齿轮传动的原理

齿轮机构的应用及分类

结构特点：柱体外(内)或锥体外均匀分布有大小一样的轮齿。

用途：齿轮机构是一种高副机构，可用来传递空间任意两轴之

间的运动和动力，如传递空间任意两轴平行、相交、交

错的旋转运动，或将转动转换为移动。是现代机械中

应用最广泛的一种传动机构。

优点：

①结构紧凑，传动比准确、传动平稳。

②圆周速度大，高达300 m/s 。

③传动功率范围大，从几瓦到10万千瓦，适用的范围广。

④效率高(η→0.99)、使用寿命长、工作安全可靠。

缺点：加工成本高、不适宜远距离传动(如单车)

。齿轮机构及其设计

根据空间两轴间的相对位臵不同，可分为三大类：

一、平行轴齿轮传动机构

两齿轮的传动轴线平行，这是一种平面齿轮机构。

二、相交轴齿轮传动机构

两齿轮的传动轴线相交于一点，这是一种空间齿轮

机构。

三、交错轴齿轮传动机构

两齿轮的传动轴线为空间任意交错位臵，也是空间

齿轮机构。

齿轮机构可分为定传动比齿轮机构和变传动比齿

轮机构。本章仅讨论定传动比的齿轮机构。分类：齿轮机构及其设计

2ω2

1ω1

非圆齿轮

本章将以直齿圆柱齿轮传动机构的啮合原理、

传动参数和几何计算等为重点。齿轮机构及其设计

齿轮的齿廓曲线

啮合—

轮齿直接相互接触的传动齿轮机构及其设计PP齿廓啮合基本定律

llPPOPO

2211

12

12

21

12rr

POPO

i







P点为啮合节点，i12为机构的

传动比

齿廓啮合基本定律：

两齿廓在任一位臵啮合接触传动时，

过接触点所作两齿廓的公法线必通过

节点P，它们的传动比等于连心线被

节点P所分成的两段线段的反比。齿轮的齿廓曲线齿轮机构及其设计

为固定点

为定传动比传动常数若

PPOPO

i

,,

12

21

12



上，上下移动在点不断变化动为变传动比传常数若

2112

21

12

,,,

OOPPOPO

i

齿轮的齿廓曲线齿轮机构及其设计

凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓

称为共轭齿廓，共轭齿廓的齿廓曲线称为

共轭曲线（互为包络线）。

齿廓曲线的选择

63职业技术VOCATIONALTECHNOLOGY

zyj技术课堂谐波齿轮传动原理和技术黑龙江王中孚吴广林李洪斌张敏于兴胜

·总第88期职业技术一、谐波齿轮传动的原理谐波齿轮传动由三个基本构件组成:波发生器H、作为挠性构件的柔轮1和刚轮2。在未装配之前,柔轮的原始剖面呈圆形;刚轮是一个刚性的内齿轮,柔轮的齿数Z1比刚轮齿数Z2少1至几个齿;波发生器H由一个椭圆盘,也可由转臂和几个圆盘构成等多种形式,通常有标准椭圆、双偏心圆、余弦闭合曲线、里隆勒曲线(Resal)、偏心盘作用下的和滚轮发生器作用下的闭合曲线等。波发生器的最大直径比柔轮内径略大。把波发生器装入柔轮时,迫使柔轮产生变形,在其长轴两端的齿轮恰好与刚轮齿完全啮合,短轴处的齿侧完全脱开。而处于波发生器长轴和短轴之间沿周长不同区域内的齿,视柔轮回转方向的不同,则处于某些啮合或某些啮合的不同过渡状态,当波发生器回转时,柔轮的长轴和短轴的位置不断改变,这样由波发生器控制的柔轮变形部位随转角φ的不同而改变,从而传递了啮合运动。在传动的过程中,波发生器转一周,柔轮上某点变形的循环次数称为波数。如以椭圆形波发生器传递啮合时为例,变形后柔轮上各点相对于未变形柔轮的运动,在以变形长轴为起点展开后,近似呈具有两个全波的余弦曲线的连续简谐波形,称为双波传动。其余类推,有单波、三波,考虑到柔轮的疲劳寿命,一般波数不大于三,双波是最常用的。一般情况下,有一个输入运动时,能获得一个确定的输出运动。在三个构件中,必须有一个固定的,即所谓的行星型机构,三个构件中其余两个一个若为主动,另一个即为从动。其相互关系根据需要可以互换,有时为了满足某种使用要求,亦可做成三个构件均不固定的差动型的机构,以用于将两个输入运动合成一个确定的输出运动,或将一个输入运动分解为两个不确定的输出运动。同时,当刚轮固定,波发生器主动,而柔轮从动时,由相对运动原理不难证明,柔轮中线上任一点的轨迹近似呈内摆线,且柔轮转向与波发生器的转向相反;而当柔轮固定,刚轮从动时,波发生器的转向与刚轮的转向相同。二、谐波齿轮传动的特点1.结构简单,体积小,重量轻。2.传动比范围大。单级谐波减速器传动比可在50~300之间;双级谐波减速器传动比可在3000~60000之间。3.同时啮合的齿数多。双波谐波减速器同时啮合的齿数可达30%,使谐波传动的精度高,齿的承载能力大。4.承载能力大。其传递的功率范围可为几瓦至几十千瓦。5.运动精度高。谐波齿轮与相同精度的普通齿轮相比,其运动精度能提高四倍左右。6.运动平稳,无冲击,噪声小。7.齿侧间隙可以调整。谐波齿轮传动可以使传动的回差很小,某些情况甚至可以是零侧间隙。8.传动效率高、同轴性好,可实现向密闭空间传递运动及动力。9.可实现高增速运动。三、谐波齿轮传动发展概述由于谐波齿轮传动具有独特的特点,所以获得了多方面的应用。在一般国防工程方面,谐波齿轮传动用于大功率坦克用的减速器、无线电天线伸缩器的传动机构以及雷达天线方位和俯仰的传动机构等;在宇宙航行方面,谐波齿轮传动用于代替某火箭中液体原动机的谐波齿轮传动马达、卫星外表面的太阳光线接收机的传动机构等;在飞机工业方面用于驱动某垂直起落飞机的螺旋桨的强力谐波齿轮机构、自动驾驶仪中的传动机构等;在精密测试方面用于微小位移机构、精密分度机构、小侧隙或零侧隙传动系统等;在仿生技术领域中,谐波齿轮传动用于机器人的各个关节等。在60年代,谐波齿轮传动已得到许多国家的重视,在谐波传动的原理、设计、制造等方面都进行了深入的研究,并在系列化、标准化及推广应用方面做了大量的工作,获得了显著的成效。几十年来,我国有不少研究所、企业和高等学校在从事谐波传动的研究工作中取得了一系列有价值的成果,通过设计和试制,提供了一批比较成熟的产品,为我国谐波传动技术的研究和推广应用打下了较为坚实的基础。然而,由于谐波传动中存在能产生可控变形的柔性构件,因而使问题的研究变得较为复杂,故到目前为止,虽然国内外已公开发表了许多论文及有关的著作,提供了成套的设计方法,但对其中某些问题还有待于更进一步的研究。谐波齿轮传动技术的研究具有很好的应用前景和社会价值。目前,谐波齿轮传动的研究已经取得了很大的进展,谐波齿轮传动目前的研究领域涉及到齿形研究、柔轮变形及应力状态分析研究、结构参数及优化设计啮合理论的研究、运动学研究、结构参数及优化设计、加工制造工艺研究、传动精度的研究等方面。谐波齿轮传动仍然存在一些需要进一步研究解决的问题,如全面合理地考虑非线性因素,建立较为完整的非线性动力学模型来研究谐波齿轮传动系统的动力学特性;开发出适用于不同批量的柔性的加工方法;研究更加合理的齿形等。此外,谐波齿轮传动优化设计方法的研究、谐波齿轮传动CAD系统的开发、谐波传动系统传动性能的理论与试验研究、新材料新工艺的应用推广以及新产品的标准化系列化工作等都有待于深入研究和探讨。参考文献:[1]范又功,曹炳和编著.谐波齿轮传动技术手册.北京:国防工业出版社,1995.[2]辛洪兵.研究谐波齿轮传动啮合原理的一种新方法.中国机械工程,2002(3):7～9.[3]穆塔里夫·阿赫迈德等.谐波齿轮传动柔轮应力解析的数值模型分析.新疆工学院学报,2000(4):317～321.[4]张佑林,李峰,刘文波等.活齿端面谐波齿轮的传动原理与传动比.武汉理工大学学报,2004(6):42～45.[5]范又功.高精度伺服系统中的谐波齿轮传动.制造技术与机床,1994(2):19～20.[注]科研项目:黑龙江省教育厅高职高专院校科研项目,项目编号:10555095(作者单位:王中孚,航天科工哈尔滨风华有限公司;吴广林,哈尔滨职业技术学院;李洪斌,哈尔滨农业机械厂;张敏,哈尔滨职业技术学院;于兴胜,哈尔滨职业技术学院)(编辑刘丽娜)摘要:本文通过对谐波齿轮传动原理的分析,论述了谐波齿轮传动的特点和应用。由于谐波齿轮传动具有其特殊的优点,获得了广泛的应用,本文同时也分析了谐波齿轮传动技术的发展概况和前景。关键词:谐波齿轮传动;原理;技术

机械原理实验

——齿轮传动机构

一． 实验目的

1. 掌握齿轮的相关几何参数的定义及其意义。

2. 了解齿轮传动的构成，认识其组成原件。

3. 掌握齿轮传动比的计算方法。

4. 掌握齿轮的相关几何参数的计算。

5. 训练动手能力，培养综合设计的能力。

二． 实验仪器

序号 名称 数量 备注

1 试验台机架 1

2 主动轴带轮 1

3 电机轴带轮 1

4 主轴 2

5 端盖 3

6 卡环 2

三． 实验原理

(一)齿轮参数

（二）传动比计算

1、一对齿轮的传动比：

传动比大小:

i12=ω1/ω2 =Z2/Z1

转向 外啮合转向相反 取“-”号

内啮合转向相同 取“+”号

对于圆柱齿轮传动，从动轮与主动轮的转向关系可直接在传动比公式中表示即：

i12=±z2/z1

其中"+"号表示主从动轮转向相同，用于内啮合；"－"号表示主从动轮转向相反，用于外啮合；对于圆锥齿轮传动和蜗杆传动，由于主从动轮运动不在同一平面内，因此不能用"±"号法确定，圆锥齿轮传动、蜗杆传动和齿轮齿条传动只能用画箭头法确定。

对于齿轮齿条传动，若ω1表示齿轮1角速度，d1表示齿轮1分度圆直径，v2表示齿条的移动速度，存在以下关系：V2=d1ω1/2

定轴齿轮系传动比，在数值上等于组成该定轴齿轮系的各对啮

合齿轮传动的连乘积，也等于首末轮之间各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。 设定轴齿轮系首轮为1轮、末轮为K轮，定轴齿轮系传动比公式为：

i=n1/nk=各对齿轮传动比的连乘积i1k=(-1)M所有从动轮齿数的连乘积/所有主动轮齿数的连乘积式中："1"表示首轮，"K"表示末轮，m表示轮系中外啮合齿轮的对数。当m为奇数时传动比为负，表示首末轮转向相反；当m为偶数时传动比为负，表示首末轮转向相同。

注意：中介轮(惰轮)不影响传动比的大小,但改变了从动轮的转向。

四． 实验分析

(一)齿轮参数的计算

行星齿轮机构和工作原理

授课题目 §3-3 行星齿轮机构和工作原理 授课类型 理论课

首次授课时间 2009年9 月4日 学时 2

教学目标 知识目标：⒈了解行星齿轮机构的组成；

⒉掌握单排行星齿轮的工作原理并总结出行星齿轮机构基本特征。

能力目标：⒈通过掌握简单的行星齿轮机构的工作原理，为下面学习各种自动变速器的工作原理准备；

⒉锻炼学生们分析问题、思考问题的能力。

情感目标：为学生树立自信心，激发出学生的学习动力。

重点与难点 教学重点：⒈单排行星齿轮的基本特征；

⒉单排行星齿轮机构的特性方程。

教学难点：单排行星齿轮的工作原理。

教学手段与方法 ⒈采用兴趣激励法使学生始终处于自动学习状态；

⒉采用师生互动法使学生通过自己的讲述知识点，掌握重点和难点；⒊通过挂图并结合单排行星齿轮模型进行讲授，检测教学效果。

1 教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）

§3-3 行星齿轮机构和工作原理

Ⅰ 授课思路：在初步了解行星齿轮机构的组成的基础上，通过单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程结合力和反作用力的作用原理使学生掌握单排行星齿轮的工作原理。拓展学生的能力，使学生概括出单排行星齿轮的基本特征。

Ⅱ 过程设计：

1．提问问题，复习上次课内容（约3min）

⑴ 导轮单向离合器有哪几种？（楔块式、滚柱式）

⑵ 锁止离合器的作用？（提高传动效率，使液力变矩器有液力传动变为机械传动）

2．导入新课（约1min）

自动变速器是怎样实现自动换挡的呢？这就是我们这节课讲的主要内容

3．新课内容：具体内容见“授课内容”（约73min）

4．本次课内容小结（约2min）

5．布置作业（约1min）

Ⅲ 讲解要点：单排行星齿轮的工作原理和单排行星齿轮的基本特征这一主线进行讲解。

Ⅳ 授课内容：

一、 简单的行星齿轮机构的特点