6机械基础轮系
机械设计基础轮系
机械设计基础轮系机械设计中的轮系是指由轴、轮、轴承等零部件组成的能够传递动力和承受载荷的机械装置。
轮系在众多机械设备和工业领域中广泛应用，具有重要的意义。
本文将介绍机械设计基础轮系的一些重要知识和要点。
一、轮系的定义和基本组成轮系是由轮、轴和轴承等零部件组成的。
轮是指机械装置上的圆盘形零部件，轴是指承载轮的长条形零部件，轴承是指连接轮和轴的支撑零部件。
轮系的基本组成主要有：轮、轴、轴承。
1. 轮：轮通常由金属等材料制成，有多种类型，如齿轮、带轮、链轮等。
轮可以传递动力和承受载荷，是轮系中起着重要作用的部件。
2. 轴：轴是承载轮和传递力矩的零部件，通常由金属等材料制成。
轴可以根据其用途和载荷的特点进行选择，有不同的形状和尺寸。
3. 轴承：轴承是连接轮和轴的支撑零部件，可以减小轮与轴之间的摩擦和磨损，保证轮的平稳运转。
轴承分为滚动轴承和滑动轴承两种类型，可以根据实际需求进行选择。
二、轮系的设计原则在机械设计中，轮系的设计需要遵循一些基本原则，以确保轮系的工作效果和安全性。
1. 传递效率：轮系的设计应该追求传递效率的最大化，使得输入的动力能够尽可能地转化为输出的动力。
传递效率和轮系的几何形状、材料、润滑等因素有关，需要综合考虑。
2. 轴心对称性：轮系的轴心应该保持对称，以减小不平衡力矩和振动。
轴心对称性有助于提高轮系的平稳性和稳定性。
3. 载荷分配：轮系的设计应该合理分配载荷，使得各个轴和轮承受的载荷均衡。
合理的载荷分配有助于减小零部件的磨损和延长轮系的使用寿命。
4. 强度和刚度：轮系的设计需要满足一定的强度和刚度要求，以承受正常工作条件下的载荷和冲击。
强度和刚度的设计需要考虑材料的选择、零部件的形状和尺寸等因素。
三、轮系的选择与应用在机械设计中，根据实际需求和具体情况，选择合适的轮系是非常重要的。
以下是一些常见的轮系选择与应用的案例。
1. 齿轮传动：齿轮传动是一种常见的轮系形式，广泛应用于各种机械设备中。
机械设计基础——轮系
现代机械中，为了满足不同的工作要求只用一对齿轮传动 往往是不够的，通常用一系列齿轮共同传动。这种由一系列齿 轮组成的传动系统称为齿轮系（简称轮系）。
本章主要讨论轮系的类型、传动比计算及轮系的功用。
齿轮系的类型
1.按组成轮系的齿轮（或构件）的 轴线是否相互平行可分为： 平面轮系和空间轮系
2.根据轮系运转时齿轮的轴线位置 相对于机架是否固定可分为两大类： 定轴轮系和周转轮系
3.对于差动轮系，必须给定n 1 、 n k 、n H中任意两个（F=2，
两个原动件），运动就可以确定。对于简单周转轮系，有一太
阳轮固定（n k=0)，在n 1 、n H只需要给定一个（F=1，需要一
个原动件），运动就可以确定。
例:如图所示的周转轮系中，已知各 轮齿数为Z1=100, Z2=99, Z3=100, Z4=101 ，行星架H为原动件，试求传 动比iH1＝？
齿数连 乘积 齿数连 乘积
注意：
1.公式只适用于平面周转轮系。正、负号可按画箭头的方法来 确定，也可根据外啮合次数还确定（-1）m。对于空间周转轮 系，当两太阳轮和行星架的轴线互相平行时，仍可用转化轮系 法来建立转速关系式，但正、负号应按画箭头的方法来确定。
2.公式中的“+”、“-”号表示输入和输出轮的转向相同或相反。
Z2 Z4 Z1 Z3
n H = - 50/6 r/min 负号表示行星架与齿轮1转向相反。
2.求n3
:(n3
i1H2
=
nn21)- n H
n
-
2
n
H
Z2 Z1
n 2 = - 133 r/min = n3
负号表示轮3与齿轮1转向相反。
混合轮系传动比的计算
机械设计基础第五章轮系
2. 根据周转轮系的组合方式，利用周转轮系传动比计算公式求
03
出周转轮系的传动比。
实例分析与计算
1
3. 将定轴轮系和周转轮系的传动比相乘，得到复 合轮系的传动比。
2
4. 根据输入转速和复合轮系的传动比，求出输出 转速。
3
计算结果：通过实例分析和计算，得到了复合轮 系的输出转速。
05 轮系应用与实例分析
仿真结果输出
将仿真结果以图形、数据等形式输出，以便 进行后续的分析和处理。
实验与仿真结果对比分析
01
数据对比
将实验数据和仿真数据进行对比 ，分析两者之间的差异和一致性 。
结果分析
02
03
优化设计
根据对比结果，分析轮系设计的 合理性和可行性，找出可能存在 的问题和改进方向。
针对分析结果，对轮系设计进行 优化和改进，提高轮系的性能和 稳定性。
04 复合轮系传动比计算
复合轮系构成及特点
构成
由定轴轮系和周转轮系（或几个周转轮系）组合而成，称为复合轮系。
特点
复合轮系的传动比较复杂，其传动比的计算需结合定轴轮系和周转轮系的传动比计算公式进行。
复合轮系传动比计算公式
对于由定轴轮系和周转轮系组成的复合轮系，其传动比计算 公式为：i=n1/nK=(Z2×Z4×…×Zk)/(Z1×Z3×…×Zk-1)×(1)m，其中n1为输入转速，nK为输出转速，Z为各齿轮齿数 ，m为从输入轴到输出轴外啮合齿轮的对数。
火车车轮与轨道
通过轮系保证火车在铁轨 上的平稳运行和导向作用 。
船舶推进器
利用轮系将主机的动力传 递给螺旋桨，推动船舶前 进。
军事装备中轮系应用举例
坦克传动系统
采用轮系实现坦克发动机的动力 输出与行走机构的连接，确保坦 克在各种地形条件下的机动性。
机械设计基础轮系
机械设计基础轮系在机械设计中，轮系的设计和布局是至关重要的。
轮系，或者称为齿轮系，是由一系列齿轮和轴组成的，它们通过精确的配合和排列，将动力从一个轴传递到另一个轴，或者改变轴的转速。
这种设计广泛应用于各种机械设备中，如汽车、飞机、机床等。
一、轮系的基本类型根据轮系中齿轮的排列和组合方式，我们可以将其分为以下几种基本类型：1、定轴轮系：在这种轮系中，齿轮是固定在轴上的，因此轴的旋转速度是恒定的。
这种轮系主要用于改变动力的大小和方向。
2、行星轮系：在这种轮系中，有一个或多个齿轮是浮动的，它们可以随着轴一起旋转，也可以绕着轴旋转。
这种轮系主要用于平衡轴的转速和改变动力的方向。
3、差动轮系：在这种轮系中，有两个或多个齿轮的旋转速度是不一样的，它们之间存在一定的速度差。
这种轮系主要用于实现复杂的运动规律。
在设计轮系时，我们需要遵循以下原则：1、确定传递路径：根据机械设备的需要，确定动力从哪个轴输入，需要传递到哪个轴。
2、选择合适的齿轮类型：根据需要传递的动力大小、转速等因素，选择合适的齿轮类型（直齿、斜齿、锥齿等）。
3、确定齿轮的参数：根据需要传递的动力大小、转速等因素，确定齿轮的模数、齿数、压力角等参数。
4、确定齿轮的排列方式：根据需要实现的传动比、转速等因素，确定齿轮的排列方式（串联、并联等）。
5、确定轴的结构形式：根据需要传递的动力大小、转速等因素，确定轴的结构形式（实心轴、空心轴、悬臂轴等）。
6、确定支承形式：根据需要传递的动力大小、转速等因素，确定支承形式（滚动支承、滑动支承等）。
7、确定润滑方式：根据需要传递的动力大小、转速等因素，确定润滑方式（油润滑、脂润滑等）。
在满足设计要求的前提下，我们还可以通过优化设计来提高轮系的性能。
以下是一些常用的优化方法：1、优化齿轮参数：通过调整齿轮的模数、齿数、压力角等参数，来提高齿轮的承载能力和降低噪声。
2、优化齿轮排列：通过优化齿轮的排列方式，来提高传动效率、降低传动噪声和减少摩擦损失。
机械设计基础 第6章 轮系
• 实际轮系传动比： i1k n1 nk
写转化轮系传动比 定义及大小，1，K， H轴线必须平行
注意：转向判别用＋－
号，判别错误影响糟
矣，千万当心也!!
抓住要领!!!
机械设计基础 —— 轮系
例题1
• 如图所示。已知:z1=100, z2=101, z2’=100, z3=99 • 试求传动比 iH1
向相反, 则传动比为负(最后通过箭头法判断后补充上去)
• 轴线不平行的构件间的传动比, 没有 "+"、"-"
机械设计基础 —— 轮系
6-3 周转轮系及其传动比
• 周转轮系：至少有一个齿 轮的轴线不固定，而绕其
它齿轮的轴线回转
-nH
3
2 n2 H nH 1O
n1 n3
2
H O
1
• 周转轮系与定轴轮系的区别： • 是否存在转臂 • 转化轮系：周转轮系加上 -wH 3 ( -nH )运动后变成的定轴轮系
(1)3 z2z4z5z7 z1 z3 z4 z6
2
• 定轴轮系的传动比=各对齿轮传动比的连乘积 =从动轮齿数积/主从动轮齿数积
• 首末两轮的转向取决于外啮合齿轮的对数 • 齿轮4 (惰轮)不影响大小, 但改变转向
3
4
5 6
7 1
3
5 6
7
机械设计基础 —— 轮系
空间定轴轮系传动比
• 传动比的大小：
n1 1 9190919
nH
11000000
n1 919091911 11
nH 110000
10100000
iH1
1 i1H
nH n1
10100000
电子课件-《机械基础(第六版)》-A02-3658 6第六章 轮系
三、实训设备及工具
单级齿轮减速器一台 钳工工作台 活扳手 手锤 旋具 其他钳工拆装工具
1．分析结构，拟定拆卸步骤
（1）单级齿轮减速器主要由箱体和箱盖， 齿轮轴、输出轴及其上的齿轮、轴承、定 位套等零件组成 （2）拆卸时，先拆卸箱盖及其上零件，然 后拆卸齿轮轴组件和输出轴组件等
2．拆卸箱盖
（1）拆卸减速器前，首先要观察减速器 的外部结构，分析其上各零件的作用
机械基础
第六章 轮 系
第六章 轮 系
§6—1 轮系分类及其应用特点 §6—2 定轴轮系传动比及计算 §6—3 实训环节——减速器的拆装
第六章 轮 系
为满足机器的功能要求和实际工作需要，所采 用的多对相互啮合齿轮组成的传动系统称为轮系
三级齿轮减速器
第六章 轮 系
§6—1 轮系分类及其应用特点
一、轮系的分类
第六章 轮 系
§6—2 定轴轮系传动比及计算
一、定轴轮系中各轮转向的判断
若外啮合齿轮的对数是偶 数，则首轮与末轮的转向相 同；若为奇数，则转向相反
若轮系中含有锥齿轮、蜗轮蜗杆或齿轮齿 条时，只能用标注箭头的方法判断旋向
二、传动比
1．传动路线分析
运动和动力由轴 Ⅰ经轴Ⅱ传到轴
Ⅲ
例1 分析轮系的传动路线，并判断轴Ⅵ的旋向 解
（2）用手锤轻轻敲击定位 销的低端，拆下定位销
（3）用活扳手将箱体与箱盖 上的连接螺栓上的螺母拆下
（4）将箱盖及其上零件拆下
（5）观察箱体内各零部件的结构及位置
3．拆卸齿轮轴和输出轴
（1）将齿轮轴和输 出轴及轴上零件随轴 一起从箱体中取出
（2）拆卸齿轮轴和输 出轴上的零件
4．装配减速器
（1）将零件清洗、擦拭干净 （2）将齿轮轴和输出轴上的零件安装好 （3）将透盖安装到箱体上 （4）安装齿轮轴组件和输出轴组件，调整位置
机械设计基础----第5章轮系
图5-4c
三、周转轮系的传动比计算
一）基本思路
如图5-4 a、b所示。
周转轮系与定轴轮系的
根本区别在于周转轮系
中有一个转动着的行星
架，因此使行星轮既自
转又公转。如果能
图5-4 a、b
够设法使行星架固定不动，那么周转轮系就可转化成一个
假想的定轴轮系，并称其为周转轮系的转化轮系。
在周转轮系转化为转化轮系后，就可以对转化轮系应
2、5的转向相同）
∴
i17=
z2 z1
•
z3 z 2
•
z4 z3
•
z5 z4
•
z6 z5
•
z7 z6
上例中的轮4，其齿数多少不影响传动比的大小，只
起改变转向的作用，在轮系中的这种齿轮称为惰轮（过桥
齿轮）——仅影响 i 的符号，而不影响 i 的大小。
▲自学：P74例5－1。
§5—3 周转轮系及其传动比
构件的轴线可互不平行；
3、正负号——指转化轮系中轮G、K的转向关系，图上画 箭头来确定（同定轴轮系）；
4、真实转速nG、nK、nH中的已知量代入公式时要带正负 号（可假定某一转向为正，则相反的转向为负），求
得的未知量的转向也依据计算结果的正负号来确定。
例：在图示的轮系中，已知z1=z2=30，z3=90。试求当构件 1、3的转速分别为 n1=10rpm，n3=10rpm （转向如图） 时，求 nH及i1H的值。
转轮系）。
图a
图b
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。
机械基础第6章轮系
n1H n3H
n1 nH n3 nH
z3 z1
O1 O3
又因为在定轴轮系中有：
3 2 O2
H
1
i1H3
（）z2 z3 z1 z2
故有：
图5-4.d
i1H3
n1H n3H
n1 nH n3 nH
（）z2 z3 z1z2
一般计算
式:
iGK H
nGH nKH
nG nK
nH nH
（）转 转化 化轮 轮系 系从 从GG到 到KK所 所有 有从 主动 动轮 轮齿 齿数 数的 的乘 乘积 积
一对齿轮传动的类型： 2
1 外啮合
1
1
2
2
圆锥齿轮机构
2 1 内啮合
2 1
蜗轮蜗杆
某 发 动 机 传 动 系 统
汽 车 差 速 器
• 轮系：一系列齿轮组成的传动系统
第6章 轮系
§6-1 轮系的类型 §6-2 定轴轮系及其传动比 §6-3 周转轮系及其传动比 §6-4 复合轮系及其传动比 §6-5 轮系的应用
z1 z2
＝－1
ω2＝2ωH
i3H1
解： (a)传动比大小
i15
n1 n5
=
i12
i2′3
i3′4
i4′5
z2 z3 z4 z5 z 1z2 z3 z4
所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积
(b) 方向的判断： • 箭头法 • 用“＋” “－”表示
1 2′
2 3′
3 4
4′ 5
(二)空间定轴轮系传动比的计算 • 例2：已知各齿轮的齿数，求轮系的传动比。
解： (a) 传动比大小
i18
n1 n8
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【教学内容】 轮系分类及其应用特点 定轴轮系传动比计算 定轴轮系中任意从动齿轮的转速计算
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§ 6 — 1 轮系的分类及其应用特点
一、轮系的分类 轮系的形式很多，按照轮系传动时各齿轮的轴线位置
一对圆柱齿轮传动转向的表达
1 1
2
1
1
2
2
2
外啮合：两轮转向相反 内啮合：两轮转向相同 注：箭头表示可见侧圆周速度方向。
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一对圆锥齿轮传动转向的表达
1
1
2
2
两箭头同时指向啮合点 两箭头同时相背啮合点
注：蜗杆传动按第六章。
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如何判断以下定轴轮系中各轮的转向？
2 3
Ⅱ 1
5 Ⅲ
4
n1
6 Ⅳ
Ⅰ
n6
非平行轴传动的定轴轮系
轮系中各轮回转方向只能用箭头标注在图上。
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二、传动比 1、传动路线
Ⅲ 动力输出
要在 先计 学算 会传 分动 析比 传大 动小 路之 线前
非平行轴（空间）定轴轮系
平行轴（平面）定轴轮系
1、用标注箭头来确定； 2、通过数外啮合齿轮的对数来确定
外啮合齿轮的对数为偶数，则首末两轮转向相同 外啮合齿轮的对数为奇数，则首末两轮转向相反
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空间轮系
平面轮系
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机电设备安装与维修专业
全国中等职业技术学校机械类通用教材
机械基础
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第六章 轮系
在实际使用的机械设备中，依靠一 对齿轮传动往往是不够的，需要多对或多 级齿轮传动来完成人们所预期的功用要求
和工作目的，为此就有必要采用轮系。
由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统称为轮系。
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3、混合轮系 在轮系中，既有定轴轮系又有周转轮系。
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知识链接
齿轮在轴上的固定方式
齿轮与轴之间的关系
固定（齿轮与轴固定为一 体，齿轮与轴一同转动， 齿轮不能沿轴向移动）
2、可作较远距离的传动
一对齿轮受结构限制，中心距较近。 轮系节省材料、减轻重量、降低成本和空间。
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3、可方便地实现变速和变向要求
1
1
中间轮（惰轮 或过桥轮）
3
2 3
一对外啮合齿轮，主、从 动轮（1、3）转向相反
增加中间轮2实现变向要求
3
4
Ⅱ
1
2
传动路线
动力输入 Ⅰ
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两级齿轮传动装置
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例1 如图所示轮系，分析该轮系传动路线。
定轴轮系运动结构简图
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2、周转轮系 当轮系运转时，至少有一个齿轮的几何轴线相对于机 架的位置是不固定的，而是绕另一个齿轮的几何轴线转 动。
行星轮系
注意它们 之间的区
别
差动轮系
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思考！
如何判断以下定轴轮系中各轮的转向？
2
4
1
3′
3
5
平行轴传动的定轴轮系
1、用标注箭头来确定；
2、因外啮合齿轮的对数为偶数（2对），则1、5 两轮转向相同。
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思考！
周转轮系和复合轮系实现。
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应用实例：啤酒大麦发酵池 为了使搅拌器缓慢移动，以达到充分搅拌的
目的，在电机到移动齿轮间采用了一个行星减速 器，其传动比高达702.25。
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空套（齿轮与轴空套，齿 轮与轴各自转动，互不影 响）
滑移（齿轮与轴周向固定， 齿轮与轴一同转动，但齿 轮可沿轴向滑移）
结构简图 单一齿轮 双联齿轮
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二、轮系的应用特点 1、可获得较大的传动比
一对齿轮传动比一般不大于3~5，imax≤8。 大传动比可用定轴轮系多级传动实现，也可利用
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二级变速
三星轮换向机构
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汽车齿轮变速箱
IV
I
III II
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4、可合成或分解运动
1、定轴轮系 定轴轮系2
该机构中所有齿轮均具有固定几何轴线位置，可以实现大 的传动比、变速及变向
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1、定轴轮系 当轮系运转时，所有齿轮的几何轴线位置相对于机架
固定不变，也称为普通轮系。
单式轮系
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复式轮系
回归轮系
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是否固定分为定轴轮系、周转轮系和混合轮系三大类。
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1、定轴轮系
定轴轮系1
该机构中所有齿轮均具有固定几何轴线位置，可以实现大 的传动比、变速、变向及回转的合成或分解。
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2
1
3
H
5 H2 13
4
行星架H的转速是轮1、 3转速的合成。
汽车后桥差速器的轮系可 根据转弯半径大小自动分 解，nH使n1 、n3符合转弯 的要求
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§ 6 — 2 定轴轮系传动比计算
一、定轴轮系中各轮转向的判断 按照轮系中各齿轮的轴线是否平行，有两种情况：