轮系及其设计

1 nH 3 2 nH
nH=(-5/4)r/min，因nH为负，故系杆H的转向与中心轮3转向 相同，与中心轮1转向相反。
i1H=n1/nH=-4/5
例2
行星轮系传动比计算例
在这种行星轮系中，当将z3改为100，其他各轮齿数不变时， iH1=-100。
根据本例计算结果可知，当各轮齿数相差很小时，周转轮系 可获得很大的传动比。其次，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，这一点与定轴轮系有明显不 同。因此，周转轮系各轮的转向应通过计算确定。
2
5
HC
n5H
n5
1 OH
δ4 O
4 Σ 起球罐
Σ
δ4
h nH
P
a) 行星轮系的串联
b) 轮5转向分析
羊毛起球机构
得到
nH

n1 1 z3
z1
代入已知参数得nH=180 r/min，其转向与n1相同。
对于空间行星轮系4-5-H，有
ω5H = ω5 - ωH
方向 ∥OO5 ∥OC ∥OOH
根据上式作矢
建立关系式及求解时应特别注意：
imHn


H m

H n
m H n H
zm1zm3 zn zm zm2 zn1
上式中，齿数比前的“＋”、“－”号对计算的正确性非常 重要，必须根据周转轮系的转化轮系(定轴轮系)中齿轮m、n的 传动关系来确定。其方法是：先假定齿轮m的转向，按定轴轮系 的传动关系确定出齿轮n的转向。两者转向相同取“＋”号，否 则取“－”号。
试求：1)两太阳轮转向相同时的nH 值、转向和传动比i1H；2)两中心轮 转向相反时的nH值、转向和传动比 i1H。
2K-H锥齿轮差动轮系
解
根据该轮系转化后的定轴轮系判定，齿轮1、3转向相反，在其 转化轮系的传动比计算式中，其齿数比前应加上“－”号(也可以根 据该机构是负号机构确定符号)。
该轮系的转化轮系的传动比为
周转轮系 Epicyclic gear train
平面定轴轮系
Gear train with fixed parallel axes
空间定轴轮系
Gear train with fixed nonparallel axes
第二节 定轴轮系传动比计算
当定轴轮系运转时，轮系输入轴的角速度(或转速)与输出轴
若仅用一对齿轮实现较大的传动比，必将使两轮的尺寸相差悬殊， 外廓尺寸庞大，故一对齿轮的传动比一般不大于8。实现大传动比 应采用轮系。
2. 实现变速传动
此机构为换档变速传动机构，在主动轴转速不变的条件下，通过换档可使从动 轴得到不同的转速。
此周转轮系为一简单二级行星轮系变速器。其结构较为复杂，但操作 方便，可在运动中变速，又可利用摩擦制动器的打滑起到过载保护作用。
三、行星轮系的传动效率计算
行星轮系的效率
四、行星轮系设计的几个问题 设计行星轮系时要特别注意几个以wk.baidu.com问题。 (一)类型选择
行星轮系类型选择
(二)齿数确定
行星轮系各轮齿数的确定
(三)均载装置
行星轮系的均载装置
第四节 复合轮系及其设计
前 面 所 介 绍 的 2K-H 型 周 转 轮 系 ， 称 为 基 本 周 转 轮 系 (Elementary epicyclic gear train)。既包含定轴轮系又包含基本周 转轮系，或包含多个基本周转轮系的复杂轮系称为复合轮系 (Combined gear train)。
串联型复合轮系的传动比
由上例可知，在计算复合轮系的传动比时，最重要的问题 是首先要分析复合轮系的结构组成，将轮系中的定轴轮系和各 个周转轮系正确地划分开。划分的关键是先把轮系中的周转轮 系一一划分出来。
划分基本周转轮系的步骤： ⑴ 找出行星轮(即不用直轴直接架在机架上的齿轮) ⑵ 确定系杆(安装或支撑行星轮的构件)及其回转中心 ⑶ 确定与行星轮相啮合的所有太阳轮 这样，一个基本周转轮系即被确定。按此步骤将复合轮系 中所有基本周转轮系划分出来，剩下的即为定轴轮系。
例 3 图示为用来检验羊毛收缩性能的羊毛起球机构，其工作
原理是在球罐中放入一定量的羊毛，旋转一定时间，羊毛缩成的球
愈小，表明其收缩性愈好。已知z1=20，z2=30，z3=80，z4=z5=30， OH 轴 与 O5 轴 夹 角 Σ 为 60° ， 齿 轮 4 的 节 锥 角 δ4=30° ， 输 入 转 速 n1=900r/min，方向如图，求n5的大小及方向。
3. 实现换向传动
此机构为车床走刀丝杆的三星轮换向机构。在 主动轴转向不变的条件下，可改变从动轴的转向。
4. 实现分路传动
此为某航空发动机附件传动系统。它可把发动机主轴的运动分解成六路传出， 带动各附件同时工作。
5. 实现结构紧凑的大功率传动
大功率行星传动
6. 实现运动合成与分解
运动合成与分解
(二)封闭型复合轮系 为了实现运动的合成或分解，实现功率的分流，或者为了得 到更复杂多样和方便可调的传动系统，可采用封闭型复合轮系 (Closed combined gear train)。封闭型复合轮系的明显结构特征 是：轮系中一定包含有自由度为2的差动轮系，在差动轮系的三个 基本构件中，用一个自由度为1的轮系将其中两个基本构件联接封 闭，使两者之间始终保持一定的运动约束关系，从而使整个轮系 成为一个自由度为1的复合轮系。这种复合轮系被称为封闭型复合 轮系，也称为封闭式行星轮系。
第四章 轮系及其设计
由一系列齿轮组成的齿轮传动系统称为轮系(Gear train)。
轮系应用举例
导弹发射快速反应装置
汽车后轮中的传动机构
第一节 轮系的分类
根据轮系在运转过程中各齿轮的几何轴线在空间的相对位置 关系是否变动，可以将轮系分为以下两大类：
定轴轮系 Ordinary gear train
1 r / min 1980000
封闭型复合轮系
计算结果说明，n1需转1980000周，nH才转1周。 nH为正值 说明nH 的转向与n2的转向相同。该轮系实现了两个转向相反的 输入运动的合成，以紧凑的结构实现了很大的传动比。
第五节 轮系的功用
轮系的功能与用途可以概括为以下几个方面。 1. 实现大传动比传动
i1H3

n1 nH n3 nH
z2z3 z1 z 2
z3 z1
3
1)当两中心轮转向相同时，设
n1=1, n3=2，代入上式得
1 nH 3
2 nH
2K-H锥齿轮差动轮系
nH=(7/4)r/min，因nH为正，故系杆H的转向与中心轮1、3转 向相同。
i1H=n1/nH=4/7。 2)当两中心轮转向相反时，设n1=1, n3=-2，代入上式得
的角速度(或转速)之比，称为轮系的传动比(Train ratio)，常用i 表示。在一个轮系中，若设1为轮系的输入轴，k为输出轴，则该
轮系的传动比为i1k=ω1/ωk=n1/nk，ω和n分别表示轴的角速度和轴
的转速。
轮系传动比的计算，除了需要确定i1k的大小之外，还需要确 定输入轴与输出轴的转向关系。
解
齿轮2、5的轴不与机架组成转动副，为行星轮，系杆为H，与
齿数2啮合的太阳轮为齿轮1、3(固定不动)，与齿轮5啮合的太阳轮
为齿轮4(固定不动)。轮系由行星轮系1-2-3-H和行星轮系4-5-H串联
而成。
3
O5
C
对于行星轮系 1-2-3-H，有
i1H3

n1 nH 0 nH

z3 z1
n1 I
“＋”、“－”号与周转轮系中两太阳轮的真实转向无直接 关系，即“＋”号并不表示两太阳轮的真实转向一定相同， “－”号并不表示两太阳轮的真实转向一定相反。
常见2K-H型周转轮系及其 转化轮系传动比计算
i1H3
1H

H 3
1 H 3 H
z3 z1
i1H3

1 H 3 H
第六节 少齿差传动简介
渐开线行星减速传动，当行星轮齿数与其啮合的内齿轮齿数 相差很少时，称为少齿差行星传动(Planetary transmission with small tooth difference)。这种传动不但装配方便、体积小，而且传 动效率高、传动比大、不需要贵重金属铜。因此，渐开线少齿差 传动受到人们的广泛注意。根据少齿差传动的啮合原理，人们又 开 发 出 了 诸 如 摆 线 针 轮 传 动 (Cycloidal-pin wheel planetary gearing) 、 谐 波 传 动 (Harmonic drive gearing) 、 活 齿 传 动 (Movable-tooth drive gearing)等等，根据这些传动原理研制出的 各种减速器也在不同场合得到广泛应用。
定轴轮系与周转轮系组成 的复合轮系
周转轮系与周转轮系组成 的复合轮系
一、复合轮系的传动比计算 复合轮系按其结构的组成方式，可以分为三种类型： (一)串联型复合轮系 为了获得大的传动比，较小的尺寸、重量和高的传动效率， 充分发挥行星轮系的特点，常采用自由度为1的基本轮系(定轴轮 系或行星轮系)，按前一基本轮系的输出构件，即为后一基本轮系 输 入 构 件 的 方 式 组 合 成 复 合 轮 系 ， 称 为 串 联 型 复 合 轮 系 (Series combined gear train)。定轴轮系与行星轮系串联、行星轮系与行 星轮系串联，都可以组成串联型复合轮系。
“－”号。m表示外啮合齿轮对数。
“＋” 表示两轮转向相同， “－”
表示两轮转向相反。这种方法适用于
所有齿轮轴线平行的周转轮系。
方法2 用箭头方向表示齿轮可见 齿侧面的圆周速度方向。蜗杆蜗轮的
传动方向可以由右手法则或左手法则
确定。这种方法具有通用性，适用于
所有周转轮系。
例1 在图示轮系中，已知
z2=z3=60、z1=20，太阳轮1的转速为 1r/min，太阳轮3的转速为2r/min，
定轴轮系传动比计算
第三节 周转轮系及其设计
一、周转轮系分类
周转轮系由行星轮(Planet gears)、太阳轮(Sun gears)和系 杆组成，太阳轮又称为中心轮，常用字母K表示；系杆又称为 转臂或行星架(Planet carrier)，常用字母H表示。
周转轮系的太阳轮和系杆的回转轴线必须共线，否则轮系 不能运转。周转轮系一般都以太阳轮和系杆作为运动和动力的 输入或输出构件，因此它们又被称为周转轮系的基本构件 (Fundamental members) 。
n4

z1 z5 z5 z4
n1

101 10000
r / min
方向向上。
封闭型复合轮系
在差动轮系2′-3-4-H 中
i2H4

n2 nH n4 nH
z4 z2
1
将前两式代入上式，并注
意 到 n2和 n4′方 向相 反。设 n2 为
正， n4′为负，得到
nH

n1
量封闭多边形，如
图所示。由几何关
I
系得到
3
O5
C
2
5
HC
n5H
n5
1 OH
δ4 O
Σ
Σ
δ4
h nH
P
4 起球罐
n5

nH
sin(180 60) sin(60 30)
a) 行星轮系的串联
b) 轮5转向分析
羊毛起球机构
于是，n5=311.8r/min。由矢量多边形可知，从O点观察齿轮 5，其转向为顺时针方向(即行星轮自转方向)。
封闭型复合轮系传动比计算
例 4 设已知图中1和5均为单头 右旋蜗杆，各轮齿数z1′=101，z2=99， z2′=z4，z4′=100，z5′=100，n1=1r/min， 方向如图。求nH的大小及方向。
解
在定轴轮系1-2中
n2
方向向下。
z1 z2
n1

1 99
r
/
min
在定轴轮系1′- 5′-5-4′中
差动轮系
2K-H型行星轮系
3K型周转轮系
二、周转轮系的传动比计算
周转轮系传动比计算 周转轮系传动比计算的进一步说明
由于周转轮系中所有基本构件的回转轴共线，无论行星轮 的轴线方向如何，总可以根据周转轮系的转化轮系写出三个基 本构件的角速度与其齿数之间的比值关系式。当已知两个基本 构件的角速度矢量的大小和方向时，就可以利用该关系式计算 出第三个基本构件角速度的大小和方向。
根据自由度的不同，周转轮系可以分为自由度为1的行星轮 系(Planetary gear train)和自由度为2的差动轮系(Differential gear train)。
按基本构件的特点，周转轮系还可分为2K-H型周转轮系， 3K型周转轮系等。在工程实际中应用最多的是2K-H型的行星轮 系。
行星轮系

z2z3 z1z2
齿数比前的“＋”、“－”号反映了周转轮系的转化轮系中
内、外啮合的结构特征。通常把在齿数比前为“－”号的周转轮
系称为负号机构，把在齿数比前为“＋”号的周转轮系称为正号
机构。判断周转轮系转化机构中齿数比 的“＋”、“－”号的方法有：
蜗杆蜗轮机构转向 关系的确定
方 法 1 由 (-1)m 确 定 “ ＋ ” 、

z3 z1
i1H3

1 H 3 H

z2z3 z1z2
i1H3
1 H 3 H
z3 z1
i1H3
1 H 3 H
z2z3 z1z2
i1H3
1 H 3 H
z2z3 z1z2
i1H3

1 H 3 H