机械原理齿轮系课件.ppt

1、5.1 及其传动比5.2 及其传动比5.3 及其传动比5.4 齿轮系的功用5.5 新型行星传动简介 由一系列齿轮组成的传动系统称为。根据轮系中各齿轮轴线的位置是否固定来分类，主要有以下几种：齿轮系的传动比齿轮系的传动比，包括计算传动比大小和确定首末两轮的转向关系。问题热身 如何设计一个10000:1传动比的齿轮系?如何改变减速机构的传动比?(接上)必须得一对齿轮退出啮合/另一对齿轮进入啮合吗?什么是差速机构?指南车的原理是什么?12234455.1 定轴齿轮系及其传动比定轴齿轮系及其传动比1 1、定轴齿轮系、定轴齿轮系：齿轮系传动过程中，其各相对于机架的位置都是固定不变的。122112zzi2

2、、传动比及的确定外啮合齿轮传动外啮合齿轮传动内啮合齿轮传动内啮合齿轮传动锥齿轮传动锥齿轮传动求旋转方向：求螺旋方向(左旋/右旋)：另一种投影方向上。，求：蜗轮旋转方向？求：？(左旋/右旋)例：设轮1为首轮，轮5为末轮，已知各轮齿数为 z1，z2，z5，求传动比i15.122112zzi 233 23 2zzi344334zzi 455 45 4zzi 43 2154325115zzzzzzzzi 43 2154325 4433 2215 4343 212zzzzzzzziiii4 42 2,122 4 435解：解：1ni所有主动轮齿数连乘积所有从动轮齿数连乘积11nkkkZ3：仅改变转向，惰

3、轮：仅改变转向，惰轮3.3.首、末两轮转向关系的确定（与齿轮传动类型有关）首、末两轮转向关系的确定（与齿轮传动类型有关）1）全部由平行轴圆柱齿轮组成的定轴齿轮系，可在传全部由平行轴圆柱齿轮组成的定轴齿轮系，可在传动比计算公式的齿数比前乘以动比计算公式的齿数比前乘以(-1)m，m为外啮合齿轮为外啮合齿轮的对数。的对数。13 2143211.)1(kkmkkzzzzzzzzi2）轮系中首、末两轮的轴线不平行时，轮系中首、末两轮的轴线不平行时，采用打箭头的方式确定转向关系。采用打箭头的方式确定转向关系。12(a)(b)21(d)21(e)2112i i=12=12i i=60=60i i=720=7

4、20时针：时针：1 1圈圈分针：分针：1212圈圈秒针：秒针：720720圈圈1212小时小时例5-1-1：钟表传动示意图如下。E为擒纵轮，N为发条盘，S、M及H各为秒针、分针及时针。设Z1=72，Z2=12，Z2=64，Z3=8，Z3=60，Z4=60，Z5=6，Z2=8，Z6=24，Z6=6，问Z4、Z7各为多少？54321NE76SMH22346解：解：(1)走秒传动，由走秒传动，由轮轮1，2(2)，3(3),4组组成定轴轮系成定轴轮系,得得32143234111)1(zzzzzznnnnisS（a）54321NE76SMH22346(2)走分传动，由轮走分传动，由轮1，2组组成定轴轮系

5、，得成定轴轮系，得122111zznnnniMM（b）(3)走时传动，由轮走时传动，由轮1，2（2），），6（6），），7组成定组成定轴轮系，得轴轮系，得62176237111)1(zzzzzznnnniHH（c）54321NE76SMH22346因因故由式故由式(a)、(b)得得601sMnn60132431232143211zzzzzzzzzzzznnnnnnMssM故故88606064603324zzzz54321NE76SMH22346因因故由式故由式(b)、(c)得得121MHnn12176626217621211 zzzzzzzzzzzznnnnnnHMMH故故2424681212

6、6627 zzzz本题为分路传动的定轴轮系。各路的首末两轮的转向关系用传动比正、负号表示，并可直接用外啮合的数目m来确定，即（-1）m。54321NE76SMH22346 周转轮系：在齿轮运转时，其中至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的几何轴线运动的齿轮系称为周转齿轮系。由、和组成。行星轮绕自身几何轴线回转(自转)，同时随转臂绕中心轮轴线回转(公转)。行星架H系 杆H一、周转齿轮系的特点一、周转齿轮系的特点对左图类似周转轮系,常用名还有:与二、周转齿轮系传动比的计算（反转法）二、周转齿轮系传动比的计算（反转法）转臂中心轮1中心轮3H31HH=H H =01H=1 H 3H=3 H 转化齿轮系的

7、传动比就可以按定轴齿轮系传动比求解：13313113zziHHHHH 1 2132111.kkHkHHkHHkzzzzzzi一般计算公式：-H 1 H 3假定转向相同假定转向相同对上式作以下说明：对上式作以下说明：Hz1z21）只适用于转化齿轮系的首末轮的回转轴线平行（或重）只适用于转化齿轮系的首末轮的回转轴线平行（或重合）的周转齿轮系。合）的周转齿轮系。2）齿数比前一定有）齿数比前一定有“+”或或“”号。其正负号判定，可将号。其正负号判定，可将转臂转臂H视为静止，然后按定轴齿轮系判别主从动轮转向关视为静止，然后按定轴齿轮系判别主从动轮转向关系的方法确定。系的方法确定。1 2132111.kk

8、HkHHkHHkzzzzzzi3）注意）注意 1、k、H 应分别用正负号代入（推导时假应分别用正负号代入（推导时假定三者同向）；定三者同向）；4）1、k、H 三个量，须知其中任意两个角速度的三个量，须知其中任意两个角速度的大小和转向，才能确定第三个角速度的大小和转向；大小和转向，才能确定第三个角速度的大小和转向；例例注意注意i1kH与与i1K的区别的区别21222121121HHHHHHinnnnnnnnnniHHHHHHinnnnnnnni21122112/1/1yxzzxyii1zyxzxyii1zyzxzxynnnni例5-2-1：已知齿数z1=30,z2=20,z2=z3=25,n1=

9、100r/min,n3=200r/min。求nH。1H2322213解：21323113zzzznnnniHHH1）n1与n3 同向，n1=100r/minn3=200r/min代入，可得2530252020010013HHHnninH=-100r/min2530252020010013HHHnninH=700r/min可得所求转速的方向，必须根据计算结果符号确定，而不能在图形中直观判断！2）n1与n3 反向，即用 n1=100r/min，n3=-200r/min代入，或 iH1=1000010000110010099101111 2132133111zzzziinniHHHH若z3=1001

10、001100001010011001001001011H1 i1001H iH与齿轮转向相同H与齿轮1转向相反例5-2-2：齿数z1=100,z2=101,z2=100,z3=99，求传动比.结论 当各轮齿数相差很小时，周转轮系可获得很大的传动比。周转轮系输出构件的转向既与输入运动转向有关，又与各轮齿数有关。周转轮系各轮的转向应通过计算确定。三、周转轮系的种类三、周转轮系的种类差动轮系 F=3n-2PL-PH=34-24-2=2行星轮系 F=3n-2PL-PH=33-23-2=13H212行星轮系其中一个中心轮固定(例如中心轮n固定，即n0)差动轮系1、n 和H三者需要有两个为已知值，才能求解

11、。H1HH1HH1H110 nniHnHHHnii,ii1111112K-H型3K-H型正号机构的传动比符号为“”。负号机构的传动比符号为“”。2K-H的常见结构11311321321331111111zzzzzzzzziizznniHHHHH转臂H的2K-H的常见结构24、典型行星轮系的传动比2133113zznni显然有：Z3Z1，以Z1=18、Z2=9、Z3=36为例。减速(2)，反向传动11113313zzziiHH等速，同向传动减速(3)，同向传动31131131zzziiHH四、有多个行星轮的周转齿轮系四、有多个行星轮的周转齿轮系313H422 3 214321441111zzzz

12、zziiiHHH313H422 3 2143214zzzzzziH114141111zzzzzzznniHHH若z2=z2,z3=z3,则有:常见常见2K H型型周转轮系及其周转轮系及其 转化机构传动比计算转化机构传动比计算3H12负号机构负号机构13H3H1H13zzi 1313111zziiHH3H12负号机构负号机构31H1H3H31zzi313113311zziiiHHH3H122 负号机构负号机构 2132H3H1H13zzzzi 21321331111zzzziiiHHH3H12负号机构负号机构13H3H1H13zzi 131331111zziiiHHH122 3H正号机构正号机构

13、 2132H3H1H13zzzzi 21321331111zzzziiiHHH3H122 正号机构正号机构 2132H3H1H13zzzzi 21321331111zzzziiiHHH正号机构正号机构3H122 2132H3H1H13zzzzi 21321331111zzzziiiHHH1、复合齿轮系、复合齿轮系：既含有定轴齿轮系，又含有既含有定轴齿轮系，又含有周转齿轮系周转齿轮系，或者含有多个周转齿轮系的传，或者含有多个周转齿轮系的传动。动。轮系的传动比轮系的传动比：轮系中首轮与末轮的角速度的比值轮系中首轮与末轮的角速度的比值 传动比的计算内容包括传动比的计算内容包括：传动比的大小和齿轮的转

14、向。：传动比的大小和齿轮的转向。2 2、复合齿轮系传动比的计算方法、复合齿轮系传动比的计算方法2）分列方程）分列方程3）联立求解）联立求解d、注意联立求解时，各单一轮系的转速之间的关系。注意联立求解时，各单一轮系的转速之间的关系。4）注意符号）注意符号1）分清轮系分清轮系a、齿数比连乘积前的符号；、齿数比连乘积前的符号；,zzzznnnn3243H4H2 1221zznn 1k21k32HkH1z.zzz.zznnnn b、已知转速应以代数量代入、已知转速应以代数量代入:即带即带“+”或或“-”；c、求出的转速也带有符号，、求出的转速也带有符号，“+”表示与假定的正方向相同表示与假定的正方向相

15、同,“-”表示与假定的正方向相反；表示与假定的正方向相反；234OH12324H已知：已知：z1=30,z2=20,z2=30,z3=25,z4=100,n1=100r/min,求求i1H。OH12324H2342）分列方程）分列方程3）联立求解：）联立求解：1）分清轮系：分清轮系：,243 2434 24 2zzzzzznnnniHHH122112zznni1-21-2为两定轴轮系，为两定轴轮系，2-3-4,H2-3-4,H为行星轮系。为行星轮系。926)301001(3020)1(*2412 21211zzzziinniHHH（方向与（方向与n1反向）反向）,11 244 24 2 2 2

16、zziinniHHHH例:图示轮系,若齿轮1每分钟转19转,z1=20,z2=40,z2=20,z3=30,z3=24,z4=18,z5=15,z5=30,z6=105,z6=35,z7=32,求齿轮7转速大小及方向。解：3,4,5-5,6为行星轮系 1,2-2,3为定轴轮系 6,7为定轴轮系解：3,4,5-5,6为行星轮系i36=1-(z5z6/z3z5)=n3/n6=-57/481,2-2,3为定轴轮系i13=n1/n3=z2z3/z1z2=26,7为定轴轮系i67=n6/n7=-z7/z6=-32/35i17=n1/n7=i13i36i67=114/35n7=n135/114=1935/

17、114=35/6=5.833转/分(与n1同向）例例：已知：已知z1=1(右旋右旋),z1=101,z2=99,z4=100,z5=1(右旋右旋),z5=100,z2=z4,n1=100r/min，试求转臂，试求转臂H的转速的转速nH。解：解：1 1、分清轮系、分清轮系2、分列方程、分列方程13 2434 2zzzznnnnHH2 221221,99100,nnnzznn 44 45 1 4 5 4 1,100101,nnnzzzznn3 联立求解联立求解 min/198001,110010199100rnnnHHH（方向与（方向与n2同向）同向）234；为两定轴轮系；为两定轴轮系；为周转轮系

18、；为周转轮系；115543422H例：已知例：已知:z1=50，z2=100，z3=z4=40,z4=41,z5=39,求求:i13。H：25,0其中解解:1:1、分清轮系、分清轮系:3-4-4-5,2(H)3-4-4-5,2(H)组成行星轮系组成行星轮系;1-21-2组成两定轴轮系。组成两定轴轮系。2、分列方程、分列方程:3、联立求解联立求解 345214 43545335zzzziHHH(a)122112zzi(b)411 4354123113zzzzzzi?,41,39:135 4izz问HHHHii353553531组合机床组合机床走刀机构走刀机构4543改变齿数可实现换向传动！改变齿

19、数可实现换向传动！3913i1634252H(a)H1313452H2(c)图图(a):1-2-2-3-H为为F=1的行星齿轮系的行星齿轮系 21321313111zzzzinniHHH4-5-6-H为为F=1的行星齿轮系的行星齿轮系464646411zzinniHHH46 21324111zzzzzznn(b)634152H2H1(b)634152H2H11634252H(a)H1313452H2(c)图图(b):1-2-3(H2)-H1为为F=1的行星齿轮系的行星齿轮系3133131131333)(1111111111zzzzziiinniHHHHH4-5-6-H2(3)为为F=1的行星齿

20、轮系的行星齿轮系6444646646444)(1111122222zzzzziiinniHHHHH64431341zzzzzznnH1634252H(a)H1313452H2(c)(b)634152H2H1图图(c):1-2-3-H1为为F=1的行星齿轮系的行星齿轮系3133131131333)(1111111111zzzzziiinniHHHHH3-4-5-H2为为F=1的行星齿轮系的行星齿轮系 355 35 3 3 3112222zziinniHHHH)1(3531341zzzzznnH142H32如图如图(b),1、2、2、3、H组成组成 F=1的行星齿轮系的行星齿轮系(a)(b)41H

21、32 22 213213311111zzzziinniHHHH齿轮齿轮3、2、2、4、H组成组成 F=1的行星齿轮系的行星齿轮系 243 243344411zzzziinniHHHH 243 2 21324111zzzzzzzznn图图(a)的计算过程，参见书的计算过程，参见书P1571、在体积较小及重量较轻的条件下，实现大功率、在体积较小及重量较轻的条件下，实现大功率传动传动31132H22、获得较大的传动比、获得较大的传动比例子例子3、用作运动的合成与分解、用作运动的合成与分解1133113zznnnniHHH3121nnnH或或312nnnH或或123Hz1=z34341nRLRnnRL

22、Rn即：左/右轮转速必须满足：LRLRnn31113434113zznnnniH1、要想转弯时，轮胎不滑转，左右驱动轮的转速必须满足:2、周转轮传动比计算公式为:5、实现换向运动、实现换向运动64轴轴 I轴轴II35217 8 方法方法1:增加隋轮增加隋轮方法方法2:改变齿数比改变齿数比方法方法3:行星轮行星轮(改变固定构件改变固定构件)6、实现变速传动、实现变速传动M1M2H123 要求：。采用2自由度行星齿轮系，由电机M1、M2驱动：M1正转、反转、停；M2正转、反转、停 可以获得9种不同的运行模式。（与其他机构比）：体积小，结构简单；控制系统简单（调速电机）；运行可靠。将两个单排单级行星

23、齿轮机构组合起来形成的双排单级行星齿轮机构，称为辛普森结构.将一个单排单级行星齿轮机构和一个单排双级行星齿轮机构或由两个单排双级行星齿轮机构按特定的方式组合起来，称为拉维那式行星齿轮机构。双级行星齿轮机构中，行星架的等效齿数是内齿圈齿数减去太阳轮齿数。可见，双级行星齿轮机构的速比计算公式和行星架的等效齿数与单级行星齿轮机构是不同的。皮埃尔莱佩莱捷(Pierre Leplletier)，是一名法国工程师，曾在法国法雷奥(Valeo)汽车零部件集团工作，于1992年作为职务发明申请了专利，美国发明专利号为US005106352A。当他从法雷奥退休时，他请求把该专利做退休金的一部分并得到应允，然后他

24、把该专利卖给德国自动变速器专业制造商ZF公司。以该专利为基础，ZF公司经过了的10个年头开发于2001年向市场发布了新一代自动变速器ZF6HP26六前速自动变速器，并相继开发了6HP-24、6HP-19前驱四驱自动变速器。莱式变速器结构由1个简单的加上构成，有3个离合器和两个制动器，共5 个用油元件。莱式轮系没有直接档（以ZF6HP系列为例、7HP有直接档），结构上没有采用单向离合器（OWC）从而简化了系统零部件的数量，节省了原材料。莱式轮系发明专利公布 以后，对全球各大汽车制造商的冲击可用“恐惧”二字形容，比较莱式轮系结构、纯液压的A340H及电控的4T65E，后者用了近10个用油元件实现4

25、前速，而前者只用了5个用油元件就实现了6前速（若把前排固定的太阳轮用制动器控制取代即可实现7前速）。现在莱式轮系正在成为业内标准，该轮系已在通用GM(6L80)、福特FORD(6R60/6R75)、爱信AISIN(TR-6/TF-60N/TF80SN)、采埃夫ZF(6HP-19/6HP-26/7HP系列)等OEM制造商生产的变速器上得到广泛应用，奥迪、BMW7系列、CADILLAC STS-V、CORVETTE Z-06、福特FIVE-HUNDRED、MAZDA6、MINI-COOPER、保时捷CAYENNE、大众Volkswagen(GOLF&ASSAT)、富豪VolvoXC90等汽车制造商

26、也已大量装车，随着时间推移，在6前速成为整车标准配备的潮流下，莱式轮系在中高档轿车中占有压倒性地位。5.5 5.5 新型行星传动简介新型行星传动简介 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zb-zg14，称为少齿差传动。行星轮g与中心轮b的齿差小，输出运动为行星轮的绝对转动。gbgHgbHgzzzii11 ，故需要增加一个运动。故称此种行星轮系为：通常：转臂H主动，行星轮g输出运动，所以有：工程上广泛采用的是 图示为，不仅轴向尺寸大，而且不适用于有两个行星轮的场合，不实用。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一个平行四边形。dh=ds+2a孔销输出

27、式少齿差行星轮系4）其齿廓曲线为普通的渐开线，可用一般刀具加工齿轮；2），单级减速比iHV达-10-100；1）由于采用内啮合传动，故。与普通齿轮减速器相比，重量可减轻1/3以上；6）。3）。单级减速0.80.94，比蜗杆效率高；7），应采用正变位齿轮，设计较复杂；10）传递，45KW。9）径向分力大，转臂与行；5）是内啮合，且齿数差一般为zb-zg=14，同时啮合轮齿 对多，；8）需要专门的；摆线钱轮传动，也是，且齿数差固定为：O2 当满足条件：dh=ds+2aO1 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。行星轮齿廓曲线为摆线（称摆线轮），固定轮采用针轮。摆线针轮行星传动摆线

28、针轮行星传动2r2发生圆 在导圆上作纯滚动时，发生圆上点 的轨迹。p3p4p2r21导圆导圆r1 p5p1M1o1o4o2o3o512r2p4p5BAr1p1p2p3导圆发生圆发生圆(r2)在导圆r1(r2)上作纯滚动时，发生圆上点P的轨迹。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。短幅外摆线的内侧等距线(针齿的包络线)。M2M3M4M5c1c5短幅外摆线齿廓曲线传动比大，一级减速i1H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0.80.94,比蜗杆传动高。三

29、、三、谐波齿轮传动谐波齿轮传动 组成：组成：刚轮刚轮b、柔轮柔轮g、波发生器波发生器H(主动构件主动构件)刚轮b柔轮g波发生器H啮合啮合啮合啮合啮出啮出啮入啮入脱开脱开脱开脱开工作原理工作原理刚轮刚轮b柔轮柔轮g波发生器波发生器H 波发生器旋转时，迫使柔轮变为椭圆，使长轴两端附近的齿进入啮合状态，短轴附近的齿则脱开，其余不同区段上的齿处于逐渐啮入状态或逐渐啮出状态。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。传动比传动比gbggzzziH刚轮1固定，波发生器，柔轮：柔轮g固定，波发生器，刚轮：gbbbzzziH啮合啮合啮合啮合啮出啮出

30、啮入啮入脱开脱开脱开脱开刚轮刚轮b柔轮柔轮g波发生器波发生器H刚轮刚轮柔轮柔轮转臂转臂传动比大，单级减速iHg可达-60-300；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；零件数量少、重量轻、结构紧凑；启动力矩较大、柔轮容易发生疲劳损坏、发热严重。滚轮滚轮滚轮滚轮在机械制造、冶金、发电设备、矿山、造船及国防工业(如宇航技术、雷达装置）得到广泛应用。是K-H-V的一种新结构形式。常见的有以下几种:推杆活齿 摆动活齿 滚柱活齿 套筒活齿活齿传动机构由、（可做成摆线、圆弧或其他曲线形状）以及（由活齿和活齿架组成）三个基本构件组成。主要有以下几种类型

31、：摩擦式 然链式 带式，2 脉动式 其他本章的基本要求u 判断轮系类型:定轴、周转、复合；差动、行星、u 计算传动比：确定主、从动轮的转向关系u 各类轮系的功能，学会根据各种要求正确选择轮系类型。u 几种其它类型行星传动的原理及特点。本章的热点问题u 5个公式：定轴1；周转2；转化公式2u 蜗轮蜗杆的转向判定：箭头折返、螺栓、右旋左手、空间想象u 如何从轮系中区分周转轮系？-2个、1个、1个（或多个）-步骤：1.寻找行星轮;2.寻找相连的定轴齿轮(中心轮);3.确定转臂u 如何区分转臂、中心轮、行星轮？-转臂：具有2个（或以上）回转中心的构件-中心轮：具有1个回转中心，且轴线相对于机架固定-行星轮：具有1个回转中心，且轴线相对于机架旋转u 如何确定各轮转向？-先假定转向，以相应的符号代入公式，根据结果的符号确定u 行星轮数目增多的问题：无特殊处理u 中心轮增多的问题：按多个周转轮系处理（3K2个，4K？）u 转臂增多的问题：按多个周转轮系处理（每1个转臂决定1个周转轮系）作业问题 定轴轮系计入周转轮系：-H导致定轴轮变为周转轮系 转动方向；延伸已知传动比，如何设计轮系结构？