机械设计中必须掌握的齿轮系传动知识！

　　【每日学机械】第91期，今天我们聊聊在机械设计中，我们必须掌握的齿轮系传动知识！在机械设备中，为了获得较大的传动比、或变速和换向，常常要采用多对齿轮进行传动，如机床、汽车上使用的变速箱、差速器，工程上广泛应用的齿轮减速器等，这种由多对齿轮所组成的传动系统称为齿轮系，简称轮系。

　　按照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。传动时所有齿轮的几何轴线位置均固定不变，这种轮系称为定轴轮系。

　　▲平面定轴轮系

　　▲空间定轴轮系

　　传动时齿轮g的几何轴线绕齿轮a,b和构件H的共同轴线转动，这样的轮系成为行星轮系。根据自由度的不同，行星齿轮系又可分为周转齿轮系和差动齿轮系。周转轮系有一个自由度，行星轮系有两个自由度。

　　▲周转轮系

　　▲差动轮系

　　1、轮系的传动比

　　轮系始端主动轮与末端从动轮的转速之比值，称为轮系的传动比，用i表示转角的大小。

　　式中n1——主动轮1的转速，r/min； nk——从动轮的转速，r/min；

　　2、齿轮系的作用

　　2.1 实现相距较远的两轴间运动和动力的传递

　　在齿轮传动中，当主从动轴间的距离较远时，如果只用一对齿轮来传动，齿轮的尺寸势必很大。这样，既增大机器的结构尺寸和重量，又浪费材料而且制造安装都不方便。若改用两对齿轮组成的轮系来传动，就可使齿轮尺寸小得多，制造安装也较方便。

　　▲齿轮系传动

　　2.2 实现分路传动

　　利用轮系可以使一根主动轴带动若干根从动轴同时转动，获得所需的各种转速。

　　▲齿轮分路传动

　　2.3 实现变速传动

　　当主动轴的转速不变时，利用轮系可以使从动轴获得多种工作转速，这种传动称为变速传动。汽车、机床、起重机等许多机械都需要变速传动。

　　▲齿轮变速传动

　　2.4 获得较大的传动比

　　采用定轴轮系或行星轮系均可获得大的传动比。

　　若用定轴轮系来获得大传动比，需要多级齿轮传动，致使传动装置的结构复杂和庞大。而采用行星轮系，只需很少几个齿轮，就可获得很大的传动比。由于行星轮系采用多个行星轮来分担载荷，而且常采用内啮合传动，合理地利用了内齿轮中部空间，兼之其输入轴输出轴在同一轴线上，这不仅使行星减速器的承载能力大大提高，而且径向尺寸非常紧凑。在功率和传动比相同情况下，行星减速器的体积和重量只是定轴轮系减速器的1/2～1/3。

　　2.5 实现运动的合成和分解

　　机械中采用具有两个自由度的差动行星轮系来实现运动的合成和分解。这是行星轮系独特的功用。

　　运动合成：差动轮系有两个自由度，只有给定三个基本构件中任意两个的运动后，第三个基本构件的运动才能确定。这就是说，第三个基本构件的运动为另两个基本构件运动的合成。

　　▲圆锥齿轮差动轮系（运动合成）

　　运动分解：利用差动轮系还可以将一个基本构件的转动按所需的比例分解为另外两个基本构件的转动。

　　▲汽车差速器（运动分解）

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