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清华大学机械原理课件-第5章轮系机构

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目录

轮系机构概述

轮系机构的基本类型

轮系机构的运动学分析

轮系机构的力分析

轮系机构的设计与优化

轮系机构概述

01

轮系机构是由一系列齿轮组成的传动系统，通过齿轮之间的相互作用传递动力和运动。

定义

根据轮系的布置形式和使用特点，可分为定轴轮系、周转轮系和混合轮系。

分类

当两个齿轮相互啮合时，一个齿轮的旋转会带动另一个齿轮的旋转，从而实现动力的传递。多个齿轮的相互啮合可以实现多级动力传递。

具有高效、紧凑、稳定等特点，可实现大功率、大扭矩的传递，广泛应用于各种机械传动系统。

特点

工作原理

汽车发动机的动力通过多级齿轮传动传递到车轮，实现汽车行驶。

汽车传动系统

工业机械

航空航天

各种工业机械中使用的减速器、变速器等传动装置，大多采用齿轮传动系统。

飞机和火箭等航空航天器的发动机和传动系统，需要高精度、高稳定性的齿轮传动系统。

03

02

01

轮系机构的基本类型

02

定义

特点

应用

示例

01

02

03

04

定轴轮系是指组成轮系的各个齿轮的轴线位置都是固定的。

定轴轮系的传动比是恒定的，其大小由各个齿轮的齿数决定。

定轴轮系广泛应用于各种机械传动系统中，如钟表、自行车等。

一个简单的定轴轮系由两个相邻的平行轴上的两个直齿圆柱齿轮组成。

行星轮系是指有一个或多个齿轮的轴线相对于其他齿轮的轴线是浮动的。

定义

行星轮系的传动比可以在一定范围内变化，其大小由太阳轮、行星轮和齿圈的齿数决定。

特点

行星轮系广泛应用于变速器和差速器等需要变速传动的场合。

应用

一个简单的行星轮系由一个太阳轮、一个行星轮和一个齿圈组成。

示例

A

B

C

D

组合轮系是指由定轴轮系、行星轮系和差动轮系等不同类型的轮系组合而成的复杂轮系。

定义

特点

应用

示例

组合轮系的传动比和运动特性比较复杂，需要根据实际情况进行分析和计算。

组合轮系广泛应用于各种复杂的机械传动系统中，如航空发动机、船舶推进系统等。

一个简单的组合轮系由一个定轴轮系和一个行星轮系组合而成。

轮系机构的运动学分析

03

研究物体运动规律的科学。

运动学

描述物体运动的物理量，如位移、速度、加速度等。

运动参数

确定物体运动时所选择的参照物。

参考系

描述轮系机构中各构件之间相对运动的数学方程。

定义

通过分析轮系机构中各构件的运动参数，并利用运动学的基本原理建立方程。

建立方法

求解运动学方程，得到各构件的运动轨迹、速度和加速度等参数。

解法

轮系机构的力分析

04

1

2

3

通过数学公式计算各构件之间的力的大小和方向。

解析法

通过实验手段测量各构件之间的力的大小和方向。

实验法

根据经验公式或图表估算各构件之间的力的大小和方向。

经验法

03

效率与自锁的关系

轮系机构的效率和自锁之间存在一定的关系，了解这种关系有助于优化机构设计。

01

效率

轮系机构在传递运动和力时的有效程度，通常用百分比表示。

02

自锁

当轮系机构在某些条件下，主动力无法克服阻力而使机构停止运动的现象。

轮系机构的设计与优化

05

明确轮系机构的功能需求，如减速、增速、改变传动方向等。

确定设计目标

根据设计目标和工况，选择合适的传动方式，如齿轮传动、带传动等。

选择合适的传动方式

根据设计目标和工况，确定轮系的基本参数，如齿轮模数、齿数、中心距等。

设计轮系的基本参数

根据设计参数，绘制出轮系机构简图，标明各部件的相对位置和运动关系。

绘制轮系机构简图

建立数学模型

根据轮系机构的工作原理，建立数学模型，包括运动学模型和动力学模型。

分析模型

通过分析数学模型，找出影响轮系机构性能的关键参数，如齿轮传动效率、振动等。

优化设计

根据分析结果，对关键参数进行优化设计，以提高轮系机构的性能。

仿真验证

通过仿真软件对优化后的轮系机构进行运动学和动力学仿真验证，确保设计满足要求。

行星轮系减速器设计，分析其设计过程和优化方法。

设计实例一

差速器设计，分析其工作原理和设计过程。

设计实例二

汽车转向器设计，分析其工作原理和设计过程。

设计实例三

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