7-第六章1節輪系分類及其應用特點

7-第六章輪系第一節輪系分類及其應用特點在機械傳動領域，單個齒輪副往往難以滿足實際工作中對傳動比、傳動方向以及空間布局等多方面的復雜要求。此時，將一系列相互嚙合的齒輪組合起來，便構成了所謂的“輪系”。輪系作為一種重要的傳動裝置，廣泛應用于各種機械設備中，其性能直接影響整機的工作特性。對輪系進行科學分類，并深入理解各類輪系的應用特點，是合理設計和正確選用輪系的基礎。一、輪系的分類輪系的種類繁多，分類方式也不盡相同。最常用的分類依據是輪系在運轉過程中各齒輪軸線的相對位置是否固定。據此，輪系可分為兩大類：定軸輪系和周轉輪系。（一）定軸輪系當輪系運轉時，若所有齒輪的幾何軸線位置均固定不變，則該輪系稱為定軸輪系，亦稱為普通輪系。這是輪系中最為常見和簡單的形式。在定軸輪系中，動力從主動輪輸入，通過一系列相互嚙合的齒輪傳遞，最終由從動輪輸出。根據輪系中各齒輪的嚙合方式和軸線是否平行，定軸輪系又可細分為平面定軸輪系（各齒輪軸線平行）和空間定軸輪系（包含相交軸或交錯軸齒輪副，如錐齒輪、蝸桿蝸輪等）。（二）周轉輪系與定軸輪系不同，周轉輪系在運轉時，至少有一個齒輪的幾何軸線不是固定的，而是繞著另一齒輪的固定幾何軸線回轉，如同行星繞太陽運行一般。這種軸線可動的齒輪稱為行星輪，支持行星輪運轉的構件稱為行星架（或轉臂），而軸線固定且與行星輪相嚙合的齒輪則稱為中心輪（或太陽輪）。周轉輪系根據其自由度的不同，又可進一步分為：1.行星輪系：自由度為1的周轉輪系。這種輪系通常需要固定一個中心輪，當輸入一個運動（如行星架或另一個中心輪的轉動）時，整個輪系即有確定的運動。2.差動輪系：自由度為2的周轉輪系。這種輪系需要兩個獨立的輸入運動，才能使輪系具有確定的輸出運動。在實際應用中，還常常出現由定軸輪系與周轉輪系組合而成的輪系，或者由幾個周轉輪系組合而成的輪系，這類輪系通常稱為復合輪系。對于復合輪系，分析時需先將其分解為各個基本輪系（定軸輪系或周轉輪系），再分別進行計算。二、各類輪系的應用特點不同類型的輪系因其結構特性，在傳動比、效率、結構緊湊性、功能實現等方面各具特點，從而決定了它們在不同場合的應用。（一）定軸輪系的應用特點定軸輪系的最大特點是結構簡單，傳動可靠，設計、制造和安裝都比較方便。其主要應用特點如下：1.實現大傳動比：通過多級齒輪的依次嚙合，可以獲得較大的傳動比。例如，在機床的進給系統或某些減速裝置中，常利用定軸輪系來實現低速輸出。2.實現分路傳動：利用定軸輪系可以將主動軸的運動和動力傳遞給多個從動軸，以帶動不同的工作部件。如在機床主軸箱中，動力經主軸傳入后，可通過不同的齒輪組合分傳給進給系統、潤滑系統等。3.實現變速傳動：通過改變輪系中參與嚙合的齒輪組合（如滑移齒輪、離合器等），可以實現在主動軸轉速不變的情況下，從動軸獲得多種不同的轉速。汽車的手動變速箱就是典型的應用實例。4.實現運動的合成與分解（通常需配合其他機構）：雖然定軸輪系本身主要用于傳遞運動和動力，但其與其他機構（如凸輪機構、連桿機構）組合時，也能實現一定的運動合成與分解功能。5.改變從動軸的轉向：通過改變齒輪的嚙合方式（如增加惰輪），可以方便地改變從動軸的轉動方向。定軸輪系的缺點是當傳動比較大時，所需的齒輪對數增多，導致機構體積增大，結構不夠緊湊，且效率可能有所降低。（二）周轉輪系的應用特點周轉輪系，特別是行星輪系，由于其獨特的結構，具有許多定軸輪系無法比擬的優點：1.傳動比大且結構緊湊：行星輪系可以在較小的結構尺寸下獲得很大的傳動比。這是因為行星輪在圍繞中心輪公轉的同時還進行自轉，使得傳動比的計算不僅與齒輪齒數有關，還與行星架的運動有關，從而可以用較少的齒輪實現大傳動比。2.承載能力強，傳動平穩：由于多個行星輪通常均勻分布在中心輪周圍，能夠共同承受載荷，使得每個齒輪所受的載荷較小，從而提高了整個輪系的承載能力。同時，多個行星輪的均勻分布也有助于平衡慣性力，減少振動和噪聲，使傳動更加平穩。3.運動形式多樣：周轉輪系可以實現運動的合成與分解。例如，汽車后橋的差速器就是一個典型的差動輪系，它能將發動機傳來的動力分配給左右兩個車輪，并允許左右車輪以不同的轉速轉動，以適應汽車轉彎時內外輪行駛距離不同的需求。4.可實現同軸傳動：輸入軸和輸出軸可以布置在同一條軸線上，使得結構更加緊湊，這在很多場合下是非常有利的。然而，周轉輪系的結構相對復雜，零件數量較多，尤其是行星架的加工和裝配要求較高，制造成本也相對較高。此外，其效率特性也較為復雜，在某些情況下可能會出現效率較低的情況。三、輪系的選擇依據在實際機械設計中，選擇輪系類型時，需要綜合考慮以下因素：*傳動比要求：所需傳動比的大小是選擇輪系類型的重要依據。大傳動比時，行星輪系往往是更優選擇。*結構空間限制：若對結構緊湊性要求較高，行星輪系通常比定軸輪系更具優勢。*效率要求：一般情況下，定軸輪系的效率較高且穩定；行星輪系的效率則與其類型、傳動比以及具體結構有關，需具體分析。*功能需求：是否需要實現運動的合成、分解、變速、換向等功能。*制造與成本：定軸輪系制造簡單，成本較低；周轉輪系結構復雜，成本較高。綜上所述，輪系的分類是理解其工作原理和應用特性的基