第十二章 齿轮系与减速器

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第十二章 齿轮系与减速器
学习目的:
通过本章学习具备机械中齿轮系与减速器的基本知识。
学习要求:
了解定轴轮系和周转轮系的组成和运动特点,能判断一个已知 轮系是属于何种轮系; 掌握定轴齿轮系的传动比计算方法及轮系中各个齿轮的转动方 向的判别,会确定主、从动轮的转向关系; 了解各类轮系的功能;
掌握减速器的基本知识。
则 iH 1 10000
一般情况下,周转齿轮系与定轴齿轮系相 比,在传递功率和传动比相同的情况下,周转 齿轮系减速器的体积是定轴齿轮系减速器的 15%~60%,重量为20%~55%。
3.实现变速传动
4.实现变向传动
5.实现分路传动
6.用作运动的合成与分解 (1)运动合成
z3 n1 nH i 1 n3 nH z1
注意:单一周转齿轮系中行星架与两个中 心轮的几何轴线必须重合,否则不能转动
周转齿轮系可根据其自由度的不同分为两类
• 行星齿轮系 有一个中心轮固定不动,自由度等于1
• 差动齿轮系
两个中心轮均不固定,自由度等于2
差动齿轮系(1)
差动齿轮系(2)
• 4.1.3
组合周转齿轮系
即包含有定轴齿轮系,又包含有周转齿轮系,或者是由 几个单一周转齿轮系组成 。
转化前的周转轮系
i1K
转化后原周转轮系变成定轴轮系
构件 原机构 n1 1
2 3 H n2 n3 nH 转化机构(定轴) n1H n1 nH
H n2 n2 nH H n3 n3 nH H nH nH nH 0
转化前后机构中各 构件转速
• 既然周转齿轮系的转化机构是定轴齿轮系,所以转化机构的传 动比可用求解定轴齿轮系传动比的方法求得
n1 z2 i12 n2 z1
外啮合传动,两轮转向相反,取“一”号
内啮合传动,两轮转向相同,取“十”号
如图所示的定轴齿轮系中,设轴I为输入轴,轴V为输出轴,各轮 的齿数为:Z1、Z2、Z2'、Z3、Z3'、Z4、Z5,各轮的转速分别为: n1、n2 、n2' 、n3、n3'、n4 、n5,求该齿轮系的传动比i15。 在齿轮系中,2轮与2'轮及3轮与3'轮共轴线——双联齿轮 n2 = n2' 、n3=n3' 齿轮系的传动比可由各对齿轮的传动比求出
知各轮齿数为Z1=Z5=39,Z2=27,Z3=93,Z3'=81,Z4=21, 求主动轴I与螺旋桨轴Ⅲ之间的传动比iⅠⅢ 。
4.5
齿轮系的应用
齿轮系在机械传动中应用非常广泛,主要有以下几个方面。
1.实现相距较远的两轴之间的传动
2.实现较大传动比的传动
z1
=100,
z2
=101,z 2 =100,z3 =99
24
n4 n H
Z 2
3
3)找出各齿轮系的转速关系,联立求解 由图知:n2' =n2 故由(a)式得n2'=n2=-n1=-300rpm 将n2'=-300rpm、n4=0代入(b)式,得 3 nH 11 n2 81.82 rpm
负号表示:系杆H与齿轮1转向相反。
例6: 直升飞机主减速器的齿轮系如图,发动机直接带动齿轮 1,且已
§4.1
齿轮系的分类
定轴齿轮系的传动比 周转齿轮系的传动比 组合周转齿轮系的传动比 齿轮系的应用
§4.2
§ 4.3 § 4.4 § 4.5
§ 4.6
减速器
齿轮系:由多对齿轮组成的传动系统
一、齿轮系的类型
第一节 齿轮系的分类与功用
4.1 齿轮系的分类
轮系传动时,根据各齿轮轴线的位置是否固定,可分为 定轴轮系(如图8-1所示)和周转轮系(如图8-2所示)两 大类。
i15 i12i23i34i45 ( n1 n2 n3 n4 n 1 n2 n3 n4 n5 n5
z z z2 z )( 3 )( 4 )( 5 ) z1 z2 z3 z4 z2 z3 z4 z5 z1 z2 z3 z4
(1)3
传动比为负值,表明轮l与轮5转向相反。 由啮合关系依次画出各轮转向箭头也可确定传 动比的正、负值。
二、减速器的结构
(一)组成及其功能:
减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆、蜗轮)、轴、轴承、 联接零件(螺钉、销钉等)及箱体附属零件、润滑和密封装置 等部分组成。下图为一级圆柱齿轮减速器。 减速器中常采用滚动轴承:当轴向力很大(如采用圆锥齿 轮、斜齿轮等),则采用圆锥滚子轴承。对于需传递的转矩很 大的减速器(如汽车),常采用花键轴。 箱体:传动的基座,是用来支撑和固定轴系零件,保证传 动零件正确啮合,使箱内零件具有良好的润滑和密封。
定轴齿轮系十周转齿轮系(1)
定轴齿轮系十周转齿轮系(2)
i1K
4.2 定轴齿轮系的传动比
• 传动比:齿轮系中首末两轮的转速(或角速度)之比 ,用 “ ”表示。
i1k
i1k
1 n1 k nk
确定传动比,包括两方面的内容: 1、计算其传动比的大小; 2、确定其输入轴与输出轴转向之间的关系。 一对圆柱齿轮组成的传动可视为最简单的齿轮系 ,其传动比为
式中m ——齿轮G、K 间外啮合齿轮的对数。
• 计算周转齿轮系传动比时应注意以下几点: H (1) iGK iGK (2)公式只适用于输入轴、输出轴轴线与系杆 H 的回转轴 线重合或平行时的情况; (3)将nG、nK、nH中的已知转速代入求解未知转速时,必 须代入转速的正、负号。在代入公式前应先假定某一方向的转 速为正,则另一转速与其同向者为正,与其反向者为负 ; (4)对含有空间齿轮副的周转齿轮系,若所列传动比中两 轮G、K的轴线与行星架H的轴线平行,则仍可用转化机构法求 解,即把空间周转齿轮系转化为假想的空间定轴齿轮系。计算 时,转化机构的齿数比前须有正负号。若齿轮 G、K与行星架H 的轴线不平行,则不能用转化机构法求解。
1 ∴ 8.89 rad s 6 2.25
1 Z 2 Z 4 Z 6 i16 2.25 6 Z 1 Z 3 Z 5
ω6 的方向只能在图中按啮合关系画 箭头判断,如图所示。
i1K
4.3
周转齿轮系的传动比
• 周转齿轮系的传动比不能直接计算,可将整个周转齿轮系 加上一个与系杆H的转速大小相等、方向相反的公共转速 (-nH),使其转化为假想的定轴轮系。
i
H 13
n n
H 1 H 3
n1 nH z3 1 z2 z3 ( 1) z1 z1 z2 n3 nH
式中,负号表示轮l与轮3在转化机构中的转向相反。
将以上分析推广到周转齿轮系的一般情形
i
H GK H nG nG nH m 齿轮G、K间所有从动轮齿数连乘积 H (1) nK nK nH 齿轮G、K间所有主动轮齿数连乘积
2 O2 H 1 4 OH

3 nH 8 (n1 5 3 n3 )
当 n1、n3 同方向时:
3 nH 8 (n1 5 3 n3 ) 812.5rpm
1
5 O 3 O 3O
1 H H
(n nH )
3
H
4
1
nH与n1同向
当n1、n3 反方向时(n3=-700rpm):
3 nH 8 (n1 5 3 n3 ) 62.5rpm
二、齿轮系的功用
轮系的功用大致可归纳为以下几个方面:
1.实现两轴间远距离的运动和动力的传动 2.实现变速、变矩传动 如图8-3所示。
3.实现换向传动
如图8-4所示为三星换向机构。
4.实现差速作用(运动的分解) 以汽车为例,如图8-5所示。
4.1.1
定轴齿轮系
齿轮系运转时,各齿轮的轴线相对于机架的位置都 是固定不变的。
周转齿轮系的传动比的计算
例3:如图差动轮系,已知:Z1=30, Z2=15, Z3=50, n1=1000rpm, n3=700rpm,求:nH =?
解: i
H
13
n1 nH
n1 nH Z 2Z 3 5 O =n n Z 1Z 2 3 3 3 H 2
2 3
3 O1 O3
大小?
例1: 如图所示,已知n1=500r/min,Z1=20,Z2=40,Z3=30,Z4=50。 求:n4=? 解:
3 n4 n1 150 r min 10
传动比为负值,说明n4与n1转向相反。 n4的转向也可按啮合关系在图中画转向箭头判断。
例2: 如图所示,已知:ω1=20rad/s,Z1=Z3=10,Z2=Z4=15, Z5=Z6=8。求:ω6 =? 解:
平面定轴齿轮系(1)
平面定轴齿轮系(2)
空间定轴齿轮系
• 4.1.2
周转齿轮系
齿轮系运转时,至少有一个齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线转动 基本周转齿轮系由三个活动构件组成
行星齿轮:既作自转又作公转的齿轮2 行星架(系杆) :支持并带动行星轮 转动的构件H 中心轮(太阳轮):与行星轮啮合且
轴线位置固定的齿轮1、3
图中齿轮4,同时与两个齿轮啮合,故其齿数不影响传动比的大 小,只起改变转向的作用,这种齿轮称为介轮或惰轮。 推广到一般定轴齿轮系,设轮1为首轮,轮k为末轮,该齿轮系 的传动比为
i1k (1) m 齿轮1至k间各从动轮齿数连乘积 齿轮1至k间各主动轮齿数连乘积
首末二轴转向关系判别: 1 平面定轴齿轮系: 按外啮合次数m,用(-1)m判断。 2 空间定轴轮系: 由啮合关系依次画出各轮转向箭头来确定。
减速器在机器中用来减速,也可以用来增速:减速器是由置于刚性的 封闭箱体中的一对或几对相啮合的齿轮组成。它在机器中常为一独立部 件,用来降低转速,在个别情况下,可能遇到用来增加转速的增速器。 减速器由于结构紧凑,效率高,寿命长,传动准确可靠,使用维修 方便,得到了广泛应用。
一、齿轮减速器的类型(后详细概述)
讨论:是否可以将n1代为负,n3代为正?
2 n2H
2’ n1 n1H 1 H n3
3
n3H
试算,分析结果。 nH= -50 r/min
?
4.4

组合周转齿轮系的传动比
计算组合周转齿轮系的传动比,要用分解齿轮系,分步求 解的办法: (1)将整个组合周转齿轮系分解成若干定轴齿轮系和单一 的周转齿轮系; 分解组合周转齿轮系的关键是找出周转齿轮系。 找周转齿轮系的步骤是行星轮→行星架 →中心轮,即根据 轴线位置运动的特点找到行星轮,支承行星轮的是行星架,与 行星轮相啮合且轴线位置固定的是中心轮。 当从整个齿轮系中划分出所有单一周转齿轮系后,剩下的 轴线固定且互相啮合的齿轮便是定轴齿轮系部分了。 (2)分别列出各单级轮系的传动比计算式;
H 13
2nHale Waihona Puke Baidu n1 n3
(2)运动分解
2n4 n1 n3 汽车直线行驶时 n1 n3 n4 nH r l r l 汽车向左转弯时 n1 n 4 n3 n4 r r
4.6
减速器
减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置,用来降 低转速和增大转矩,以满足工作需要。
1.按齿轮的型式来分(依据齿轮轴线相对于机体的位置固定与否) 减速器可分为定轴齿轮减速器(圆柱齿轮减速器、锥齿轮减速器、蜗杆 减速器、锥-圆柱齿轮减速器等)和行星齿轮减速器。 2.按传动级数来分 可分一级、二级和多级。
下图是减速装置的传动简图。图中:1、电动机;2、 经胶带传动;3、带动齿轮减速器的输入轴;4、齿轮减 速器输出轴端装有联轴器;5通过联轴器带动工作机械。 目前减速器的主要参数如中心距、传动比、模数、齿 宽系数等都已标准化。
nH与n1反向
例4: 如图所示。已知:Z1=48, Z2=48, Z2’=18, Z3=24, n1=250 r/min, n3=100 r/min, 转向如图,试求nH的大小和方向 分析: • 轮系类型——锥齿轮组成的周转轮系 • 转化机构中各轮转向用箭头判断 z2 z3 n1 nH 48 24 4 H 解: i13 z z n3 nH 48 18 3 1 2' n1 nH 250 nH 4 n3 nH 100 nH 3 350 nH 50 r / m in 转向同n1 7
(3)根据齿轮系的组合方式,找出各单级轮系之间的转速 关系,联立求解。
组合周转齿轮系的传动比
例5: 已知:Z1=Z2=Z3=20,Z2‘=30,Z4=80。n1=300rpm 。求:nH =?
解: 1)分解齿轮系 齿轮2'、3、4及H杆组成一周转齿轮系; 齿轮1、2组成一定轴轮系。
2)分别列出各单级齿轮系的传动比计算式 n1 Z2 1 (a ) 定轴轮系 i12 n2 Z1 周转轮系 i H n2 n H Z 4 8 (b)
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