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機械原理 第2版 教學課件作者 黃茂林 主編 秦偉副 主編 第五章

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1、在線教務輔導網:在線教務輔導網:http:/教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務輔導網教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務輔導網QQ:349134187 或者直接輸入下面地址:或者直接輸入下面地址:http:/第五章輪系及其設計第一節(jié)輪系的分類第二節(jié)定軸輪系及其設計第三節(jié)周轉輪系及其設計第四節(jié)復合輪系及其設計第五節(jié)輪系的功用第六節(jié)少齒差傳動簡介一定軸輪系一定軸輪系 輪系運轉時,如果各齒輪軸線的位置都固定不動,則輪系運轉時,如果各齒輪軸線的位置都固定不動,則稱之為定軸輪系。稱之為定軸輪系。2143第一節(jié)輪系的分類二周轉輪系二周轉輪系 輪系運轉時,至少有一個齒輪軸線的位置不固定,而輪系運轉時,至少

2、有一個齒輪軸線的位置不固定,而是繞某一固定軸線回轉,則稱該輪系為周轉輪系。是繞某一固定軸線回轉,則稱該輪系為周轉輪系。1.按照自由度數目分類:按照自由度數目分類:1)差動輪系)差動輪系 自由度為自由度為2系桿系桿中心輪中心輪(主動)(主動)行星輪行星輪行星輪行星輪系桿系桿中心輪(主動)中心輪(主動)行星輪系)行星輪系 自由度為自由度為行星輪行星輪系桿系桿中心輪(主動)中心輪(主動)中心輪(固定)中心輪(固定)F=33232=12.按中心輪的個數分類中心輪(K)、系桿(H)(1).2K-H型系桿系桿H中心輪中心輪K(主動)(主動)中心輪中心輪K(固定)(固定)(2)3K型中心輪中心輪K(主動)(

3、主動)中心輪中心輪K(主動)(主動)中心輪中心輪K(主動)(主動)(3)K-H-V型 少齒差行星傳動機械的型式,少齒差行星傳動機械的型式,V表示輸出機構表示輸出機構三、復合輪系 含定軸輪系又含周轉含定軸輪系又含周轉輪系,或由多個周轉輪系,或由多個周轉系組成的輪系系組成的輪系定軸輪系定軸輪系定軸輪系定軸輪系iiiooonin輪系的傳動比輪系的傳動比輸入軸與輸出軸的角速度(或轉速)輸入軸與輸出軸的角速度(或轉速)之比,即:之比,即:大小大小轉向轉向第二節(jié)定軸輪系及其設計一、定軸輪系的傳動比一、定軸輪系的傳動比51 1.傳動比大小的計算傳動比大小的計算 輸入軸與輸出軸之間的傳動比為輸入軸與輸出軸之間

4、的傳動比為:515115nni 輪系中各對嚙合齒輪的傳動比大小為:輪系中各對嚙合齒輪的傳動比大小為:,122112zzi 322 332ziz,344343 zzi 544554ziz1234122 33 4452345iiii 4321543215 zzzzzzzzi一般定軸輪系的傳動比計算公式為:一般定軸輪系的傳動比計算公式為:1 1nni所有從動輪齒數的連乘積所有主動輪齒數的連乘積2主、從動輪的轉向關系的確定主、從動輪的轉向關系的確定外嚙合外嚙合“-”1212(1)、軸線互相平行的輪系內嚙合內嚙合“+”1 1nn(1)mi 所有從動輪齒數的連乘積所有主動輪齒數的連乘積m-外嚙合齒輪的對數

5、外嚙合齒輪的對數(2).含有幾何軸線不平行齒輪的輪系錐齒輪錐齒輪蝸桿傳動蝸桿傳動右旋蝸桿 以右手握住蝸桿,四指指以右手握住蝸桿,四指指向蝸桿的轉向,則拇指向的向蝸桿的轉向,則拇指向的相相反反方向為嚙合點處蝸輪的線速方向為嚙合點處蝸輪的線速度方向。度方向。用右手定則用右手定則 實例分實例分析析二、定軸輪系設計二、定軸輪系設計1、定軸輪系的類型選擇、定軸輪系的類型選擇高速、重載,減小沖擊、振動、噪聲高速、重載,減小沖擊、振動、噪聲平行軸斜齒輪傳動平行軸斜齒輪傳動結構空間要求,改變從動軸向。結構空間要求,改變從動軸向。圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動功率較小、速度低,空間交錯軸傳動功率較小、速度低,空間交錯

6、軸傳動交錯斜齒輪傳動交錯斜齒輪傳動傳動比大,分度、微調、自鎖要求傳動比大,分度、微調、自鎖要求蝸桿傳動蝸桿傳動2、定軸輪系中各輪齒數的確定、定軸輪系中各輪齒數的確定1)每一級的傳動比要在其常用范圍內選取。)每一級的傳動比要在其常用范圍內選取。2)傳動比大時采用多級傳動。)傳動比大時采用多級傳動。3)減速傳動時,按照)減速傳動時,按照“前大后小前大后小”的原則分配傳動比。的原則分配傳動比。4)閉式傳動時要考慮潤滑。)閉式傳動時要考慮潤滑。定軸輪系的傳動效率計算(1)串聯如圖5-1所示由K個齒輪依次嚙合組成的輪系中,每根齒輪軸上只有一個主動齒輪。(2)并聯如圖5-4所示輪系,在輸入軸上有多個主動齒

7、輪1、2、K,設每個齒輪機構主動輪的輸入功率分別為N1、N2、NK,而每個從動輪的輸出功率分別為N1、N2、NK。(3)混聯如圖5-5所示輪系既有串聯又有并聯,稱其為混聯輪系。圖5-4并聯輪系圖5-5混聯輪系一、行星輪系的類型選擇一、行星輪系的類型選擇選擇傳動類型時,應考慮的幾個因素:選擇傳動類型時,應考慮的幾個因素:傳動比的要求、傳動比的要求、傳動的效率、外廓結構尺寸和制造及裝配工藝等。傳動的效率、外廓結構尺寸和制造及裝配工藝等。()、滿足傳動比的要求、滿足傳動比的要求211 HHi 傳動比傳動比實用范圍實用范圍:138.21 Hi傳動比:傳動比:負號機構負號機構減速傳動減速傳動1 輸入輸入

8、H 輸出輸出方向相同方向相同與與 1第三節(jié)周轉輪系及其設計傳動比傳動比實用范圍實用范圍:負號機構負號機構傳動比:傳動比:233 HHi 56.114.13 Hi1681 Hi減速傳動減速傳動減速傳動減速傳動負號機構負號機構方向相同方向相同與與 13 輸入輸入H 輸出輸出1 輸入輸入H 輸出輸出傳動比傳動比實用范圍實用范圍:方向相同方向相同與與 1()、考慮傳動效率、考慮傳動效率 不管是增速傳動還是減速傳動,負號機構的效率一般不管是增速傳動還是減速傳動,負號機構的效率一般總比正號機構的效率高??偙日枡C構的效率高。如果設計的輪系用于動力傳動,要求效率較高,應該如果設計的輪系用于動力傳動,要求效率

9、較高,應該采用負號機構。采用負號機構。如果設計的輪系還要求具有較大的傳動比,而單級負號如果設計的輪系還要求具有較大的傳動比,而單級負號機構又不能滿足要求時,則可將幾個負號機構串聯起來,或機構又不能滿足要求時,則可將幾個負號機構串聯起來,或采用負號機構與定軸輪系組成的混合輪系來獲得較大的傳動采用負號機構與定軸輪系組成的混合輪系來獲得較大的傳動比。比。正號機構一般用在傳動比大、而對效率沒有較高要求正號機構一般用在傳動比大、而對效率沒有較高要求的場合。的場合。二、周輪系各輪齒數的確定二、周輪系各輪齒數的確定1、傳動比條件、傳動比條件行星輪系必須能實現給定的傳動比行星輪系必須能實現給定的傳動比Hi11

10、313111zziiHH 113)1(zizH 根據傳動比確定各齒輪的齒數根據傳動比確定各齒輪的齒數3z1z2z2、同心條件、同心條件系桿的回轉軸線應與中心輪的軸線相重合系桿的回轉軸線應與中心輪的軸線相重合若采用標準齒輪或高度變位齒輪傳動,則同若采用標準齒輪或高度變位齒輪傳動,則同心條件為心條件為23rr 2321zzzz 2/)2(2/)(11132 Hizzzz上式表明兩中心輪的齒數應同時為奇數或偶數上式表明兩中心輪的齒數應同時為奇數或偶數2321rrrr 如采用角變位齒輪傳動,則如采用角變位齒輪傳動,則同心條件按節(jié)圓半徑計算同心條件按節(jié)圓半徑計算21rr 3、裝配條件、裝配條件為使各個行

11、星輪都能均勻分布地裝入兩個中為使各個行星輪都能均勻分布地裝入兩個中心輪之間,行星輪的數目與各輪齒數之間必心輪之間,行星輪的數目與各輪齒數之間必須有一定的關系。否則,當第一個行星輪裝須有一定的關系。否則,當第一個行星輪裝好后,其余行星輪便可能無法均布安裝。好后,其余行星輪便可能無法均布安裝。設有設有k個個均布的行星輪,則相鄰兩行星均布的行星輪,則相鄰兩行星輪間所夾的中心角為:輪間所夾的中心角為:k/2 將第一個行星輪在位置將第一個行星輪在位置I裝入裝入I設輪設輪3固定,系桿固定,系桿H沿逆時針方向轉過沿逆時針方向轉過 達到位置達到位置II。k/2 這時中心輪這時中心輪1轉過角轉過角1 13131

12、11111/2zziikHHHH kzz 2)1(131 若在位置若在位置I又能裝入第二個行星輪又能裝入第二個行星輪 則此時中心輪則此時中心輪1轉角轉角 對應于整數個齒對應于整數個齒1 kzzzN 2)1(21311 兩中心輪的齒數兩中心輪的齒數z1、z3之和之和應能被行星輪個數應能被行星輪個數k所整除所整除行星輪系的裝行星輪系的裝配條件配條件kizkzzNH1131 4、鄰接條件、鄰接條件保證相鄰兩行星輪不致相碰,稱為鄰接條件。保證相鄰兩行星輪不致相碰,稱為鄰接條件。相鄰兩行星輪的中心距應大于行星輪齒相鄰兩行星輪的中心距應大于行星輪齒頂圓直徑,齒頂才不致相碰。頂圓直徑,齒頂才不致相碰。ABl

13、2ad 采用標準齒輪時采用標準齒輪時)(2sin)(2*221mhrkrra *2212sin)(ahzkzz 采用變位齒輪傳動時,應根據齒輪的實際采用變位齒輪傳動時,應根據齒輪的實際尺寸進行校核。尺寸進行校核。三、周轉輪系的傳動比三、周轉輪系的傳動比周轉輪系傳動比的計算方法(轉化機構法)周轉輪系傳動比的計算方法(轉化機構法)周轉輪系周轉輪系 定軸輪系定軸輪系(轉化機構)(轉化機構)定軸輪系傳動定軸輪系傳動比計算公式比計算公式求解周轉輪系求解周轉輪系的傳動比的傳動比反轉法反轉法周轉輪系周轉輪系給整個周轉輪系加一個與系桿給整個周轉輪系加一個與系桿H的角速度的角速度大小相等、方向相反的公共角速度大

14、小相等、方向相反的公共角速度 HH構件名稱構件名稱 原周轉輪系中原周轉輪系中各構件的角速度各構件的角速度轉化機構中各轉化機構中各構件的角速度構件的角速度系桿系桿 0 HHHH 中心輪中心輪1 HH 11行星輪行星輪2 HH 22中心輪中心輪3 HH 33在在轉化機構中轉化機構中系桿系桿H變成了機架變成了機架把一個周轉輪系把一個周轉輪系轉化成了轉化成了定軸輪系定軸輪系構件名稱構件名稱 原周轉輪系中原周轉輪系中各構件的角速度各構件的角速度轉化機構中各轉化機構中各構件的角速度構件的角速度系桿系桿 0 HHHH 中心輪中心輪1 HH 11中心輪中心輪3 HH 33計算該轉化機構(定軸輪系)的傳動比:計

15、算該轉化機構(定軸輪系)的傳動比:輸入軸輸入軸輸出軸輸出軸 Hi13H 1H1 H3 H 3)(12zz)(23zz )(13zz 1331zzHH 1331zzHH 給定差動輪系三個基本構件的角速度給定差動輪系三個基本構件的角速度、H中的任意兩個,便可由該式求出第三中的任意兩個,便可由該式求出第三個,從而可求出三個中任意兩個之間的傳動個,從而可求出三個中任意兩個之間的傳動比。比。31331HHziz 特別當特別當01 時時當當03 時時13111zziHH 若差動輪系中,若若差動輪系中,若已知兩轉速相反,則已知兩轉速相反,則一個以正值代入,另一個以正值代入,另一個以負值代入。第一個以負值代入

16、。第三個輪的轉向則根據三個輪的轉向則根據計算結果確定計算結果確定。v 均衡裝置設計均衡裝置設計基本構件浮動式基本構件浮動式采用彈性構件采用彈性構件杠桿聯動式杠桿聯動式 Z2 Z2HZ1Z3 101 9911100 10010000 例6-2 133001.78100HHHHnnnn 1133HHHnnin40 601.783045 2312z zz z 133001.78100HHHHnnnn 171.94/minHnr43.88/minHnr第四節(jié)復合輪系及其設計一、復合輪系的結構設計及其傳動比的計算 對于復合輪系,既不能將其視為單一的定軸輪系來計算其傳動比,也不能將其視為單一的周轉輪系來計

17、算其傳動比。而唯一正確的方法是將它所包含的定軸輪系和周轉輪系部分分開,并分別列出其傳動比的計算式,然后進行聯立求解。因此,復合輪系傳動比的計算方法及步驟可概括為:1)正確劃分輪系;2)分別列出算式;3)進行聯立求解。復合輪系傳動比計算實例例例3:如圖所示的輪系中,設已知各輪齒數如圖所示的輪系中,設已知各輪齒數,試求傳動比,試求傳動比。解:解:1)劃分輪系)劃分輪系齒輪齒輪1-2組成組成定軸輪系定軸輪系部分;部分;齒輪齒輪2-3-4-H組成組成周轉輪系周轉輪系部分。部分。2)計算各輪系傳動比)計算各輪系傳動比l定軸輪系部分定軸輪系部分22040122112 zznni212nn (1)l周轉輪系

18、部分周轉輪系部分244242 zznnnniHHH80,20,042224 zznnn由由Hnnn10221 1011 HHnni5208011124422 zziiHHv輪系的傳動比輪系的傳動比10522121 HHiii3)將()將(1)、()、(2)聯立求解)聯立求解244242 zznnnniHHH42 HHnnnHnn52(2)負號表明齒輪負號表明齒輪1和系桿和系桿H轉向相反轉向相反1實現大傳動比傳動實現大傳動比傳動Z2 Z2Z1Z3H 第五節(jié)輪系的功用2實現分路傳動實現分路傳動3實現變速變向傳動實現變速變向傳動1n4n3n 3n 3n4實現大速比和大功率傳動實現大速比和大功率傳動兩

19、組輪系傳動比相同,但是結構尺寸不同兩組輪系傳動比相同,但是結構尺寸不同5實現運動的合成與分解實現運動的合成與分解運動輸入運動輸入運動輸出運動輸出1122HHHnninn1121zzziH 12Hi1112zz1121Hzizz 1)一齒差行星傳動輸入軸和輸出軸的轉向相反。)一齒差行星傳動輸入軸和輸出軸的轉向相反。2)為保證一齒差行星傳動的內外齒輪裝配,兩個)為保證一齒差行星傳動的內外齒輪裝配,兩個齒輪均需要變位,以避免產生干涉而不能轉動。齒輪均需要變位,以避免產生干涉而不能轉動。第六節(jié)少齒差傳動簡介。漸開線少齒差行星傳動漸開線少齒差行星傳動二、擺線針輪行星傳動二、擺線針輪行星傳動擺線針輪行星傳

20、動的工作原理和結構與擺線針輪行星傳動的工作原理和結構與漸開線少齒差行星傳動基本相同漸開線少齒差行星傳動基本相同中心輪中心輪1(內齒輪)(內齒輪)系桿系桿H行星輪行星輪2(擺線齒輪)(擺線齒輪)擺線針輪行星傳動的傳動比計算與漸開擺線針輪行星傳動的傳動比計算與漸開線少齒差行星傳動的計算相同,只是這線少齒差行星傳動的計算相同,只是這種傳動的齒數差總是等于種傳動的齒數差總是等于12212221zzzziiiHHHV 擺線針輪行星傳動與漸開線少齒差行星擺線針輪行星傳動與漸開線少齒差行星傳動的不同之處在于齒廓曲線。其中心傳動的不同之處在于齒廓曲線。其中心輪上的內齒是帶套筒的圓柱銷形針齒,輪上的內齒是帶套筒

21、的圓柱銷形針齒,而擺線齒輪的行星輪齒廓曲線則是短幅而擺線齒輪的行星輪齒廓曲線則是短幅外擺線的等距曲線。外擺線的等距曲線。擺線針輪行星傳動擺線針輪行星傳動三、活齒傳動1)同時嚙合的齒數多達50%,故承載能力大,在相同傳動比和相同體積的條件下,承載能力比普通齒輪減速器約大六倍。2)由于采用了針齒和直線齒廓的行星輪齒,故不易發(fā)生齒廓干涉。3)傳動比大。4)結構簡單。5)傳動效率高。6)工藝性能良好。圖5-39活齒減速器的工作原理及結構四、諧波齒輪傳動四、諧波齒輪傳動H為波發(fā)生器,為波發(fā)生器,它相當于行星輪它相當于行星輪系中的系桿,運系中的系桿,運動由此輸入。動由此輸入。齒輪齒輪1為剛輪,為剛輪,其齒數為其齒數為z1,它它相當于中心輪相當于中心輪齒輪齒輪2為柔輪,其為柔輪,其齒數為齒數為z2,可產生可產生較大的彈性變形,較大的彈性變形,它相當于行星輪。它相當于行星輪。運動由此輸出。運動由此輸出。諧波齒輪傳動的諧波齒輪傳動的傳動比與漸開線傳動比與漸開線少齒差行星傳動少齒差行星傳動的傳動比計算公的傳動比計算公式完全一樣。式完全一樣。諧波齒輪傳動諧波齒輪傳動

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