空間綜合輪系實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)空間綜合輪系實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào) 學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 年 6 月空間輪系綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)是為了方便學(xué)生對(duì)輪系有更清楚地了解，對(duì)于機(jī)械原理等基礎(chǔ)課程有更深一步的認(rèn)識(shí)，因此作為傳統(tǒng)的輪系實(shí)驗(yàn)臺(tái)，我們很難將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)清楚地展示。尤其作為教學(xué)用輪系結(jié)構(gòu)，由于輪系本身有很多類型，而不同類型結(jié)構(gòu)的差異也很大，尤其是周轉(zhuǎn)輪系和復(fù)合輪系結(jié)構(gòu)的特殊性，如果僅就平面圖形觀察，很難從實(shí)質(zhì)上理解其運(yùn)動(dòng)形式，容易在輪系傳動(dòng)比計(jì)算或其運(yùn)動(dòng)分析過(guò)程中產(chǎn)生困惑，而且傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)大都為平面輪系，不能讓學(xué)生了解空間輪系的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式。因此本設(shè)計(jì)按照現(xiàn)代機(jī)械原理和結(jié)構(gòu)理論，以提高設(shè)計(jì)思維能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)的一種實(shí)驗(yàn)用綜合輪系實(shí)驗(yàn)臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)為學(xué)生提供不同的齒輪、軸、軸承等相關(guān)零件，學(xué)生可以根據(jù)自己所學(xué)知識(shí)，按照自己的設(shè)計(jì)來(lái)組裝輪系實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)這樣的方法來(lái)提高對(duì)空間輪系的理解，更好的學(xué)習(xí)和掌握空間輪系的知識(shí)重點(diǎn)，加深對(duì)其的理解，真正的做到學(xué)以致用。關(guān)鍵字：輪系，實(shí)驗(yàn)臺(tái)，差動(dòng)，定軸The design of the spatialgear train synthesizes the laboratory bench Abstract: This design is to facilitate the student to have to the gear train understood clearly that regarding core curricula and so on mechanism has a deeper step understanding, therefore as the traditional gear train laboratory bench, we demonstrated clearly very difficultly its internal structure. Especially as teaching with gear train structure, Especially as teaching with gear train structure, but the different type structure's difference is also very big, particularly epicyclic train and compound gear train structure particularity, if only on the plane figure observation, if only on the plane figure observation, easily produces puzzled in the gear train velocity ratio computation or in its movement parsing process, moreover the traditional laboratory bench is the plane gear train mostly, cannot let the student understand the spatial gear train the structure and the movement form. Therefore this design according to the modern mechanism and the structural theory, take sharpens the design power of thought that beginning ability, innovation ability as the starting point, will provide the different gear, the axis, the bearing for the student and so on related components, the student may act according to itself to study the knowledge, will assemble the gear train laboratory bench according to own design, will enhance through such method to the spatial gear train understanding, a better study and will grasp the spatial gear train the knowledge key point, will deepen to its understanding, true will achieve studies for the purpose of application.Key words: Gear train, laboratory bench, differential motion, dead axle目錄１緒論 1２本設(shè)計(jì)的意義 32.1 輪系的功能 .32.2 輪系的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) .42.3 本設(shè)計(jì)的意義 .6３ 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 73.1 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 73.2 總功能分析---明確設(shè)計(jì)性輪系綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)任務(wù) 83.3 基本概念 .93.4 定軸輪系傳動(dòng)比及設(shè)計(jì)要點(diǎn) .133.4.1 平面定軸輪系的傳動(dòng)比 .143.4.2空間定軸輪系的傳動(dòng)比 .163.4.3 定軸輪系設(shè)計(jì)要點(diǎn) .173.5 差動(dòng)輪系的傳動(dòng)比及設(shè)計(jì)要點(diǎn) .183.5.1 周轉(zhuǎn)輪系的分類 .183.5.2 周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比 .183.7 確定運(yùn)動(dòng)方案 203.8 蝸桿的確定及計(jì)算 .223.9 錐齒輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算 .28４零件圖的確定 314.1 蝸輪零件圖的確定 .314.2 錐齒輪零件圖的確定 .324.3 輸入軸零件圖的確定 .324.3.1 輸入軸設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題 .324.3.2 輸入軸的設(shè)計(jì) .334.3.3 軸承的選擇 .354.3.4 設(shè)備中的潤(rùn)滑 .36５部件圖的確定 375.1 定軸輪系部件圖的確定 .375.2 差動(dòng)輪系部件圖的確定 .385.3 通用底座部件圖的確定 .396 裝配圖的確定 .396.1 定軸輪系裝配圖的確定 .406.2 差動(dòng)輪系裝配圖的確定 .41結(jié)論 42附錄 43致謝 47１緒論18 世 紀(jì) 下 半 葉 第 一 次 工 業(yè) 革 命 促 進(jìn) 了 機(jī) 械 工 程 學(xué) 科 的 迅 速 發(fā) 展 ， 促使 機(jī) 械 原 理 在 原 來(lái) 的 機(jī) 械 力 學(xué) 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 成 為 一 門 獨(dú) 立 的 學(xué) 科 ， 它 對(duì) 傳統(tǒng) 形 式 的 機(jī) 械 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 能 的 完 善 起 了 很 大 的 推 動(dòng) 作 用 。 隨 著 科 學(xué) 技 術(shù)的 飛 躍 發(fā) 展 ， 當(dāng) 今 世 界 又 在 經(jīng) 歷 一 場(chǎng) 新 的 產(chǎn) 業(yè) 革 命 ， 現(xiàn) 代 機(jī) 械 的 概 念 已大 大 不 同 于 19 世 紀(jì) 機(jī) 械 的 概 念 ， 其 特 征 是 具 有 計(jì) 算 機(jī) 信 息 處 理 和 控 制手 段 。 因 此 ， 現(xiàn) 代 機(jī) 械 的 工 作 原 理 、 結(jié) 構(gòu) 組 成 、 設(shè) 計(jì) 思 維 方 式 已 大 大 不同 于 傳 統(tǒng) 的 機(jī) 器 ， 促 進(jìn) 了 機(jī) 械 原 理 學(xué) 科 發(fā) 生 廣 泛 、 深 刻 和 質(zhì) 的 變 化 ， 這就 要 求 機(jī) 械 原 理 課 程 的 體 系 和 內(nèi) 容 作 出 與 之 適 應(yīng) 的 改 革 。21 世 紀(jì) 機(jī) 械 產(chǎn) 品 的 國(guó) 際 競(jìng) 爭(zhēng) 將 愈 來(lái) 愈 劇 烈 ， 要 求 機(jī) 械 產(chǎn) 品 不 斷 創(chuàng) 新 ，努 力 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 ， 完 善 改 進(jìn) 機(jī) 械 性 能 ， 滿 足 市 場(chǎng) 需 要 。 這 是 每 一 個(gè) 機(jī)械 設(shè) 計(jì) 人 員 的 責(zé) 任 ， 也 是 機(jī) 械 學(xué) 學(xué) 科 的 研 究 內(nèi) 容 。 開 發(fā) 新 產(chǎn) 品 ， 設(shè) 計(jì) 要先 行 。 不 少 專 家 認(rèn) 為 ， 一 個(gè) 產(chǎn) 品 的 好 壞 ， 關(guān) 鍵 在 于 設(shè) 計(jì) 。 機(jī) 械 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì)又 可 分 為 兩 個(gè) 階 段 ： 機(jī) 械 產(chǎn) 品 的 概 念 設(shè) 計(jì) （ Conceptual Design） 和機(jī) 械 產(chǎn) 品 的 構(gòu) 形 設(shè) 計(jì) （ Configuration Design） 。 概 念 設(shè) 計(jì) 是 決 定 機(jī)械 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 水 平 的 高 低 、 性 能 的 優(yōu) 劣 和 經(jīng) 濟(jì) 效 益 好 壞 的 關(guān) 鍵 性 一 步 。 機(jī)械 原 理 的 重 要 任 務(wù) 應(yīng) 是 進(jìn) 行 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 方 案 的 構(gòu) 思 、 各 個(gè) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 類 型和 尺 度 綜 合 等 。 這 些 內(nèi) 容 是 機(jī) 械 產(chǎn) 品 概 念 設(shè) 計(jì) 中 不 可 缺 少 的 部 分 。 機(jī) 械原 理 課 程 應(yīng) 緊 密 結(jié) 合 機(jī) 械 產(chǎn) 品 概 念 設(shè) 計(jì) 需 要 ， 充 實(shí) 機(jī) 構(gòu) 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 ，加 強(qiáng) 機(jī) 構(gòu) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 原 理 和 方 法 的 闡 述 ， 這 不 但 是 適 應(yīng) 21 世 紀(jì) 機(jī) 械 產(chǎn)品 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 的 需 要 ， 也 是 機(jī) 械 原 理 課 程 體 系 、 內(nèi) 容 改 革 應(yīng) 該 遵 循 的 方 向 。在 世 界 正 面 臨 著 新 技 術(shù) 革 命 的 嚴(yán) 重 挑 戰(zhàn) 時(shí) ， 教 育 首 當(dāng) 其 沖 ， 信 息 化 時(shí)代 的 到 來(lái) 和 新 的 人 才 觀 念 的 轉(zhuǎn) 變 ， 教 育 改 革 勢(shì) 在 必 行 。 其 中 使 教 育 方 法和 教 學(xué) 手 段 更 有 效 的 有 利 于 提 高 實(shí) 用 性 教 育 成 為 教 育 改 革 的 主 要 目 標(biāo) 之一 。 國(guó) 內(nèi) 的 教 育 體 制 正 在 不 斷 的 經(jīng) 受 考 驗(yàn) ， 以 前 的 應(yīng) 試 教 育 和 純 理 論 的教 育 受 到 國(guó) 外 的 應(yīng) 用 型 教 育 的 影 響 也 不 斷 的 改 革 創(chuàng) 新 。 綜 合 性 的 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái)就 是 在 這 種 條 件 下 產(chǎn) 生 的 ， 國(guó) 內(nèi) 外 各 種 綜 合 性 的 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 相 繼 產(chǎn) 生 。 研 究輪 系 的 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 也 在 這 種 情 況 的 促 進(jìn) 下 不 斷 的 發(fā) 展 變 化 著 ， 由 最 初 的 簡(jiǎn)單 的 理 論 的 講 解 到 簡(jiǎn) 單 的 平 面 輪 系 的 實(shí) 驗(yàn) 板 到 有 復(fù) 雜 機(jī) 構(gòu) 的 輪 系 綜 合 實(shí)裝 置 ， 這 些 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 使 人 們 更 好 的 將 理 論 的 知 識(shí) 直 觀 化 了 。本 設(shè) 計(jì) 的 目 的 是 針 對(duì) 我 校 使 用 的 是 “面 向 21 世 紀(jì) 課 程 教 材 由 李瑞 琴 主 編 的 《 機(jī) 械 原 理 》 ”， 設(shè) 計(jì) 出 一 臺(tái) 空 間 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) ， 能 夠 彌 補(bǔ) 傳 統(tǒng) 的 輪系 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 都 為 平 面 輪 系 ， 無(wú) 法 展 示 空 間 輪 系 傳 動(dòng) 過(guò) 程 ， 而 且 要 求 結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn) 單 在 保 證 基 本 結(jié) 構(gòu) 不 變 的 情 況 下 ， 只 進(jìn) 行 簡(jiǎn) 單 的 通 用 件 的 拆 裝 就 可 以組 成 所 需 要 的 輪 系 。 從 而 把 定 軸 輪 系 、 差 動(dòng) 輪 系 分 別 和 支 架 構(gòu) 成 一 個(gè) 齒輪 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 學(xué) 生 在 該 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 上 可 以 組 裝 自 己 設(shè) 計(jì) 的 輪 系 進(jìn) 行 實(shí) 驗(yàn) 能 夠更 加 直 觀 的 了 解 各 種 空 間 輪 系 在 實(shí) 際 生 產(chǎn) 和 生 活 中 的 應(yīng) 用 ， 從 而 開 發(fā) 他們 的 視 野 ， 提 高 他 們 的 設(shè) 計(jì) 思 維 能 力 、 動(dòng) 手 能 力 、 創(chuàng) 新 能 力 為 他 們 能 夠更 好 的 掌 握 書 本 知 識(shí) 奠 定 必 不 可 少 的 基 礎(chǔ) 。２本設(shè)計(jì)的意義2.1 輪系的功能輪 系 的 功 能輪 系 在 各 種 機(jī) 械 中 都 有 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 但 從 其 功 能 上 來(lái) 看 ， 主 要 歸 納 為以 下 十 種 功 能 ：1、 實(shí) 現(xiàn) 大 傳 動(dòng) 比 的 減 速 或 增 速 傳 動(dòng)只 須 適 當(dāng) 選 擇 齒 輪 的 對(duì) 數(shù) 和 各 輪 齒 數(shù) ， 就 可 獲 得 所 需 的 大 傳 動(dòng) 比 傳 動(dòng) ，而 且 外 廓 尺 寸 遠(yuǎn) 比 使 用 一 對(duì) 齒 輪 小 ， 尤 其 是 采 用 周 轉(zhuǎn) 輪 系 ， 更 可 以 在 使用 很 少 的 齒 輪 并 且 保 證 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 的 條 件 下 ， 得 到 很 大 的 傳 動(dòng) 比 。2、 實(shí) 現(xiàn) 較 遠(yuǎn) 距 離 的 一 對(duì) 齒 輪 傳 動(dòng)采 用 多 個(gè) 齒 輪 組 成 一 定 軸 輪 系 ， 可 顯 著 減 少 整 個(gè) 機(jī) 構(gòu) 的 空 間 ， 還 可 以節(jié) 省 材 料 和 成 本 。3、 實(shí) 現(xiàn) 換 向 傳 動(dòng)機(jī) 械 的 原 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 向 一 般 不 變 ， 而 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 執(zhí) 行 構(gòu) 件 的 回 轉(zhuǎn) 方 向 因 工作 需 要 必 須 能 夠 時(shí) 正 時(shí) 反 ， 采 用 適 當(dāng) 的 輪 系 可 方 便 地 反 復(fù) 變 換 執(zhí) 行 構(gòu) 件的 轉(zhuǎn) 向 。4、 實(shí) 現(xiàn) 變 速 傳 動(dòng)在 主 軸 轉(zhuǎn) 速 不 變 的 情 況 下 ， 利 用 輪 系 可 使 從 動(dòng) 軸 得 到 若 干 種 轉(zhuǎn) 速 ， 這種 傳 動(dòng) 稱 為 變 速 傳 動(dòng) 。5、 實(shí) 現(xiàn) 分 路 傳 動(dòng)在 一 個(gè) 動(dòng) 力 源 的 機(jī) 械 中 ， 常 常 需 要 多 個(gè) 執(zhí) 行 構(gòu) 件 協(xié) 調(diào) 配 合 起 來(lái) 完 成 預(yù)期 的 動(dòng) 作 ， 可 采 用 若 干 輪 系 作 為 幾 個(gè) 分 路 傳 動(dòng) 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 。6、 用 作 運(yùn) 動(dòng) 的 合 成在 差 動(dòng) 輪 系 中 ， 若 給 定 兩 個(gè) 基 本 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動(dòng) ， 則 第 三 個(gè) 基 本 構(gòu) 件 的 運(yùn)動(dòng) 就 是 兩 個(gè) 給 定 運(yùn) 動(dòng) 的 合 成 。 差 動(dòng) 輪 系 的 這 種 功 能 ， 使 它 在 機(jī) 床 、 計(jì) 算機(jī) 、 補(bǔ) 償 調(diào) 整 等 裝 置 中 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。7、 用 作 運(yùn) 動(dòng) 的 分 解差 動(dòng) 輪 系 不 僅 能 將 兩 個(gè) 獨(dú) 立 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 合 成 一 個(gè) 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 而 且 還 能 將 一 個(gè) 主動(dòng) 件 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 按 需 要 的 比 例 分 解 為 兩 個(gè) 從 動(dòng) 件 的 不 同 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。8 實(shí) 現(xiàn) 多 種 多 樣 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡周 轉(zhuǎn) 輪 系 的 行 星 輪 上 各 點(diǎn) 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 是 許 多 形 狀 和 性 質(zhì) 不 同 的 擺 線 ，， 因 此 可 利 用 這 點(diǎn) 實(shí) 現(xiàn) 各 種 擺 線 的 功 能 ， 在 生 產(chǎn) 中 形 成 各 種 復(fù) 雜 的 運(yùn) 動(dòng)軌 跡 。9、 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 雜 的 動(dòng) 作采 用 多 動(dòng) 力 源 的 組 合 輪 系 ， 可 使 與 其 行 星 輪 相 聯(lián) 的 執(zhí) 行 構(gòu) 件 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 雜的 動(dòng) 作 。10、 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 雜 的 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 將 輪 系 和 連 桿 機(jī) 構(gòu) 、 凸 輪 機(jī) 構(gòu) ， 適 當(dāng) 組 合 所 組 成 的 齒 輪 連 桿 組 合 機(jī) 構(gòu) 、齒 輪 凸 輪 組 合 機(jī) 構(gòu) 可 實(shí) 現(xiàn) 各 種 各 樣 的 復(fù) 雜 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 。2.2 輪系的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1、 國(guó) 外 現(xiàn) 狀在 國(guó) 外 ， 由 齒 輪 、 軸 、 軸 承 及 箱 體 組 成 的 不 同 類 型 輪 系 ， 是 使 用 量 大 、應(yīng) 用 面 廣 的 一 種 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 。 目 前 世 界 上 齒 輪 最 大 傳 遞 功 率 已 達(dá)6500kW， 最 大 線 速 度 達(dá) 210 m/s （ 在 實(shí) 驗(yàn) 室 中 達(dá) 300m/s） ， 齒 輪 最大 重 量 達(dá) 200t， 最 大 直 徑 為 ?25.6m （ 組 合 式 ） ， 最 大 模 數(shù) 達(dá) 50mm。 輪 系 中 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 的 應(yīng) 用 ， 于 1951 年 首 先 在 德 國(guó) 獲 得 成 功 。其 后 世 界 各 國(guó) 都 先 后 研 究 并 獲 得 成 功 ， 均 有 系 列 產(chǎn) 品 ， 并 已 成 批 生 產(chǎn) ，普 遍 應(yīng) 用 。 英 國(guó) Allen 齒 輪 公 司 生 產(chǎn) 的 壓 縮 機(jī) 用 行 星 減 速 器 ， 功 率 達(dá) 25740kW； 德 國(guó) Renk 公 司 生 產(chǎn) 的 船 用 行 星 減 速 器 ， 功 率 為 11030kW。 低 速 重 載 行 星 減 速 器 已 由 系 列 產(chǎn) 品 發(fā) 展 到 生 產(chǎn) 特 殊 用 途 產(chǎn) 品 ，如 法 國(guó) 生 產(chǎn) 用 于 水 泥 磨 、 榨 糖 機(jī) 、 礦 山 設(shè) 備 的 減 速 器 ， 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 最 高 達(dá) 4150kN·m； 德 國(guó) 生 產(chǎn) 礦 井 提 升 機(jī) 的 減 速 器 ， 傳 動(dòng) 比 為 13， 輸 出 轉(zhuǎn) 矩為 350kN·m。 在 齒 輪 傳 動(dòng) 方 面 ， 國(guó) 外 已 可 生 產(chǎn) 功 率 60000kw 以 上 ，圓 周 速 度 300m/s 的 齒 輪 。 汽 車 等 運(yùn) 輸 工 具 的 齒 輪 ， 其 壽 命 已 接 近 整 機(jī)壽 命 的 水 平 。 許 多 高 可 靠 性 的 齒 輪 ， 已 可 使 用 幾 十 年 而 無(wú) 明 顯 的 損 傷 。2、 國(guó) 內(nèi) 現(xiàn) 狀我 國(guó) 自 行 設(shè) 計(jì) 的 高 速 齒 輪 （ 增 ） 減 速 器 的 功 率 已 達(dá) 44000kW， 齒輪 圓 周 速 度 達(dá) 150m/s 以 上 。 材 料 和 熱 處 理 質(zhì) 量 及 齒 輪 加 工 精 度 都 有 較大 的 提 高 ， 通 用 圓 柱 齒 輪 的 制 造 精 度 提 高 到 GB10095- 88 的 6 級(jí) ，高 速 齒 輪 的 制 造 精 度 可 穩(wěn) 定 在 4～ 5 級(jí) 。部 分 輪 系 采 用 硬 齒 面 后 ， 體積 和 重 量 明 顯 減 小 ， 承 載 能 力 、 使 用 壽 命 、 傳 動(dòng) 效 率 有 了 大 幅 度 的 提 高 ，對(duì) 節(jié) 能 和 提 高 輪 系 的 總 體 水 平 起 到 明 顯 的 作 用 。 我 國(guó) 也 成 功 研 制 出 了 高速 大 功 率 的 多 種 行 星 齒 輪 減 速 器 ， 如 列 車 電 站 燃 氣 輪 機(jī) 、 萬(wàn) 立 方 米 制 氧透 平 壓 縮 機(jī) 和 高 速 汽 輪 機(jī) 的 行 星 齒 輪 箱 等 。 功 率 為 12000 kW 的 行 星增 速 起 和 輸 出 扭 矩 達(dá) 1000 kN·m 的 行 星 減 速 器 。 各 種 少 齒 差 、 蝸 桿 減速 器 已 組 成 專 業(yè) 化 生 產(chǎn) 并 達(dá) 到 年 產(chǎn) 總 計(jì) 數(shù) 十 萬(wàn) 臺(tái) 的 水 平 。輪 系 的 應(yīng) 用 不 僅 限 于 定 軸 輪 系 和 基 本 周 轉(zhuǎn) 輪 系 ， 復(fù) 合 輪 系 使 輪 系 的 應(yīng)用 領(lǐng) 域 進(jìn) 一 步 拓 展 。 復(fù) 合 輪 系 現(xiàn) 已 逐 漸 成 為 新 的 重 點(diǎn) 研 究 領(lǐng) 域 ， 特 別 是利 用 圖 論 研 究 復(fù) 合 輪 系 的 構(gòu) 型 與 分 析 正 在 形 成 新 的 熱 點(diǎn) 。輪 系 的 發(fā) 展 趨 勢(shì)近 十 幾 年 來(lái) ， 由 于 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 與 數(shù) 控 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， CAD/CAM 的 廣泛 應(yīng) 用 ， 改 變 了 設(shè) 計(jì) 與 制 造 業(yè) 的 傳 統(tǒng) 觀 念 和 生 產(chǎn) 組 織 方 式 ， 從 而 推 動(dòng) 了機(jī) 械 傳 動(dòng) 產(chǎn) 品 多 樣 化 ， 整 機(jī) 配 套 的 模 塊 化 、 標(biāo) 準(zhǔn) 化 ， 以 及 造 型 設(shè) 計(jì) 藝 術(shù)化 ， 使 產(chǎn) 品 更 加 精 致 、 美 觀 。 可 在 輪 系 設(shè) 計(jì) 的 同 時(shí) 進(jìn) 行 工 藝 過(guò) 程 設(shè) 計(jì) 及安 排 輪 系 整 個(gè) 生 產(chǎn) 周 期 的 各 配 套 環(huán) 節(jié) 。 市 場(chǎng) 的 快 速 反 應(yīng) 大 大 縮 短 了 輪 系產(chǎn) 品 投 放 市 場(chǎng) 的 時(shí) 間 。 零 部 件 企 業(yè) 正 向 大 型 化 、 專 業(yè) 化 、 國(guó) 際 化 方 向 發(fā)展 。 一 些 先 進(jìn) 的 輪 系 生 產(chǎn) 企 業(yè) 已 經(jīng) 采 用 參 數(shù) 化 、 智 能 化 等 高 效 率 設(shè) 計(jì) 和敏 捷 制 造 、 智 能 制 造 等 先 進(jìn) 技 術(shù) ， 形 成 了 高 精 度 、 高 效 率 的 智 能 化 輪 系生 產(chǎn) 線 和 計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 化 管 理 。 現(xiàn) 在 ， 世 界 各 國(guó) 都 在 要 求 輪 系 設(shè) 計(jì) 與 制 造應(yīng) 更 趨 于 完 善 ， 使 齒 輪 傳 動(dòng) 達(dá) 到 更 高 的 水 平 ， 以 便 更 好 的 滿 足 社 會(huì) 對(duì) 復(fù)合 型 和 傻 瓜 型 產(chǎn) 品 的 需 求 。 目 前 輪 系 正 向 以 下 幾 個(gè) 方 向 發(fā) 展 ： （ 1）高 速 大 功 率 及 低 速 大 轉(zhuǎn) 矩 的 復(fù) 合 輪 系 ； （ 2） 高 效 率 、 小 體 積 、 大 功 率 、大 傳 動(dòng) 比 的 復(fù) 合 輪 系 ； （ 3） 無(wú) 機(jī) 變 速 輪 系 ； （ 4） 復(fù) 合 式 行 星 齒 輪 傳動(dòng) ； （ 5） 多 自 由 度 多 封 閉 鏈 的 復(fù) 合 輪 系 ； （ 6） 利 用 圖 表 理 論 對(duì) 新 型復(fù) 合 輪 系 的 探 索 。我 國(guó) 在 機(jī) 械 輪 系 研 究 領(lǐng) 域 已 經(jīng) 擁 有 了 一 支 實(shí) 力 比 較 雄 厚 的 研 究 開 發(fā) 隊(duì)伍 ， 建 成 了 一 批 具 有 現(xiàn) 代 化 裝 備 的 專 業(yè) 工 廠 與 研 究 機(jī) 構(gòu) ， 并 在 輪 系 發(fā) 展前 沿 進(jìn) 行 了 不 少 卓 有 成 效 的 研 究 與 開 發(fā) 工 作 。 但 是 ， 我 國(guó) 輪 系 產(chǎn) 品 與 國(guó)外 先 進(jìn) 水 平 相 比 尚 有 很 大 差 距 ， 總 的 來(lái) 說(shuō) 是 質(zhì) 量 差 、 可 靠 性 低 、 壽 命 短 、承 載 能 力 低 、 噪 聲 大 。 如 汽 車 、 機(jī) 床 等 裝 備 中 的 齒 輪 普 遍 達(dá) 不 到 國(guó) 家 標(biāo)準(zhǔn) ； 冶 金 機(jī) 械 、 礦 山 機(jī) 械 、 通 用 機(jī) 械 、 汽 車 等 產(chǎn) 品 中 齒 輪 的 壽 命 僅 為 國(guó)外 產(chǎn) 品 的 1/2—1/3?？?之 ， 當(dāng) 今 世 界 各 國(guó) 輪 系 技 術(shù) 發(fā) 展 總 趨 勢(shì) 是 向 六 高 、 二 低 、 二 化 方 面發(fā) 展 。 六 高 即 高 承 載 能 力 、 高 齒 面 硬 度 、 高 精 度 、 高 速 度 、 高 可 靠 性 和高 傳 動(dòng) 效 率 ； 二 低 即 低 噪 聲 、 低 成 本 ； 二 化 即 標(biāo) 準(zhǔn) 化 、 多 樣 化 ?；?本 輪 系 的 工 作 原 理 的 研 究 逐 漸 趨 于 完 善 ； 輪 系 的 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 正 朝 著 多目 標(biāo) 多 約 束 模 糊 優(yōu) 化 方 向 發(fā) 展 ； 參 數(shù) 化 CAD 技 術(shù) 是 輪 系 設(shè) 計(jì) 實(shí) 現(xiàn) 標(biāo) 準(zhǔn)化 、 系 列 化 的 主 要 途 徑 之 一 ， 為 保 證 各 輪 系 得 到 快 速 推 廣 應(yīng) 用 ， 研 制 其參 數(shù) 化 設(shè) 計(jì) 軟 件 是 今 后 的 重 要 課 題 ； 復(fù) 合 輪 系 的 新 型 組 合 和 創(chuàng) 新 的 輪 系的 重 點(diǎn) 研 究 領(lǐng) 域 。2.3 本設(shè)計(jì)的意義本 設(shè) 計(jì) 是 為 了 方 便 學(xué) 生 對(duì) 輪 系 有 更 清 楚 地 了 解 ， 對(duì) 于 機(jī) 械 原 理 等 基 礎(chǔ)課 程 有 更 深 一 步 的 認(rèn) 識(shí) ， 因 此 作 為 傳 統(tǒng) 的 輪 系 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) ， 我 們 很 難 將 其 內(nèi)部 結(jié) 構(gòu) 清 楚 地 展 示 。 尤 其 作 為 教 學(xué) 用 輪 系 結(jié) 構(gòu) ， 由 于 輪 系 本 身 有 很 多 類型 ， 而 不 同 類 型 結(jié) 構(gòu) 的 差 異 也 很 大 ， 尤 其 是 周 轉(zhuǎn) 輪 系 和 復(fù) 合 輪 系 結(jié) 構(gòu) 的特 殊 性 ， 如 果 僅 就 平 面 圖 形 觀 察 ， 很 難 從 實(shí) 質(zhì) 上 理 解 其 運(yùn) 動(dòng) 形 式 ， 容 易在 輪 系 傳 動(dòng) 比 計(jì) 算 或 其 運(yùn) 動(dòng) 分 析 過(guò) 程 中 產(chǎn) 生 困 惑 。 因 此 本 設(shè) 計(jì) 按 照 現(xiàn) 代機(jī) 械 原 理 和 結(jié) 構(gòu) 理 論 ， 以 提 高 設(shè) 計(jì) 思 維 能 力 、 動(dòng) 手 能 力 、 創(chuàng) 新 能 力 為 出發(fā) 點(diǎn) ， 設(shè) 計(jì) 的 一 種 實(shí) 驗(yàn) 用 綜 合 輪 系 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 。 在 實(shí) 驗(yàn) 過(guò) 程 中 ， 會(huì) 為 學(xué) 生 提供 不 同 的 齒 輪 、 軸 、 軸 承 等 相 關(guān) 零 件 ， 學(xué) 生 可 以 根 據(jù) 自 己 所 學(xué) 知 識(shí) ， 按照 自 己 的 設(shè) 計(jì) 來(lái) 組 裝 輪 系 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) ， 通 過(guò) 這 樣 的 方 法 來(lái) 提 高 對(duì) 空 間 輪 系 的理 解 ， 更 好 的 學(xué) 習(xí) 和 掌 握 空 間 輪 系 的 知 識(shí) 重 點(diǎn) ， 加 深 對(duì) 其 的 理 解 ， 真 正的 做 到 學(xué) 以 致 用 。３ 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介機(jī) 械 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 方 法 通 常 是 相 對(duì) 傳 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 方 法 而 言 的 。 由 于 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì)方 法 正 在 不 斷 發(fā) 展 ， 人 們 對(duì) 他 的 內(nèi) 涵 看 法 不 一 ， 尚 無(wú) 明 確 的 域 界 。 但 對(duì)它 的 特 征 和 發(fā) 展 方 向 ， 可 以 從 總 體 上 概 括 為 力 求 運(yùn) 用 現(xiàn) 代 應(yīng) 用 數(shù) 學(xué) 、 應(yīng)用 力 學(xué) 、 微 電 子 學(xué) 及 信 息 科 學(xué) 等 方 面 的 最 新 成 果 與 手 段 實(shí) 現(xiàn) 下 述 某 些 方面 的 轉(zhuǎn) 化 ：1） 以 動(dòng) 態(tài) 的 取 代 靜 態(tài) 的 ——如 以 機(jī) 器 結(jié) 構(gòu) 動(dòng) 力 學(xué) 計(jì) 算 取 代 靜 力學(xué) 計(jì) 算 ； 以 實(shí) 時(shí) 在 線 測(cè) 試 數(shù) 據(jù) 作 為 評(píng) 價(jià) 依 據(jù) 等 。2） 以 定 量 的 取 代 定 性 的 ——如 以 有 限 元 法 或 （ 和 ） 邊 界 元 法 計(jì)算 箱 體 的 尺 寸 和 剛 度 取 代 經(jīng) 驗(yàn) 類 比 法 的 設(shè) 計(jì) 。3） 以 變 量 取 代 常 量 ——如 可 靠 性 設(shè) 計(jì) 中 用 隨 機(jī) 變 量 取 代 傳 統(tǒng) 設(shè)計(jì) 方 法 中 當(dāng) 作 常 量 的 粗 略 處 理 方 法 。4） 以 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 取 代 可 行 性 設(shè) 計(jì) ——用 相 關(guān) 的 設(shè) 計(jì) 變 量 恰 當(dāng) 的 建立 設(shè) 計(jì) 目 標(biāo) 的 數(shù) 學(xué) 模 型 ， 從 眾 多 的 可 行 解 （ 方 案 ） 中 尋 求 其 最優(yōu) 解 。5） 以 并 行 設(shè) 計(jì) 取 代 串 行 設(shè) 計(jì)6） 以 微 觀 的 取 代 宏 觀 的 ——如 以 斷 裂 力 學(xué) 理 論 處 理 零 件 材 料 本身 微 觀 裂 紋 擴(kuò) 展 引 起 的 低 應(yīng) 力 脆 斷 現(xiàn) 象 ， 建 立 以 損 傷 容 限 為 設(shè)計(jì) 判 斷 的 設(shè) 計(jì) 方 法 ； 潤(rùn) 滑 理 論 中 的 微 -納 米 摩 擦 學(xué) 等 。7） 以 系 統(tǒng) 工 程 法 取 代 分 部 處 理 法 ——將 產(chǎn) 品 的 整 個(gè) 設(shè) 計(jì) 工 作 作為 一 個(gè) 單 級(jí) 或 多 級(jí) 的 系 統(tǒng) 。 用 系 統(tǒng) 工 程 的 觀 點(diǎn) 分 析 劃 分 其 設(shè) 計(jì)階 段 及 組 成 單 元 ， 通 過(guò) 仿 真 及 自 動(dòng) 控 制 等 手 段 ， 綜 合 最 優(yōu) 地 處理 它 們 的 內(nèi) 在 關(guān) 系 及 系 統(tǒng) 與 外 界 環(huán) 境 的 關(guān) 系 。8） 以 自 動(dòng) 化 設(shè) 計(jì) 取 代 人 工 設(shè) 計(jì)總 之 ， 設(shè) 計(jì) 工 作 本 質(zhì) 上 是 一 種 創(chuàng) 造 性 的 活 動(dòng) ， 是 對(duì) 知 識(shí) 和 信 息 等 進(jìn) 行創(chuàng) 造 性 的 運(yùn) 作 和 處 理 。 發(fā) 展 機(jī) 械 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 方 法 ， 實(shí) 質(zhì) 上 就 是 不 斷 追 求 最機(jī) 智 、 最 恰 當(dāng) 而 且 最 迅 速 地 解 決 用 戶 要 求 、 社 會(huì) 效 益 、 經(jīng) 濟(jì) 效 益 、 機(jī) 械內(nèi) 在 要 求 等 對(duì) 機(jī) 械 構(gòu) 成 的 全 部 約 束 條 件 。機(jī) 械 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 方 法 發(fā) 展 很 快 ， 目 前 常 見 或 較 易 見 到 的 有 ： 計(jì) 算 機(jī) 輔 助設(shè) 計(jì) （ CAD： computer-aided design） 、 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì)（ OD： optimization design） 、 可 靠 性 設(shè) 計(jì) （ RD： reliability design） 、 摩 擦 學(xué) 設(shè) 計(jì) （ TD:tribology design） 、 設(shè) 計(jì) 方 法 學(xué) 設(shè) 計(jì)（ DMD： design-methodology design） 、 并 行 設(shè) 計(jì) （ CD） 、 虛 擬 產(chǎn) 品設(shè) 計(jì) （ VPD： virtural-product design） 、 質(zhì) 量 驅(qū) 動(dòng) 設(shè) 計(jì)（ QDD： quality-driven design） 、 參 數(shù) 化 設(shè) 計(jì)（ PD： parametrization design） 、 智 能 設(shè) 計(jì) （ ID： intelligent design） 、 分 形 設(shè) 計(jì) （ FD： fractal design） 、 基 于 實(shí) 例 設(shè) 計(jì)（ CBD： case-based design） 、 網(wǎng) 上 設(shè) 計(jì) （ OND： on-net design） 等 。3.2 總功能分析---明確設(shè)計(jì)性輪系綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)任務(wù)我 的 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 是 ： 設(shè) 計(jì) 空 間 輪 系 綜 合 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 。 它 要 求 該 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 具有 一 個(gè) 通 用 底 座 ， 通 過(guò) 簡(jiǎn) 單 的 通 用 件 的 拆 裝 就 可 以 把 空 間 定 軸 輪 系 和 空間 差 動(dòng) 輪 系 分 別 按 一 定 原 理 和 方 法 進(jìn) 行 安 裝 實(shí) 驗(yàn) ， 給 一 個(gè) 或 兩 個(gè) 動(dòng) 力 ，就 能 夠 使 安 裝 的 輪 系 能 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 并 且 通 過(guò) 傳 感 器 進(jìn) 行 測(cè) 速 來(lái) 驗(yàn) 證 各 種輪 系 實(shí) 際 傳 動(dòng) 比 與 理 論 傳 動(dòng) 比 的 差 異 ， 本 設(shè) 計(jì) 性 輪 系 綜 合 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 要 求 可以 應(yīng) 用 于 教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 中 ， 適 應(yīng) 同 學(xué) 們 對(duì) 輪 系 實(shí) 驗(yàn) 的 需 要 。隨 著 改 革 開 放 的 不 斷 進(jìn) 行 ， 社 會(huì) 對(duì) 于 人 才 的 要 求 也 在 不 斷 增 長(zhǎng) ， 也 對(duì)人 才 的 質(zhì) 量 要 求 越 來(lái) 越 高 ， 這 就 要 求 學(xué) 校 要 加 強(qiáng) 對(duì) 學(xué) 生 質(zhì) 量 的 管 理 ， 在掌 握 書 本 知 識(shí) 的 同 時(shí) ， 加 強(qiáng) 對(duì) 學(xué) 生 動(dòng) 手 能 力 的 訓(xùn) 練 ， 把 他 們 培 養(yǎng) 成 為 社會(huì) 所 需 要 的 合 格 的 科 學(xué) 技 術(shù) 人 才 。我 的 設(shè) 計(jì) 主 要 針 對(duì) 的 是 學(xué) 生 ， 主 要 用 于 我 校 使 用 的 “面 向 21 世紀(jì) 課 程 教 材 由 鄒 慧 君 傅 祥 志 張 春 林 李 杞 儀 主 編 的 《 機(jī) 械 原 理 》 ”， 所 以 該 設(shè) 計(jì) 主 要 是 把 空 間 定 軸 輪 系 、 空 間 差 動(dòng) 輪 系 分 別 和 通 用 支 架 構(gòu)成 一 個(gè) 齒 輪 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 學(xué) 生 通 過(guò) 該 實(shí) 驗(yàn) 能 夠 更 加 直 觀 的 了 解 各 種 空 間 輪系 在 實(shí) 際 生 產(chǎn) 和 生 活 中 的 應(yīng) 用 ， 從 而 開 闊 他 們 的 視 野 ， 為 他 們 能 夠 更 好的 掌 握 書 本 知 識(shí) 奠 定 必 不 可 少 的 基 礎(chǔ) 。設(shè) 計(jì) 性 輪 系 綜 合 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 要 求 加 工 容 易 、 操 作 方 便 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 ， 動(dòng)作 穩(wěn) 定 可 靠 。3.3 基本概念在 機(jī) 器 中 ， 常 將 一 系 列 相 互 嚙 合 的 齒 輪 組 成 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 以 實(shí) 現(xiàn) 變 速 、分 路 傳 動(dòng) 、 運(yùn) 動(dòng) 分 解 與 合 成 等 功 用 。 這 種 由 一 系 列 齒 輪 組 成 的 傳 動(dòng)系 統(tǒng) 稱 為 輪 系 。根 據(jù) 輪 系 運(yùn) 轉(zhuǎn) 中 齒 輪 軸 線 的 空 間 位 置 是 否 固 定 ， 將 輪 系 分 為 定 軸 輪 系和 周 轉(zhuǎn) 輪 系 兩 大 類 。1.定 軸 輪 系輪 系 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 其 中 各 齒 輪 的 回 轉(zhuǎn) 軸 線 位 置 固 定 不 動(dòng) ， 則 稱 之 為 定 軸輪 系 。 若所有齒輪的軸線全部在同一平面或相互平行的平面內(nèi)，則稱為平面定軸輪系；若所有齒輪的軸線并不全部在同一平面或相互平行的平面內(nèi)，則稱為空間定軸輪系。它 可 以 由 圓 柱 齒 輪 ， 圓 錐 齒 輪 ， 蝸 桿 蝸 輪 等 組 成 。 如 圖3.1 所 示圖３.１2.周轉(zhuǎn)輪系輪 系 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 至 少 有 一 個(gè) 齒 輪 軸 線 的 位 置 不 固 定 ， 而 是 繞 某 一 固 定 軸線 回 轉(zhuǎn) ， 稱 該 輪 系 為 周 轉(zhuǎn) 輪 系 。 如 圖 ３ .２ 所 示 。 又 可 根 據(jù) 自 由 度 數(shù) 的不 同 ， 將 周 轉(zhuǎn) 輪 系 分 為 差 動(dòng) 輪 系 和 行 星 輪 系 兩 類 。（ １ ） 差 動(dòng) 輪 系 若 周 轉(zhuǎn) 輪 系 的 自 由 度 為 2， 則 稱 其 為 差 動(dòng) 輪 系 。此 輪 系 需 要 有 兩 個(gè) 獨(dú) 立 運(yùn) 動(dòng) 的 主 動(dòng) 件 。 如 圖 ３ .２ a 所 示 。（ ２ ） 行 星 輪 系 若 周 轉(zhuǎn) 輪 系 的 自 由 度 為 1， 則 稱 它 為 行 星 輪 系 。該 輪 系 只 需 要 有 一 個(gè) 獨(dú) 立 運(yùn) 動(dòng) 的 主 動(dòng) 件 。 如 圖 ３ .２ b 所 示 。圖 ３ .２周 轉(zhuǎn) 輪 系 還 可 根 據(jù) 基 本 構(gòu) 件 的 不 同 分 類 。 其 中 繞 著 固 定 軸 線 回 轉(zhuǎn)的 這 種 齒 輪 稱 為 中 心 輪 （ 或 太 陽(yáng) 輪 ） 以 K 表 示 ， 支 撐 行 星 輪 的 構(gòu) 件 稱為 系 桿 以 H 表 示 ， 繞 自 身 軸 線 回 轉(zhuǎn) 又 繞 著 其 它 齒 輪 的 固 定 軸 線 回 轉(zhuǎn) 的 齒輪 稱 為 行 星 輪 ， 在 周 轉(zhuǎn) 輪 系 中 ， 一 般 都 以 中 心 輪 或 系 桿 作 為 運(yùn) 動(dòng) 的 輸 入或 輸 出 構(gòu) 件 ， 常 稱 其 為 周 轉(zhuǎn) 輪 系 的 基 本 構(gòu) 件 ， 則 圖 3.2 所 示 輪 系 可 稱為 2K-H 型 周 轉(zhuǎn) 輪 系 ， 圖 3.3 所 示 輪 系 則 稱 為 3K 型 周 轉(zhuǎn) 輪 系 。圖 3.3 所 示 的 輪 系 中 有 3 個(gè) 中 心 輪 (圖 中 的 齒 輪 1、 3 和 4)故 稱為 3K 型 周 轉(zhuǎn) 輪 系 ， 該 輪 系 的 系 桿 H 僅 起 支 承 行 星 輪 2-2′ 的 作 用 ，不 傳 遞 外 力 矩 ， 因 而 不 是 基 本 構(gòu) 件 。圖３.３ 圖３.４所 以 本 次 設(shè) 計(jì) 的 空 間 輪 系 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 涉 及 到 定 軸 輪 系 和 周 轉(zhuǎn) 輪 系 。 對(duì) 于 本次 設(shè) 計(jì) 的 難 點(diǎn) 在 于 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 為 空 間 輪 系 ， 不 同 于 以 往 的 平 面 輪 系 設(shè) 計(jì) ， 要求 在 輪 系 的 空 間 布 局 上 和 設(shè) 計(jì) 方 案 上 必 須 合 理 且 便 于 學(xué) 生 們 在 實(shí) 驗(yàn) 中 安裝 。 因 此 在 選 擇 傳 動(dòng) 過(guò) 程 中 選 擇 渦 輪 蝸 桿 傳 動(dòng) 和 錐 齒 輪 傳 動(dòng) 分 別 作 為 空間 定 軸 輪 系 和 空 間 差 動(dòng) 輪 系 的 傳 動(dòng) 部 件 。 利 用 這 些 部 件 在 空 間 裝 備 上 的特 點(diǎn) 可 以 簡(jiǎn) 單 并 且 準(zhǔn) 確 的 組 成 便 于 學(xué) 生 學(xué) 習(xí) 和 掌 握 的 輪 系 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 。 如 圖 3.5和 圖 3.6圖 3.5圖 3.63.4 定軸輪系傳動(dòng)比及設(shè)計(jì)要點(diǎn)在 機(jī) 器 中 ， 常 將 一 系 列 相 互 嚙 合 的 齒 輪 組 成 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 以 實(shí) 現(xiàn) 變 速 、分 路 傳 動(dòng) 、 運(yùn) 動(dòng) 分 解 與 合 成 等 功 用 。 這 種 由 一 系 列 齒 輪 組 成 的 傳 動(dòng)系 統(tǒng) 稱 為 輪 系 。輪 系 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 其 中 各 齒 輪 的 回 轉(zhuǎn) 軸 線 位 置 固 定 不 動(dòng) ， 則 稱 之 為 定 軸 輪系 。 它 可 以 由 圓 柱 齒 輪 ， 圓 錐 齒 輪 ， 渦 輪 蝸 桿 等 組 成 。輪 系 中 首 輪 和 末 輪 的 角 速 度 （ 或 轉(zhuǎn) 速 ） 比 稱 為 輪 系 的 傳 動(dòng) 比 。 當(dāng) 首 輪用 “１ ”， 末 輪 用 “k”表 示 時(shí) ， 其 傳 動(dòng) 比 的 大 小 為 ：11//kkiwn?在 進(jìn) 行 輪 系 的 運(yùn) 動(dòng) 分 析 時(shí) ， 主 要 是 確 定 其 傳 動(dòng) 比 的 大 小 及 首 末 兩 輪 的轉(zhuǎn) 向 。前 述 已 知 一 對(duì) 齒 輪 的 傳 動(dòng) 比1221//iwz?此 等 式 表 示 齒 輪 1 與 齒 輪 2 的 角 速 度 之 比 與 兩 齒 輪 的 齒 數(shù) 成 反 比 。當(dāng) 一 對(duì) 外 嚙 合 齒 輪 傳 動(dòng) 時(shí) ， 兩 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 向 相 反 ； 一 對(duì) 內(nèi) 嚙 合 齒 輪 傳 動(dòng)時(shí) ， 兩 齒 輪 轉(zhuǎn) 向 相 同 。 圖 3.7a、 圖 3.7b、 圖 3.7c 所 示 分 別 為 外 嚙 合齒 輪 、 內(nèi) 嚙 合 齒 輪 及 錐 齒 輪 傳 動(dòng) 各 齒 輪 轉(zhuǎn) 向 的 標(biāo) 注 法 。A b c圖 ３ .73.4.1 平面定軸輪系的傳動(dòng)比1. 傳 動(dòng) 比 的 大 小設(shè) 各 輪 的 角 速 度 和 齒 數(shù) 分 別 用 、 、 、 、 和 、1w234w51z、 、 、 表 示 ， 輪 系 中 各 對(duì) 齒 輪 的 傳 動(dòng) 比 為 ：2z34z5121//iw?2332//iz443?554//iwz將 以 上 各 式 等 號(hào) 兩 邊 聯(lián) 乘 后 的 ：123423451234551zi?故 1551//iwz上 式 表 示 定 軸 輪 系 首 、 末 兩 輪 的 傳 動(dòng) 比 的 值 為 所 有 從 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 的 乘 積與 所 有 主 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 的 乘 積 的 反 比 。 其 值 也 等 于 組 成 該 輪 系 中 各 對(duì) 齒 輪 的傳 動(dòng) 比 的 連 乘 積 。對(duì) 于 齒 輪 系 ， 設(shè) 輸 入 軸 的 角 速 度 為 ，輸 出 軸 的 角 速 度 為 ,按1wkw定 義 有 ： 1/kkiw?當(dāng) 時(shí)為 減 速 , 時(shí) 為 增 速 。1ki?1i?因 為 輪 系 是 由 多 對(duì) 齒 輪 相 互 嚙 合 組 成 的 ， 當(dāng) 輪 系 由 k 對(duì) 嚙 合 齒 輪組 成 時(shí) ， 有 ： 3123412411k kk kwzni ???????（ 3.1）所 有 從 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 連 乘 積所 有 主 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 連 乘 積2. 首 、 末 兩 輪 轉(zhuǎn) 向 的 確 定因 為 角 速 度 是 矢 量 ， 故 傳 動(dòng) 比 計(jì) 算 還 要 確 定 首 、 末 兩 輪 的 轉(zhuǎn) 向 ， 由 于平 面 定 軸 輪 系 各 輪 的 軸 線 均 平 行 ， 故 首 、 末 兩 輪 的 轉(zhuǎn) 向 不 是 相 同 ， 就 是相 反 ， 因 此 在 計(jì) 算 輪 系 的 傳 動(dòng) 比 時(shí) ， 應(yīng) 計(jì) 入 傳 動(dòng) 比 的 符 號(hào) 。 當(dāng)1ki時(shí) ， 首 、 末 兩 輪 轉(zhuǎn) 向 相 同 ； 當(dāng) 時(shí) ， 首 、 末 兩 輪 轉(zhuǎn) 向 相 反 。10ki?10ki?對(duì) 直 齒 輪 表 示 方 法 有 兩 種 。1） 用 “＋ ”、 “－ ”表 示適 用 于 平 面 定 軸 輪 系 ， 由 于 所 有 齒 輪 軸 線 平 行 ， 故 首 、 末 兩 輪 轉(zhuǎn) 向 不是 相 同 就 是 相 反 ， 相 同 取 “＋ ”表 示 ， 相 反 取 “－ ”表 示 ， 一 對(duì) 齒 輪外 嚙 合 時(shí) 兩 輪 轉(zhuǎn) 向 相 反 ， 用 “－ ”表 示 ； 一 對(duì) 齒 輪 內(nèi) 嚙 合 時(shí) 兩 輪 轉(zhuǎn) 向相 同 ， 用 “＋ ”表 示 。 可 用 此 法 逐 一 對(duì) 各 對(duì) 嚙 合 的 齒 輪 進(jìn) 行 分 析 ， 直 至確 定 首 、 末 兩 輪 的 轉(zhuǎn) 向 關(guān) 系 。 假 設(shè) 輪 系 中 有 m 對(duì) 外 嚙 合 齒 輪 ， 則 末 輪轉(zhuǎn) 向 為 ，， 此 時(shí) 有 ：(1)m?123411()mkkwzi ????（3.2）(1)m??所 有 從 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 連 乘 積所 有 主 動(dòng) 輪 齒 數(shù) 連 乘 積另 外 ， 從 以 上 定 軸 輪 系 傳 動(dòng) 比 的 公 式 可 知 ， 當(dāng) 一 齒 輪 對(duì) 輪 系 的 傳 動(dòng) 比大 小 無(wú) 影 響 ， 但 它 卻 影 響 了 末 輪 的 轉(zhuǎn) 向 。 如 果 將 這 一 齒 輪 去 掉 ， 該 輪 系的 傳 動(dòng) 比 保 持 不 變 ， 但 此 時(shí) 末 輪 的 轉(zhuǎn) 向 變 了 ， 這 種 齒 輪 通 稱 為 惰 輪 。2） 用 箭 頭 標(biāo) 注 法在 已 知 首 輪 的 轉(zhuǎn) 向 時(shí) （ 若 首 輪 的 轉(zhuǎn) 向 未 給 出 ， 則 假 設(shè) 給 首 輪 一 個(gè) 轉(zhuǎn) 向 ）， 可 根 據(jù) 運(yùn) 動(dòng) 傳 遞 的 順 序 ， 在 運(yùn) 動(dòng) 簡(jiǎn) 圖 的 各 齒 輪 上 逐 個(gè) 畫 出 箭 頭 以 確 定末 輪 的 轉(zhuǎn) 向 。 外 嚙 合 時(shí) ： 兩 箭 頭 同 時(shí) 指 向 （ 或 遠(yuǎn) 離 ） 嚙 合 點(diǎn) 。 頭 頭 相 對(duì)或 尾 尾 相 對(duì) 。 內(nèi) 嚙 合 時(shí) ： 兩 箭 頭 同 向 。3.4.2空間定軸輪系的傳動(dòng)比由 于 空 間 定 軸 輪 系 中 包 括 空 間 齒 輪 ， 因 此 首 、 末 兩 輪 的 軸 線 不 一 定 平行 。1 傳 動(dòng) 比 大 小空 間 定 軸 輪 系 傳 動(dòng) 比 大 小 可 以 按 式 （ 3.1） 和 式 （ 3.2） 來(lái) 計(jì) 算 。2 首 、 末 兩 輪 轉(zhuǎn) 向 的 確 定1） 首 、 末 兩 輪 平 行當(dāng) 空 間 定 軸 輪 系 首 、 末 兩 軸 線 平 行 時(shí) ， 傳 動(dòng) 比 計(jì) 算 式 前 應(yīng) 加 “+”、“－ ”號(hào) ， 表 示 兩 輪 的 轉(zhuǎn) 向 。 但 其 符 號(hào) 不 能 用 式 （ 3.2） 來(lái) 確 定 ， 而只 能 用 標(biāo) 注 箭 頭 法 確 定 。2） 首 、 末 兩 軸 線 不 平 行對(duì) 于 首 、 末 兩 軸 線 不 平 行 的 空 間 定 軸 輪 系 ， 在 傳 動(dòng) 比 計(jì) 算 式 中 不 用加 符 號(hào) ， 但 必 須 在 運(yùn) 動(dòng) 簡(jiǎn) 圖 上 用 箭 頭 標(biāo) 明 各 輪 的 轉(zhuǎn) 向 。（ 1） 對(duì) 于 錐 齒 輪 轉(zhuǎn) 向 的 確 定 ： 一 對(duì) 相 互 嚙 合 的 錐 齒 輪 其 轉(zhuǎn) 向 用 箭 頭表 示 時(shí) 箭 頭 方 向 要 么 同 時(shí) 指 向 節(jié) 點(diǎn) ， 要 么 同 時(shí) 背 離 節(jié) 點(diǎn) 。（ 2） 對(duì) 于 蝸 輪 蝸 桿 轉(zhuǎn) 向 的 確 定 ： 由 齒 輪 機(jī) 構(gòu) 中 蝸 輪 蝸 桿 的 知 識(shí) 可 以知 道 ， 一 對(duì) 相 互 嚙 合 的 蝸 輪 蝸 桿 其 轉(zhuǎn) 向 可 用 左 右 手 定 則 來(lái) 判 斷 。3.4.3 定軸輪系設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.應(yīng) 根 據(jù) 工 作 要 求 和 使 用 場(chǎng) 合 恰 當(dāng) 的 選 擇 定 軸 輪 系 的 類 型 :當(dāng) 設(shè) 計(jì) 的 定 軸 輪 系 用 于 高 速 、 重 載 場(chǎng) 合 時(shí) ， 為 了 減 小 傳 動(dòng) 的 沖 擊 、 振動(dòng) 和 噪 音 ， 提 高 傳 動(dòng) 性 能 ， 宜 優(yōu) 先 選 用 由 平 行 軸 斜 齒 輪 組 成 的 定 軸 輪 系 ；當(dāng) 設(shè) 計(jì) 的 輪 系 在 主 、 從 動(dòng) 軸 傳 遞 過(guò) 程 中 ， 由 于 工 作 或 結(jié) 構(gòu) 空 間 的 要 求 ，需 要 轉(zhuǎn) 換 運(yùn) 動(dòng) 軸 線 方 向 或 改 變 從 動(dòng) 軸 軸 向 時(shí) ， 可 選 擇 含 有 圓 錐 齒 輪 傳 動(dòng)的 定 軸 輪 系 ； 當(dāng) 設(shè) 計(jì) 的 輪 系 用 于 功 率 較 小 、 速 度 不 高 但 需 要 滿 足 交 錯(cuò) 角 為 任 意 值 的空 間 交 錯(cuò) 軸 之 間 的 傳 動(dòng) 時(shí) ， 可 選 用 含 有 交 錯(cuò) 軸 斜 齒 輪 傳 動(dòng) 的 定 軸 輪 系 ； 當(dāng) 設(shè) 計(jì) 的 輪 系 要 求 傳 動(dòng) 比 大 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 或 用 于 分 度 、 微 調(diào) 及 有 自 鎖 要求 的 場(chǎng) 合 時(shí) ， 則 應(yīng) 選 擇 含 有 蝸 桿 傳 動(dòng) 的 定 軸 輪 系 。2.要 確 定 定 軸 輪 系 中 各 輪 的 齒 數(shù) ， 關(guān) 鍵 在 于 合 理 的 分 配 輪 系 中 各 對(duì) 齒輪 的 傳 動(dòng) 比 。 為 了 把 輪 系 的 總 傳 動(dòng) 比 合 理 的 分 配 給 各 對(duì) 齒 輪 ， 在 具 體 分配 時(shí) 應(yīng) 注 意 下 述 幾 點(diǎn) ：1） 每 一 級(jí) 齒 輪 的 傳 動(dòng) 比 要 在 其 常 用 范 圍 內(nèi) 選 取 。 齒 輪 傳 動(dòng) 時(shí) ， 傳 動(dòng)比 為 5～ 7； 蝸 桿 傳 動(dòng) 時(shí) ， 傳 動(dòng) 比 不 大 于 80。2） 當(dāng) 輪 系 的 傳 動(dòng) 比 過(guò) 大 時(shí) ， 為 了 減 小 外 廓 尺 寸 和 改 善 傳 動(dòng) 性 能 ， 通常 采 用 多 級(jí) 傳 動(dòng) 。 當(dāng) 齒 輪 傳 動(dòng) 的 傳 動(dòng) 比 大 于 8 時(shí) ， 一 般 應(yīng) 設(shè) 計(jì) 成 兩 級(jí)傳 動(dòng) ； 當(dāng) 傳 動(dòng) 比 大 于 30 時(shí) ， 常 設(shè) 計(jì) 成 兩 級(jí) 以 上 齒 輪 傳 動(dòng) 。3） 當(dāng) 輪 系 為 減 速 傳 動(dòng) 時(shí) ， 按 照 “前 大 后 小 “的 原 則 分 配 傳 動(dòng) 比 較 有利 。 同 時(shí) ， 為 了 使 機(jī) 構(gòu) 外 廓 尺 寸 協(xié) 調(diào) 和 結(jié) 構(gòu) 勻 稱 ， 相 鄰 兩 級(jí) 傳 動(dòng) 比 的 差值 不 宜 過(guò) 大 。 運(yùn) 動(dòng) 鏈 逐 級(jí) 減 速 ， 可 使 各 級(jí) 中 間 軸 有 較 高 的 轉(zhuǎn) 速 和 較 小 的扭 矩 ， 從 而 獲 得 較 為 緊 湊 的 結(jié) 構(gòu) 。4） 當(dāng) 設(shè) 計(jì) 閉 式 齒 輪 減 速 器 時(shí) ， 為 了 潤(rùn) 滑 方 便 ， 應(yīng) 使 各 級(jí) 傳 動(dòng) 中 的 大齒 輪 都 能 浸 入 油 池 ， 且 浸 入 的 深 度 應(yīng) 大 致 相 等 ， 以 防 止 某 個(gè) 大 齒 輪 浸 油過(guò) 深 而 增 加 攪 油 損 耗 。 根 據(jù) 這 一 條 件 分 配 傳 動(dòng) 比 時(shí) ， 高 速 級(jí) 的 傳 動(dòng) 比 應(yīng)大 于 低 速 級(jí) 的 傳 動(dòng) 比 ， 通 常 取 高 速 級(jí) 的 傳 動(dòng) 比 為 1.3～ 1.4 低 速 級(jí) 傳動(dòng) 比 。由 以 上 分 析 可 見 ， 當(dāng) 考 慮 問(wèn) 題 的 角 度 不 同 時(shí) ， 就 有 不 同 的 傳 動(dòng) 比 方案 。 因 此 ， 在 具 體 分 配 定 軸 輪 系 各 級(jí) 傳 動(dòng) 比 時(shí) ， 應(yīng) 根 據(jù) 不 同 條 件 進(jìn) 行 具體 分 析 ， 不 能 簡(jiǎn) 單 的 生 搬 硬 套 某 種 原 則 。 一 旦 根 據(jù) 具 體 條 件 合 理 的 分 配了 各 對(duì) 齒 輪 傳 動(dòng) 的 傳 動(dòng) 比 ， 就 可 以 根 據(jù) 各 對(duì) 齒 輪 的 傳 動(dòng) 比 來(lái) 確 定 每 一 個(gè)齒 輪 的 齒 數(shù) 。3.5 差動(dòng)輪系的傳動(dòng)比及設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.5.1 周轉(zhuǎn)輪系的分類輪 系 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 至 少 有 一 個(gè) 齒 輪 軸 線 的 位 置 不 固 定 ， 而 是 繞 某 一 固 定 軸線 回 轉(zhuǎn) ， 稱 該 輪 系 為 周 轉(zhuǎn) 輪 系 。周 轉(zhuǎn) 輪 系 的 種 類 很 多 ， 常 用 的 分 類 方 法 如 下 ：1 按 周 轉(zhuǎn) 輪 系 的 自 由 度 分 類1） 差 動(dòng) 輪 系 若 周 轉(zhuǎn) 輪 系 的 自 由 度 為 2， 則 稱 其 為 差 動(dòng) 輪 系 。 此輪 系 需 要 有 兩 個(gè) 獨(dú) 立 運(yùn) 動(dòng) 的 主 動(dòng) 件 。2） 行 星 輪 系 若 周 轉(zhuǎn) 輪 系 的 自 由 度 為 1， 則 稱 它 為 行 星 輪 系 。 該輪 系 只 需 要 有 一 個(gè) 獨(dú) 立 運(yùn) 動(dòng) 的 主 動(dòng) 件 。2. 按 基 本 構(gòu) 件 的 組 成 分 類1） 2K-H 型 周 轉(zhuǎn) 輪 系 ： 該 輪 系 的 特 點(diǎn) 是 輪 系 中 有 2 個(gè) 中 心 輪 。2） 3K 型