机械原理第九章 轮系.ppt
机械原理第九章凸轮机构及其设计
凸轮的设计和参数选择
设计原则
凸轮的设计应考虑载荷、速度 和精度等因素，并满足运动学 和强度学的要求。
参数选择
凸轮的参数包括凸轮半径、凸 轮轴角度和凸轮顶点位置等， 应根据具体需求进行选择。
优化方法
通过数学模型和仿真分析，可 以优化凸轮的形状和参数，以 提高凸轮机构的性能。
凸轮机构的运动分析
1
转动运动
通过凸轮的旋转，实现机构的直线或曲线运动。
2
滑动运动
随着凸轮轮廓的变化，机构的接触点会产生水平或竖直方向的滑动运动。
3
摇摆运动
凸轮的摇杆或滚柱可以实现机构的摇摆运动。
凸轮机构的布置和设计原则
1 布置方式
根据机构的运动要求和空间限制，选择合适 的凸轮布置方式，如列状、行状或环状。
2 设计原则
在凸轮机构的设计过程中，要考虑机构的刚 度、强度和稳定性等因素，以提高机构的性 能。
凸轮机构的应用案例
发动机气门机构
凸轮机构用于控制发动机气门的 开闭，保证发动机的正常运行。
印刷机印版定位
凸轮机构用于实现印刷机印版的 准确定位，提高印刷质量。
纸张折叠机构
凸轮机构用于纸张折叠机构，实 现精确的折叠操作。
小结和要点
1 2 3 4
5
6
凸轮机构是一种常见的机械传动机构。 凸轮机构具有多种分类和特点。 凸轮的设计和参数选择需要考虑多个因素。 凸轮机构的运动分析可以通过几何和动力学方法 实现。 凸轮机构的布置和设计应根据具体要求进行选择。
凸轮机构在多个领域都有广泛应用。
凸轮机构是机械工程中常见的一种机构，用于将轮系运动转化为直线或曲线 的机械动作。它具有简单可靠的特点，广泛应用于各个领域。
机械原理轮系基础讲解共29页文档
15、机会是不守纪律的。——雨果
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
机械原理轮系基础讲解
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
清华大学机械原理——轮系PPT课件
(2) 运动分解
nH
1 2
(n3
n5 )
n3 r L n5 r L
n3
r
r
L
nH
n5
r
r
L
nH
第46页/共75页
6. 实现执行机构的复杂运动
行星轮既有自转又有公转—复杂运动
例：行星搅拌机构
第47页/共75页
用于食品加工的行星搅拌机构
第48页/共75页
5.5 轮系的设计
定轴轮系的设计 基本内容 ➢选择轮系的类型 ➢确定轮系中各轮的齿数 ➢选择轮系的布置方案
缺点：中间轴较长，变 形使齿宽上的载荷分布 不均匀。
周转轮系的设计 基本内容 ➢周转轮系类型的选择 ➢确定轮系中各轮的齿数 ➢*周转轮系的均衡装置
第55页/共75页
1.周转轮系类型的选择
考虑因素：
➢传动比范围； ➢效率高低； ➢结构复杂程度； ➢外廓尺寸等。
第56页/共75页
➢当轮系主要用于传递运动时
双排2K-H 单排2K-H
假想一个中心
z1
x
z2 z2'
2) 同心条件
z2
i1H
(x 1) x 1
z1
3) 装配条件
k z1 i1H (Q Rx)
(Q, R均为正整数)
第68页/共75页
➢ 双排2K-H行星轮系(标准齿轮传动，各轮模数相等)
4) 邻接条件
(z1
z2
)
sin
180 k
z2
+2 ha*
假定z2 z2'
若 x z2 1 z2'
第34页/共75页
2. 实现减速、增速或变速运动
例1：汽车手动变速器（130）
周转轮系传动比的计算
《机械原理》第九章齿轮系及其设计——周转轮系传动比的计算2H 2H 1313反转原理：给整个周转轮系加上“－ωH ”，不改变轮系中各构件之间的相对运动，但原周转轮系将转化成为一定轴轮系，可按定轴轮系的公式计算转化后轮系的传动比。
转化后所得轮系称为原周转轮系的2K-H 型“转化轮系”－ωH1 ω1将轮系按－ωH 反转后，各构件的角速度的变化如下:2 ω23 ω3H ωH转化后: 系杆=>机架，周转轮系=>定轴轮系构件原角速度转化后的角速度2H 13ω1H ＝ω1－ωHω2H ＝ω2－ωH ω3H ＝ω3－ωHωH H ＝ωH －ωH ＝02H 13上式“－”说明在转化轮系中ω1H 与ω3H 方向相反。
H H H i3113ωω=2132z z z z -=13z z -=H Hωωωω--=312H 132H 131133i ωω=周转轮系中1、3之间的传动比2132z z z z -=H Hωωωω--=31H H H i3113ωω=13z z -=通用表达式：Hn Hm ωωωω--=m n m n =±转化轮系中由至各从动轮齿数的乘积转化轮系中由至各主动轮齿数的乘积H nH m H mniωω=1. 齿轮m 、n 和H 的轴线必须平行。
2.公式中的“±” 不能去掉，它不仅表明转化轮系中两个太阳轮m 、n 之间的转向关系，而且影响到ωm 、ωn 、ωH 的计算结果。
特别注意：通用表达式：Hn H m ωωωω--=m n m n =±转化轮系中由至各从动轮齿数的乘积转化轮系中由至各主动轮齿数的乘积H nH m H mniωω=特别注意：3. ωm 、ωn 、ωH 的已知值代入上式时必须带正负号，当假定其中某一已知值的转向为正时，则转向与之相同的取正，与之相反的取负。
4.i mn H ≠i mn ，i mn H 为转化轮系中m 、n 两轮的角速度之比，其大小和方向按定轴轮系传动比的计算来确定；i mn 为周转轮系中m 、n 两轮的绝对速度之比，其大小和方向按其转化轮系的公式推导出来。
机械原理课件-齿轮系
i1m＝ (-1)m 2)画箭头
所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积
11
外啮合时：两箭头同时指向（或远离）啮 合点。头头相对或尾尾相对。
内啮合时：两箭头同向。
2 2
第二节 定轴轮系传动比的计算
对于空间定轴轮系，只能用画箭头的方法来确定从动轮的转向。
1)锥齿轮 2)蜗轮蜗杆
2
1
3
右
旋
蜗 杆
2
1
复合轮系（两者混合）
轮系的类型 一、轮系的分类 1．定轴轮系 轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置都固定不动，则称之为 定轴轮系（或称为普通轮系）。
1 2
3
4
第一节 齿轮系及其分类
定轴轮系
2. 周转轮系：
至少有一个齿轮轴线的位置不固定，而是绕着其它定轴齿轮的轴线 做周向运动的轮系。
周转轮系举例：
第二节ω定1 轴轮系传ω动比2 的转计向算相反
二、首、末轮转向的确定(两种方法)
1
p
2
转向相同
1)用“＋” “－”表示 适用于平面定轴轮系（轴线平行，两轮转
vp
向不是相同就是相反）。
p vp ω1
外啮合齿轮：两轮转向相反，用“－”表示；
1 2
ω2
内啮合齿轮：两轮转向相同，用“＋”表示。
设轮系中有m对外啮合齿轮，则末轮转向为(-1)m
如果齿轮系中各齿轮的轴线互相平行，则称为平面齿轮 系，否则称为空间齿轮系。
根据齿轮系运转时齿轮的轴线位置相对于机架是否固定， 又可将齿轮系分为两大类：定轴齿轮系和行星齿轮系。
由齿轮组成的传动系统简称轮系
第一节 齿轮系及其分类
齿轮系
平面定轴轮系 定轴轮系（轴线固定）
工学机械原理轮系课件
w H - w H=0
假想定轴轮系
指给整个周转轮系加上一个“-wH”的公共角速度，使系杆H变为相对固定后，所得到的假想的定轴轮系。
原轮系
转化轮系
转化轮系
2. 转化轮系中各构件的角速度
3. 转化轮系的传动比
可按定轴轮系传动比的方法求得：
传动比计算的一般公式：
1. 上式只适用于转化轮系首末两轮轴线平行的情况。 2. 齿数比之前要加“+”或“–”号来表示齿轮之间的转向关系（提前可以根据定轴轮系的方法用箭头判断出）。 3. 将ω1、ωn、ωH 的数值代入上式时，必须同时带“±”号。
z1=z3 , nH=n4
六、实现运动的分解
汽车后桥的差动器能根据汽车不同的行驶状态，自动将主轴的转速分解为两后轮的不同转动。
各齿廓啮合处的径向分力和行星轮公转所产生的离心惯性力得以平衡，可大大改善受力状况；
七、实现结构紧凑的大功率传动
多个行星轮共同分担载荷，可以减少齿轮尺寸;
中心轮（太阳轮1,3）：轴线固定并与主轴线重合的齿轮。
行星轮(2)：轮系中轴线不固定齿轮(自转与公转）。
机架：固定件
系杆
行星轮
太阳轮
1 ，3 ——中心轮（太阳轮） 2 —— 行星轮 H —— 系杆（转臂）
基本构件
2. 周转轮系的分类
a）按其自由度数分：
自由度为1
差动轮系
自由度为2
行星轮系
3K型
b）根据基本构件的组成分
有3个中心轮。 1,3,4轮
2K型
有2个中心轮, 1,3轮
既包含定轴轮系部分，又包含周转轮系部分的轮系,或是由几个周转轮系组成的轮系。
三. 复合轮系
定轴轮系
周转轮系
轮系的类型
《机械原理》第九章齿轮系及其设计——轮系的类型轮系：由一系列齿轮组成的传动系统。
通常用来实现变速、变向及实现大传动比等。
轮系：由一系列齿轮组成的传动系统。
通常用来实现变速、变向及实现大传动比等。
轮系：由一系列齿轮组成的传动系统。
通常用来实现变速、变向及实现大传动比等。
76N S1234589101112HME 通常用来实现变速、变向及实现大传动比等。
轮系：由一系列齿轮组成的传动系统。
轮系分类周转轮系定轴轮系（轴线固定）复合轮系平面定轴轮系空间定轴轮系根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置是否变化分：轮系分类周转轮系定轴轮系（轴线固定）复合轮系平面定轴轮系空间定轴轮系根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置是否变化分：轮系分类周转轮系定轴轮系（轴线固定）复合轮系平面定轴轮系空间定轴轮系根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置是否变化分：轮系分类周转轮系定轴轮系（轴线固定）复合轮系平面定轴轮系空间定轴轮系根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置是否变化分：1234轮系分类周转轮系定轴轮系（轴线固定）复合轮系平面定轴轮系空间定轴轮系根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置是否变化分：在轮系运转过程中至少有一个齿轮几何轴线的位置并不固定，而是绕着其它定轴齿轮轴线回转的轮系——周转轮系。
轮系分类周转轮系定轴轮系（轴线固定）复合轮系平面定轴轮系空间定轴轮系根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置是否变化分：2H13在轮系运转过程中至少有一个齿轮几何轴线的位置并不固定，而是绕着其它定轴齿轮轴线回转的轮系——周转轮系。
图示轮系中，齿轮1、3的轴线相重合，它们均为定轴齿轮，而齿轮2的转轴装在构件H的端部，在构件H的带动下，它可以绕齿轮1、3的轴线作周转。
轮系分类周转轮系定轴轮系（轴线固定）复合轮系平面定轴轮系空间定轴轮系根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置是否变化分：2H13中心轮——与行星轮相啮合的定轴齿轮1和3，又称为太阳轮。
机械设计基础 轮系ppt课件
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
可编辑课件PPT
30
如何表示一对平行轴齿轮的转向？ 齿轮回转方向
用线速度方 向表示齿轮
线速度方向
回转方向
机构
运动 简图
投影方向
机构 运动 简图
投影方向
可编辑课件PPT
轮系传动比的计算包括传动比大小的计算和输入轴与 输出轴两者转向的关系的确定。传动比常用字母i表示 ，并在其右下角标明其对应的两轴。例如iAB表示轴A 与轴B的角速度之比。
iAB
A B
nA nB
可编辑课件PPT
39
二 定轴轮系传动比的计算
1.一对齿轮啮合时传动比的计算
1
1
2
1
1
2
2
2
外啮合圆柱齿轮，两轮
差动轮系(F=2)
行星轮系(F=1)
这种两个中心轮都不固
这种有一个中心轮固定，
定，自由度为2的周转轮系， 自由度为1的周转轮系，称
称为差动轮系。
可编辑课件PP为T 行星轮系。
14
复合轮系
轮系中，既有定轴轮系又有周转轮系
（跳过本页图形）。
可编辑课件PPT
15
哪部分是定轴轮系？（轴上有没有斜线）
周转轮系
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。
可编辑课件PPT
35
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
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定轴轮系的传动比计算
轮系的传动比
i1 k
1 k
✓ 传动比的大小 ✓ 输入、输出轴的转向关系
定轴轮系的传动比计算
一、传动比的大小
i15
1 5
?
i1
2
1 2
z2 z1
i23 32
z3 z2
i34
3 4
z4 z3
i45
4 5
z5 z4
i1 5 1 i1i1 52 i23 i3 4i4 51 2 3 4
2、输入、输出轮的轴线相互平行 画箭头方法确定，可在传动比大小前加正或负号
3、输入、输出齿轮的轴线不平行 画箭头方法确定，且不能在传动比大小前加正或负号
§9.3 周转轮系的传动比计算
定轴轮系传动比计算公式
周转轮系传动比计算
?
反转法原理，将周转 轮系转化为定轴轮系
周转轮系的传动比计算
一、周转轮系传动比计算的基本思路
5
2345
z2z3z4z5 z1z2 z3 z4
所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积
二、传动比转向的确定
定轴轮系的传动比计算
1、平面定轴轮系（各齿轮轴线相互平行）
i15
1 5
(1)3 z2 z3 z4 z5 z1z2 z3 z4
z2z3z4z5 z1z2 z3 z4
惰轮
i1k
1 k
i1H 1i1HK
如果给定另外两个基本构件的角速度1、H中的任意一
个，可以计算出另外一个，从而可以计算周转轮系的传 动比。
周转轮系的传动比计算
三、使用转化轮系传动比公式时的注意事项
1、转化轮系的1轮、k轮和系杆H的轴线需平行
i1H3 1 3 H H(1)2Z Z1 2Z Z23
i1H2
1 2
H H
i1H K
H
1
H K
K 1 H Hzz12 zzK K 1
1、对于差动轮系，给定1、k、H中的任意
两个，可以计算出第三个，从而可以计算周转轮系 的传动比。
周转轮系的传动比计算
2、对于行星轮系，两个中心轮中必有一个是固定的
若 K 0
i1 H k1 K H H0 1 H H 1 H 1 1 i1 H z z 1 2 zz K K 1
基本构件都是围绕着 同一固定轴线回转的
轮系的类型
根据轮系所具有的自由度不同，周转轮系 又可分为：差动轮系和行星轮系
计算图a)所示轮系自由度：
F 3 4 2 4 2 2
差动轮系：F=2
计算图b)所示机构自由度, 图中齿轮3固定
F 3 3 2 3 2 1
行星轮系：F=1
轮系的类型
周转轮系的传动比计算
例题1：已知 z 1 1， 0 z 2 1 0， 0 z 2 1 1， 0 z 3 9 0 ， 9 试求传动比。
i1H1i1 H3 1zz1 2zz2 311 10 0 1 9 0 10 90 11 0000
齿轮1的轴为输入轴， 蜗轮5的轴为输出轴，输 出轴与输入轴的转向关系 如图上箭头所示。
i15
z2 z3 z5 z1z2' z3'
传动比方向判断 传动比方向表示
画箭头
定轴轮系的传动比计算
小结
大小：
i1k
1 k
从动齿轮齿数连乘积 主动齿轮齿数连乘积
转向：
1、所有齿轮轴线都平行的情况 用 (1) m 法
周转轮系 + 周转轮系
小结
轮系的类型
轮系
定轴轮系 周转轮系
行星轮系，差动轮系 2K-H型,3K型,K-H-V型
定轴轮系+周转轮系 复合轮系
周转轮系+周转轮系
§9.2 定轴轮系的传动比计算
齿轮机构的传动比
ω1
ω2
1
p
2vp转向相反源自i121 2z2 z1
z2 z1
外啮合 内啮合
ω1
1 2
ω2
转向相同
(1)m 所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积
惰轮:不改变传动比的大小，但改变轮系的转向
定轴轮系的传动比计算
2、定轴轮系中各轮几何轴线不都平行，但是 输入、输出轮的轴线相互平行的情况
传动比方向判断 传动比方向表示
画箭头 在传动比的前面加正、负号
定轴轮系的传动比计算
3、输入、输出轮的轴线不平行的情况
第九章 轮系
一对齿轮传动的传 动比是5—7
轮系：由一系列互相啮合的齿轮组成的传动机构，用 于原动机和执行机构之间的运动和动力传递。
第九章 轮系
•轮系的类型 •定轴轮系的传动比计算 •周转轮系的传动比计算 •复合轮系的传动比计算 •轮系的功用 •其他行星传动简介
§9.1 轮系的类型
根据轮系在运转时各齿轮的几何轴线在空间的相对位 置是否固定，可以将轮系分为三大类：
- H
系杆机架 周转轮系定轴轮系
周转轮系的 转化机构
可直接用定轴轮系传动比的计算公式。
周转轮系的传动比计算
将轮系按－ωH反转后，各构件的角速度的变化如下:
构件 原角速度 转化后的角速度
1
ω1
2
ω2
3
ω3
H
ωH
ωH1＝ω1－ωH ωH2＝ω2－ωH ωH3＝ω3－ωH
ωHH＝ωH－ωH＝0
反转原理：给周转轮系中的每一个构件都加上 一个附加的公共转动（转动的角速度为－ωH） 后，不会改变轮系中各构件之间的相对运动，
但原周转轮系将转化成为一个假想的定轴轮系， 称为周转轮系的转化机构。
二、周转轮系传动比的计算方法
周转轮系的传动比计算
周转轮系转化机构的传动比 i1H3 1 3H H 1 3 H H(1)Z Z1 3
上式“－”说明在转化轮系中ωH1 与ωH3 方向相 反。
一般周转轮系转化机构的传动比
周转轮系的传动比计算
根据基本构件的特点，轮系可分为：
2K－H 型，3K型， K-H-V型
2K-H型
3K型
轮系的类型
系杆H只起支撑行星轮使 其与中心轮保持啮合的作 用，不作为输出或输入构 件
轮系的类型
复合轮系:由定轴轮系和周转轮系、或几部分周转轮系
组成的复杂轮系
各周转轮系相互独 立不共用一个系杆
定轴轮系 + 周转轮系
定轴轮系 周转轮系 复合轮系
轮系的类型
定轴轮系：当轮系运转时，所有齿轮的几何轴线相对于 机架的位置均固定不变
轮系的类型
周转轮系: 当轮系运转时，至少有一个齿轮的几何轴线 相对于基架的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转
轮系的类型
基本构件
2 —— 行星轮 H —— 系杆 1—— 中心轮 3—— 中心轮
（需作矢量作）
周转轮系的传动比计算
2、 i1Hk 是转化机构中1为主动轮、k为从动轮时的传动比，
其大小和正、负完全按照根据定轴轮系来处理。周转轮系 传动比正负是计算出来的，而不是判断出来的。
3、表达式中 1、k、H的正负号问题。若基本构件的实际 转速方向相反，则 的正负号应该不同。
四、轮系传动比计算举例