齿轮转向可用(-1)m来判别, iAK为负号时,说明首、末齿轮转向相反; iAK为正号时则转向相同。 轮系中有一种不影响传动比的大小,仅起 改变转向或调节中心距作用的齿轮叫惰轮。 (如:上图中的轮4)
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12.1.1 平面定轴齿轮系传动比的计算
以图示的定轴轮系为例。
轮1为主动轮(输入) 轮5为从动轮(输出)
若已知各轮齿数,
求轮系传动比 i15
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先求各对齿轮的传动比:
i12 = - ω1/ω2 = - z2/z1 i2,3 = ω2,/ω3 = z3/z2, i3,4 = - ω3,/ω4 = - z4/z3, i45 = - ω4/ω5 = - z5/z4
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12.3.2 获得大的传动比
采用定轴轮系也可获得很大的传动比,但齿轮和轴的增多 会使机构趋于复杂,假如采用行星轮系,则只需很少几个 齿轮就可以得到很大的传动比。
如右图为一行星轮系,当z1=100, z2=101,z2′=100,z3=99时,
iH1可计算如下:
代入数值 解得: i1H=n1/nH=1/10000 则 iH1=10000 (若z1=99,则iH1=―100)
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(3)行星减速器
渐开线行星齿轮减速器 摆线针轮减速器 谐波齿轮减速器
12.5.1 常用减速器的主要类型、特点和应用
1. 齿轮减速器
齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为单级、二级、 三级和多级减速器几种;按轴在空间的相互配置 方式可分为立式和卧式减速器两种;按运动简图 的特点可分为展开式、同轴式和分流式减速器等。
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12.3.5 实现运动的合成
差动轮系中的三个基本构件都能传动,只 有在给定其中任意两个基本构件的运动之后, 第三个基本构件的运动才能确定。 因此,第三个基本构件的转动将是另二个 基本构件转动的合成。