机械设备制造设计中的齿轮系传动知识

在机械设备中，为了获得较大的传动比，或变速和换向，往往采用多对齿轮进行传动，如机床和汽车中使用的齿轮箱和差速器，工程中广泛使用的齿轮减速器等。这种由多对齿轮组成的传动系统称为齿轮系，或简称轮系。

根据传动时各齿轮的轴线位置是否固定，轮系分为定轴轮系和行星轮系两种基本类型。驱动时，所有齿轮的几何轴位置都是固定的。这种轮系称为定轴轮系。

▲平面定轴轮系

▲空间定轴轮系

当传动齿轮G的几何轴线围绕齿轮a、b和构件H的公共轴线旋转时，这样的齿轮系就变成了行星齿轮系。根据自由度的不同，行星轮系可分为周转轮系和差动轮系。行星齿轮系具有一个自由度，而行星齿轮系具有两个自由度。

▲周转轮系

▲差速齿轮系

齿轮系的传动比

轮系开始时的驱动轮与结束时的从动轮的转速之比称为轮系的传动比，用I表示转角。

其中n1是驱动轮1的转速，r/min；Nk——从动轮的转速，转/分。

齿轮系的功能

1.实现相距较远的两轴之间运动和动力的传递。

在齿轮传动中，当驱动轴与驱动轴之间的距离较远时，如果只用一对齿轮进行传动，齿轮的尺寸必然很大。这样不仅增加了机器的结构尺寸和重量，而且浪费材料，不便于制造和安装。如果采用由两对齿轮组成的轮系进行传动，齿轮的尺寸会小得多，制造和安装也更方便。

▲齿轮系变速器

2.实现分流传输

利用轮系，一根主动轴可以同时带动多根从动轴转动，从而获得各种所需的转速。

▲齿轮分流变速器

3.实现变速传动。

当主动轴转速不变时，从动轴利用轮系可以获得各种工作速度，称为无级变速传动。许多机器，如汽车、机床和起重机，需要变速传动。

▲齿轮变速传动

4.获得更大的传动比。

采用定轴轮系或行星轮系可以获得大的传动比。如果采用定轴轮系来获得大的传动比，就需要多级齿轮传动，这就使得传动装置的结构复杂而庞大。有了行星齿轮系，只需要几个齿轮就能获得大的传动比。由于行星轮系采用多个行星齿轮分担载荷，且多采用内啮合传动，合理利用了内齿轮中间的空间，其输入轴和输出轴在同一轴线上，不仅大大提高了行星减速器的承载能力，而且使其径向尺寸非常紧凑。在相同的功率和传动比下，行星减速器的体积和重量仅为定轴轮系减速器的1/2 ~ 1/3。

5.实现运动的合成和分解。

采用两自由度差动行星轮系实现运动的合成和分解。这就是行星轮系的独特作用。

运动合成:差动轮系有两个自由度，三个基本构件中任意两个给定后才能确定第三个基本构件的运动。也就是说，第三个基本部件的运动是另外两个基本部件运动的合成。

▲锥齿轮差动轮系(运动学合成)

运动分解:利用差动轮系，可以将一个基本构件的转动按照所需的比例分解成另外两个基本构件的转动。