封闭行星齿轮传动及其J特性图在现代机械传动中的应用.ppt

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1、,封闭行星齿轮传动 及其J特性图在现代机械传动中的应用,讲座提纲,行星轮系与差动轮系封闭差动轮系封闭行星传动的优点封闭行星传动的应用与发展J特性图在封闭行星传动设计中的应用,行星齿轮传动发展概况,我国早在南北朝时代（公元429500年），祖冲之发明了有行星齿轮的指南车。因此我国行星齿轮传动的应用比欧美各国早1300多年。1880年德国第一个行星齿轮传动装置的专利出现了。19 世纪以来，随着机械工业特别是汽车和飞机工业的发展，对行星齿轮传动的发展有很大影响。1920年首次成批制造出行星齿轮传动装置，并首先用作汽车的差速器。,行星齿轮传动发展概况,二战后，高速大功率传舰航空发动机等的发展，促进行星

2、齿轮传动的发展。高速大功率行星齿轮传动广泛的实际应用，于1951年首先在德国获得成功。1958 年后，英意日美苏瑞士等国也获成功.。英国Allen齿轮公司生产的压缩机用行星减速器，功率25740KW；德国Renk公司生产的船用行星减速器，功率11030KW,行星齿轮传动发展概况,低速重载行星减速器已由系列产品发展到生产特殊用途产品，如法国Citroen公司生产用于水泥磨榨糖机矿山设备的行星减速器，重达125t，输出转矩3900kN.m;我国从20世纪60年代起开始研制应用行星齿轮减速器,制定了NGW型行星齿轮减速器标准JB1799-1976。还研制成功高速大功率的多种行星行星齿轮减速器，例如万

3、立方米制氧透平压缩机（6300kw）的行星齿轮箱。低速大转矩的行星减速器也已批量生产，如矿井提升机的XL-30型行星减速器（800kw）等。,行星齿轮传动发展方向,世界各先进工业国行星齿轮传动已达到了较高水平，我国与世界先进水平虽存在明显差距，但随着技术引进，在消化吸收国外先进技术方面取得长足进步。目前行星齿轮传动正向以下几个方向发展：1.向高速大功率及低速大转矩的方向发展。日本生产了巨型船舰推进系统用的行星齿轮箱，功率为22065kw，大型水泥磨所用80/125型行星齿轮箱，输出转矩高达4150kN.m。,行星齿轮传动发展方向,2.向无级变速行星齿轮传动发展。实现无级变速就是让行星齿轮传动中

4、三个基本构件都转动并传递功率，这只要对原行星机构中固定的构件附加一个转动（如采用液压泵及液压马达系统来实现），就能成为无级变速器。3.向复合式行星齿轮传动发展。高速级用定轴传动，低速级用行星齿轮传动。例如制碱工业澄清桶用蜗杆蜗轮-行星齿轮减速器，总传动比i=4462.5，输出轴n=0.215r/min，输出转矩27200N.m。,行星齿轮传动发展方向,4.向少齿差行星齿轮传动方向发展。用于大传动比小功率传动。5.制造技术发展。高硬齿面精密加工从而提高承载能力，保证可靠性和使用寿命。详见机械工业出版社2002年版（渐开线齿轮行星传动的设计与制造,行星传动技术，世界各国机械传动发展的重点之一！,行

5、星齿轮传动具有体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大，传动效率高，可实现运动的合成和分解等优点。因此行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械，矿山机械，冶金机械，起重运输机械，轻工机械，石油化工机械，机床，机器人，汽车，坦克，火炮，飞机，轮船，仪器和仪表等各个方面。由于它不仅适用于高转速，大功率，而且在低速大转矩的传动装置上也已获得了应用。它几乎可适用于一切功率和转速范围。故目前行星传动技术已成为世界各国机械传动发展的重点之一。,请看录象片,周转轮系的功用,模数0.06mm的微行星齿轮减速器,微机电系统(MEMS)是近年来兴起的一门新兴技术，在MEMS中，微马达是重要的执行器。上海交通大学已经研制出

6、了直径2mm的电磁型微马达，为拓宽其应用范围，上海交通大学信息存储研究中心薄膜与微细加工国家教委开放实验室研制了微3K-2型行星齿轮减速器。该减速器模数m0.06，结构紧凑重量轻体积小传动比大传动平稳抗冲击振动的能力强效率高。该项目为国家“九五”重点科技攻关项目（96745-01-01）(见“机械设计”2000年第12期),封闭行星齿轮传动技术，已引起我国齿轮界人士的极大关注！,由于封闭行星齿轮传动具有传动比更大，其体积比双级行星齿轮传动更小，即具有更大的增矩性能和广阔的传动比范围，所以近十几年来，封闭行星齿轮传动技术在工业发达国家的现代机械中发展得相当迅速，应用日益广泛。近几年来，随着我国对

7、外开放的深入发展，引进了许多先进的现代机械设备和传动技术，从而使该项先进的机械传动技术进入了我国的设计领域，引起了我国齿轮界人士的极大关注和重视，并开始对封闭行星传动进行深入研究和进一步发展。在我国已引进的机械设备和国产化产品中正在获得较好应用。-摘引自2003年版，饶振纲编著行星齿轮传动设计,行星轮系与差动轮系,F=3x3-2x3-2=1 F=3x4-2x4-2=2,封闭差动轮系,F=3x5-2x5-4=1,封闭行星传动的优点,封闭行星传动的优点：结构紧凑，传动比更大，其体积比双级行星齿轮传动更小；即具有更大的增矩性能和广阔的传动比范围。,航空发动机的主减速器,F=1 传递功率2850kw

8、外廓尺寸430mm,封闭行星传动的应用,在我国已引进的机械设备和国产化的产品：工程机械起重机械建筑机械和现代兵器以及航空工业中均获得了较好的应用。,封闭行星传动的发展,近十几年来在工业发达国家的现代机械 传动中发展得相当迅速，应用日益广泛。近几年来，随着我国对外开放深入，引进了许多先进的现代机械设备和传动技术，从而使该项先进的机械传动技术进入我国的设计领域，并引起我国齿轮界人士的极大关注和重视。,20世纪90年代西北轻工学院的研究指出,无级变速传动在现代机械传动领域中占有重要的地位，但一般机械式无级变速器几乎都是依靠摩擦力来传递动力。施加在摩擦副间的法向压紧力高达其所传递的有效圆周力的2075

9、倍。因此，限制了其传动功率。另一方面，对于多种类型的机械式无级变速器来说，实现大的调速范围特别是正反向调速也有一定的困难。为了扩大变速器的传动功率,或者增加它的调速范围，常把它与差动行星齿轮机构进行适当的组合，设法使传递的大部分功率由差动轮系通过，而少量功率通过无级变速器或者利用差动合成来得到广泛的输出转速范围。（原文出自齿轮杂志）,控制式差动齿轮无级变速器,R无级变速器 B定轴轮系-差动轮系,R,B,差动无级变速器的优点,2000年出版的上海普通高校“九五”重点教材现代机械设计系统与结构P100指出：控制式差动无级变速器又叫控制式无级变速器、差动无级变速器，是包括一个差动齿轮组，并采用无级变

10、速传动和其他两个传动来封闭两个中心轮（或者封闭中心轮和转臂）来实现输出转速无级调节的新型传动系统。和电气传动调速相比，控制式差动无级传动调速可以大幅度降低成本并显著提高运行的可靠性,XP1型精密调速无级变速机,20世纪90年代，中华人民共和国常德纺织机械厂生产的“XP1型无级变速机”是P型齿链式无级变速机基本型的一种孪生型，除具有P型齿链式无级变速机的共同特点外，还具有传递功率大，调速精度高等特点。是一种理想的精密调速型无级变速器，适用于浆纱机及各种要求精密调速的机械设备。XP1型无级变速器是功率分流型控制式无级变速机,DX型无级变速机原理图,汽车变速器现状和发展方向,汽车行驶的速度是不断变化

11、的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速（CVT）。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但以其结构简单，效率高，功率大三大优点 依然占领着汽车变速箱的主流地位。围绕汽车变速箱多个研究方向，各国汽车变速器专家展开角逐。,汽车变速器现状和发展方向,1.摩擦传动CVT 装备金属带式无级变速箱的轿 车已达100多万辆2.液力传动 液力自动变速器只不过是一种过渡产品。是有级变速的自动控制。3电控机械式自动变速器 是有级变速器的自动换挡控制。4齿轮无级变速器 有全新的设计思想。利用齿轮传动实现高效率，大功率的无级变速传动。,一种车辆用差动齿轮式 无级变速机的研制,20世纪90年代初，日本国立信州

12、大学两角宗晴教授来华讲学，介绍了前面所示的DX型无级变速机。这是一种带有差动齿轮和无级变速带传动的装置。经分析，系统中发生功率循环，在常用的高速工况下，皮带控制装置承受功率小，而且效率高；在低速工况，情况相反。研制的样机实验结果证实了理论分析。本系实验室也仿制模型样机一台，供同学们在毕业设计中进行改进研究。同学们提出了不少改进方案，并且绘出改进设计的图纸。,图纸,图纸,指南车的历史考察,指南车也叫“司南车”，是预先让车中台上的木偶人指向南方，不管车子走向何方，木偶人始 终指向南方的二轮车。历史上有传说，也有史书记载有三国时的马钧、南北朝的祖冲之、北宋的燕肃等成功制造了指南车。,指南车的历史考察

13、,国内外许多专家长期对此进行了研究，有英国人A.C.Moule、中国清华大学张荫麟、中国上海机械学院颜志仁、四川大学卢志明、日本中田孝、两角宗晴。两角宗晴的研究推测指出：用差动齿轮机构的车辆尽管不具备电气、电子的控制装置，但是仍能够将各输入、输出轴的转速分成适当的值。差动齿轮式指南车与功率循环型控制式差动无级变速机原理完全相同。而且试制了这种指南车在马路上拉着到各处走。,一、项目简介：KWB一016型控制式无级变速器具有微细精密调速和丢转率很小之突出优点。尤宜应用于张力控制的纺织、化纤、制绳、食品、印染和造纸机等机械，又可实现调速范围为无穷大调速，故宜应用于有大调速范围要求的各种机械，例如锅炉

14、炉排调速器。作为无级变速器的一种可广泛采用于各类要求实现无级调速的机械。控制式无级变速器的技术原理是机械无级变速传动封闭两个自由度的差动轮系的两个中心轮，运动和动力由一个原动机通过两个中心轮同时进入差动轮系，进行代数合成，从而在差动轮系转臂输出构件上，得到比封闭环节的机械无级变速传动的调速范围扩大或缩小了的调速范围。控制式无级变速器通过对封闭环节无级变速传动的控制，达到全系统的控制。二、技术指标：设计目标：取代日本进口在ACW和ACS系列皮带无级变速器。输出转速：016rpm，运行中无级可调。恒输出转矩：261NM。设计寿命：三班制，使用5年。丢转率：15。转动效：16rpm时，传动效率不低于

15、68。润滑油温升：At25。噪声：70dB。,KWB一016型控制式无级变速器,SQ3A系列曲刃水平滚刀式切丝机技术说明,技术特点如下:1.获得国家专利的曲刃刀辊设计是SQ3系列切丝机的重要特征，切丝刀片在刀辊上斜置，刀刃和刀辊轴线成一空间交角，在刀辊旋转和砂轮磨刀器往复磨SQ3A系列曲刃水平滚刀式切丝机是我公司在总结了多年生产切丝经验的基础上，又充分汲各类先进切丝机的优点，应用当今先进的微电子技术，结合国情，经过五年时间的生产运行考验，针对我机和其他同类机型存在的问题，再次进行高起点设计的新一代高技术切丝机。该机机械结构合理、简单、可靠，其核心技术均有突破性的发明创造，获国家专利，其三大削的

16、复合运动中切丝刀刃口形成一曲刃，从而对物料的切削运动形成连续渐进的螺旋滚切，一改RC4机型KTC机型的继续砍切方式，获得了切削轻快、阻力小、耗能低、切丝质量好的显著效果。,SQ3A系列曲刃水平滚刀式切丝机技术说明,2.“永不磨损”的封闭差动轮系进刀驱动装置(以下称新装置)切丝机重要部组是刀辊，刀辊的核心是进刀部分，现国内外各类先进切丝机主要以多级蜗轮付大降速比的传动方式实现进刀，此类机构机械效率低(60)，传动链冗长，零件繁杂易磨损，可靠性底，而新装置是一套设计新颖，结构巧妙的封闭差动轮系实现进刀的，该装置采用两对齿轮付和一太阳轮替代原复杂冗长的进刀系统，取缔了易磨损的蜗轮付，尤其是驱动进刀的

17、太阳轮相对刀辊转速极低。刀辊转6000转，太阳轮相对刀辊仅转一转，以刀辊最高转速计算，整机工作8小时，驱动进刀的太阳轮只转48转，以缓慢的速度，微小的相对运动量，即可实现进刀，故磨损甚微，近乎于无磨损状态，极大的提高了使用寿命，且结构简单、零件少，易制作，装配、维护；对工作环境要求低，该机构传动链短，齿轮付传动耗能低、机械效率高(98左右)，切削轻快、稳定可靠、切丝质量好。,封闭差动轮系进刀驱动装置传动原理图,J特性图在封闭差动轮系功率流分析中的应用,摘要：简介了J特性图和功率分配系数PF的计算法。查表1可确定功率流形态，又采用了求J直线与t直线交点tp的方法，按图3由tp直接确定功率流种类。

18、给出应用实例，结果与文献1相同。,封闭行星传动具有体积小，速比范围宽和传递功率大等优点。近十几年来，在工业发达国家的现代机械传动中发展迅速，近几年来，也引起我国齿轮界人士极大地关注和重视。1,而在选用封闭式行星轮系时，要特别注意轮系中的功率流的问题。2不少文献对此进行了研究，但实际应用有时似较复杂。现介绍一种用J特性图分析其功率流的新方法3，此法可进行运动分析，又可同时直接得出功率形态的种类，一举两得，简明实用，十分方便。,J直线表示作为原始机构的差动轮系三个基本构件角速比的关系。,t直线表示封闭机构对原始机构的约束条件。,J直线与t直线的交点tp，即封闭行星齿轮传动的工作点。如果改变封闭机构

19、，则工作点tp将在J直线上移动。,功率分配系数PF与功率流分类,令流经轮系被封闭两基本构件1和2的功率P1和P2之比，叫做功率分配系数PF。根据受力分析可得行星齿轮传动各基本构件间转矩M的普遍关系式3，并进一步推导（推导过程从略）可得：表1功率流的分类,按表1所示的不同PF值分别对应的四种“功率流形态代号”：1、2、，在XY平面上分区，则得图3。图3 功率流形态分类图,实例1现已知某航空发动机的封闭行星齿轮减速器的传动简图如图4所示。其各轮齿数为Za1=Za2=35，Zc1=Zc2=31和Zb1=Zb2=97。其输入功率PA=2700KW，作用于轴。试确定该封闭行星齿轮减速器的功率流形态和功率

20、分配情况。,6、结论1）由（4）式可知，功率分配系数PF仅与原始机构和封闭机构的结构和齿数有关，是“内因”决定的，轮系自身固有的。2）由（4）式算得功率分配系数PF值后，查表1便可直接确定功率流形态。3）一般情况下，先进行运动的分析，再作功率流分析，此时在J特性图上求得工作点tp之后，对照图4可同时确定功率流形态，十分便捷。,参考文献1 饶振钢.行星齿轮传动设计M.北京：化学工业出版社，20032 孙桓，陈作模.机械原理（第六版）M.北京：高等教育出版社，20013 日矢田恒二.齿轮应用机构的设计（12）J.机械的研究，1998,本院部分有关研究论文,1.桂乃磐，郭惠昕，张龙庭.功率循环型复合

21、行星齿轮机构效率算法的研究 J.机械研究与应用，2001（1）2.桂乃磐，何哲明.一种车辆用差动齿轮式无级变速机效率和转矩的计算方法 J.常德师范学院学报，2001（2）3.日 两角宗晴著，桂乃磐译.复合行星齿轮装置的计算 J.常德高等专科学校学报，1993（2）：39-464.桂乃磐，郭惠昕.2K-H型单向封闭差动轮系效率计算方法的比较研究 J.机械设计，2001（5）：29-315.桂乃磐,郭惠昕，张龙庭，何哲明.一种车辆用差动齿轮式无级变速机齿轮强度的计算.ICME2000第一届国际机械学术会议论文集(光盘版).机械工业出版社,20006.桂乃磐，郭惠昕，罗佑新.2K-H型单向封闭差动无级变速器效率计算方法的比较研究 J.机械研究与应用，2002（1）：25-25，29,再见,