行星齒輪傳動的定義及特點
齒輪傳動在各種機器和機械設(shè)備中已獲得了較廣泛的應(yīng)用。例如,起重機械、工程機械、冶金機械、建筑機械、石油機械、紡織機械、機床、汽車、飛機、火炮、船舶和儀器、儀表中均采用了齒輪傳動。在上述各種機器設(shè)備和機械傳動裝置中,為了減速、增速和變速等特殊用途,經(jīng)常采用一系列互相嚙合的齒輪所組成的傳動系統(tǒng),在《機械原理》中,便將上述的齒輪傳動系統(tǒng)統(tǒng)稱之為輪系。
一、行星齒輪傳動的定義
輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿輪組成的輪系,稱為空間輪系;而由圓柱齒輪組成的輪系,稱為平面系統(tǒng)。本書主要討論平面輪系的設(shè)計問題。
根據(jù)齒輪系運轉(zhuǎn)時其各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動,齒輪傳動分為兩大類型。
1.普通齒輪傳動(定軸輪系)
當齒輪系運轉(zhuǎn)時,如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何軸線位置都是固定不變的,則稱為普通齒輪傳動(或稱定軸輪系)。在普通齒輪傳動中,如果各齒輪副的軸線均互相平行,則稱為平行軸齒輪傳動;如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副或一個相錯軸齒輪副,則稱為不平行軸齒輪傳動(空間齒輪傳動)。
2.行星齒輪傳動(行星輪系)
當齒輪系運轉(zhuǎn)時,如果組成該齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定,而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉(zhuǎn),即在該齒輪系中,至少具有一個作行星運動的齒輪,如圖1(a)所示。在上述齒輪傳動中,齒輪a、b和構(gòu)件x均繞幾何軸線OO轉(zhuǎn)動,而齒輪c是活套在構(gòu)件x的軸Oc上,它一方面繞自身的幾何軸線Oc旋轉(zhuǎn)(自轉(zhuǎn)),同時又隨著幾何軸線Oc繞固定的幾何軸線OO旋轉(zhuǎn)(公轉(zhuǎn)),即齒輪c作行星運行;因此,稱該齒輪傳動為行星齒輪傳動,即行星輪系。
行星齒輪傳動按其自由度的數(shù)目可分為以下幾種。
(1)簡單行星齒輪傳動 具有一個自由度(W=1)的行星齒輪傳動,如圖1(b)所示。對于簡單行星齒輪傳動,只需要知道其中一個構(gòu)件的運動后,其余各構(gòu)件的運動便可以確定。
(2)差動行星齒輪傳動 具有兩個自由度(W=2)的行星齒輪傳動,即它是具有三個可動外接構(gòu)件(a、b和x)的行星輪系[見圖1(a)]。對于差動行星齒輪傳動,必須給定兩個構(gòu)件的運動后,其余構(gòu)件的運動才能確定。
在行星齒輪傳動中作行星運動的齒輪c,稱為行星齒輪(簡稱為行星輪)。換言之,在齒輪系中,凡具有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的齒輪,則稱為行星輪,如圖1中所示齒輪c。僅有一個齒圈的行星c,稱為單齒圈行星輪[見圖1和圖2(a)];帶有兩個齒圈的行星輪c-d,稱為雙齒圈行星輪[見圖2(b)和圖3]。
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在行星齒輪傳動中,支承行星輪c(或c-d)并使它得到公轉(zhuǎn)的構(gòu)件,稱為轉(zhuǎn)臂(又稱為系桿),用符號x表示。轉(zhuǎn)臂x繞之旋轉(zhuǎn)的幾何軸線,稱為主軸線,如軸線OO。在行星齒輪傳動中,與行星齒輪相嚙合的,且其軸線又與主軸線OO重合的齒輪,稱為中心輪;外齒中心輪用符號a或b 表示,內(nèi)齒中心輪用符號b 或e表示。最小的外齒中心輪a又可稱為太陽輪。而將固定不動的(與機架連接的)中心輪,稱為支持輪,如圖1(b)中所示的內(nèi)齒輪b.
在行星齒輪傳動中,凡是其旋轉(zhuǎn)軸線與主軸線OO相重合,并承受外力矩的構(gòu)件,稱為基本構(gòu)件,如圖1-1中的中心輪a、b和轉(zhuǎn)臂x。換言之,所謂基本構(gòu)件就是在空間具有固定旋轉(zhuǎn)軸線的受力構(gòu)件;其中也可能是固定構(gòu)件,如圖1(b)中與機架相連接的內(nèi)齒輪b.而差動行星齒輪傳動[見圖1(a)]就是具有三個運動基本構(gòu)件的行星齒輪傳動。在其三個基本構(gòu)件中,若將內(nèi)齒輪b固定不動,則可得到應(yīng)有十分廣泛的,輸入件為中心輪a或轉(zhuǎn)臂x,輸出件為轉(zhuǎn)臂x或中心輪a的行星齒輪傳動[見圖1(b)]。仿上,當中心輪a固定不動時,則可得到輸入件為內(nèi)齒輪b或轉(zhuǎn)臂x,輸出件為轉(zhuǎn)臂x或內(nèi)齒輪b的行星齒輪傳動。當轉(zhuǎn)臂x固定不動時,則可得到所有齒輪軸線均固定不動的普通齒輪傳動,即定軸齒輪傳動。由于該定軸齒輪傳動是原來行星齒輪傳動的轉(zhuǎn)化機構(gòu),故又稱之為準行星齒輪傳動,如圖書1(c)所示。
為了便于對上述行星齒輪傳動進行研究分析,本書特將差動行星齒輪傳動(W=2)、行星齒輪傳動(W=1)和準行星齒輪傳動,統(tǒng)稱為行星齒輪傳動。