华科机械原理PPT课件 齿轮系.ppt
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1、第五章 齿轮系,5.1 定轴齿轮系及其传动比,5.2 周转齿轮系及其传动比,5.3 复合齿轮系及其传动比,5.4 齿轮系的功用,5.5 行星轮系的设计,5.6 新型行星传动简介,齿轮系的定义与类型,由一系列齿轮组成的传动系统称为齿轮系。 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: 定轴轮系 周转轮系 复合轮系,定轴轮系,周转轮系,复合轮系,齿轮系的传动比,轮系中首末两轮的角速度之比,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?
2、指南车的原理是什么?,5.1 定轴齿轮系及其传动比,1、定轴齿轮系:齿轮系传动过程中,其各齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定不变的。,2、传动比大小及方向的确定,左(螺)旋/右旋?,确定蜗轮蜗杆旋向,空间想象右左螺栓箭头折返,问题1:求蜗轮/蜗杆旋转方向,问题2:求蜗杆螺旋方向(左旋/右旋),问题3:另一种投影方向上。,蜗杆左螺旋,求:蜗轮旋转方向?,求:蜗杆螺旋方向?(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 .,解:,Z3:仅改变转向,惰轮,3.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
3、传动比计算公式的齿数比前乘以(-1)m,m为外啮合齿轮的对数。,2)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。,大传动比传动,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?,解:(1) 走秒传动,由轮1,2(2),3(3),4组成定轴轮系,得,(a),(2) 走分传动,由轮1,2组成定轴轮系,得,(b),(3) 走时传动,由轮1,2(2),6(6),7组成定轴轮系,得,(c
4、),故,故,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。,5.2 周转齿轮系及其传动比,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。,由行星轮、中心轮、转臂和机架组成。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)。,一、周转齿轮系的特点,周转轮系转化为定轴轮系,周转轮系,与,定轴轮系,的区别?,二、周转齿轮系传动比的计算(反转法),转化齿轮系的传动比就可以按定轴齿轮系传动比求解:,一般计算公式:,假定转向相同,对上式作以下说明:,1)只适用于
5、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。,2)齿数比前一定有“+”或“”号。其正负号判定,可将转臂H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。,3)注意1 、 k 、 H 应分别用正负号代入(推导时假定三者同向);,4)1 、 k 、 H 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;,例,注意i1kH与i1K的区别,常用换算,例5-2-1:已知齿数z1=30, z2=20, z2=z3= 25, n1=100r/min, n3=200r/min。 求nH。,解:,1) n1与n3 同向, n1=100r/minn3=200r/m
6、in代入,可得,nH=-100r/min,nH=700r/min,可得,所求转速的方向,须由计算结果得正负号来决定,决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=10000,若z3=100,H与齿轮转向相同,H与齿轮转向相反,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,根据自由度数来分差动轮系 F
7、= 3n-2PL-PH = 34 - 24 - 2=2行星轮系 F= 3n-2PL-PH = 33 - 23 - 2=1,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。,2、根据基本构件不同来分,2K-H型3K-H型,3、根据传动比符号分,正号机构转化机构的传动比符号为“”。负号机构转化机构的传动比符号为“”。,2K-H的常见结构1,转臂H的假想齿数ZH,2K-H的常见结构2,4、典型行星轮系的传动比,显然有:Z3Z1,以Z1=18、Z2=9、Z3=36为例。,减速(2),反向传动,等速,同向传动,减速(3),同向传动,四、有多
8、个行星轮的周转齿轮系,若z2=z2, z3=z3, 则有:,常见2KH型周转轮系及其 转化机构传动比计算,负号机构,负号机构,负号机构,负号机构,正号机构,正号机构,正号机构,5.3 复合齿轮系及其传动比,1、复合齿轮系:既含有定轴齿轮系,又含有周转齿轮系 ,或者含有多个周转齿轮系的传动。,轮系的传动比: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:传动比的大小和齿轮的转向。,2 、复合齿轮系传动比的计算方法,2)分列方程,3)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。,4)注意符号,1)分清轮系,a、齿数比连乘积前的符号;,b、已知转速应以代数量代入:即带“+”或“
9、-” ;,c、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反;,已知:z1=30, z2=20, z2=30, z3 = 25, z4 =100, n1=100r/min, 求i1H。,2)分列方程,3)联立求解:,1)分清轮系:,1-2为两定轴轮系,2-3-4, H为行星轮系。,(方向与n1反向),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-
10、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=1935/114=35/6=5.833转/分(与n1同向),例 :已知z1= 1(右旋), z1=101, z2=99, z4=100, z5=1(右旋), z5=100, z2= z4 , n1=100r/min,试求转臂H的转速nH。,解: 1、分清轮系,2、分列
11、方程,3 联立求解,(方向与n2同向),1-2;1-5-5-4为两定轴轮系;2-3-4, H为周转轮系;,例:已知: z1=50,z2=100,z3 = z4 = 40, z4 =41, z5 =39, 求: i13 。,解:1、分清轮系:,3-4-4-5, 2(H)组成行星轮系;1-2组成两定轴轮系。,2、分列方程:,3、 联立求解,(a),(b),组合机床走刀机构,改变齿数可实现换向传动!,图(a): 1-2-2-3-H为F = 1的行星齿轮系,4-5-6-H为F = 1的行星齿轮系,图(b): 1-2-3(H2)-H1为F = 1的行星齿轮系,4-5-6-H2(3)为F = 1的行星齿轮
12、系,图(c): 1-2-3-H1为F = 1的行星齿轮系,3-4-5-H2为F = 1的行星齿轮系,如图(b), 1、2、2、3、H组成 F = 1的行星齿轮系,(a),(b),3K型齿轮系 (3个中心轮和一个转臂),齿轮3、2、2、4、H组成 F = 1的行星齿轮系,图(a)的计算过程,参见书P157,5.4 齿轮系的功用,1、在体积较小及重量较轻的条件下,实现大功率传动,2、获得较大的传动比,例子,3、用作运动的合成与分解,或,或,差速机构,即:左/右轮转速必须满足:,车轮,1、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,传统车用四档
13、齿轮变速机构,方法1: 增加隋轮方法2: 改变齿数比方法3: 行星轮(改变固定构件),6、实现变速传动,炼钢转炉变速倾动装置要求:装料时倾动快,出钢/渣时倾动慢。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。优点(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。,辛普森式(Simpson)变速机构,将两个单排单级行星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.,拉威娜式(Ravigneaus) 变速机构,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
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