§11—1轮系及分类
轮系的分类、传动比、及相关计算
定轴轮系+周转轮系
周转轮系+周转轮系
混合轮系传动比计算步骤
问题：能否通过对整个轮系 加上一个公共角速度 (-ωH) 来计算轮系的传动比？
1）首先将各个基本轮系正确的区分出来；
2）分别列出计算各个基本轮系传动比的方程式；
3）找出各个基本轮系之间的联系； 4）将各基本轮系传动比方程式联立求解。
内啮合，齿轮1、 齿轮2转向相同
外啮合，齿轮 1、齿轮2转向 相反
外啮合
内啮合
3、定轴轮系传动比的确定
n2 n2' z3 n1 z2 i23 i12 n3 n3 z2' n2 z1
z5 n4 n3 n3’ z4 i45 i34 n5 z4 n4 n4 z‘ 3
n3
n n
H 1
H 3
n4
n4 z z 3 ( 1 )2 5 6 n4 450 rpm n6 z4 z5 4 n4 nH
n4的转向与n1相同。
1250 450 （ ） 17 n3 450 （ ） 9
空间周转轮系
定轴轮系
得：n3=26.47 与n1、n6同向
例题07
n1 nH 18 70 1.875 0 nH 28 24
n1 1 1.875 nH
i1H
n1 1 1.875 2.875 nH
例2、周转轮系及其传动比
图示差动轮系中，设已知各轮齿数为Z1=15，Z2=25， Z2'=20，Z3=60；又n1=200r/min，n3=50r/min，当：（1）n1 与n3转向相同时；（2）n1与n3转向相反时，求系杆H的转速 nH的大小和方向。 H
iMH i9 12
机械原理第十一十二章
周转轮系的传动比(2/2)
ω ω i =ω =ω ω ω
H m H n H m系中由m至n各从动轮齿数的乘积 在转化轮系中由m至n各主动轮齿数的乘积
式中“±”号应根据其转化轮系中m、n两轮的转向关系来确定。 而ωm、ωn、ωH均为代数值，在使用时要带有相应的“±”号。 而差动轮系的传动比就可根据已确定出的ωm、ωn、ωH大小直 接求得。 3．行星轮系的传动比 由于具有固定太阳轮的周转轮系必定为行星轮系，故行星轮 系传动比的一般表达式为
第十一章
§11-1 §11-2 §11-3 §11-4 §11-5 §11-6 §11-7 *§11-8
齿轮系及其设计
齿轮系及其分类 定轴轮系的传动比 周转轮系的传动比 复合轮系的传动比 轮系的功用 行星轮系的效率 行星轮系的类型选择及设计的基本知识 其他新型行星齿轮传动简介 返回
§11-1 齿轮系及其分类
§12-4 凸轮式间歇运动机构
1．机构的工作原理及特点 （1）工作原理 由主动轮和从动盘组成，主动凸轮作连续转动，通过其凸轮 廓线推动从动盘作预期的间歇分度运动。 （2）工作特点 动载荷小，无刚性和柔性冲击，适合高速运转，无需定位装 置，定位精度高，结构紧凑； 但加工成本高，装配与调整的要求。
凸轮式间歇运动机构(2/2)
§12-3 擒纵轮机构
1．擒纵轮机构的组成及工作原理 （1）机构的组成 由擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮及机 架组成。 （2）工作原理 擒纵轮受发条驱动而转动，同时受 擒纵叉上的左右卡瓦阻挡而停止，并通 过游丝摆轮系统控制动停时间，从而实 现周期性单性间歇运动。 游丝摆动系统是由游丝、摆轮及圆 销、擒纵叉及叉头钉等组成。其能量的 补充是通过擒纵轮齿顶斜面与卡瓦的短 暂接触传动来实现的。
机械原理第11章 轮系
2 H 1
ω1 ω2 ω3 ωH
ω = ω1 −ωH ω = ω2 −ωH ω = ω3 −ωH H ωH = ωH −ωH = 0
H 1 H 2 H 3
3 转化轮系传动比计算
H z2z3 z3 ω1 ω1 −ωH H =− =− i13 = H = ω3 ω3 −ωH z2z1 z1
2 H 1 3
z2z4 ⋅ ⋅ ⋅ zn ω1 −ωH i = =± ωn −ωH z1z3 ⋅ ⋅ ⋅ zn−1
H 1n
4 真实轮系传动比计算 1)差动轮系 差动轮系(F=2) 差动轮系
ω1 、ωn和ωH中有 个量已知，未知量可求； 中有2个量已知 未知量可求； 个量已知，
z2z4 ⋅ ⋅ ⋅ zn ω1 −ωH i = =± ωn −ωH z1z3 ⋅ ⋅ ⋅ zn−1
i16< 0，1与6转向相反。 转向相反。 ， 与 转向相反
（2）封闭型复合轮系 ） 封闭型复合轮系 ●结构特点 单自由度基本轮系的首尾分别与双自由 度差动轮系的两个基本构件固连。 度差动轮系的两个基本构件固连。
●解题方法步骤 1)区分基本轮系 （1)区分基本轮系 从行星轮入手，找出所有周转轮系； 从行星轮入手，找出所有周转轮系； 其余则为定轴轮系。 其余则为定轴轮系。 （2)列传动比方程 2)列传动比方程 3)联立求解 （3)联立求解 系杆 支 承 行星轮 啮合 太阳轮
n4 4 (90)
【解】
z2z3z4 n1 − nH i = =− n4 − nH z1z2' z3'
H 14
3(30) 2 (30) 3'(20)
30⋅ 30⋅ 90 =− = −6.48 25⋅ 25⋅ 20 1− nH 1− nH = −6.48 = −6.48 2 2 nn − −−H
轮系及其分类
轮系及其分类轮系是指由轮胎、轮毂、轮辋、轴、轴承等组成的整体装置。
它是汽车、摩托车、自行车等交通工具的重要部件之一，也是保证车辆正常行驶的关键。
轮系的分类有很多种，按照用途可分为汽车轮系、自行车轮系、摩托车轮系等；按照结构可分为实心轮系和空心轮系；按照轴承形式可分为滚动轮系和滑动轮系。
首先来看汽车轮系。
汽车轮系由轮胎、轮毂、轮辋、轴和轴承组成。
轮胎是汽车与地面接触的部分，承担着支撑车身、缓冲震动、提供牵引力、保证操控稳定性等重要功能。
轮毂是连接轮胎和车轴的部件，起到支撑和传递动力的作用。
轮辋是轮毂的外部保护罩，能够有效保护轮毂和轮胎。
轴是轮系的主要承载部件，起到连接车轮的作用。
轴承则是支撑轴的关键部件，能够减小摩擦、降低能耗，保证车轮正常旋转。
自行车轮系与汽车轮系的结构相似，但规模更小。
自行车轮系由轮胎、轮毂、轮辋、轴和轴承组成。
轮胎是自行车与地面接触的部分，承担着支撑车身、缓冲震动、提供牵引力、保证操控稳定性等重要功能。
轮毂是连接轮胎和车轴的部件，起到支撑和传递动力的作用。
轮辋是轮毂的外部保护罩，能够有效保护轮毂和轮胎。
轴是轮系的主要承载部件，起到连接车轮的作用。
轴承则是支撑轴的关键部件，能够减小摩擦、降低能耗，保证车轮正常旋转。
摩托车轮系与汽车轮系的结构也相似，但摩托车轮系通常更为简单。
摩托车轮系由轮胎、轮毂、轮辋、轴和轴承组成。
轮胎是摩托车与地面接触的部分，承担着支撑车身、缓冲震动、提供牵引力、保证操控稳定性等重要功能。
轮毂是连接轮胎和车轴的部件，起到支撑和传递动力的作用。
轮辋是轮毂的外部保护罩，能够有效保护轮毂和轮胎。
轴是轮系的主要承载部件，起到连接车轮的作用。
轴承则是支撑轴的关键部件，能够减小摩擦、降低能耗，保证车轮正常旋转。
轮系还可以按照结构形式进行分类，主要分为实心轮系和空心轮系。
实心轮系是指轮胎和轮辋为一体的结构，常见于一些小型车辆和农业机械。
空心轮系是指轮辋中间为空的结构，常见于汽车、摩托车和自行车等交通工具。
轮系的分类、传动比、及相关计算
加-ωH
构件 原来的转速 1 n1 2 n2 3 n3
转化轮系中的转速 n1H=n1-nH n2H=n2-nH n3H=n3-nH
“－”表示在 转化轮系中齿轮 1和3的转向n1H、 n3H相反，并不
H
nH
nHH=nH-nH=0
H z 2 z3 n1 n1 nH H i13 H n3 n3 nH z1 z2
例3、空间周转轮系传动比计算
已知轮系中各轮齿数为z1=48，z2=48，z2’=18，z3=24， n1=250r/min，n3= 100r/min ，转向如图中实线箭头所示。 试求系杆的转速nH的大小及方向。 解： 划箭头得，转化轮系中 齿轮1、3的转向相反。
z 2 z3 n1 nH ' n3 nH z1 z2
如图所示为滚齿机差动传动机构。已知齿轮1、2、3的齿 数为Z1=Z2=Z3=30，蜗杆4为单头（左旋），蜗轮5的齿数为 Z5=30。当离合器M1、M2接合时，齿轮3的转向如图所示（分齿 运动），转速n3=100rpm；蜗杆4顺时针方向回转（附加运动）， 转速n4=2rpm。试求此时齿轮1传给工作台的转速n1。
n1 100 1 z 2 z3 ( 1 ) 2.5 n3 z1 z2 40 n4 nH 1 z5 z6 ( 1 ) 2.5 n6 nH z4 z5 n3 n4 , n6 0
联立求解，得：
i1H
n1 8.75 nH
例题03
在图示轮系中 ，已知Z1=17，Z2=20，Z3=85，Z4=18， Z5=24，Z6=21，Z7=63，求： （1）当n1=10001r/min，n4=10000r/min时，np=？ （2）当n1=n4时，np=？ （3）当n1=10000r/min，n4=10001r/min时，np=？ 解：
轮系1-轮系的类型及特点
本章小结
定轴轮系是基础，重点掌握转向判断； 周转轮系传动比计算难点：转化轮系； 混合轮系传动比计算关键：基本轮系的划分
iH1H 1
1 10 i1H
000
i14=6x7=42
轮系的传动特点
二、实现变速、换向
滑移齿轮 变速
1-3和5-7为双联滑移齿轮
8
6
2
4
D2
5
7
1
3
n14r4/m 3 in
D1
z1
n电
D1
Ⅰ
z2
Ⅱ
D2
z3
z4
Ⅲ
Ⅱ
2条
2条 Ⅰ
1条
z5
z6
Ⅲ（nⅢ ）
z7
z8
轮系的传动特点
换向 利 用 惰 轮 换 向
锥齿轮换向
轮系的传动特点
车床走刀丝杠三星轮换向机构
汽 车 变 速 箱
轮系的传动特点
汽车齿轮变速箱
IV
I
III II
轮系的传动特点
三、实现远距离传动
轮系的传动特点
4、可合成或分解运动（周转轮系）
合成
分解
轮系的传动特点
4、可合成或分解运动
2
1
3
H
5 H
2
13
行星架H的转速是轮 1、3转速的合成。
➢ 定轴轮系 ➢ 周转轮系 ➢ 混合轮系
轮系的类型
一、定轴轮系 轮系运转过程中，所有齿轮轴线的几何位置都相 对机架固定不动
机械原理11-本科)-轮系
ω
H 3
ω1 i1H = = 1 + 1.875= + 2.875 ωH
ω
H 1
例 ２：
在图示的周转轮系中， 在图示的周转轮系中，设已知 z1=100, z2=101, z2’=100, z3 = 99. 试求传动比 iH1。
2 2′
解： 为固定轮(即 轮3为固定轮 即n3=0) 为固定轮
n1 − nH n1 − nH i = = n3 − nH 0− nH
齿轮４对传动比没有影响， 齿轮４对传动比没有影响，但能改变从动 轮的转向，称为过轮或中介轮。 轮的转向，称为过轮或中介轮。
§11—3 周转轮系传动比的计算 一、周转轮系的分类 按周转轮系所具有的自由度数目的不同分类： 按周转轮系所具有的自由度数目的不同分类： 1) 行星轮系
F = 3× 3 − 2 × 3 − 2 = 1
i AB
从 A → B 从动轮齿数的连乘积 = 从 A → B 主动轮齿数的连乘积
二、首、末轮转向的确定 1、用“＋” “－”表示
ω1 ω1 1 ω2
1
2
ω2
p
vp
转向相反
2
转向相同
i 12
ω1 = = ω2
z2 − z1 z2 + z1
外啮合 内啮合
对于平面定轴轮系， 对于平面定轴轮系，设轮系中有 m对外啮合齿轮，则末轮转向为(-1) 对外啮合齿轮，则末轮转向为 对外啮合齿轮
关键是先要把其中的周转轮系部分划分出来 。 周转轮系的找法： 周转轮系的找法： 先找出行星轮，然后找出系杆， 先找出行星轮，然后找出系杆，以及与 行星轮相啮合的所有中心轮。 行星轮相啮合的所有中心轮。 每一系杆， 每一系杆，连同系杆上的行星轮和与行星 轮相啮合的中心轮就组成一个周转轮系 在将周转轮系一一找出之后， 在将周转轮系一一找出之后，剩下的便是 定轴轮系部分。 定轴轮系部分。
轮系及减速器 轮系的类型
轮系及减速器轮系的类型由一对齿轮组成的机构是齿轮传动的最简单形式。
但是在机械中，为了获得很大的传动比，或者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，常采用一系列互相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。
轮系可以分为两种类型：定轴轮系和周转轮系。
如上左图所示的轮系，传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的，这种轮系称为定轴轮系。
如上右图所示的轮系，齿轮2的几何轴线O2的位置不固定。
当H杆转动时，O2将绕齿轮1的几何轴线民转动。
这种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。
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i ab表示，下标a、 b为输入轴和输出轴的代号，即i ab=ωa/ωb。
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与输出轴间的关系。
定轴轮系各轮的相对转向可以通过逐对齿轮标注箭头的方法来确定。
各种类型齿轮机构的标注箭头规则如上图所示。
定轴轮系传动比数值的计算，以图5－1所示轮系为例说明如下：令z1、z2、z2′、…表示各轮的齿数， n1、 n2、、、n2′、…表示各轮的转速。
因同一轴上的齿轮转速相同，故n2=n2′，n3=n3′，n5=n5′，n6=n6′。
由前章所述可知，一对互相啮合的定轴齿轮的转速比等于其齿数反比，故各对啮合齿轮的传动比数值为设与轮1固联的轴为输入轴，与轮7固联的轴为输出轴，则输入轴与输出轴的传动比数值为上式表明，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。
以上结论可推广到一般情况。
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上式所求为传动比数值的大小，通常以绝对值表示。
两轮相对转动方向则由图中箭头表示。
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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。 轮系的传动比：是指轮系中的输入轴（首构件）和输出轴 （末构件）的角速度或转速之比。
计算轮系传动比时，包括： 1）计算轮系传动比的大小； 2）确定输入轴（首构件）和输出轴（末构件）的转 向关系。 下面来介绍各种轮系的传动比的计算，这是这章的重点。
▲ 单一的定轴轮系或周转轮系称为基本轮系。
图11-3
3、复合轮系(Combined Gear Train) ： 由定轴轮系和周转轮系组成或由几个周转轮系组成的 轮系。 如图11-4的轮系：定轴轮系和周转轮系； 如图11-5的轮系：2个周转轮系（每一个行星架对应于一 个周转轮系）。
图11-4
图11-5
H2 1ຫໍສະໝຸດ Oω3 ωH ω1
2
H
3
O
1
3
齿轮2一方面绕自己的轴线O1O1回转，另一方面又随 着构件H一起绕固定轴线OO回转，就象行星的运动一样，
兼有自转和公转，故称齿轮2为行星轮；
装有行星轮2的构件H称为行星架（转臂或系杆）。 ∴ 1个周转轮系=1个行星架+1个（或几个）行星轮 +1~2个太阳轮
其中：太阳轮和行星架常作为运动的输入和输出构件，称
自由度F=1，原动件数为1，其中有一个太阳轮被固定。
H
2 1
O
3
图11-2 b）
2）周转轮系根据基本构件的不同，可分为： （太阳轮用K表示，行星架用H表示） 2K-H型（图11-2）：基本构件是2个太阳轮，1个行星架。 实际机械中用得较多。 3K型（图11-3）：基本构件是3个太阳轮，H只起支持行 星轮的作用，不是输入输出构件。
第十一章 齿轮系及其设计 (Gear Train and its Design)
§11—1 轮系及分类
一、轮系的概念(Definition)
由一系列的齿轮（即多 对齿轮）所组成的齿轮传动 系统，称为轮系。 一对齿轮传动是最简单 的轮系。一个轮系中可以包 括圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗 轮蜗杆等各种类型的齿轮。
二、轮系的分类(Classification) 根据轮系运动时，其各个齿轮的轴线相对于机架的位 置是否都是固定，可将轮系分为： 1、定轴轮系(Gear train with fixed axes) ： 当轮系运动时，各轮轴线相对于机架的位置都是固定
的，称定轴轮系（或普通轮系——ordinary gear train）。
如图11-1所示的轮系；如下图所示的轮系：
2、周转轮系(Epicyclic
Gear Train ) ：
当轮系运动时，有一个或几个齿轮的轴线相对于机架 的位置并不固定，而是绕其它齿轮的固定轴线回转。如图 11-2所示。 3 3 2
ω
H
2 1
O
ωH
H
O
ω1
3
图11-2
1
周转轮系的组成： 外齿轮1和内 齿轮3都是绕固定 轴线OO回转的， 这种齿轮称为太阳 轮（或中心轮）；
为基本构件（绕同一固定轴线回转）。
1）周转轮系按其所具有的自由度，还可再分： ①差动轮系(Differential
Gear Train ) ：图11-2a
自由度F=2，原动件数为2，两个太阳轮都不固定；
H
2 1
O
ω3 ωH ω1
2
H
3
O
1
3
图11-2 a）
②行星轮系(Planetary
Gear Train ) ：图11-2b