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1、第十八章 轮系及减速器181 概 述 在一般机器中，原动机多采用转速 较高的单速电动机，而工作机构的运动 要求则是多种多样的。因此，用一对齿 轮传动已经不可能实现上述各种要求。 在原动机和工作装置之间需要有由一系 列齿轮组成的减速(或增速)、变速或差动 装置。这种由一系列互相啮合的齿轮组 成的传动系统称轮系。182 轮系的分类根据轮系中各齿轮的几何轴线是否 相对固定，把轮系分成定轴轮系、周转 轮系和混合轮系。一、定轴轮系当轮系运转时，若所有齿轮的几何轴线 均相对固定不动，称为定轴轮系。如图18 1所示。二、周转轮系组成轮系的某几个齿轮(至少一个)的 几何轴线在传动中绕另一齿轮的几何轴线 转动者
2、，称为周转轮系。 图18-2a所示为 一典型的周转轮系。它是由机架、中心轮1 和3、行星轮2和行星架H所组成。在行星 架H的支承下，行星轮2既绕自身的几何轴 线转动(自转)，又绕行星架H的转动中心转 动(公转)。为保证轮系能够传动，行星架H的转动轴线必须和中心轮的公共轴线重合。凡承受外扭矩，且转动轴线与公共轴线重合的构件称为周转轮系的基本构件。每个周转轮系均有三个基本构件。此周转轮系，因其基本构件是由两个中心轮 (2k)及一个行星架H所组成，故该轮系统称为2k-H型周转轮系。 为使传动时惯性力得到平衡以及减轻轮齿上的啮合载荷，通常采用两个以上 完全相同的行星轮(图182a所示为三个)，均匀地分
3、布在中心轮的周围。因行星轮的个数对周转轮系的传动比没有影响，故在讨论各构件的运动关系时，机构简图中只需画出其中的一个行星轮，如 图182b所示。 在周转轮系中，若两个中心轮都能转动，其机构自由度为2，这种轮系称为差动轮系；若有一个中心轮固定不动，那 么其机构自由度为1，这种轮系称为行星轮系。当行星架H固定不动，则周转轮系演变为定轴轮系，如图182c所示。 三、混合轮系如图183所示，在一些机器中，往往同时采用 定轴轮系(1、2、2及3)和周转轮系(齿轮4、5、6及行星架H)来满足传动的需要，这种轮系称为混合轮系。183 轮系传动比的计算一、定轴轮系传动比的计算 轮系的传动比：是指轮系中输入轴（
4、主动轮 ）的角速度（或转速）与输出轴（从动轮）的 角速度（或转速）之比，即 :轮系的传动比计算，包括计算其传 动比的大小和确定输出轴的转向两个内 容。 例： 下图为定轴轮系，已知各轮齿数z，求传 动比i15。解：为了求齿轮1和齿轮5的传动比i15，可先求 各对齿轮的传动比。由第十六章可知上式表明：平面定轴轮系传动比的大小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连乘积与所有主动轮 齿数的连乘积之比 。定轴轮系传动比大小的计算推广：设轮1为起始主动轮，轮K为最末从动轮，则平面定轴轮系的传动比的一般公式为 :从动轮转向的确定传动比正负号规定：两轮转向相同(内啮
5、合) 时传动比取正号，两轮转向相反(外啮合)时传动比取负号，轮系中从动轮与主动轮的转向关系，可根据其传动比的正负号确定。外啮合次数为偶数（奇数）时轮系的传动比为正（负），进而可确定从 动件的转向。图中外啮合次数为3次，所以传动比为负，说明轮5与轮1转向相反。 上式表明：（1）定轴轮系的传动比等于组成该轮系的各对齿轮 传动比的连乘积。其数值等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。（2）齿轮4在前一对齿轮传动中是从动轮，在后一对 齿轮传动中是主动轮，所以在上式中齿数Z4可以消去。轮系中，这种不影响传动比的大小 ，仅用来改变转动方向或增大传动中心距的齿轮，称 为惰轮。（3）从动轮的转
6、动方向的确定：对平面轮系(即各轮轴线互相平行)，用(-1)m表示，m为轮系中外啮合齿轮的对数，其传动比为正号时，表示主、从动轮的转向相同；传动比为负号时，则主、从动轮转向相反。对空间轮系(即由圆锥齿轮、蜗杆传动组成)，必须用画箭头的方法来确定从动轮的转向。 【例181】 如图184所示为液压推进架柱式煤电钻的传动系统。已知电动机3的转速为，n1=2880rmin，各轮齿数分别为Z1=17，Z2=34，Z2=17，Z3=56，Z4=21，Z6=43，Z5=Z7=Z8=32，Z9=48，煤钻杆主轴的推进和后退由液压油缸2控制，试计算煤钻杆主轴的转速并确定其转向。【解】 齿轮4和5为双联滑移齿轮，当
7、齿轮4与6或5与7啮合时钻杆主轴可获得两种转速。(1)当齿轮4与6啮合时，有故煤钻杆主轴转速n9为(2)当齿轮5与7啮合时因i19为正值，故煤钻杆与电动机的转向相同。亦可用画箭头的方法来确定，如图184所示。二、周转轮系传动比的计算在周转轮系中，由于行星轮的运动不是绕固定轴线转动，故其传动比的计算不能直接用定轴轮系传动比的计算方法。但是，如果能保持周转轮系中各构件之间的相对运动不变，而又可使行星架变为固定不动，则周转轮系就化为一个假想的定轴轮系，可按定轴轮系传动比的计算方法处理周转轮系传动比的问题。这种方法称为相对运动法。在图182a所示的周转轮系中，设齿轮1、2、3及行星架H的绝对转速分别为
8、n1、n2, n3及nH，其转向如图所示。若给整个周转轮系附加一个与行星架H转速大小相等、方向相反的公共转速(-nH)后，则各构件的相对运动不变而行星架H却静止不动了。此时，周转轮系即转化为定轴轮 系。这一定轴轮系称为原周转轮系的转化机构 。在转化机构中，各构件的转速分别以n1H、n2H、n3H和nHH表示，则转化前后各构件的转速见表181。 在转化机构中， n1H、n2H、n3H和nHH的上角标H表示各构件相对于行星架H的相对转速。 转化机构中任意两轮的传动比均可用定轴轮系传动比的计算方法求得。对于图182所示的周转轮系，其转化机构中的齿轮1对齿轮3的传动比i13H为 将上式推广到一般情况，
9、设nG和nK为周转轮系中任意两个齿轮G和K的转速，则转化机构传动比的计算公式为式中指数m为转化机构中由齿轮G到K之间外啮合对数, 式(183)包含了行星轮系中各构件的转速和各轮齿数之间的关系，是求解行星轮系传动比的基本公式，只要已知n1、n3及nH 中两个值，便可求得第三构件的转速。对行星轮系,只要已知一个构件的转速，就可求出另一构件的转速，即：应用式(183)及(184)时须注意以下几点：(一) 代入各构件的转速时，应将符号一起代入，可规定顺时针方向为正，逆时针方向为负，所求得的转向就可按此正负号来定方向。却不能计算齿轮1(或齿轮3)与齿轮2之间的传动比， 即(二) 对于由圆锥齿轮所组成的周
10、转轮系，如图18 7所示，利用式(184)只能计算齿 轮1与齿轮3之间的传动比。即也就是说，不能用式(184)来计算圆锥齿轮 组成的行星轮系中行星轮的转速。 (三) 注意i13Hi13两者概念不同，不要混淆。因n2与nH不是在同一平面内运动，其转速不 能用代数加减。即【例182】 在图185所示的差动轮系中，已知各轮齿数 Z1=Z2=16，Z3=48，当齿轮1和齿轮3的转速分别为n1=1rmin，n3= -1rmin时，求行星架H的转速nH。计算表明，当齿轮1顺时针转一周，齿轮 3逆时针转一周时，则行星架H将逆时针 转1/2周。必须注意，这种类型的 行星轮系，如用作减速时 ，其效率随减速比增大
11、而 降低。所以，一般只适用 于辅助装置的传动，不宜 传动大功率。如用于增速 运动，则可能发生自锁。复合轮系传动比的计算12 23456H轮系的功用1 实现大传动比轮系的功用2 实现远距离的两轴传动轮系的功用3 实现变速换向轮系的功用4 实现分支传动184 减 速 器减速器的功能在于将原动机较高的转速降低 到工作机所需的较低转速，同时增大其扭矩。由 于减速器已做成独立的标准部件，且结构紧凑、 工作可靠、效率较高、寿命长、维修方便，便于 成批生产，直接选用，可节省设计时间，所以应 用广泛。为满足不同的工作要求，种类很多，可分成普通减速器和特种减速器两大类， 前者某些类型已有标准系列产品，可直 接选
12、用，也可自行设计制造。后者的标 准正在制定和推广中。本书仅介绍前者 。一、普通减速器的类型、特点和应用按传动类型，可分为齿轮、蜗杆和齿轮蜗 杆减速器；按传动级数，可分为单级、双级和多级减速器； 按轴在空间位置，可分为卧式和立式减速器； 按传动的布置形式，可分为展开式、同轴式和分 流式减速器。常用普通减速器类型及其传动比范围见表183 。展开式减速器分流式减速器，其结构较复杂 同轴式双级减速器，圆锥齿轮减速器适用于低速传动， 蜗杆蜗轮减速器 下置式单级蜗杆减速器 二、减速器的结构 减速器一般由箱体、传动零件、轴、轴 承、联接零件及若干附件组成。单级圆 柱齿轮减速器的结构见配套教材有关章节。 三、
13、标准减速器 齿轮和蜗轮减速器已制定出相应的标准系列 ，可根据传动比、转速、载荷大小及其变化性质、寿命、在机械总体配置中的要求等已 知条件，结合减速器的适用条件，主要参数及效率，外廓尺寸、重量、价格和运转费用等 各项指标，进行综合分析比较，选定减速器的类型和规格进行外购。 下面介绍渐开线圆柱齿轮标准减速器的适用 范围，代号和主要参数。 (一)适用范围 ZDY(单级)、ZLY(两级)、ZSY(三级)外啮合 渐开线斜齿圆柱齿轮减速器。主要适用于冶金、，矿山、运输、水泥、建筑、化工 、纺织、轻工等行业。 应用条件： 减速器高速轴转速不大于1500rmin； 齿轮传动圆周速度不大于20ms； 工作环境温
14、度为一40+45。低于O时 ，启动前润滑油应预热。 (二)代号 在减速器的代号中，包括减速器的型号，单 级减速器的中心距或多级减速器的低速级中心距，公称传动比及装配型式。(三)单级圆柱齿轮减速器的基本参数1中心距：见表184。2传动比：见表185。 减速器的实际传动比相对公称传动比的允许 相对偏差i：一般减速器li l3，两级减速器I出I4，三级减速器Iil5。 3齿宽系数：见表186。 (四)减速器的承载能力(单级)：见表187 。 (五)减速器热功率Pc1、Pc2(单级)：见表 188。(六)减速器的装配型式 根据减速器在机械总体配置中的要求，选择 相应的装配型式。对于ZDY型减速器有8种
15、装配型式用I表示，见图1810a；对于 ZLY和ZSY型减速器有5种装配型式用IV表示，见图1810b。 四、标准减速器的选用 减速器的承载能力受机械强度和热平衡许用 功率两方面的限制。因此减速器的选用必须通过两个功率表。 首先按减速器机械强度许用公称功率P1选用 ，如果减速器的实用输入转速与承载能力表中的三档(1500、1000、750rmin)转速中 的某一档转速之相对误差不超过4%，可按该档转速下的公称功率选用相当规格的减速器。 如果转速相对误差超过4，则应按实用转速折算减速器的公称功率选用。然后校核减速器 热平衡许用功率Pcl、Pc2。【例18-7】 输送大件物品的皮带输送机减速 器，电动机驱动，电动机转速n1=1200r min，传动比i=45，传动功率P2=380kW， 每日工作24h，最高环境温度t=38，厂房较大，自然通风冷却，油池润滑。要求选用规 格相当的第1种装配形式标准减速器。【解】(1)按减速器的机械强度功率表选取。一般情况 下要计入工作情况系数KA，特 殊情况下还要考虑安全系数。皮带输送机载荷为中等冲击，查表189得： KA一15，计算功率Pz。为：按i=45及n1=1200rmin接近公称转速 1000rmin，查表187得：ZDY280， i=45， n1=1000rmin
