轮系及其分类
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。
§11—1轮系及分类

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。
机械原理 轮系

i= 14
z2z3z4 z1z2' 3' z
传动比方向判断: 传动比方向判断:画箭头 传动比大小表示: 传动比大小表示:在传动比大小前加正负号
§11-3 周转轮系的传动比 11一、周转轮系传动比计算原理 1.反转法 1.反转法——转化轮系 反转法 转化轮系
给整个轮系加上一个假想的公共角速度(-wH),据相对 的公共角速度( 运动原理,各构件之间的相对运动关系并不改变,但此 运动原理,各构件之间的相对运动关系并不改变, 时系杆的角速度就变成了wH-wH=0,即系杆可视为静止不 =0, 动。于是,周转轮系就转化成了一个假想的定轴轮系— 于是,周转轮系就转化成了一个假想的定轴轮系— —周转轮系的转化机构。 周转轮系的转化机构。
z5 L ⇒ω3 = − ω5 L (2) z3′
3)联立(1)、(2)求解 联立(1)、(2)求解 (1)
z ω1 z2 z3 1 + 5 + 1 ⇒ i15 = = ω5 z1 z2′ z3′
33× 78 78 = 1+ +1 = 28.24 24 × 21 18
-ω H
ωH
ω H - ω H=0
周转轮系 假想定轴轮系
转化轮系
指给整个 周转轮系加上 一个“ 的 一个“-wH”的 公共角速度, 公共角速度, 使系杆H变为 相对固定后, 相对固定后,
原轮系
所得到的假想 转化轮系 的定轴轮系。 的定轴轮系。
2. 转化轮系中各构件的角速度
3. 转化轮系的传动比
在运动简图上用箭头标明两轮的转向关 在运动简图上用箭头标明两轮的转向关 箭头标明 系。
大小: 大小:
ω 从动齿轮齿数连乘积 1 = i1k = ωk 主动齿轮齿数连乘积
轮系

i1H =1-(-99×101/100×100)=1.9999 iH1=n H / n 1 =1/i1H =0.5
表示行星架H与齿轮1的转向相同。
用画箭头法标出转化轮系中各构件的转向关系,如图所示。
29
例: 如图所示周转轮系。已知Z1=15, Z2=25, Z3=20, Z4=60,n1=200r/min, n4=50r/min ,且两太阳轮1、4 转向相反。试求行星架转速n H及行星轮转速n3。
2 O1 H
1
3
3
2
n 2
H
n
O
H
n
1
1
n 3 -n H
2
3
H 1
3 2
n3H = n 3-n H n2H = n 2-n H H n1H = n 1-n H
1
a) 原周转轮系
b) 原周转轮系的转化轮系
周转轮系及转化轮系中各构件的转速
构件名称 原来的转速
太阳轮1
n1
行星轮2
n2
太阳轮3
n3
行星架H
nH
转化轮系中的转速
n1H=n1-nH
n2H=n2-nH n3H=n3-n H nHH=nH-nH=0
18
2.周转轮系的传动比计算
周转轮系的传动比(3/5)
转化轮系中,齿轮1对齿轮3的传动比
i1H3
n1H n3H
n1 nH n3 nH
z2 z3 z1 z2
一般表达式为 :
iG HKnnG K H H
n4
= n1 3000 i14 120
=25r/min, 转向如图
周转轮系的传动比(1/5)
5.3 周转轮系及其传动比计算
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。
机械设计基础第7章 轮系

a,b齿轮选择原则
1. 2.
3.
4.
已知转速的齿轮 固定的齿轮(n=0) 需要求该齿轮转速的齿轮 轮系之间有关联的齿轮(复合轮系) a,b,H轴线平行(周转轮系)
17
例题 在图所示的差动轮系中,已知各轮的齿数为:z1 =30,z2 =25, z2’=20, z3=75。齿轮1的转速为210r/min(蓝箭头向上),齿轮3的转速为 54r/min(蓝箭头向下),求系杆转速 的大小和方向。 解:将系杆视为固定,画出转化轮系中各轮的转向,如图中红 线箭头所示(红线箭头不是齿轮真实转向,只表示假想的转 化轮系中的齿轮转向,二者不可混淆)。因1、3两轮红线箭 头相反,因此 应取符号“-”,根据公式得:
§7-3 周转轮系传动比计算 19
§7-4 复合轮系传动比计算
除了前面介绍的定轴轮系和周转轮系 以外,机械中还经常用到复合轮系。复合轮系常以两 种方式构成: ① 将定轴轮系与基本周转轮系组合; ② 由几个基本周转轮系经串联或并联而成。 由于整个复合轮系不可能转化成为一个 定轴轮系,所以不能只用一个公式来求解。计算复合 轮系时,首先必须将各个基本周转轮系和定轴轮系区 分开来,然后分别列出计算这些轮系的方程式,最后 联立解出所要求的传动比。 正确区分各个轮系的关键在于找出各个基本周转 轮系。找基本周转轮系的一般方法是:先找出行星轮, 即找出那些几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动的齿 轮;支持行星轮运动的那个构件就是行星架;几何轴 线与行星架的回转轴线相重合,且直接与行星轮相啮 合的定轴齿轮就是中心轮。这组行星轮、行星架、中 心轮构成一个基本周转轮系。
根据题意,齿轮1、3的转向相反,若假设n1为正,则应 将n3以负值带入上式,
解得nH =10r/min。因nH 为正号,可知nH 的转向和n1 相同。 在已知n1、nH或n3、nH的情况下,利用公式还可容易地算 出行星齿轮2的转速 。
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。
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H—系杆A 或行星架
4
周转轮系的分类
1. 根据周转轮系所具有的自由度数目不同
(1)行星轮系
周转轮系中,若将中心轮3(或1)固定,则整 个轮系的自由度为1。这种自由度为1的周转轮 系称为行星轮系。为了确定该轮系的运动,只需 要给定轮系中一个构件以独立的运动规律即可。
(2)差动轮系
周转轮系中,若中心轮1和3均不固定,则整个 轮系的自由度为2。这种自由度为2的周转轮系 称为差动轮系。为了使其具有确定的运动,需要 两个原动件。
假想给整个轮系加上一
个公共的角速度(-H),
据相对运动原理,各构 件之间的相对运动关系 并不改变,但此时系杆
的角速度就变成了H-H=0,即系杆可视为静止不动。于 是,周转轮系就转化成了一个假想的定轴轮系,通常称这 个假想的定轴轮系为周转轮系的转化机构。
以单排2K-H型周转轮系为例
i1H3 1 3H H 1 3 H H(1)Z Z1 3
第六章 轮系
A
1
§6-1 轮系及其分类
轮系是由一系列齿轮所组成的传动装置。 定义:这种由一系列齿轮组成的传动系统称为
轮系。 它通常介于原动机和执行机构之间,把原动机
的运动和动力传给执行机构。 工程实际中常用其实现变速、换向和大功率传
动等,具有非常广泛的应用。 轮系的类型 定轴轮系 周转轮系 混合轮系
2、首末两轴不平行
用箭头表示
A
8
3、所有轴线都平行
i
1 5
(1)m
所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积
m——外啮合的次数
4、所有齿轮的几何轴线不都平行,但首、尾两轮的轴 线互相平行
仍可在传动比的计算结果中加上"+"、"-"号来表示主、 从动轮的转向关系。
A
9
§6-3 周转轮系传动比
反转法
角速度(或转速)之比,即:
2、一对齿轮的传动比
i12
1 2
z2 z1
正号:表示转向相同,用于内啮合
负号:表示转向相反,用于外啮合
A
7
3、传动比大小的计算
举例说明传动比计算
定轴轮系传动比 所 所有 有主 从动 动轮 轮齿 齿数 数的 的乘 乘积 积
●主、从动轮转向关系的确 定
1、首末两轴平行,用“+”、“-”表 示。 4——惰轮 不改变传动比的大小, 但改变轮系的转向
定轴轮系 :
i13 13
(1)2
Z2Z3 Z1Z2
周转轮系
:
iH
31
3 H 1 H
(1)Z1 Z3
3、找出轮系之间的运动关系
1 3
1 3
A
3'
2
2' 4
13
H
输出
1'
4、联立求解:
i1H
1 H
Z1
Z 3 Z1
1 Z1Z2Z3
Z2Z3
18
例6:
电动卷扬机减速器 Z1=24,Z2=48,Z2'=30, Z3=90,Z3'=20,Z4=30, Z5=80,求i1H
A
5
2. 根据周转轮系中基本构件的不同 (1)2K- H型周转轮系 (2)3K型周转轮系
单排式 双排式
具有三个中心轮 的周转轮系
双排式
一个周转轮系由行星轮、系杆和中 心轮等几部分组成,其中,中心轮 和系杆的运转轴线重合。
A
6
§6-2 定轴轮系的传动比
1、传动比定义 轮系中输入轴的角速度(或转速)与输出轴的
转向如图所示。试求系杆的转速nH的大小和方向。
解:这是一个由锥齿轮所组成的 周转轮系。先计算其转化机构的 传动比。
已知值代入上式
结果为正,表明系杆H的转向与 齿轮1相同,与齿轮3相反。
A
13
§6-4 复合轮系传动比
在计算混合轮系传动比时,既不能将整个轮系作为定轴 轮系来处理,也不能对整个机构采用转化机构的办法。
在1-2-3-H 中
即
(a)
A
16
在4-4‘-5-1’-3‘ 中 (3)联系条件
从而可求得
(b) (c)
代入(a)式得
负号表明Ⅰ、Ⅱ两轴转向相反
A
17
例5:已知各轮齿数, 求传动比i1H
1、分析轮系的组成 1,2,2',3——定轴轮系 输 入
1',4,3',H——周转轮系
2、分别写出各轮系的传动比
A
2
1、定轴轮系
定义:组成轮系的所有齿 轮几何轴线的位置在运转 过程中均固定不变的轮系, 称为定轴轮系,又称为普 通轮系。
定轴轮系的动画
A
3
2、周转轮系 定义:组成轮系的齿轮中至少有一个齿轮几
何轴线的位置不固定,而是绕着其它定轴 齿轮轴线回转的轮系,称为周转轮系。
轮1与轮3 轴线重合
2—行星轮 周转轮系组成: 1、3—中心轮
(H,5为一整体) H
3
2
2'
1
(一)1,2-2',3,H——周转轮系
5 4
3' H为输出件
3',4,5——定轴轮系
(二)
i1H3 1 3 H H
(1)Z2Z3 Z1Z2
i35
A
10
周转轮系转化机构传动比的一般公式:
iA HB B A H H B A H Hf(z)
例1:图示为一大传动比的减速器, Z1=100,Z2=101,Z2'=100,Z3=99 求:输入件H对输出件1的传动比iH1
iH1
1 i1H
111019910000
100100
若Z1=99 iH1 100
计算混合轮系传动比的正确方法是:
(1) 首先将各个基本轮系正确地区分开来。 (2) 分别列出计算各基本轮系传动比的方程式。 (3) 找出各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,即可求得 混合轮系的传动比。
A
14
具体划分方法:
先找行星轮,即找出那些几何轴线位置不固定而是绕其 它定轴齿轮几何轴线转动的齿轮;找到行星轮后,支承 行星轮的构件即为系杆;而几何轴线与系杆重合且直接 与行星轮相啮合的定轴齿轮就是中心轮。
2' 2
H
1
3
周转轮系传动比正负是计算出来的,而不是判断出来的。
A
11
例2: 下图所示的轮系中,已知各轮的齿数为: 试求传动比i1H
解:这是一个双排2K-H型行星轮系。 其转化机构的传动比为
由于3=0,故得 计算结果i1H为正值,说明系杆与中心轮1转向相同。
A
12
例3: 如下图所示的轮系中,已知各轮的齿数为: , 又n1=250r/min
这一由行星轮、系杆、中心轮所组成的轮系,就是一个 基本的周转轮系。区分各个基本的周转轮系后,剩余的 那些由定轴齿轮所组成的部分就是定轴轮系。
A
15
例4:在图所示的轮系中,设已知各轮的齿数为:
试求轴Ⅰ、轴Ⅱ之间的传动比。 解:这是一个混合轮系。
(1)首先区分各个基本轮系: 1-2-3-H 周转轮系
4-4‘-5-1’-3‘ 定轴轮系 (2)分别列出各基本轮系传动 比的计算式: