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  • 一文讀懂齒輪系傳動

     

    導語:在機械設備中,為了獲得較大的傳動比,或是變速和換向,常常要采用多對齒輪進行傳動,如機床、汽車上使用的變速箱、差速器,工程上廣泛應用的齒輪減速器等,這種由多對齒輪所組成的傳動系統稱為齒輪系,簡稱輪系。

     

     


     

           齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。在所有的機械傳動中,齒輪傳動應用最廣,可用來傳遞相對位置不遠的兩軸之間的運動和動力。
     

           特  點
     

           效率高,在常用的機械傳動中,以齒輪傳動效率為最高,閉式傳動效率為96%~99%,這對大功率傳動有很大的經濟意義; 結構緊湊,比帶、鏈傳動所需的空間尺寸小; 傳動比穩定,傳動比穩定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應用,正是由于其具有這一特點; 工作可靠、壽命長,設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動,工作十分可靠,壽命可長達一二十年,這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及在礦井內工作的機器尤為重要。

           但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高,價格較貴,且不宜用于傳動距離過大的場合。
     

     

           分   類
     


     

           齒輪傳動按齒輪的外形可分為圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、非圓齒輪傳動、齒條傳動和蝸桿傳動。
     

           圓柱齒輪傳動
     

           用于傳遞平行軸間動力和運動的一種齒輪傳動。按輪齒與齒輪軸線的相對關系,圓柱齒輪傳動可分為直齒圓柱齒輪傳動、斜齒圓柱齒輪傳動和人字齒圓柱齒輪傳動3種。
     

    ▲直齒圓柱齒輪傳動
     

    ▲斜齒圓柱齒輪傳動
     

    ▲人字齒圓柱齒輪傳動
     

           圓柱齒輪傳動的傳遞功率和速度適用范圍大,功率可從小于千分之一瓦到10萬千瓦,速度可從極低到 300米/秒。
     

           嚙合特點由齒廓曲面形成過程可知,漸開線直齒圓柱齒輪嚙合時,齒廓曲面的接觸線是與軸線平行的直線,在嚙合過程中整個齒寬同時進入和退出嚙合,輪齒上所受的力也是突然加上或卸掉,故傳動平穩性差,沖擊和噪聲大。
     

           錐齒輪傳動
     

           錐齒輪傳動由一對錐齒輪組成的相交軸間的齒輪傳動,又稱傘齒輪傳動。按齒線形狀錐齒輪傳動可分為直齒錐齒輪傳動、斜齒錐齒輪傳動和曲線齒錐齒輪傳動,其中直齒的和曲線齒的應用較廣。
     

    ▲直齒錐齒輪傳動
     

    ▲斜齒錐齒輪傳動
     

           非圓齒輪傳動
     

           是指傳動中至少有一個齒輪的節曲面不是旋轉曲面的齒輪傳動。
     


     

           齒條傳動
     

           齒輪與齒條的傳動結構,齒條分直齒齒條和斜齒齒條,分別與直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪配對使用; 齒條的齒廓為直線而非漸開線(對齒面而言則為平面),相當于分度圓半徑為無窮大圓柱齒輪。
     


     

           蝸桿傳動
     

           是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動,兩軸線間的夾角可為任意值,常用的為90°。
     


     

           蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成,一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分,分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿,即蝸桿轉一周,蝸輪轉過一齒,若蝸桿上有兩條螺旋線,就稱為雙頭蝸桿,即蝸桿轉一周,蝸輪轉過兩個齒。
     


     

     

           按輪齒的齒廓曲線可分為漸開線齒輪傳動、擺線齒輪傳動和圓弧齒輪傳動等。由兩個以上的齒輪組成的傳動稱為輪系。根據輪系中是否有軸線運動的齒輪可將齒輪傳動分為普通齒輪傳動和行星齒輪傳動,輪系中有軸線運動的齒輪就稱為行星齒輪。
     


     

           按照傳動時各齒輪的軸線位置是否固定,輪系分為定軸輪系和行星輪系兩種基本類型。傳動時所有齒輪的幾何軸線位置均固定不變,這種輪系稱為定軸輪系。
     

    ▲平面定軸輪系
     

    ▲空間定軸輪系
     

           傳動時齒輪g的幾何軸線繞齒輪a,b和構件H的共同軸線轉動,這樣的輪系成為行星輪系。根據自由度的不同,行星齒輪系又可分為周轉齒輪系和差動齒輪系。周轉輪系有一個自由度,行星輪系有兩個自由度。
     

    ▲周轉輪系
     

    ▲差動輪系
     

           1、輪系的傳動比
     

           輪系始端主動輪與末端從動輪的轉速之比值,稱為輪系的傳動比,用i表示轉角的大小。
     


     

           式中n1——主動輪1的轉速,r/min;nk——從動輪的轉速,r/min;
     

           2、齒輪系的作用
     

           2.1 實現相距較遠的兩軸間運動和動力的傳遞
     

           在齒輪傳動中,當主從動軸間的距離較遠時,如果只用一對齒輪來傳動,齒輪的尺寸勢必很大。這樣,既增大機器的結構尺寸和重量,又浪費材料而且制造安裝都不方便。若改用兩對齒輪組成的輪系來傳動,就可使齒輪尺寸小得多,制造安裝也較方便。
     

    ▲齒輪系傳動
     

           2.2 實現分路傳動
     

           利用輪系可以使一根主動軸帶動若干根從動軸同時轉動,獲得所需的各種轉速。
     

    ▲齒輪分路傳動
     

           2.3 實現變速傳動
     

           當主動軸的轉速不變時,利用輪系可以使從動軸獲得多種工作轉速,這種傳動稱為變速傳動。汽車、機床、起重機等許多機械都需要變速傳動。
     

    ▲齒輪變速傳動
     

           2.4 獲得較大的傳動比
     

           采用定軸輪系或行星輪系均可獲得大的傳動比。
     

           若用定軸輪系來獲得大傳動比,需要多級齒輪傳動,致使傳動裝置的結構復雜和龐大。而采用行星輪系,只需很少幾個齒輪,就可獲得很大的傳動比。由于行星輪系采用多個行星輪來分擔載荷,而且常采用內嚙合傳動,合理地利用了內齒輪中部空間,兼之其輸入軸輸出軸在同一軸線上,這不僅使行星減速器的承載能力大大提高,而且徑向尺寸非常緊湊。在功率和傳動比相同情況下,行星減速器的體積和重量只是定軸輪系減速器的1/2~1/3。
     


     

           2.5 實現運動的合成和分解
     

           機械中采用具有兩個自由度的差動行星輪系來實現運動的合成和分解。這是行星輪系獨特的功用。
     

           運動合成:差動輪系有兩個自由度,只有給定三個基本構件中任意兩個的運動后,第三個基本構件的運動才能確定。這就是說,第三個基本構件的運動為另兩個基本構件運動的合成。
     

    ▲圓錐齒輪差動輪系(運動合成)
     

           運動分解:利用差動輪系還可以將一個基本構件的轉動按所需的比例分解為另外兩個基本構件的轉動。
     

    ▲汽車差速器(運動分解)

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