机械设计基础课件-第七章轮系
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机械设计基础——轮系
轮系
现代机械中,为了满足不同的工作要求只用一对齿轮传动 往往是不够的,通常用一系列齿轮共同传动。这种由一系列齿 轮组成的传动系统称为齿轮系(简称轮系)。
本章主要讨论轮系的类型、传动比计算及轮系的功用。
齿轮系的类型
1.按组成轮系的齿轮(或构件)的 轴线是否相互平行可分为: 平面轮系和空间轮系
2.根据轮系运转时齿轮的轴线位置 相对于机架是否固定可分为两大类: 定轴轮系和周转轮系
3.对于差动轮系,必须给定n 1 、 n k 、n H中任意两个(F=2,
两个原动件),运动就可以确定。对于简单周转轮系,有一太
阳轮固定(n k=0),在n 1 、n H只需要给定一个(F=1,需要一
个原动件),运动就可以确定。
例:如图所示的周转轮系中,已知各 轮齿数为Z1=100, Z2=99, Z3=100, Z4=101 ,行星架H为原动件,试求传 动比iH1=?
齿数连 乘积 齿数连 乘积
注意:
1.公式只适用于平面周转轮系。正、负号可按画箭头的方法来 确定,也可根据外啮合次数还确定(-1)m。对于空间周转轮 系,当两太阳轮和行星架的轴线互相平行时,仍可用转化轮系 法来建立转速关系式,但正、负号应按画箭头的方法来确定。
2.公式中的“+”、“-”号表示输入和输出轮的转向相同或相反。
Z2 Z4 Z1 Z3
n H = - 50/6 r/min 负号表示行星架与齿轮1转向相反。
2.求n3
:(n3
i1H2
=
nn21)- n H
n
-
2
n
H
Z2 Z1
n 2 = - 133 r/min = n3
负号表示轮3与齿轮1转向相反。
混合轮系传动比的计算
现代机械中,为了满足不同的工作要求只用一对齿轮传动 往往是不够的,通常用一系列齿轮共同传动。这种由一系列齿 轮组成的传动系统称为齿轮系(简称轮系)。
本章主要讨论轮系的类型、传动比计算及轮系的功用。
齿轮系的类型
1.按组成轮系的齿轮(或构件)的 轴线是否相互平行可分为: 平面轮系和空间轮系
2.根据轮系运转时齿轮的轴线位置 相对于机架是否固定可分为两大类: 定轴轮系和周转轮系
3.对于差动轮系,必须给定n 1 、 n k 、n H中任意两个(F=2,
两个原动件),运动就可以确定。对于简单周转轮系,有一太
阳轮固定(n k=0),在n 1 、n H只需要给定一个(F=1,需要一
个原动件),运动就可以确定。
例:如图所示的周转轮系中,已知各 轮齿数为Z1=100, Z2=99, Z3=100, Z4=101 ,行星架H为原动件,试求传 动比iH1=?
齿数连 乘积 齿数连 乘积
注意:
1.公式只适用于平面周转轮系。正、负号可按画箭头的方法来 确定,也可根据外啮合次数还确定(-1)m。对于空间周转轮 系,当两太阳轮和行星架的轴线互相平行时,仍可用转化轮系 法来建立转速关系式,但正、负号应按画箭头的方法来确定。
2.公式中的“+”、“-”号表示输入和输出轮的转向相同或相反。
Z2 Z4 Z1 Z3
n H = - 50/6 r/min 负号表示行星架与齿轮1转向相反。
2.求n3
:(n3
i1H2
=
nn21)- n H
n
-
2
n
H
Z2 Z1
n 2 = - 133 r/min = n3
负号表示轮3与齿轮1转向相反。
混合轮系传动比的计算
机械设计基础——项目七 轮系
三、实现变速和换向传动 四、实现分路传动
五、实现运动的分解与合成 运动的合成是将两个输入运动
合成为一个输出运动。广泛地 应用于机床、计算机构中。
运动的分解是将一个输入运动 分解为两个输出运动。
六、结构紧凑,可实现大功率传动
在图7-18所示的周转轮系中,在轮系总体体积没有变大的 情况下,均布了三个行星轮,系统得到了平衡,承载能力 也得到了提高。
任务三 周转轮系传动比的计算
转化轮系传动比计算的一般式为
计算周转轮系传动比时,需要注意以下几点。 (1)此公式适用于任何基本周转轮系,但要求a、b两轮和系杆H 的几何轴线必须相互平行或重合。 (2)ωaH、ωbH、iabH分别为齿轮a、b在转化机构中的角速度和传 动比。 (3)ωa、ωb和ωH分别为原周转轮系中相应构件的绝对角速度, 均为代数量,在使用时要带上相应的正负号,这样求出的角速度 就可按其符号来确定转动方向。
项目七 轮 系
• 掌握轮系的种类、划分方法; • 熟悉各种轮系的传动比计算; • 了解从动轮转动方向的确定。
任务一 轮系概述
概念:通过一系列的齿轮所组成的传动系统称为轮系。将 轮系分为三大类:定轴轮系、周转轮系和复合轮系。
一、定轴轮系
二、周转轮系 三、复合轮系
任务二 定轴轮系传动比的计算
轮系的传动比,是指轮系中输入轴的角速度(或转速)与 输出轴的角速度(或转速)之比,即
轮系的传动比计算,包括计算其传动比的大小和确定其输 入轴与输出轴的转向两个ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ容。
一、传动比大小的计算
二、主、从动齿轮转向关系的确定 对于图7-1所示轮系,其传动比可写为
也可以用画箭头的方法确定主、从动轮的转向关系。
机械设计基础 (7)
结论:系杆转100圈时,轮1反向转1圈。
例:
图示圆锥齿轮组成的轮系中,已知:z1=30,z2=40, z2’=45, z3=
60, n1=300 r/min, n3=100 r/min,试求n1与n3转向相同及n1与n3转
向相反时nH 的大小及方向。
解:判别转向: (转化轮系)
2′
2
齿轮1、3方向相反
z4 , z3
i45
4 5
z5 z4
2
5
i12
i23
i34
i45
1 2 2 3
3 4 4 5
1 5
i 15
z2 z3 z4 z5 z1 z2 z3 z4
一、定轴轮系的传动比
一般定轴轮系的传动比计算公式为:
(2) 3K型
中心轮K(主动)
中心轮K(主动)
中心轮K(主动)
(3) K-H-V型
少齿差行星传动机械的型式,V表示输出机构
三、复合轮系
含定轴轮系又含周转 轮系,或由多个周转 系组成的轮系
定轴轮系
定轴轮系
14
3
H
2
2′
第二节 轮系的传动比计算
轮系的传动比——输入轴与输出轴的角速度(或转速)
(1)m
所有从动轮齿数的2连乘积 所有主动轮齿数的连乘积
m-外啮合齿轮的对数
(2).含有几何轴线不平行齿轮的轮系
1
锥齿轮
蜗杆传动
右旋蜗杆
以右手握住蜗杆,四指指向 蜗杆的转向,则拇指向的相反 方向为啮合点处蜗轮的线速度 方向。
2
ω
实例分析
右旋蜗杆1
用右手定则
例:
图示圆锥齿轮组成的轮系中,已知:z1=30,z2=40, z2’=45, z3=
60, n1=300 r/min, n3=100 r/min,试求n1与n3转向相同及n1与n3转
向相反时nH 的大小及方向。
解:判别转向: (转化轮系)
2′
2
齿轮1、3方向相反
z4 , z3
i45
4 5
z5 z4
2
5
i12
i23
i34
i45
1 2 2 3
3 4 4 5
1 5
i 15
z2 z3 z4 z5 z1 z2 z3 z4
一、定轴轮系的传动比
一般定轴轮系的传动比计算公式为:
(2) 3K型
中心轮K(主动)
中心轮K(主动)
中心轮K(主动)
(3) K-H-V型
少齿差行星传动机械的型式,V表示输出机构
三、复合轮系
含定轴轮系又含周转 轮系,或由多个周转 系组成的轮系
定轴轮系
定轴轮系
14
3
H
2
2′
第二节 轮系的传动比计算
轮系的传动比——输入轴与输出轴的角速度(或转速)
(1)m
所有从动轮齿数的2连乘积 所有主动轮齿数的连乘积
m-外啮合齿轮的对数
(2).含有几何轴线不平行齿轮的轮系
1
锥齿轮
蜗杆传动
右旋蜗杆
以右手握住蜗杆,四指指向 蜗杆的转向,则拇指向的相反 方向为啮合点处蜗轮的线速度 方向。
2
ω
实例分析
右旋蜗杆1
用右手定则
机械设计基础第7章 轮系
§7-3 周转轮系传动比计算 16
a,b齿轮选择原则
1. 2.
3.
4.
已知转速的齿轮 固定的齿轮(n=0) 需要求该齿轮转速的齿轮 轮系之间有关联的齿轮(复合轮系) a,b,H轴线平行(周转轮系)
17
例题 在图所示的差动轮系中,已知各轮的齿数为:z1 =30,z2 =25, z2’=20, z3=75。齿轮1的转速为210r/min(蓝箭头向上),齿轮3的转速为 54r/min(蓝箭头向下),求系杆转速 的大小和方向。 解:将系杆视为固定,画出转化轮系中各轮的转向,如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向,只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向,二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反,因此 应取符号“-”,根据公式得:
§7-3 周转轮系传动比计算 19
§7-4 复合轮系传动比计算
除了前面介绍的定轴轮系和周转轮系 以外,机械中还经常用到复合轮系。复合轮系常以两 种方式构成: ① 将定轴轮系与基本周转轮系组合; ② 由几个基本周转轮系经串联或并联而成。 由于整个复合轮系不可能转化成为一个 定轴轮系,所以不能只用一个公式来求解。计算复合 轮系时,首先必须将各个基本周转轮系和定轴轮系区 分开来,然后分别列出计算这些轮系的方程式,最后 联立解出所要求的传动比。 正确区分各个轮系的关键在于找出各个基本周转 轮系。找基本周转轮系的一般方法是:先找出行星轮, 即找出那些几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动的齿 轮;支持行星轮运动的那个构件就是行星架;几何轴 线与行星架的回转轴线相重合,且直接与行星轮相啮 合的定轴齿轮就是中心轮。这组行星轮、行星架、中 心轮构成一个基本周转轮系。
根据题意,齿轮1、3的转向相反,若假设n1为正,则应 将n3以负值带入上式,
解得nH =10r/min。因nH 为正号,可知nH 的转向和n1 相同。 在已知n1、nH或n3、nH的情况下,利用公式还可容易地算 出行星齿轮2的转速 。
a,b齿轮选择原则
1. 2.
3.
4.
已知转速的齿轮 固定的齿轮(n=0) 需要求该齿轮转速的齿轮 轮系之间有关联的齿轮(复合轮系) a,b,H轴线平行(周转轮系)
17
例题 在图所示的差动轮系中,已知各轮的齿数为:z1 =30,z2 =25, z2’=20, z3=75。齿轮1的转速为210r/min(蓝箭头向上),齿轮3的转速为 54r/min(蓝箭头向下),求系杆转速 的大小和方向。 解:将系杆视为固定,画出转化轮系中各轮的转向,如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向,只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向,二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反,因此 应取符号“-”,根据公式得:
§7-3 周转轮系传动比计算 19
§7-4 复合轮系传动比计算
除了前面介绍的定轴轮系和周转轮系 以外,机械中还经常用到复合轮系。复合轮系常以两 种方式构成: ① 将定轴轮系与基本周转轮系组合; ② 由几个基本周转轮系经串联或并联而成。 由于整个复合轮系不可能转化成为一个 定轴轮系,所以不能只用一个公式来求解。计算复合 轮系时,首先必须将各个基本周转轮系和定轴轮系区 分开来,然后分别列出计算这些轮系的方程式,最后 联立解出所要求的传动比。 正确区分各个轮系的关键在于找出各个基本周转 轮系。找基本周转轮系的一般方法是:先找出行星轮, 即找出那些几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动的齿 轮;支持行星轮运动的那个构件就是行星架;几何轴 线与行星架的回转轴线相重合,且直接与行星轮相啮 合的定轴齿轮就是中心轮。这组行星轮、行星架、中 心轮构成一个基本周转轮系。
根据题意,齿轮1、3的转向相反,若假设n1为正,则应 将n3以负值带入上式,
解得nH =10r/min。因nH 为正号,可知nH 的转向和n1 相同。 在已知n1、nH或n3、nH的情况下,利用公式还可容易地算 出行星齿轮2的转速 。
基础-机械设计基础轮系-(公开课)
作业
定轴轮系传动比计算 • 论轮系的功用
汽车后桥的差速器
差动轮系不仅能将两个独立地运动合成为一个运动,而且还可将 一个基本构件的主动转动,按所需比例分解成另两个基本构件的 不同运动。汽车后桥的差速器就利用了差动轮系的这一特性。
几种特殊形式的行星传动简介
一、渐开线少齿差行星传动
固定的太阳轮1、行星轮2、行星架H及输出机构3(等角速比机构) 组成。 输出机构转速=行星轮的转速
Z2 Z2 Z1
Z2 Z1 Z2
特点:传动比大,结构紧凑,效 率高,不需等角速比机构, 同时啮合的齿数多,传动 平稳,承载能力高,齿侧 间小,适于反向传动。 柔轮材料加工热处理要求 高;避免柔轮变形过大,传 动比一般要大于35。
钢轮1,柔轮2,波发生H 柔轮2比钢轮1少z2-z1个齿
iH 2
nH n2
(Z2
1 Z1) / Z2
惰轮(过轮):不影响传动比大小只起改变转向作用的齿轮
轮系的功用
1、传递相距较远的两轴之间的运动和动力;
2、获得大的传动比:
一对外啮合圆柱齿轮传动,其传动比一般可为i<=5-7。但是 行星轮系传动比可达i=1000,而且结构紧凑。
举例:图示为一大传动比的减速器,
Z1=100,Z2=101, Z2'=100,Z3=99
i
n1 n7
所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积
Z2Z3Z4Z5Z7 Z1Z 2 Z 3 Z 4 Z 6
• 某主轴箱中,已知各齿轮齿数分别为Z1=18、Z2=20,Z3=18、 Z4=19、Z5=20、Z6=20、Z7=21,Z8=22、Z9=22、Z10= 18、 Z11=30、Z12=26。且已知1轴的转速为n1=446.7转/分,方向 向上。问:该轮系可以输出几种转速?并求图示位置带轮轴的转 速和方向。
机械设计基础课件-轮系
由式(5-2)
可导出其传
动比
iH 1 nH n1 z1 z 2 z1
上式表明,如果齿数差z2-z1很小,则可获得较大的单级传动 比。当z2-z1 =1时,称为一齿差行星传动,此时iH1 =-z1 ,式 中“-”号表示行星轮1与行星架H转向相反。
四、合成运动和分解运动
合成运动是将两个输入运动合成为一个输出运动;分解运动 是把一个输入运动按可变的比例分解成两个输出运动。合成 运动和分解运动都可用差动轮系实现。 如图所示的轮系,若z1=z3,z2 = z2’ ,则
一组行星轮、行星架、中心轮构成一 个基本周转轮系。区分出各个周转轮 系以后,剩下的就是定轴轮系。
例 如右图所示轮系中,设已知各轮 齿数,n1 =300r/min。试求行星架H 的转速nH的大小和转向。 解 该轮系是由齿轮1、2所组成的定 轴轮系和由齿轮2′、3、4与行星架H 所组成的周转轮系构成的一个复合轮 系。 定轴轮系部分有
解 在此轮系中,由于齿轮 3和机架固定在一起,即n3
=0。由式(5-2)有
H 13
i
n1H n
H 3
n1 n H n3 n H
n1 n H 0 nH
z 2 z3 z1 z 2'
得 所以
i1H
n1 nH
1
z 2 z3 z1 z 2'
1
101 99 100 100
系,如图所示。
定轴轮系
在运转过程中,若其中至少有一个齿轮的几何轴线位置相对于机 架不固定,而是绕着其他齿轮的固定几何轴线回转的轮系称为周 转轮系,如下图所示。 自由度F=2的周转轮系称为差动轮系(图a);自由度F=1的周转轮 系称为行星轮系(图d)。
机械原理课件第7章--轮系
教材习题: 7-2
1.周转轮系如何计算其传动比? 2.复合轮系是如何构成的?
第二章 齿轮系及其设计 机构的结构分析 第七章 轮系及其设计
一、周转轮系的结构组成
太 太 阳啮合行星轮 啮合阳 支 轮 轮 承 行星架H (转臂或系杆) 太阳轮、行星架H 、行星轮 、机架
基本构件 ——应绕同一轴线回转
︸
第二章 齿轮系及其设计 机构的结构分析 第七章 轮系及其设计
——由定轴轮系和周转轮系组成 的轮系或由几个单一周转轮系组成的轮系。
第二章 齿轮系及其设计 机构的结构分析 第七章 轮系及其设计
定轴轮系图示
第二章 齿轮系及其设计 机构的结构分析 第七章 轮系及其设计
周转轮系图示
行星轮——
轮系运转时,既能自转,又能公转的齿轮。
第二章 齿轮系及其设计 机构的结构分析 第七章 轮系及其设计
第七章 轮系及其设计
第二章 齿轮系及其设计 机构的结构分析 第七章 轮系及其设计
§1. 轮系及其分类 §2. 定轴轮系的传动比
本章 内容 提要
§3. 周转轮系的传动比 §4. 复合轮系的传动比
§5. 轮系的功用
§6. 轮系设计的有关问题
音乐欣赏
第二章 齿轮系及其设计 机构的结构分析 第七章 轮系及其设计
定轴轮系:
在周转轮系中 在定轴轮系中 两方程联立可得
3′— 4 — 5
i 13
H
n n n n
1 3
H H
zz zz
2 1
3
2,
52 78 24 21
n3' z5 78 i3'5 n5 z3' 18
i
1H
机械设计基础第7章轮系-2024鲜版
2024/3/28
11
03
轮系的传动比与效率
2024/3/28
12
传动比的定义与计算
传动比定义
传动比是输入转速与输出转速之比,表示轮系传动的速度变化程度。
传动比计算
对于定轴轮系,传动比等于所有从动轮齿数的乘积除以所有主动轮齿数的乘积; 对于周转轮系,需引入转换机构转化为定轴轮系进行计算。
2024/3/28
5
轮系的发展历程
初期阶段
轮系的起源可以追溯到古代的水车和风车,人们开始利用齿轮传递动力和改变运动方向。
2024/3/28
发展阶段
随着工业革命的到来,轮系得到了广泛的应用和发展。人们开始研究齿轮的几何形状和啮 合原理,以及轮系的传动效率和动态特性。
现代阶段
随着计算机技术和先进制造技术的发展,轮系的设计、制造和分析方法得到了极大的改进 。现代轮系具有高传动效率、高精度、高可靠性和长寿命等特点,满足了各种复杂机械系 统的传动需求。
13
效率的定义与计算
2024/3/28
效率定义
效率是输出功率与输入功率之比,表 示轮系传动的能量损失程度。
效率计算
机械效率等于输出功率除以输入功率 ,可通过测量输入、输出功率直接求 得;或者通过测量各轴承、齿轮等部 件的摩擦损失和空气阻力等间接计算 。
14
影响传动比和效率的因素
齿轮参数
齿轮的模数、齿数、压力角等 参数会影响轮系的传动比和啮
03
根据所选的强度理论和元件的许用应力,进行强度校核,判断
元件是否满足强度要求。
21
刚度分析的方法与步骤
1
确定轮系中各元件的变形情况
根据轮系的传动比和输入、输出扭矩,计算各元 件的变形大小和方向。
机械设计基础第7章 轮系
22
作业
• P140 • 题7-10(定轴轮系) • 题7-11(周转轮系) • 题7-12 (周转轮系) • 题7-13 (复合轮系)
23
课堂练习
1.z图2=2示5,轮z系2’=中15,,z1z=3=1350,, zz若35’==n6110=5,5,0z05zr’4/==m32i00n,,,(z求m4’=齿=42m条(右m6旋),), 线速度v的大小和方向。
17
例z2’=题20,在z图3=7所5。示齿的轮差1动的轮转系速中为,21已0r知/m各in轮(蓝的箭齿头数向为上:),z1 齿=3轮0,3的z2 转=2速5,为 54r/min(蓝箭头向下),求系杆转速 的大小和方向。 解:将系杆视为固定,画出转化轮系中各轮的转向,如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向,只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向,二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反,因此 应取符号“-”,根据公式得:
i15
1 5
(1
z5 z3'
)
z2z3
z1z
' 2
1 28.24
§5-4 复合轮系传动比计算
21
例2:轮系也是一个复合轮系。 其成中一:个齿 基轮 本1周、转2轮、系3、,4齿和轮H1构5、 6轮、系7,和第H2构2个成周另转一轮个系基中本的周齿转轮 7就是第一个周转轮系的行星架, 齿轮4、5相连使两个基本周转 轮系的运动中心轮具有相同的 运动。
i17 i12 i2' 3 i3' 4 i45 i5' 6 i6' 7
n1 n2' n3' n4 n5' n6' n1
n2 n3 n4 n5 n6 n7 n7
作业
• P140 • 题7-10(定轴轮系) • 题7-11(周转轮系) • 题7-12 (周转轮系) • 题7-13 (复合轮系)
23
课堂练习
1.z图2=2示5,轮z系2’=中15,,z1z=3=1350,, zz若35’==n6110=5,5,0z05zr’4/==m32i00n,,,(z求m4’=齿=42m条(右m6旋),), 线速度v的大小和方向。
17
例z2’=题20,在z图3=7所5。示齿的轮差1动的轮转系速中为,21已0r知/m各in轮(蓝的箭齿头数向为上:),z1 齿=3轮0,3的z2 转=2速5,为 54r/min(蓝箭头向下),求系杆转速 的大小和方向。 解:将系杆视为固定,画出转化轮系中各轮的转向,如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向,只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向,二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反,因此 应取符号“-”,根据公式得:
i15
1 5
(1
z5 z3'
)
z2z3
z1z
' 2
1 28.24
§5-4 复合轮系传动比计算
21
例2:轮系也是一个复合轮系。 其成中一:个齿 基轮 本1周、转2轮、系3、,4齿和轮H1构5、 6轮、系7,和第H2构2个成周另转一轮个系基中本的周齿转轮 7就是第一个周转轮系的行星架, 齿轮4、5相连使两个基本周转 轮系的运动中心轮具有相同的 运动。
i17 i12 i2' 3 i3' 4 i45 i5' 6 i6' 7
n1 n2' n3' n4 n5' n6' n1
n2 n3 n4 n5 n6 n7 n7
机械设计基础第7章 轮系讲解
§7-3 周转轮系传动比计算
12
二、转化轮系
§7-3 周转轮系传动比计算
13
三、周转轮系传动比计算
既然转化轮系是一个定轴轮系,就可应用求 解定轴轮系传动比的方法,求出其中任意两个齿 轮的传动比来。根据传动比定义,转化轮系中齿 轮1与齿轮3的传动比为:
注意: i13是两轮真实的传动比;而i13H 是假想 的转化轮系中两轮的传动比。转化轮系是定轴轮 系,且其起始主动轮1与最末从动轮3轴线平行, 故由定轴轮系传动比计算公式可得:
这两个中心轮都能转动,所以齿轮1、2-2’、3和行
星架H组成一个差动轮系。剩下的齿轮3‘、4、5是一
解:个对定定轴轴轮系轮。系二者i合53' 在 一35起' 便- 构zz35'成一个复合3' 轮 系- zz。35' 5
(a)
对周转轮系
i1H3
1 -5 3 -5
-
z2z3 z1z 2 '
定,设外啮合的次数为m,则当m 为奇数时,两轮转向相反;m为偶
数时,两轮转向相同。
§7-1 轮系概述
5
轮系相对转向表达
方法之二——对各对齿轮标 注箭头
标注箭头的规则是:相 互啮合的齿轮,啮合点的线 速度相同。
画箭头的方法是一种普 遍适用的方法,无论轮系中 各轮轴线的相对位置如何, 采用这种方法都可以确定两 轮的相对转向。
解:首先按图所示规则,从轮2开始,顺次标出各啮合齿轮的转动方向。由 图可见,1、7二轮的轴线不平行,1、5二轮转向相反,2、5二轮转向 相同,故由公式得:
i15
n1 n5
(1)3
z2 z3z5 z1z2' z3'
《机械设计基础》第七章轮系及减速器
校核齿轮强度
根据齿轮的受力分析和强度计算公式,校核齿轮的弯曲强度和接触强 度。
设计计算实例分析
实例一
某机械装置中需要设计一个定轴轮系,已知输入转速为1500r/min,输出转速为300r/min,模数为2mm。 试进行轮系的设计计算。
实例二
某减速器中需要设计一个圆柱齿轮副,已知输入功率为10kW,输入转速为1450r/min,传动比为5。试进 行减速器的设计计算。
02
保证轮系与减速器的传动比、承载能力和效率等性 能相匹配。
03
考虑轮系与减速器的安装、调试和维护的方便性, 以及成本等因素。
04
轮系及减速器的设计计算
轮系的设计计算
确定轮系的类型
根据传动比、转速和转向等要求,选择合适的轮系类型,如定轴 轮系、周转轮系等。
计算各轮齿数
根据传动比和模数等参数,计算各轮的齿数,并进行合理的齿数 分配。
确定中心距和啮合角
根据齿数和模数,计算中心距和啮合角,并进行必要的调整以满 足设计要求。
减速器的设计计算
选择减速器类型
根据工作条件、传动比和输出扭矩等要求,选择合适的减速器类型 ,如圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器等。
计算传动比和效率
根据输入转速和输出转速,计算传动比;根据齿轮副的啮合效率和 轴承的摩擦效率等,计算减速器的总效率。
轮系的功能与应用
功能
实现减速、增速、变速和换向等传动 功能。
应用
广泛应用于各种机械设备中,如汽车 、机床、工程机械、航空航天设备等 。
轮系的组成与结构
组成
轮系主要由齿轮、轴、轴承、箱体等零部件组成。
结构
轮系的结构形式多种多样,包括定轴轮系、周转轮系和复合轮系等。其中,定 轴轮系的齿轮轴线固定不动,周转轮系的齿轮轴线可以绕其他齿轮的轴线转动 ,复合轮系则是由定轴轮系和周转轮系组合而成。
根据齿轮的受力分析和强度计算公式,校核齿轮的弯曲强度和接触强 度。
设计计算实例分析
实例一
某机械装置中需要设计一个定轴轮系,已知输入转速为1500r/min,输出转速为300r/min,模数为2mm。 试进行轮系的设计计算。
实例二
某减速器中需要设计一个圆柱齿轮副,已知输入功率为10kW,输入转速为1450r/min,传动比为5。试进 行减速器的设计计算。
02
保证轮系与减速器的传动比、承载能力和效率等性 能相匹配。
03
考虑轮系与减速器的安装、调试和维护的方便性, 以及成本等因素。
04
轮系及减速器的设计计算
轮系的设计计算
确定轮系的类型
根据传动比、转速和转向等要求,选择合适的轮系类型,如定轴 轮系、周转轮系等。
计算各轮齿数
根据传动比和模数等参数,计算各轮的齿数,并进行合理的齿数 分配。
确定中心距和啮合角
根据齿数和模数,计算中心距和啮合角,并进行必要的调整以满 足设计要求。
减速器的设计计算
选择减速器类型
根据工作条件、传动比和输出扭矩等要求,选择合适的减速器类型 ,如圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器等。
计算传动比和效率
根据输入转速和输出转速,计算传动比;根据齿轮副的啮合效率和 轴承的摩擦效率等,计算减速器的总效率。
轮系的功能与应用
功能
实现减速、增速、变速和换向等传动 功能。
应用
广泛应用于各种机械设备中,如汽车 、机床、工程机械、航空航天设备等 。
轮系的组成与结构
组成
轮系主要由齿轮、轴、轴承、箱体等零部件组成。
结构
轮系的结构形式多种多样,包括定轴轮系、周转轮系和复合轮系等。其中,定 轴轮系的齿轮轴线固定不动,周转轮系的齿轮轴线可以绕其他齿轮的轴线转动 ,复合轮系则是由定轴轮系和周转轮系组合而成。
机械设计基础课件第7章齿轮系与减速器
自由度F=1
简单行星轮系
自由度F=2
差动轮系
行星轮系动画演示(3D)
行星轮系动画
行星轮系动画演示(3D)
3.混合轮系 轮系中既含有定轴轮系又含有行星轮系的复杂轮系。 或含有两个以上的基本行星轮系的复杂轮系。
混合轮系动画演示(3D)
7.2
定轴轮系传动比及其计算
所谓轮系的传动比,是指轮系中输入轴A的角速度(或转速) 与输出轴B的角速度(或转速)之比,即 a na iab b nb 计算轮系传动比时,既要确定传动比的大小,又要确定首 末两构件的转向关系。 一、传动比大小的计算 1 n1 z2 定义 i 2 n2 z1
i16 n1 z2 z4 z6 42 31 38 34.64 n6 z1 z3 z5 34 21 2
故蜗轮的转速为
n1 1 n6 940 27.14 r min i16 34.64
蜗轮的转向用画箭头的方式决定,如图所示。
车床变速箱动画
7.3
行星轮系传动比及其计算
定轴轮系与行星轮系比较。 显然,不能将定轴轮系传动比的计算公式直接用于行星轮系 一、行星轮系的转化轮系 根据相对运动原理,若给整个轮系加上一个公共的角速度 -ωH ,各构件之间的相对运动关系并不改变,但此时系杆H静止 不动。于是周转轮系就转化为一假想的定轴轮系—转化轮系。 -ωH
行星轮系
转化轮系
行星轮系动画
H3 3 H
H H H H 0
二、行星轮系传动比的计算
转化轮系中1、3两轮的传动比 可以根据定轴轮系传动比的计算方 法得出 H 1H 1 H z i13 H 3 3 3 H z1 推广到一般情况,可得:
H iGK
《机械设计基础》教学课件第7章轮系
定义
轮系效率是指轮系传动中 输出功与输入功之比,反 映了轮系传动的能量损失 情况。
影响因素
轮系效率受多种因素影响, 如齿轮精度、润滑条件、 轴承摩擦等。
提高方法
提高齿轮精度、改善润滑 条件、选用低摩擦轴承等, 可有效提高轮系效率。
轮系的功率
定义
轮系功率是指轮系传动中输入或 输出的功率,反映了轮系传动的
使用注意事项
定期检查
为确保轮系的正常运行,应定期对其进行检查, 包括齿轮磨损、轴承间隙、油封密封性等。
润滑保养
轮系的正常运转离不开良好的润滑,应根据使用 条件选择合适的润滑剂,并定期更换。
避免过载
长时间过载运行会导致轮系损坏,因此在使用过 程中应避免过载现象的发生。
维护与保养
清洗
定期清洗轮系及其周围环境,去 除油污、杂质等,保持清洁。
学性能和耐磨性。
装配方法
1 2
清洗与检查 在装配前,对轮系的各个零件进行清洗,去除油 污和杂质,并进行外观和尺寸检查,确保零件符 合设计要求。
装配顺序 按照轮系的结构和工作原理,确定合理的装配顺 序,避免零件之间的相互干涉和损坏。
3
装配方法
采用压装、热装等装配方法,将轮系的各个零件 组装在一起,确保装配精度和紧固力符合要求。
调试与检测
空载调试
在轮系装配完成后,进行空载调试,检查轮系的运转是否平稳、 有无异常响声和振动等现象。
负载调试
在空载调试合格后,进行负载调试,逐渐增加负载,观察轮系的 运转情况和性能指标是否满足设计要求。
检测与验收
采用专业的检测设备和工具,对轮系的各项性能指标进行检测和 验收,确保轮系的质量和使用安全。
在轮系设计中,应综合考虑效率 和功率的要求,进行优化设计以
机械设计基础第7章PPT
传动
7.2.2 螺纹的自锁
F = Q tan( + )
λ≤ρ
F = Qtan( - )
7.2.3螺旋副的效率
W2 tg W1 tg( )
8
7.3.1螺纹联接的类型
第7章 螺纹联接与螺旋
传动
7.3螺纹联接的类型、拧紧和防松
表7-2 螺纹联接的基本类型、特点 和应用
9
7.3螺纹联接的类型、拧紧和防松
第7章 螺纹联接与螺旋
传动
挤压强度 和抗剪强度
计算
FS
md
2 0
/
4
≤
p
FS
d 0
≤
p
13
7.5 螺栓组联接的结构设计
=
1.螺栓(钉)孔的布置
2.各螺栓受力均匀
第7章
螺纹联接与螺旋 3.便于分度和画线
传动
4.避免承受偏心载荷
5.螺栓排列应有合理的钉距、边距
6.螺栓规格的选择
14
7.6 螺旋传动
(7) 螺纹升角 在的(8)中夹牙径角型圆。角柱即上在,轴螺向旋剖线面切内线ar螺与ct纹g垂牙直dL2型于两螺a侧r纹ct边g轴的n线dP夹2的角平面间
(9)接触高度h 内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。
7
7.2 螺旋副的受力分析、自锁和效率
7.2.1 螺旋副的受力 分析
第7章 螺纹联接与螺旋
7.6.1 螺旋传动机构的组成和类型
第7章 螺纹联接与螺旋
传动
螺旋传动 机构的组 成和类型
(1)传力螺旋 (2)传导螺旋
(3)调整螺旋
15
7.6 螺旋传动
7.6.2螺旋传动的设计计算
第7章 螺纹联接与螺旋
7.2.2 螺纹的自锁
F = Q tan( + )
λ≤ρ
F = Qtan( - )
7.2.3螺旋副的效率
W2 tg W1 tg( )
8
7.3.1螺纹联接的类型
第7章 螺纹联接与螺旋
传动
7.3螺纹联接的类型、拧紧和防松
表7-2 螺纹联接的基本类型、特点 和应用
9
7.3螺纹联接的类型、拧紧和防松
第7章 螺纹联接与螺旋
传动
挤压强度 和抗剪强度
计算
FS
md
2 0
/
4
≤
p
FS
d 0
≤
p
13
7.5 螺栓组联接的结构设计
=
1.螺栓(钉)孔的布置
2.各螺栓受力均匀
第7章
螺纹联接与螺旋 3.便于分度和画线
传动
4.避免承受偏心载荷
5.螺栓排列应有合理的钉距、边距
6.螺栓规格的选择
14
7.6 螺旋传动
(7) 螺纹升角 在的(8)中夹牙径角型圆。角柱即上在,轴螺向旋剖线面切内线ar螺与ct纹g垂牙直dL2型于两螺a侧r纹ct边g轴的n线dP夹2的角平面间
(9)接触高度h 内、外螺纹旋合后的接触面的径向高度。
7
7.2 螺旋副的受力分析、自锁和效率
7.2.1 螺旋副的受力 分析
第7章 螺纹联接与螺旋
7.6.1 螺旋传动机构的组成和类型
第7章 螺纹联接与螺旋
传动
螺旋传动 机构的组 成和类型
(1)传力螺旋 (2)传导螺旋
(3)调整螺旋
15
7.6 螺旋传动
7.6.2螺旋传动的设计计算
第7章 螺纹联接与螺旋
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浙江大学专用
5)运动合成加减法运算
6)运动分解汽车差速器 图示行星轮系中:Z1= Z2 = Z3
i3H1
n3 n1
nH nH
z1 z3
=-1
nH =(n1 + n3 ) / 2
2
1
3
H
结论:行星架的转速是轮1、3转速的合成。
7) 在尺寸及重量较小时,实现 大功率传动
用途:减速器、增速器、变速器、
浙江大学专用
例7-3 如图7-12所示,已知:Z1=18, Z2 =27,Z2’=40,
Z3 =80,n1 =100 r/min 求:nH 和转向。 解: Z1、Z3、H轴线重合,负号由箭头
反向确定n3=0
i1H3
n1 nH n3 nH
Z2Z3 Z1Z 2,
100 nH 27 80
浙江大学专用
结构超大、小轮易坏 2 i12=6
1
2)实现分路传动。如钟表时分秒针;动画:1路输入→6路输出
浙江大学专用
3)换向传动
转向相反
转向相同
浙江大学专用
车床走刀丝杠三星轮换向机构
4)实现变速传动
K B
J 3’ 3 4 2A 51
移动双联齿轮使不同 齿数的齿轮进入啮合 可改变输出轴的转速。
当输入轴1的转速一定时, 分别对J、K 进行制动,输 出轴B可得到不同的转速。
齿轮2对传动比没有影响,但能改变从动轮的转向,
称为过轮或中介轮。
浙江大学专用
§7-3 周转轮系及其传动比
基本构件:太阳轮(中心轮)、行星架(系杆或转臂)。
其它构件:行星轮。其运动有自转和绕中心轮的公转,类似行星运动,故得名。
类型:
由于轮2既有自转又有公转,故不
n 能直接求传动比 3
2
-n H
2 n2
0 nH
18 40
解得nH = 25r/min 正号表示转向与n 1 相同。
例7-4 如图7-6所示为一差动轮系,试求nH。
解:虽然此轮系中行星轮的运动为空间运动,
比较复杂。但由于视行星架为固定后的转化
轮系为一圆锥齿轮定轮轮系,且原轮系中两
太阳轮的角速度矢量平行,故有:
i1H3
n1 nH n3 nH
因此有定轴轮系: i3’5=n3’/n5 =-Z5/Z3’
差动轮系: i1H3 n1 n5 /n3 n5 Z 2 Z3 / Z1Z 2
上两式的联系是Z3、Z3’为同一齿轮,从而可
以解出:
i15
z2 z3 z1z2
(1
z5 z3'
) 1
33 78 (1 24 21
78) 18
1
28. 24
例7-6 如图7-7所示复合轮系为汽车后桥差速器,已知两车轮相 距2L,试求当汽车分别沿直线和沿半径为R的弯道转弯时两车轮 的转速。
浙江大学专用
图示为汽车差速器,其中: Z1= Z3 ,nH= n4
n n z H
1
H
i =-1 13
n n z 3
H
3
仅由该式无法确定 两后轮的转速,还需
要其它约束条件。
Z2Z3 Z1Z 2
Z3 Z1
1
这里,Z1 =Z3是根据圆锥齿轮正确啮合
条件之一即模数相等而 来的。因此有
nH
1 2
n1
n3
浙江大学专用
§7-4 混合轮系及其传动比
除了上述基本轮系之外,工程实际中还大量采用混合轮系。
传动比求解思路: 将混合轮系分解为基本轮系,分别计算传动比,然后 根据组合方式联立求解。 轮系分解的关键是:将周转轮系分离出来。 方法:先找行星轮 →系杆(支承行星轮)
伸出左手
左 旋 蜗 杆
浙江大学专用
2 1
伸出右手
例一:已知图示轮系中各轮
Z2
齿数,求传动比 i15 。
Z’3
解:1.先确定各齿轮的转向
2. 计算传动比
i15 = ω1 /ω5
过轮
=
z2 z3 z4 z5 z1 z2 z’3 z’4
z3 z4 z5 = z1 z’3 z’4
Z4
Z1
Z’4
Z3
Z5
齿轮1、5 转向相反
一、传动比大小的计算
一对齿轮: i12 =ω1 /ω2 =z2 /z1
可直接得出
对于齿轮系,设输入轴的角速度为ω1,输出轴的 角速度为ωm ,按定义有:
i1m=ω1 /ωm
强调下标记法
当i1m>1时为减速, i1m<1时为增速。
i1m
1 m
1 2
2 3
3 4
m1 m
z2 z3 z4 zm z1 z2 z3 zm1
将轮系按-n H反转后,各构件的角速度的变化如下:
构件
原转速
1
n1
2
n2
3
n3
H
nH
转化后的转速
n H1=n 1-n H n H2=n 2-n H n H3=n 3-n H n HH=n H-n H=0
2 H
1 3
2 H
1 3
转化后: 系杆=>机架, 周转轮系=>定轴轮系, 可直接套用定轴轮系传动比的计算公式。
浙江大学专用
i1H3
n1H n3H
n1 n3
nH nH
Z2Z3 Z1Z2
Z3 Z1
上式“-”说明在转化轮系中n
H 1
与n
H 3
方向相反。
通用表达式:
右则边可H各求轮得的第齿三数个为参已数知。,于左是边,三可个求基得本任构意件两的个参构数件中之,间如的果传已动知比其。中任意两个,
n n n H
所有从动轮齿数的乘积 =
所有主动轮齿数的乘积
浙江大学专用
二、首、末轮转向的确定
转向相反
两种方法:
ω1
ω2
1)用“+” “-”表 1 p 2
示
vp
适用于平面定轴轮系(轴线平行,
2
转向相同 p vp
ω1
1
ω2
两轮转向不是相同就是相反)。
外啮合齿轮:两轮转向相反,用“-”表示; 内啮合齿轮:两轮转向相同,用“+”表示每虑。一方对向外时齿有轮反向一次考 设轮系中有m对外啮合齿轮,则末轮转向为(-1)m
其相反为负。
(4)如用于由圆锥组成的单一周转轮系,式中部正负号不适
浙江大学专用 用,须用标注箭头的方法确定。
为了进一步理解和掌握周转轮系传动比的计算方法,现举两例如 下。
例7-2 如图7-5所示,若齿轮1、 2、2‘、3的齿数分别为100、101、 100、99,试求传动比iH1 ?
解:由于轮3为固定轮,故该轮系为一 行星轮系,其速比可按式计算如下:
nH使n1 、n3符合转弯的要求
走直线
浙江大学专用
转弯
分析组成及运动传递
5 2
1
3
H2
差速器
v3
2L
混合轮系的解题步骤: 1)找出所有的基本轮系。 关键是找出周转轮系! 2)求各基本轮系的传动比。 3) 根据各基本轮系之间的连接条件,联立基本轮系的
传动比方程组求解。 作业:7-1,7-6,7-10, 7-13,7-15。
所有从动轮齿数的乘积 i1m= (-1)m 所有主动轮齿数的乘积
浙江大学专用
2)画箭头 外啮合时: 两箭头同时指向(或远离)啮合点。
头头相对或尾尾相对。
内啮合时: 两箭头同向。 对于空间定轴轮系,只能用画箭头的方法来确定从 动轮的转向。
1)锥齿轮
2
1
3
1
1
2 2
浙江大学专用
2)蜗轮蜗杆
右
旋
蜗
2
杆 1
第七章 轮 系
§7-1 轮系的应用及分类 §7-2 定轴轮系及其传动比 §7-3 周转轮系及其传动比 §7-4 混合轮系及其传动比 §7-5 几种特殊的行星传动简介
浙江大学专用
§7-1 轮系的应用及分类
1)获得较大的传动比,而且结构紧凑。 实例比较 一对齿轮: i<8, 轮系的传动比i可达10000。
1
式中行星架的转速nH由发动机提供,ω为已知
r
当汽车走直线时,若不打滑:
v1
n1 =n3
P
汽车转弯时,车体将以ω绕P点旋转: r-转弯半径, 2L-轮距
V1=(r-L) ω
V3=(r+L) ω 两者之间 有何关系呢
n1 /n3 = V1 / V3 = (r-L) / (r+L)
4
该轮系根据转弯半径大小自动分解
→太阳轮(与行星轮啮合) 混合轮系中可能有多个周转轮系,而一个基本周转轮 系中至多只有三个中心轮。剩余的就是定轴轮系。 现举两例如下:
浙江大学专用
例7-5 如图7-13为一电动卷扬机的减速器运动
简图,已知各轮齿数,求i15 。
解:由图可见,该轮系是由5、4、3‘组成的定轴轮
系与1、2-2‘、3及5组成的差动轮系组合而成的。
浙江大学专用
换向机构。
定义:由齿轮组成的传动系统-简称轮系
定轴轮系(轴线固定)
平面定轴轮系 空间定轴轮系
轮系分类
周转轮系(轴有公转)
差动轮系(F=2) 行星轮系(F=1)
复合轮系(两者混合)
本章要解决的问题: 1.轮系传动比 i 的计算; 2.从动轮转向的判断。
浙江大学专用
§7-2 定轴轮系及其传动比
i1H3
n1 nH n3 nH
n3 0
i1H
1 i1H3
1 Z2Z3 Z1Z 2,
1 101 99 1 100100 10000
iH1 1/ i1H 10000