机械设计基础(少学时)第10讲.ppt

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1、一、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算,二、蜗杆传动的相对滑动速度、效率和润滑,三、蜗杆和蜗轮的材料及结构,四、蜗杆传动的受力分析、失效形式,五、工作能力计算,旧课回顾,本讲重点学习内容：,一、定轴轮系和周转轮系的传动比计算,二、轮系中从动轮转动方向的判定,三、轮系的功用,第五章 轮系,第四节 轮系的功用,第一节 概述,第二节 定轴轮系及其传动比计算,第三节 周转轮系及其传动比计算,本讲小结,根据转化轮系传动比来计算,轮系:由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统。,一、轮系的概念与分类,二、定轴轮系的传动比,三、周转轮系的传动比,四、混合轮系的传动比,分类：定轴轮系、周转轮系、混合轮系,五、轮系的

2、功用,首钢矿业公司培训中心,第一节 概述,单级齿轮传动或蜗杆传动是比较简单的传动形式。在实际工程中，为了满足各种不同的工作要求，常常采用一系列齿轮(包括蜗杆蜗轮)将主动轴与从动轴联接起来。这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。,根据轮系运转时各个齿轮的轴线相对于机架的位置是否固定，可以将轮系分为,定轴轮系,周转轮系,在轮系中，主动轴与从动轴的角速度之比或转速之比，称为轮系的传动比。,返回本章,定轴轮系,在轮系运转过程中，每个齿轮的几何轴线位置都是固定不变的。这种轮系称为定轴轮系。,返回本节,周转轮系,返回本节,在轮系运转过程中，至少有一个齿轮的几何轴线是绕位置固定的另一齿轮几何轴线在转动。这

3、种轮系称为周转轮系。,在周转轮系中，轴线位置固定的齿轮称为太阳轮。既作自转又作公转的齿轮称为行星轮，轮系中有无行星轮是判断周转轮系的主要标志；支持行星轮的构件称为系杆(也称转臂或行星架)。,按照自由度数目的不同，可将周转轮系分为两类：,差动轮系 自由度为2,行星轮系 自由度为1,第二节 定轴轮系及其传动比计算,返回本章,一、单级传动的传动比,二、定轴轮系的传动,两轴间的转向关系的确定方法,式中，m为轮系中外啮合的次数,例5-1,例5-2,两轴间的转向关系的确定方法,如果两轴平行(图a、b)，则既可用图示的箭头法来表示两轴间的转向关系，也可用符号法来表示两轴间的转向关系。,如果两轴不平行(图c、

4、d)，则两轴间的转向关系只能用箭头法来表示。,其中，锥齿轮传动(图c)的箭头画法，要注意箭头对箭头或箭尾对箭尾；而蜗杆传动(图d)的箭头画法，则应按左右手定则确定蜗轮的转动方向。,返回本节,定轴轮系的传动,返回本节,将上述各级传动比相乘，则,在如图所示的轮系中，各级传动比分别为,综上所述，将定轴轮系传动比的计算写成通式，如下,已知图示轮系的各轮齿数，求传动比,解：因为是同轴轮系，可以用符号表示主动轮与从动轮的转向关系，其传动比为：,负号表示主动轮与从动轮的转向相反,注意：1）3轮即是主动轮又是从动轮，它对传动比的大小没影响，其作用是改变方向，称为过轮、惰轮或中间轮。2）22，44是同轴上的两个

5、轮，而不是一级传动。,例5-1,返回本节,例5-2,在右图所示的定轴轮系中，齿轮1为主动轮，其转速n1=3000r/min，转向如图所示。已知各齿轮的齿数，求蜗轮的转速n4，并判断其转动方向。,解：这是一个含有锥齿轮传动和蜗杆传动的定轴轮系，主动轮与从动轮间的转向关系只能用箭头法判定，如图所示。,轮系的传动比为,则蜗轮的转速为,(顺时针方向转动),返回本节,第三节 周转轮系及其传动比计算,返回本章,一、计算思路,二、任意周转轮系的转化轮系传动比的计算公式,采用反转法可使周转轮系转化为假想的定轴轮系，这时便可应用定轴轮系传动比的计算方法，进而求出原周转轮系的传动比。,采用反转法计算周转轮系的传动

6、比，应注意的几个问题,例5-3,例5-4,三、混合轮系,例5-5,例5-6,课间休息,反转法,返回本节,3)对于不是所有轴线都平行的周转轮系，在对其转化轮系进行传动比计算时，齿数比前的符号不是依据外啮合的次数而是用箭头法来确定的。由于转化轮系中各构件的转动方向并不代表构件的实际转向，故用箭头法确定符号时画虚线箭头。,注意事项,返回本节,2)由于采用反转法时给整个机构加上了一个公共转速“-nH”，因此转化轮系的传动比计算属于代数运算。计算时，应将各轮转速的符号一并代入，齿数比前也要根据齿轮的转向关系，冠以正负号。,1)反转法只能用于平行轴间的构件。在右图所示的轮系中，构件l、3、H轴线平行，它们

7、之间可以应用反转法，而构件2与其他构件的轴线不平行，则在构件2和其他构件之间就不能应用反转法。,例5-3,如图周转轮系，已知z1=20，z2=30，z3=80，齿轮1和齿轮3的转速为n1=n3=10r/min，两轮转向相反。求系杆的转速nH和传动比iH1。,解 设齿轮1的转动方向为正，即n1=10r/min，则n3=-10r/min。转化轮系的传动比为,则,式中负号表示系杆H与齿轮1的转动方向相反,式中，传动比为负值，也说明系杆H与齿轮1的转动方向相反,返回本节,例5-4,返回本节,如图所示的轮系，已知各齿轮的齿数，求传动比iH1,解 齿轮3与机架固定在一起，故n3=0。这是一个机构自由度为1

8、的行星轮系。由,这个周转轮系的4个齿轮的齿数都不多，齿数差也很少，但获得的传动比却很大，这在定轴轮系中是难以实现的。但传动比越大，效率越低，故只适用于传递运动而不适用于传递动力。,例5-5,在如图所示差动轮系中，已知z1=z3。若n1和nH转动方向相反，且都等于10r/min,求齿轮3的转速n3并判断其转动方向。,解 齿轮1、3和系杆H的转动轴线平行，可以对它们应用反转法。设齿轮1的转动方向为正，即n1=10r/min，则nH=-10r/min，在转化轮系中，有,结果为负值，表示轮3的转动方向与轮1相反。,在本例中，若n1和nH转动方向相同，且都等于10r/min，则n3=10r/min，结果

9、为正值，即n3与n1转动方向相同。由此说明，图中的虚线箭头并不代表实际构件的转动方向。,返回本节,混合轮系,在实际工程中，有时在一个轮系中包含几个基本的周转轮系，或在一个轮系中同时包含定轴轮系和周转轮系。这种轮系称为混合轮系。混合轮系不可能转化成一个单一的定轴轮系，故不能一次求解，而必须先将各个基本的轮系区分开来，然后对每一个基本轮系分别进行计算，最后根据各个基本轮系间的联接关系求出所需要的结果。,返回本节,例5-6,在右图所示的轮系中，已知z1=20，z2=30，z3=80，z4=40，z5=20。求传动比i15。,解：此轮系由定轴轮系（系杆H、4和5）与周转轮系（1、2、3和系杆H）组成，

10、系杆H与齿轮4固联在一起，具有相同的转速，即nH=n4。,返回本节,式中负号表示齿轮1与齿轮5的转向相反。,第四节 轮系的功用,返回本章,1获得较大的传动比,2获得中心距较大的传动,3改变从动轴的转速和转向,4实现分路传动,5实现运动的分解与合成,6减速器,获得较大的传动比,返回本节,一对齿轮传动，为了避免由于齿数过于悬殊而使之易于发生齿根干涉和小齿轮易于损坏等问题，一般取imax=57。当需要两轴之间的传动比较大时，可以采用轮系传动，通过一系列互相啮合的齿轮或蜗杆蜗轮，将主动轴与从动轴联接起来，既可以获得较大的传动比，又不致使传动的外廓尺寸过大。当要求传动比很大时，可采用行星轮系传动。,获得

11、中心距较大的传动,返回本节,如图所示，若轴和轴之间采用一对齿轮传动(图中双点划线所示)，则所需齿轮直径很大；而采用轮系传动(图中点划线所示)，可有效地缩小齿轮直径。这样，既能使传动比保持不变，又能节省材料和减轻机器的质量。,改变从动轴的转速和转向,返回本节,在主动轴转速和转向不变的情况下，利用轮系可以使从动轴获得不同的转速和转向。,实现分路传动,返回本节,利用轮系可以使一个主动轴带动若干个从动轴同时转动。如图所示的轮系，可把主动轴的转动分成7路传出。,实现运动的分解与合成,返回本节,利用差动轮系，可以把一个原动件的运动按给定条件分解成两个从动件的运动；也可以把两个原动件的运动合成为一个从动件的

12、运动。轮系的这种性能在汽车后桥、机床以及其他机械中都得到了广泛的应用。如图所示的轮系就是一个典型的差动轮系。,减速器,返回本节,减速器是由封闭在刚性壳体内的齿轮传动或蜗杆传动所组成的独立部件，也是轮系应用的常见形式。通常安装在原动机和工作机之间，起降低转速和增大转矩的作用。,减速器具有结构紧凑、效率高、使用和维护简单等特点，所以应用广泛。它的主要参数已经标准化，并由专业厂家进行生产。一般情况下，按工作要求，根据传动比i、输入轴转速n和功率P等，选用标准减速器，必要时也可以自行设计与制造。,减速器按传动原理可分为两类,减速器的主要形式及分类见表5-2,普通减速器,全部由定轴轮系组成的减速器称为普

13、通减速器。在没有特别说明的情况下，减速器指的都是普通减速器。普通减速器的种类很多，分类方法也各不相同。1、按传动的类型，减速器分为圆柱齿轮减速器、锥齿轮减速器、蜗杆减速器、锥齿轮一圆柱齿轮减速器和蜗杆一圆柱齿轮减速器等。2、按传动的级数，减速器分为一级、二级、三级和多级减速器。3、两级和两级以上的圆柱齿轮减速器，按布置形式又分为展开式、分流式和同轴式等。尽管减速器有多种形式，但它们在结构上没有本质的差别，都是由齿轮、蜗杆和蜗轮、轴、轴承、箱体等基本零件配置而成，都需考虑润滑、密封、调整等问题。有关减速器的结构与设计方面的知识，可参阅有关的专门著作与图册。,行星减速器,行星减速器的突出特点是传动

14、效率可以很高，传动比范围广，传递功率也可以从几w到几十万kW，而体积和质量却比普通齿轮、蜗杆减速器小得多。,行星减速器的类型很多，选择时应考虑结构尺寸、传动比范围、传动的功率和效率等因素。一般来说，转化轮系传动比为负的周转轮系总比转化轮系传动比为正的周转轮系效率高。当传动功率较大时，需要优先考虑其效率。,行星减速器有渐开线齿轮减速器、摆线针轮减速器和谐波齿轮减速器等。它们都具有传动比大、结构紧凑、相对体积小等特点。但总的来说，行星减速器结构比较复杂，对制造精度要求较高。,主要由周转轮系组成的减速器称为行星减速器。,表5-2 减速器的主要形式及分类,下一页,表5-2 减速器的主要形式及分类（续）

15、,课间休息,首钢矿业公司培训中心,蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算,1、模数与压力角,2、蜗杆导程角和蜗轮螺旋角,3、蜗杆分度圆直径,4、蜗杆头数与蜗轮齿数：可根据传动比来选取,5、蜗杆传动的传动比,6、蜗杆传动的几何尺寸计算,蜗杆传动的相对滑动速度、效率和润滑,1、蜗杆传动的相对滑动速度,2、蜗杆传动的效率,相对滑动速度vs比v1、v2都大。它对啮合处的润滑情况及磨损、胶合都有很大影响，一般应限制vs15ms。,3、蜗杆传动的润滑,润滑剂通常采用粘度较大的矿物油。润滑油中往往加入各种添加剂，以提高传动的抗胶合能力。闭式蜗杆传动一般采用油池润滑或喷油润滑，开式蜗杆传动采用粘度较高的齿轮油或润滑脂润滑。,蜗轮常见的结构有整体式和组合式两种。,蜗杆和蜗轮的材料及结构,1、蜗杆和蜗轮的材料,蜗杆常用的材料是碳钢和合金钢,蜗轮的常用材料为青铜。,2、蜗杆和蜗轮的结构,蜗杆常见的结构是蜗杆轴,蜗杆传动的受力分析和失效形式,闭式蜗杆传动，蜗轮的主要失效形式为疲劳点蚀，故通常按蜗轮齿面接触疲劳强度进行计算；此外，传动连续工作时，还应进行热平衡计算。,开式蜗杆传动，磨损和胶合为其主要失效形式，通常只计算蜗轮齿根弯曲疲劳强度。,1、蜗轮齿面的接触疲劳强度计算,2、蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算,润滑油的工作温度为,保持正常工作油温所需的散热面积为,3、蜗杆传动的热平衡计算,工作能力计算,