机械设计基础之轮系详解
机械设计基础轮系
机械设计基础轮系机械设计中的轮系是指由轴、轮、轴承等零部件组成的能够传递动力和承受载荷的机械装置。
轮系在众多机械设备和工业领域中广泛应用，具有重要的意义。
本文将介绍机械设计基础轮系的一些重要知识和要点。
一、轮系的定义和基本组成轮系是由轮、轴和轴承等零部件组成的。
轮是指机械装置上的圆盘形零部件，轴是指承载轮的长条形零部件，轴承是指连接轮和轴的支撑零部件。
轮系的基本组成主要有：轮、轴、轴承。
1. 轮：轮通常由金属等材料制成，有多种类型，如齿轮、带轮、链轮等。
轮可以传递动力和承受载荷，是轮系中起着重要作用的部件。
2. 轴：轴是承载轮和传递力矩的零部件，通常由金属等材料制成。
轴可以根据其用途和载荷的特点进行选择，有不同的形状和尺寸。
3. 轴承：轴承是连接轮和轴的支撑零部件，可以减小轮与轴之间的摩擦和磨损，保证轮的平稳运转。
轴承分为滚动轴承和滑动轴承两种类型，可以根据实际需求进行选择。
二、轮系的设计原则在机械设计中，轮系的设计需要遵循一些基本原则，以确保轮系的工作效果和安全性。
1. 传递效率：轮系的设计应该追求传递效率的最大化，使得输入的动力能够尽可能地转化为输出的动力。
传递效率和轮系的几何形状、材料、润滑等因素有关，需要综合考虑。
2. 轴心对称性：轮系的轴心应该保持对称，以减小不平衡力矩和振动。
轴心对称性有助于提高轮系的平稳性和稳定性。
3. 载荷分配：轮系的设计应该合理分配载荷，使得各个轴和轮承受的载荷均衡。
合理的载荷分配有助于减小零部件的磨损和延长轮系的使用寿命。
4. 强度和刚度：轮系的设计需要满足一定的强度和刚度要求，以承受正常工作条件下的载荷和冲击。
强度和刚度的设计需要考虑材料的选择、零部件的形状和尺寸等因素。
三、轮系的选择与应用在机械设计中，根据实际需求和具体情况，选择合适的轮系是非常重要的。
以下是一些常见的轮系选择与应用的案例。
1. 齿轮传动：齿轮传动是一种常见的轮系形式，广泛应用于各种机械设备中。
机械设计基础——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
《机械设计基础》第5章轮系
链传动的布置、张紧与润滑
布置
链传动的布置应使链条的紧边在上，松边在下，以减小链条的垂度，提高传动效率。同时 应避免链条与链轮轮齿的过度磨损。
张紧
链传动的张紧可通过调整中心距或使用张紧轮实现。张紧程度应适当，过紧会加速磨损， 过松则易产生跳齿和脱链现象。
润滑
链传动需要良好的润滑以减小磨损和功率损失。润滑方式可采用油池润滑、喷油润滑或刷 油润滑等。选择合适的润滑剂对延长链条使用寿命和提高传动效率具有重要意义。
《机械设计基础》第5章轮 系
目录
• 轮系概述 • 齿轮传动设计基础 • 蜗杆传动设计基础 • 带传动和链传动设计基础 • 轮系的运动分析与设计 • 轮系的典型应用与案例分析
01
轮系概述
定义与分类
定义
轮系是由一系列齿轮组成的传动系统 ，用于传递动力和扭矩。
分类
根据轮系中齿轮的轴线位置关系，可 分为平行轴轮系、相交轴轮系和交错 轴轮系。
计算
根据传动比、输入功率、转速等条件，进行蜗杆传动的受力分析和强度计算，以确定合适的参数。
蜗杆传动的效率与润滑
效率
蜗杆传动的效率较低，一般在0.7～0.9之 间。为了提高效率，可以采用多头蜗杆 、减小摩擦系数、降低输入转速等措施 。
VS
润滑
良好的润滑对蜗杆传动的性能和使用寿命 至关重要。一般采用油浴润滑或喷油润滑 ，选择合适的润滑油和添加剂，以降低摩 擦和磨损。同时，要定期检查和更换润滑 油，保持清洁和良好的润滑状态。
02
齿轮传动设计基础
齿轮传动的类型与特点
齿轮传动的类型
根据齿轮轴线相对位置，可分为平行轴齿轮传动、相交轴齿 轮传动和交错轴齿轮传动。
齿轮传动的特点
传动效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定。
机械设计基础第五章轮系
2. 根据周转轮系的组合方式，利用周转轮系传动比计算公式求
03
出周转轮系的传动比。
实例分析与计算
1
3. 将定轴轮系和周转轮系的传动比相乘，得到复 合轮系的传动比。
2
4. 根据输入转速和复合轮系的传动比，求出输出 转速。
3
计算结果：通过实例分析和计算，得到了复合轮 系的输出转速。
05 轮系应用与实例分析
仿真结果输出
将仿真结果以图形、数据等形式输出，以便 进行后续的分析和处理。
实验与仿真结果对比分析
01
数据对比
将实验数据和仿真数据进行对比 ，分析两者之间的差异和一致性 。
结果分析
02
03
优化设计
根据对比结果，分析轮系设计的 合理性和可行性，找出可能存在 的问题和改进方向。
针对分析结果，对轮系设计进行 优化和改进，提高轮系的性能和 稳定性。
04 复合轮系传动比计算
复合轮系构成及特点
构成
由定轴轮系和周转轮系（或几个周转轮系）组合而成，称为复合轮系。
特点
复合轮系的传动比较复杂，其传动比的计算需结合定轴轮系和周转轮系的传动比计算公式进行。
复合轮系传动比计算公式
对于由定轴轮系和周转轮系组成的复合轮系，其传动比计算 公式为：i=n1/nK=(Z2×Z4×…×Zk)/(Z1×Z3×…×Zk-1)×(1)m，其中n1为输入转速，nK为输出转速，Z为各齿轮齿数 ，m为从输入轴到输出轴外啮合齿轮的对数。
火车车轮与轨道
通过轮系保证火车在铁轨 上的平稳运行和导向作用 。
船舶推进器
利用轮系将主机的动力传 递给螺旋桨，推动船舶前 进。
军事装备中轮系应用举例
坦克传动系统
采用轮系实现坦克发动机的动力 输出与行走机构的连接，确保坦 克在各种地形条件下的机动性。
机械设计基础第7章 轮系
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 。
机械设计基础轮系
机械设计基础轮系在机械设计中，轮系的设计和布局是至关重要的。
轮系，或者称为齿轮系，是由一系列齿轮和轴组成的，它们通过精确的配合和排列，将动力从一个轴传递到另一个轴，或者改变轴的转速。
这种设计广泛应用于各种机械设备中，如汽车、飞机、机床等。
一、轮系的基本类型根据轮系中齿轮的排列和组合方式，我们可以将其分为以下几种基本类型：1、定轴轮系：在这种轮系中，齿轮是固定在轴上的，因此轴的旋转速度是恒定的。
这种轮系主要用于改变动力的大小和方向。
2、行星轮系：在这种轮系中，有一个或多个齿轮是浮动的，它们可以随着轴一起旋转，也可以绕着轴旋转。
这种轮系主要用于平衡轴的转速和改变动力的方向。
3、差动轮系：在这种轮系中，有两个或多个齿轮的旋转速度是不一样的，它们之间存在一定的速度差。
这种轮系主要用于实现复杂的运动规律。
在设计轮系时，我们需要遵循以下原则：1、确定传递路径：根据机械设备的需要，确定动力从哪个轴输入，需要传递到哪个轴。
2、选择合适的齿轮类型：根据需要传递的动力大小、转速等因素，选择合适的齿轮类型（直齿、斜齿、锥齿等）。
3、确定齿轮的参数：根据需要传递的动力大小、转速等因素，确定齿轮的模数、齿数、压力角等参数。
4、确定齿轮的排列方式：根据需要实现的传动比、转速等因素，确定齿轮的排列方式（串联、并联等）。
5、确定轴的结构形式：根据需要传递的动力大小、转速等因素，确定轴的结构形式（实心轴、空心轴、悬臂轴等）。
6、确定支承形式：根据需要传递的动力大小、转速等因素，确定支承形式（滚动支承、滑动支承等）。
7、确定润滑方式：根据需要传递的动力大小、转速等因素，确定润滑方式（油润滑、脂润滑等）。
在满足设计要求的前提下，我们还可以通过优化设计来提高轮系的性能。
以下是一些常用的优化方法：1、优化齿轮参数：通过调整齿轮的模数、齿数、压力角等参数，来提高齿轮的承载能力和降低噪声。
2、优化齿轮排列：通过优化齿轮的排列方式，来提高传动效率、降低传动噪声和减少摩擦损失。
机械设计基础-轮系
§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。
28
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）
iab
a b
na nb
轮a至轮b所有从动轮齿数之积 轮a至轮b所有主动轮齿数之积
当所有齿轮的轴线平行时，两轮转向的同异可用传动比的正负表 达。两轮转向相同时，传动比为“+”；两轮转向相反时，传动 比为“-”。因此，平行轴间的定轴轮系传动比计算公式为：
iab
a b
na nb
(1)m
轮a至轮b所有从动轮齿数之积 轮a至轮b所有主动轮齿数之积
剩下的齿轮3‘、４、5是一个定轴轮系。
解：对定轴轮系
i53'
5 3'
-
z
' 3
z5
3'
-
z5
z
' 3
5
(a)
对周转轮系
i1H3
1 -5 3 -5
-
z2z3 z1z 2 '
1
-
z2z3 z1z 2 '
(3
-5)
5
(b)
(a)式代入(b)式
1
-
z2z3
z1z
机械设计基础----第5章轮系
图5-4c
三、周转轮系的传动比计算
一）基本思路
如图5-4 a、b所示。
周转轮系与定轴轮系的
根本区别在于周转轮系
中有一个转动着的行星
架，因此使行星轮既自
转又公转。如果能
图5-4 a、b
够设法使行星架固定不动，那么周转轮系就可转化成一个
假想的定轴轮系，并称其为周转轮系的转化轮系。
在周转轮系转化为转化轮系后，就可以对转化轮系应
2、5的转向相同）
∴
i17=
z2 z1
•
z3 z 2
•
z4 z3
•
z5 z4
•
z6 z5
•
z7 z6
上例中的轮4，其齿数多少不影响传动比的大小，只
起改变转向的作用，在轮系中的这种齿轮称为惰轮（过桥
齿轮）——仅影响 i 的符号，而不影响 i 的大小。
▲自学：P74例5－1。
§5—3 周转轮系及其传动比
构件的轴线可互不平行；
3、正负号——指转化轮系中轮G、K的转向关系，图上画 箭头来确定（同定轴轮系）；
4、真实转速nG、nK、nH中的已知量代入公式时要带正负 号（可假定某一转向为正，则相反的转向为负），求
得的未知量的转向也依据计算结果的正负号来确定。
例：在图示的轮系中，已知z1=z2=30，z3=90。试求当构件 1、3的转速分别为 n1=10rpm，n3=10rpm （转向如图） 时，求 nH及i1H的值。
转轮系）。
图a
图b
三、轮系的传动比(Transmission ratio)
一对齿轮的传动比：是指两轮的角速度或转速之比，即 i12=ω1 /ω2= n1 /n2 = z2 /z1。
机械设计基础之轮系详解
机械设计基础之轮系详解在机械工程中，轮系的设计与使用至关重要。
轮系主要由一系列相互啮合的齿轮组成，通过齿轮的旋转运动，可以实现动力的传输、速度的改变、方向的转换等功能。
本文将详细解析轮系的基本概念、类型及设计要点。
一、轮系的类型根据齿轮轴线的相对位置，轮系可以分为两大类：平面轮系和空间轮系。
1、平面轮系：所有齿轮的轴线都在同一平面内。
这种类型的轮系在机械设计中最为常见，包括定轴轮系、周转轮系和混合轮系。
2、空间轮系：齿轮的轴线不在同一平面内，而是相互交错。
这种类型的轮系相对复杂，包括差动轮系和行星轮系。
二、定轴轮系定轴轮系是最简单的轮系类型，所有齿轮的轴线都固定在同一轴线上。
这种轮系的主要功能是通过齿轮的旋转实现动力的传输和速度的改变。
定轴轮系的传动比可以根据齿轮的齿数和转速计算得出。
三、周转轮系周转轮系的齿轮轴线可以绕着其他齿轮的轴线旋转。
这种轮系的主要功能是通过齿轮的旋转实现动力的传输和速度的改变，同时还能实现方向的转换。
周转轮系的传动比可以根据齿轮的齿数和转速计算得出。
四、混合轮系混合轮系是定轴轮系和周转轮系的组合。
这种轮系的优点是可以实现更复杂的运动和动力传输，同时具有较高的传动效率。
混合轮系的传动比可以根据定轴轮系和周转轮系的传动比计算得出。
五、差动轮系差动轮系是一种空间轮系，其特点是两个齿轮的轴线可以不在同一平面内。
这种轮系的主要功能是通过齿轮的旋转实现动力的传输和速度的改变，同时还能实现方向的转换。
差动轮系的传动比可以根据齿轮的齿数和转速计算得出。
六、行星轮系行星轮系是一种空间轮系，其特点是至少有一个齿轮的轴线可以绕着其他齿轮的轴线旋转。
这种轮系的主要功能是通过齿轮的旋转实现动力的传输和速度的改变，同时还能实现方向的转换。
行星轮系的传动比可以根据齿轮的齿数和转速计算得出。
七、设计要点在设计和使用轮系时，需要考虑以下几点：1、传动比：根据实际需求选择合适的传动比，以保证轮系的传动效率和稳定性。
机械设计基础 第5章轮系
§5－2 定轴轮系及其传动比
轮系的传动比：轮系中输入轴与输出轴的角速度之比。iab。
n1 z2 i12 n2 z1 齿轮系：设输入轴角速度ω a，输出轴角速度ω b,按定义有： i 1 2 i12 2 ' 3 3 2 计算轮系传动比：1)确定iab数值；2)确定两轴的相对转动方向。 ' nn2 n3 z2 z2z1 1 i1 n12 2 z 一、传动比的计算 z z i12 i n2n31 3z4 2n i3' 2 ' 3 4 z n2、n2′n 转速。同一轴 图（a）轮系：z1、z2、z2′‥齿数；n1、n 2 ‥ n4 z2z3' 1 3 '
2）分析混合轮系内部联系。
（1）定轴轮系中内齿轮5与差动轮系中系杆H是同一构件，因而n5=nH； （2）定轴轮系中齿轮3′与差动轮系中心轮3是同一构件， 因而n3′=n3。
3
设实箭头朝上为正，则n1= 120r /min，n3=-120r /min ， 代入上式得
120-nH -120-nH = (+)
40 60
解得：nH=600r /min。nH与n1转向同。
1）行星轮2-2′的轴线与齿轮1（或3）及行星架H的轴线不平行，不能用5-2 式计算n2。（转化轮系中两齿轮轴线不平行时，不能直接计算！） 2）实箭头—表示齿轮真实转向—对应n1、n3、…。虚箭头—表示虚拟转化 轮系中的齿轮转向—对应n1H、n2H、n3H。 3）运用（5-2）时， i13H的正负取决于n1H和n3H，即取决于虚线箭头。而代 入n1、n3数值时需根据实线箭头判定其正负。
二、周转轮系传动比的计算
周转轮系的行星轮不是绕固定轴线的简单运动，传动 比不能直接用求定轴轮系传动比的方法求解。
机械设计基础轮系
z2 z1
=-2
其中n4=0 ，n2= n2 `
i1H = n1Βιβλιοθήκη /nH = -10 负号说明行星架H与齿轮1转向相反。
图示为一大传动比的减速器， Z1=100，Z2=101，Z2'=100，Z3=99 求输入件H对输出件1的传动比iH1
iH1
1 i1H
1
1 101 99
10000
100 100
i1H ＝-(1-99x101/100x100)＝-1/10000 iH1＝n H / n 1 ＝1/i1H ＝-10000
传动比为负，表示行星架H与齿轮1的转向相反。 用画箭头法标出转化轮系中各构件的转向关系，如图
例: 如图所示周转轮系。已知Z1=15, Z2=25, Z3=20, Z4=60,n1=200r/min, n4=50r/min,且 两中心轮1、4转向相反。试求行星架转速n
齿轮的转向 内啮合齿轮
齿轮的转向 直齿锥齿轮
齿轮的转向 蜗轮蜗杆机构
蜗杆传动，从动蜗轮转向判定 方法用蜗杆“左、右手法则”： ➢对右旋蜗杆，用右手法则， ➢使四指弯曲方向与蜗杆转动 方向一致， ➢与拇指的指向相反的方向就 是蜗轮在节点处圆周速度的方 向。
对左旋蜗杆，用左手法则，方法同上。
二、定轴轮系的传动比
轮3固定
二、周转轮系的传动比
（转化机构法）
周转轮系 反转法
定轴轮系 （转化机构）
定轴轮系传动比 计算公式
求解周转轮系的 传动比
➢假想对整个行星轮系加 上一个与行星架转速nH大 小相等而方向相反的公共 转速-nH
➢这样，就变成了假想的 定轴轮系。
➢经过转化的假想定轴轮 系，称为转化轮系。
周转轮系及转化轮系中各构件的转速
机械设计基础之轮系详解
引言：轮系是机械设计中的重要概念之一，它由多个齿轮组成，通过齿轮之间的传动使机械运动实现不同的速度和扭矩转换。
本文将着重介绍轮系设计中的一些基本概念以及其应用。
希望通过对轮系的详细解析，能够帮助读者更好地理解和应用机械设计中的轮系。
概述：轮系设计是机械设计中不可或缺的一部分，它是实现传动以及速度和扭矩转换的基础。
轮系设计的关键在于正确选择和组合齿轮，使其能够满足特定的要求。
因此，本文将从多个方面对轮系设计进行详细的阐述和解析。
正文内容：一、齿轮的基本参数1.1齿轮的模数和齿数1.2齿轮的压力角和齿廓1.3齿轮的材料和硬度要求1.4齿轮的螺旋角和端面修形1.5齿轮的轴向间隙和侧隙二、轮系传动的基本原理2.1齿轮的基本传动原理2.2轮系传动效率的计算2.3齿轮的啮合条件和啮合传动比2.4齿轮的传动误差和间隙2.5齿轮传动的轴向力和弯矩三、常见轮系的应用3.1平行轴齿轮传动的设计要点3.2相轴齿轮传动的设计要点3.3斜齿轮传动的设计要点3.4高速齿轮传动的设计要点3.5高扭矩齿轮传动的设计要点四、齿轮设计中的优化方法4.1先进的齿轮设计方法4.2齿轮的强度和寿命计算4.3齿轮的噪声和振动控制4.4齿轮的润滑和附加损失4.5齿轮装配和调试技巧五、齿轮设计的实际案例分析5.1汽车变速器的齿轮设计5.2工业机械设备的齿轮设计5.3风力发电机的齿轮设计5.4船舶传动系统的齿轮设计5.5机械手臂的齿轮设计总结：轮系是机械设计中不可或缺的重要部分，通过合理的齿轮选择和设计，可以实现不同速度和扭矩的转换。
本文详细介绍了轮系设计中的基本参数、传动原理、常见应用、优化方法以及实际案例分析。
希望读者能够通过本文的阐述，更好地理解和应用机械设计中的轮系，为实际工程项目提供参考和指导。
机械设计基础之轮系
机械设计基础之轮系机械设计基础之轮系轮系是机械设计中重要的基础部分，它的作用主要是通过一系列的齿轮系统传递动力，实现机械设备的运动和动力输出。
本文将详细介绍轮系的组成、分类、设计及实际应用。
一、轮系的组成轮系通常由一系列的齿轮组成，包括主动轮、从动轮和齿轮轴等。
主动轮是动力输入部分，从动轮则是动力输出部分。
齿轮轴是用于支撑和固定齿轮的零件，可以分为输入轴和输出轴。
此外，轮系中还可能包括超越离合器、安全离合器等辅助装置，以保护轮系免受过度载荷或意外损坏。
二、轮系的分类根据轮系中齿轮的形状和啮合方式，可以将轮系分为多种类型，例如凸轮、凹轮、斜齿轮等。
其中，凸轮轮系是最常见的一种，其特点是齿轮的齿形为凸状，具有较高的承载能力和传动效率。
凹轮轮系的齿轮齿形为凹状，通常用于低速传动或高减速比的情况。
斜齿轮轮系则具有较好的啮合性能和承载能力，常用于高速重载场合。
三、轮系的设计轮系的设计主要包括以下几个步骤：1、确定轮系的传动比。
传动比是根据机械设备的需求确定的，通常要求传动比在10:1到1:10之间。
2、选择合适的齿轮类型。
根据传动比和载荷情况，选择合适的齿轮类型，如凸轮、凹轮或斜齿轮等。
3、设计齿轮的尺寸和材料。
根据载荷和转速等情况，设计齿轮的尺寸和材料，通常采用合金钢或碳素钢等材料。
4、校核齿轮的强度和寿命。
通过对齿轮进行强度和寿命的校核，确保齿轮在规定的使用时间内能够正常工作。
四、轮系的实际应用轮系在机械设计中具有广泛的应用，以下列举几个典型的应用场景：1、飞机：飞机的起飞和降落过程中，需要通过轮系将发动机的动力传递到螺旋桨和减速器等部件，实现飞机的起飞和降落。
2、汽车：汽车的变速器中使用了多种类型的轮系，如凸轮、斜齿轮等，用于传递发动机的动力到车轮，实现汽车的加速、减速和转向等操作。
3、船舶：船舶的推进系统中使用了大量的轮系，通过齿轮的啮合实现发动机动力传递到螺旋桨，推动船舶前行。
4、工业机械：工业机械中大量使用轮系，如纺织机械、矿山机械等，通过轮系实现动力的传递和控制。
基础机械设计基础轮系
周转轮系广泛应用于需要改变传动 方向、传动比或实现运动的合成与 分解的机械设备中，如行星减速器 、差速器等。
混合轮系
定义
混合轮系是指由定轴轮系和周转 轮系组成的轮系。
特点
混合轮系的运动既有沿着固定轴 线的转动，又有沿着变动轴线的 转动，能够实现复杂的传动和运
动关系。
应用
混合轮系广泛应用于各种复杂的 机械设备中，如组合机床、自动 化生产线等，用于实现复杂的传
定轴轮系广泛应用于各种机械设备中 ，如车床、磨床、钻床等，用于实现 各种旋转运动和传动。
特点
定轴轮系的运动是沿着固定的回转轴 线进行，各齿轮依次啮合传递运动和 动力。
周转轮系
定义
周转轮系是指各齿轮的转动轴线 位置可以改变的轮系，其中至少 有一个齿轮的轴线是绕另一固定
轴线转动的。
特点
周转轮系的运动是沿着可变动的回 转轴线进行，各齿轮依次啮合传递 运动和动力。
基础机械设计基础轮 系
汇报人： 202X-12-27
contents
目录
• 轮系概述 • 基础轮系类型 • 轮系的传动比计算 • 轮系的效率与自锁 • 轮系的维护与故障排除
01
轮系概述
定义与分类
定义
轮系是由一系列齿轮组成的传动 系统，通过齿轮之间的相互作用 ，实现动力的传递和转换。
分类
根据轮系的齿轮类型和转动方向 ，可以分为定轴轮系、周转轮系 和混合轮系。
，可以提高轮系效率。
05
轮系的维护与故障排除
轮系的日常维护
01
02
03
04
定期检查
定期检查轮系的外观、轴承、 齿轮等部位，确保无异常磨损
或损坏。
清洁与除尘
【管理资料】机械设计基础之轮系详解.汇编
为轮系的传动比，用iab 表示，下标a、b为输入轴和输出轴
的代号，即
ia
b
a b
na nb
(1)
计算轮系传动比不仅要确定它的数值，而且要确定两
轴的相对转动方向，这样才能完整表达输入轴和输出轴间的
关系。
转向的判断-1
一对平行轴外啮 合齿轮，其两轮转向 相反，故用方向相反 的箭头表示。
转向的判断-2
n 2 n 2 ,n 3 n 3 ,n 5 n 5 ,n 6 n 6
传动比计算
各对啮合齿轮的传动比数值为
i12
n1 n2
z2 z1
；i23nn32
n2 n3
z3 z2
；
i34
பைடு நூலகம்
n3 n4
n3 n4
z4 z3
i45
n4 n5
z5 z4
；i56
n5 n6
n5 n6
z6 z5
；i67nn76
传动比计算
i17
n1 n7
n1 n2
n2 n3
n3 n4
n4 n5
n5 n6
n6 n7
(2)
i12i23i34i45i56i67
z2z3z4z5z6z7 z1z2z3z4z5z6
齿轮4只起到改变传动方向作用，对总 传动比无影响，称为惰轮或过桥齿轮。
上式表明，定轴轮系传动比的数值等于组成该轮系的 各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于各对啮合齿轮中所 有从动轮齿数的乘积与所有主动轮齿数乘积之比。
传动比计算
方向表达 对于所有齿轮轴都平行的轮系
i1k
1 k
n1 nk
1m
从动轮齿数的连乘积 主动轮齿数的连(5乘 ) 积
机械设计基础知识之轮系
一、定轴轮系的传动比计算：
i12
n1 n2
z2 z1
i 23
n2 n3
z3 z2
n3=n3' n4=n4'
i 34
n 3 n4
z4 z 3
i 45
n 4 n5
z5 z 4
i12
i23
i34
i45
n1 n2
n2 n3
n 3 n4
n 4 n5
n1 n5
i15
z2 z1
z3 z2
z4 z 3
注意：单一周转轮系中转 臂与两个中心轮的几何轴 线须重合。
周转轮系的分类：
1、行星轮系：自由度为1的周转轮系 2、差动轮系：自由度为2的周转轮系
F=3*3-2*3-2=1
F=3*4-2*4-2=2
2、周转轮系传动比的计算：
周转轮系的传动比不能直接计算，可将 整个周转轮系加上一个与转臂H的转速 大小相等、方向相反的公共转速（-ωH ）使其转化为假想的定轴轮系，这一定 轴轮系称为原来的转化轮系。
将周转轮系的传动比计算转化为定轴轮 系的传动比计算。
转化前的周转轮系：
转化后的周转轮系 ：
转化前后各构件的转速
既然周转轮系的转化机构为一定轴轮系，因此转化机构中输 入和输出轴的传动比可用定轴轮系传动比的计算方法求出， 转向也可用定轴轮系的判断方法确定。
转化后的定轴轮系 的传动比为：
iH
13
iHV iH2 z2
二、谐波齿轮传动
双波传动
三波传动
摆线针轮行星传动
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
•
1、
功的路 。20.10.1520.10.15Thursday, October 15, 2020
《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
机械设计基础知识之轮系
机械设计基础知识之轮系介绍在机械设计中，轮系是一种常见的机械传动装置。
它由多个齿轮组成，通过齿轮之间的啮合传递动力和运动。
轮系常常用于各种机器和设备中，如汽车、机床、工程机械等。
齿轮基础知识齿轮是轮系的核心组成部分，它由齿顶、齿底、齿根和齿间隙等要素组成。
常见的齿轮类型包括圆柱齿轮、锥齿轮、内齿轮等。
圆柱齿轮的齿轮头上的齿轮轴与齿轮头之间的角度为直角，而锥齿轮的齿轮头上的齿轮轴与齿轮头之间的角度小于直角。
齿轮可以根据齿轮头上的齿轮轴的位置及方向，分为同轴齿轮和异轴齿轮。
同轴齿轮是指齿轮头上的齿轮轴位于同一直线上，而异轴齿轮是指齿轮头上的齿轮轴位于不同直线上。
异轴齿轮由于齿轮轴的不平行而产生速度比和力矩比的变化。
轮系设计原则在进行轮系设计时，有一些基本的原则需要遵循：1.正转传动原则：轮系中，每一个轮子均进行正轴向转动，不应有反转现象出现。
2.传动比原则：根据所需的速度和力矩传递要求，设计合适的传动比。
3.齿数选择原则：为了保证齿轮接触的可靠性和传动的平稳性，应根据齿轮的模数、齿数、啮合系数等参数，合理选择齿轮的齿数。
4.齿轮头选用原则：根据齿轮头载荷、齿轮轴的转速、传递的功率等因素，选择适合的材料和热处理方式，保证齿轮头的强度和耐磨性。
5.轮系布置原则：根据轮系中各个齿轮的尺寸、间距、中心距等参数，合理布置整个轮系，减小振动和噪声。
轮系计算方法在进行轮系设计时，需要进行一系列的计算，以确定合适的齿轮参数和传动比例。
1.传动比计算：根据所需的输出速度和输入速度，计算传动比，确定每个齿轮的齿数。
2.载荷计算：根据输入的力矩和转速，计算每个齿轮头上所承受的载荷。
3.强度计算：根据齿轮头的载荷、材料强度和齿轮几何参数，进行强度计算，确保齿轮头的强度满足设计要求。
4.疲劳寿命计算：根据齿轮头的载荷、转速和材料疲劳强度，进行疲劳寿命计算，确保齿轮头有足够的使用寿命。
轮系设计实例以下是一个简单的轮系设计实例，以帮助理解轮系设计的过程：假设要设计一个用于转动机床主轴的同轴齿轮轮系，输入轴的转速为1000rpm，输出轴的转速为3000rpm。
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已知n4、B和r，则可求出 n1和n3。
几种特殊的行星传动简介
除以上介绍的一般行星轮系外，工程上还常 使用以下三种特殊行星轮系。
1. 渐开线少齿差行星传动 2. 摆线针行星传动 3. 谐波齿轮传动
渐开线少齿差行星传动
由固定内齿轮（中心轮）1、行星轮2、
行星架H(输入轴）、输出轴V。轴V与行星
n1
z4
箱体
z1
z 2
z2
z3
习题
E 72
习题3
图示为一用于汽车变速器的
C
D18 D18
F F36 B18
组合行星轮系，各轮齿数为： zA 30，zB zD 18，zE 72，a
zF 36。试求当轮F被刹住时，
此变速器的传动比。
A30
E
习题
习题4
在如图所示的变速器中，已知z1 z1 z6 28，
是两个中心轮。因此齿轮1、2 2 、
3和行星架H构成差动轮系。剩下
的 3 、4、5构成定轴轮系。
举例
差动轮系中：
i1H3
n1H n3H
n1 nH n3 nH
z2 z3 z1z2
169 21
定轴轮系中：
n1 nH 169
n3 nH
21
i35
n3 n5
z5
z3
13 3
n3
13 3
主动轴和从动轴间 的距离较远时，用轮系 传动可以节省空间、材 料。
变速传动
主轴转速不变时，利用轮系可使从动轴获得多种工 作转速。
I为动力输入轴，II为输 出轴，4,6为滑移齿轮，A-B 为牙嵌式离合器。该变速箱 可使输出轴得到四档转速。
获得大的传动比
采用行星轮系，只需很少几个齿轮，就可以获得很
大传动比。
nH nV
z2 z1 z2
z2
谐波齿轮传动
双波谐波传动
三波谐波传动
这种传动的传动比与渐开线少齿差行星传动一样。 且结构简单。
习题
C
习题1. 如图所示为一钟表
的轮系，S，M，H分别表示为 秒针、分针、时针。
D
已知 zI 8，zG 60，ZE 12，
zF 8，zD 15。 齿轮B
轮系应用
钟表的轮系 S，M，H分别
表示为秒针、分针、时针。分 针转十二周，时针转一周;分 针转一周，秒针转60周。输出 转速比满足：
nM 12nH nS 60nM
实现分路传动
C nC
A D
E
S nS M nM
I
B
F
H nH
G
本章教学内容和要求
1. 了解轮系的分类和应用 2. 掌握定轴轮系传动比的计算 3. 理解和掌握周转轮系和混合轮系传动
周转轮系的组成
基本周转轮系组成：由行星轮、支持它的行星架、与 行星轮相啮合的两个（有时只有一个）中心轮及机架 构成。 行星架与中心轮的几何轴线必须重合，否则不能转动。
周转轮系分类
差动轮系
行星轮系
差动轮系
两个中心轮都能转动；
活动构件n=4, PL=4, PH=2 机构的自由度:
F=3n-2PL-PH=2 实现确定运动，需要两 个原动件。
i1K
n1 nK
z2 z3 z4 zK
z1
z2
z3
z
K
1
(4)
而对于始末两轴方向不平行的情况，方向只能用箭 头表示。
传动比计算
方向表达 对于所有齿轮轴都平行的轮系
i1k
1 k
n1 nk
1m
从动轮齿数的连乘积 主动轮齿数的连乘积
(5)
m
指轮系中外啮合齿轮的对数
m 当
为奇数时， i1k 的符号为负，说明首末
和C的模数相等，试求A、B、C
的齿数。
F
E
S
A
M
I
B
H G
习题
习题2
用于自动化照明灯具上的一周转轮系如图所示。已知输入轴转速
n1 19.5 r min，组成轮系的各齿轮均为圆柱直齿轮。各齿轮齿数
分别为：z1 60，z2 z2 30，z3 z4 40，z5 120。试求箱体的转速。
z5
行星轮系
只有一个中心轮能转动， 该机构活动构件 n=3, PL=3、PH=2, 机构的自由度：
F=3n-2PL-PH=1 实现确定运动需要一个 原动件。
周转轮系传动比的计算
反转法原理：使行星架固定不动，
并保持周转轮系中各个构件之间的 相对运动不变，则周转轮系转化为 一个假想的定轴轮系，该定轴轮系 称为转化轮系。并通过求其传动比， 得出周转轮系传动比。
第六章 轮 系
教材
教材：高等教育出版社 机械设计基础 杨可桢 参考书：高等教育出版社 机械原理 孙恒
高等教育出版社 机械设计 濮良贵
轮系
概念：在机械中，为了获得很大的传动比，或为了将
输入轴的一种转速变换为输出轴的多种转速等原因，常 采用一系列相互啮合的齿轮将输入轴和输出轴连接起来。 这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。
当 z1 100 , z2 101, z2 100 , z3 99 时
其传动比 iH1 可达10000，其计算如下：
i1H3
n1H n3H
n1 nH n3 nH
() z2z3 z1z2
因 n3 0，代入已知齿数值，上式
变为：1 n1 101 99
nH 100 14. 简介几种特殊的行星轮系传动
轮系
➢轮系的类型 ➢定轴轮系及其传动比 ➢周转轮系及其传动比 ➢复合轮系及其传动比 ➢轮系的应用 ➢几种特殊的行星传动简介
轮系的类型
根据齿轮几何轴线是否平行：平面轮系和空间轮系
根据齿轮几何轴线位置是否固定：定轴轮系和周转 轮系
定轴轮系
传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的， 这种轮系称为固定轮系。
i1K
n1 nK
轮1至轮K间所有从动轮齿数的乘积＝ 轮1至轮K间所有主动轮齿数的乘积
z2 z1
z3 z4 zK z2 z3 zK 1
(3)
传动比计算
方向表达 当起始主动轮1和最末从动轮k的轴线相平
行时，两轮转向的同异可用传动比的正负表示。转向 相同为“＋”，反之为“－”，因此，平行两轴间的 定轴轮系传动比计算公式为：
齿轮4只起到改变传动方向作用，对总 传动比无影响，称为惰轮或过桥齿轮。
上式表明，定轴轮系传动比的数值等于组成该轮系的 各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于各对啮合齿轮中所 有从动轮齿数的乘积与所有主动轮齿数乘积之比。
传动比计算
推广到一般情况，设轮1为起始主动轮，轮k为最末从 动轮，则定轴轮系始末两轮传动比数值计算的一般公式为：
复合轮系传动比计算举例
举例
如图所示，已知各轮 齿数为：
z1 24, z2 52, z2 21, z3 78, z3 18 z4 30, z5 78。求i1H。
举例
解：在该轮系中，双联齿轮2 2
的几何轴线是绕着齿轮1和3的轴线 转动的，是行星轮。支持它运动的 构件H就是行星架；齿轮1和齿轮3
蜗轮的转向不仅与蜗 杆的转向有关，而且与螺 旋线方向有关，可借助于 右手定则或左手定则判断。
判定蜗杆或蜗轮的旋向：将蜗轮或蜗杆的轴线竖起，螺旋 线右面高为右旋，左面高为左旋。 右旋蜗杆：伸出左手，四指顺蜗杆转向，则蜗轮的切向速
度vp2的方向与拇指指向相同。
传动比计算
令 z1, z2 , z2 , z3, z3 , z4 , z5, z5 , z6 , z6 , z7
m 两轮（即齿轮1和k）的转向相反；反之，当
为偶数时，i1k 的符号为正，说明首末两轮的转向相
同。
周转轮系及其传动比
与定轴轮系不同，至少有一个齿轮的几何轴线绕另 一齿轮的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系。
周转轮系的组成 周转轮系分类 周转轮系传动比的计算
周转轮系的组成
行星轮：轴线位置变动的齿轮称为行星轮。 行星架或转臂：支持行星轮自转和公转的构件称为行星架或转臂 中心轮或太阳轮：轴线位置固定的齿轮称为中心轮或太阳轮。
(6)
其中，首末齿轮G、K及行星架H的轴线都必须平行，上 式才成立。
复合轮系及其传动比
复合轮系 由几个基本周转轮系或定轴轮系和周转轮系
组合而成的轮系。
复合轮系传动比计算方法
1) 分离各个基本周转轮系和定轴轮系； 2) 分别计算各个基本周转轮系和定轴轮系的传动比； 3) 最后联立解出所要求的传动比。
周转轮系
至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮 的几何轴线转动的轮系，称为周转轮系。
定轴轮系及其传动比
在轮系中，输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比称
为轮系的传动比，用iab 表示，下标a、b为输入轴和输出轴
的代号，即
iab
a b
na nb
(1)
计算轮系传动比不仅要确定它的数值，而且要确定两
轴的相对转动方向，这样才能完整表达输入轴和输出轴间的
周转轮系传动比的计算
根据传动比定义求出传动比
n3H n2H
i1H3
n1H n3H
n1 nH n3 nH
n1H
当始末齿轮与行星架的轴线平
行时，由定轴轮系传动比计算
公式可得：
i1H3
n1H n3H
n1 nH n3 nH
z2 z3 z1 z2
周转轮系传动比的计算
假设 nG 和 nK 为周转轮系中任意两个齿轮G和K的转速，nH 为行星架H的转速，则
或iH1
10000
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 是将一个输入运动分解为两个输出运动。
合成运动和分解运动都可用差动轮系实现。