[科普中國(guó)]-齒輪系

齒輪系是對(duì)齒輪分類的總稱，有定軸齒輪系和行星齒輪系兩大系列，可實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)、變速傳動(dòng)，在鐘表時(shí)分秒指針針、減速箱齒輪系中廣泛應(yīng)用。

分類輪系分為兩大類：定軸齒輪系（定軸線輪系或定軸輪系）和行星齒輪系（動(dòng)軸線輪系或周轉(zhuǎn)輪系）。

定軸輪系當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若其中各齒輪的軸線相對(duì)于機(jī)架的位置始終固定不變，則該齒輪系稱為定軸輪系。

定軸輪系分為平面定軸輪系、空間定軸輪系。

周轉(zhuǎn)輪系當(dāng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其中存在齒輪的軸線相對(duì)于某一固定軸線或平面轉(zhuǎn)動(dòng)，則此輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系。

周轉(zhuǎn)輪系分為差動(dòng)輪系、行星輪系。

混合輪系由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系或者由兩個(gè)以上的周轉(zhuǎn)輪系所組成的輪系稱為混合輪系。1

輪系的特點(diǎn)1、實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)，如鐘表時(shí)分秒指針；

2、換向傳動(dòng)，如車床走刀絲桿三星輪系；

3、實(shí)行變速傳動(dòng)，如減速箱齒輪系；

4、運(yùn)動(dòng)分解，如汽車差速器；

5、在尺寸及重量較小時(shí)，實(shí)行大功率傳送。

齒輪系的作用1、實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的兩軸間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞：

在齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)主從動(dòng)軸間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，如果只用一對(duì)齒輪來傳動(dòng)，齒輪的尺寸勢(shì)必很大。這樣，既增大機(jī)器的結(jié)構(gòu)尺寸和重量，又浪費(fèi)材料而且制造安裝都不方便。若改用兩對(duì)齒輪組成的輪系來傳動(dòng)，就可使齒輪尺寸小得多，制造安裝也較方便。

2、實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)：

利用輪系可以使一根主動(dòng)軸帶動(dòng)若干根從動(dòng)軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得所需的各種轉(zhuǎn)速。

3、實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)：

當(dāng)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速不變時(shí)，利用輪系可以使從動(dòng)軸獲得多種工作轉(zhuǎn)速，這種傳動(dòng)稱為變速傳動(dòng)。汽車、機(jī)床、起重機(jī)等許多機(jī)械都需要變速傳動(dòng)。1

4、獲得較大的傳動(dòng)比：

采用定軸輪系或行星輪系均可獲得大的傳動(dòng)比。

若用定軸輪系來獲得大傳動(dòng)比，需要多級(jí)齒輪傳動(dòng)，致使傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和龐大。而采用行星輪系，只需很少幾個(gè)齒輪，就可獲得很大的傳動(dòng)比。由于行星輪系采用多個(gè)行星輪來分擔(dān)載荷，而且常采用內(nèi)嚙合傳動(dòng)，合理地利用了內(nèi)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(dòng)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。

5、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解：

機(jī)械中采用具有兩個(gè)自由度的差動(dòng)行星輪系來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解。這是行星輪系獨(dú)特的功用。

運(yùn)動(dòng)合成：差動(dòng)輪系有兩個(gè)自由度，只有給定三個(gè)基本構(gòu)件中任意兩個(gè)的運(yùn)動(dòng)后，第三個(gè)基本構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)才能確定。這就是說，第三個(gè)基本構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)為另兩個(gè)基本構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的合成。

傳動(dòng)比的計(jì)算計(jì)算方法1、將基本周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定袖輪系，再應(yīng)用定軸輪系傳動(dòng)比之計(jì)算公式和首末兩輪方向的判定方法，計(jì)算傳動(dòng)比之大小和方向。

2、首末兩輪均取中心輪（只有一個(gè)中心輪的是由中心輪到行星輪）。2

計(jì)算的注意事項(xiàng)（l）區(qū)分是空間輪系還是平面輪系，空間轉(zhuǎn)向用箭頭表示、不能用（-1）m表示。

（2）基本周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比是轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（定軸輪系）的傳動(dòng)比，用箭頭判定的方向不是周轉(zhuǎn)輪系的實(shí)際轉(zhuǎn)向。實(shí)際轉(zhuǎn)向除給定外，是計(jì)算出來的。正值表示轉(zhuǎn)向相同，負(fù)值轉(zhuǎn)向相反。（注意：與誰的轉(zhuǎn)向相同或相反要清楚）。

（3）所有齒輪的齒數(shù)都參與計(jì)算。

（4）行星輪可以是雙聯(lián)齒輪或輪系。

（5）給定兩個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)向相反則一正一負(fù)代入，計(jì)算出來的參數(shù)為正值時(shí)，則與代入正號(hào)參數(shù)的齒輪轉(zhuǎn)向相同、反之則相反。首末輪中間相嚙合的所有齒輪的齒數(shù)都參與計(jì)算。參數(shù)在計(jì)算時(shí)都代入各自的正負(fù)號(hào)（三者為平行矢量）。

計(jì)算步驟1、區(qū)分基本輪系；

2、分別列傳動(dòng)比方程式求解；

3、聯(lián)立求解。

區(qū)分輪系的方法：首先找行星輪、支承行星輪公轉(zhuǎn)的是系桿，再找出與行星輪嚙合的兩個(gè)中心輪或一個(gè)。區(qū)分完基本周轉(zhuǎn)輪系后，剩下的才是定軸輪系，定軸輪系也可分基本輪系，特別是差動(dòng)輪系封閉成行星輪系時(shí)，將定鈾輪系分成基本輪系便于求解。2

在生活中的應(yīng)用1、圓柱齒輪傳動(dòng)

特點(diǎn)：傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，傳遞速度范圍大且功率適應(yīng)性強(qiáng)；使用效率較高，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊；能在空間任意配置的兩周之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；不能無級(jí)變速，兩周之間的距離也不能過大；有振動(dòng)和噪聲，且加工成本高。

生活應(yīng)用：鐘表、汽車傳動(dòng)系統(tǒng)、單車。

2、圓錐齒輪傳動(dòng)

特點(diǎn)：齒輪排列在圓錐體外表上，并由大端向小端逐漸收縮，按齒形分為直齒、斜齒和曲齒，可傳遞兩相交軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

生活應(yīng)用：汽車后橋齒輪箱、液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車、風(fēng)扇軸、車軸齒輪箱、牛頭刨床工作臺(tái)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。

3、蝸桿傳動(dòng)特點(diǎn)

傳動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)精度高，噪聲和振動(dòng)較小；減速傳動(dòng)比大；效率較低，故不易傳遞較大功率，也不宜長(zhǎng)期工作，需用鋼材加工。

生活應(yīng)用：機(jī)床、一礦機(jī)械、起重機(jī)械、船舶及儀表燈工藝中。

4、螺旋傳動(dòng)

特點(diǎn)：具有良好的減少性能，對(duì)主動(dòng)件施加不大的扭矩，便可獲得很大的推力，機(jī)械效率高，傳動(dòng)均勻、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，且有自鎖性能。

應(yīng)用：常用在螺旋壓力機(jī)、起重機(jī)等機(jī)械中，在機(jī)床刀架傳動(dòng)工作臺(tái)的進(jìn)給結(jié)構(gòu)及調(diào)整結(jié)構(gòu)中。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王強(qiáng) - 副教授 - 西南大學(xué)