轮系与减速器

第二章 平面机构的自由度和速度分析

习 题

2-2抄画图2-26所示机构简图，补注构件号、运动副符号、计算自由度F。若有局部自由度、复合铰链、虚约束，请在图上明确指出。

解：活动构件n=4

A处为复合铰链，3’处为虚约束，无局部自由度。

2 214243 23HLPPnF

(a) 周转轮系

解：活动构件n=8

2为无局部自由度，无复合铰链，无虚约束

1 1111283 23HLPPnF

(b) 锯木机机构

解：活动构件n=6

D处为复合铰链，有3个转动副，无虚约束，无局部自由度。

1 317263 23HLPPnF

(c) 连杆齿轮组合机构

解：活动构件n=9

无复合铰链，无虚约束，无局部自由度。

1 0113293 23HLPPnF

(d) 多杆机构

解：活动构件n=7

A、B、C、D处为复合铰链，四处的转动副数均为2，无虚约束，无局部自由度。

2 318273 23HLPPnF

(e) 连杆齿轮组合机构

解：活动构件n=7

滚子5和9处存在局部自由度，同时D’处为虚约束，无复合铰链。

1 219273 23HLPPnF

(f) 凸轮连杆机构

图2-26 几种机构运动简图

2-3画出图2-27所示机构的运动简图并计算自由度F。试找出原动件，并标以箭头。

解：活动构件n=3

无复合铰链，无局部自由度，无虚约束。

1 014233 23HLPPnF

图2－27（a）

解：活动构件n=4

无复合铰链，无局部自由度，无虚约束。

1 115243 23HLPPnF

图2－27（b）

解：活动构件n=3

无复合铰链，无局部自由度，无虚约束。

1 014233 23HLPPnF

第六章 齿轮传动

思考题和练习题

6-1渐开线齿轮具有哪些啮合特点?

解：能满足定传动比传动的要求，具有可分性，渐开线齿廓之间的正压力方位不变。

6-2什么是节圆？什么是分度圆？二者有什么区别？

解：节圆是一对齿轮啮合时，以轮心为圆心，过节点所做的圆，即节点在齿轮上所走的轨迹圆；分度圆则是为了便于计算齿轮各部分的尺寸，在介于齿顶圆和齿根圆之间，人为定义的一个基准圆。每个齿轮都有自己的分度圆，且大小是确定不变的；而节圆是对一对相啮合的齿轮而言的，节圆的大小随中心距的变化而变化。

6-3渐开线齿轮的五个基本参数是什么？

解：模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数。

6-4标准齿轮传动的实际中心距大于标准中心距时，下列参数：分度圆半径、节圆半径、基圆半径、分度圆压力角、顶隙等哪些发生了变化？哪些不变？

解：节圆半径、顶隙变大，分度圆半径、基圆半径、分度圆压力角不变。

6-5已知一对直齿圆柱齿轮的传动比5.112i，中心距a=100mm，模数m=2mm。试计算这对齿轮的几何尺寸。

解：5.112i， a=100mm， m=2mm，

5.1=12ZZ，100=2)+(21ZZm

401z，602z

8040211zmdmm，12060222zmdmm

84480211aahddmm，1244120221aahddmm。

6-6相比直齿圆柱齿轮，平行轴斜齿圆柱齿轮有哪些特点？

解：一对斜齿圆柱齿轮啮合传动时，其轮齿间的接触线是倾斜的，齿面接触是由一个点开始，逐渐增至一条最长的线，再由最长的接触线减短至一个点而后退出啮合的。因此，相比直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮传动平稳，冲击和噪声较小，又由于同时啮合的齿对数多（重合度大），故承载能力也高。但斜齿轮存在派生的轴向力。

6-7齿轮的轮齿切制方法有哪些？各有什么特点？

解：齿轮可以通过压铸、热扎、冷扎、粉末冶金、冲压等的无屑加工方法和切削等方法来加工，其中切削加工方法具有良好的加工精度，是目前齿形加工的主要方法。

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1 / 7 轮系的分类与应用

轮系的分类与应用

前面已经讨论了由啮合的一对齿轮所组成的传动机构，它是齿轮传动中最简单的形式。但

在实际应用中，常常需要将主动轴的较快转速变为从动轴的较慢转速；或者将主动轴的一种转

速变换为从动轴的多种转速；或改变从动轴的旋转方向。这就需要应用多对齿轮传动来实现，

这种由一系列相互啮合齿轮组成的传动系统称为轮系。

1.轮系的分类

轮系的结构形式很多，根据轮系运转时各齿轮的几何轴线在空间的相对位置是否固定，轮

系可分为定轴轮系和周转轮系两大类。

（１）定轴轮系

定轴轮系是指齿轮（包括圆锥齿轮和蜗杆、蜗轮）在运转中轴线位置都是固定不动的轮系,

如图7-３１所示是一个轴线不平行的定轴轮系。

（２）周转轮系

周转轮系是指在轮系中至少有一个齿轮及轴线是围绕另一个齿轮进行旋转的（图７-３２

）。

图７-３１ 图７-３２

2.轮系的应用

① 用轮系传动就可以得到很大的传动比，如航空发动机的减速器。

② 轮系可做较远距离传动。

③ 轮系可实现变速、换向要求。采用轮系组成各种机构，将运转速度分为若干等级进

行变换，并能变换运转方向。

④ 轮系可合成或分解运动，如汽车后桥传动轴。

定轴轮系的传动比、计算及转向

定轴轮系的传动比、计算及转向 真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

2 / 7 在讨论轮系时，把轮系中首末两轮转速之比，称为轮系的传动比。它的计算涉及有关各

对齿轮转速，如图７-３３所示，定轴轮系传动比计算为：

传动比ｉ１６是由各种传动比ｉ１２、ｉ３４、ｉ５６形成的，应等于各传动比连乘积。

由于ｎ２＝ｎ３，ｎ４＝ｎ５，代入上式则得：

2023年 第47卷 第7期Journal of Mechanical Transmission电动轿车新型轮毂驱动单级章动减速器设计与仿真分析王兴盛 姚立纲 王亚丽 张大卫 陈颖（福州大学 机械工程及自动化学院， 福建 福州 350116）摘要 针对车辆所需传动比较大时传统行星齿轮轮毂减速器存在零部件多、轴向尺寸大及轮系周边安装复杂的问题，以电动轿车为研究对象，提出了一种基于单级章动传动的新型轮毂驱动减速器。阐述了其工作原理和传动过程，完成了结构设计和传动效率计算，建立了虚拟样机模型，并开展了有限元分析仿真，探讨了减速器在静载荷下最大接触应力的产生部位与产生原因，验证了结构的可靠性与合理性。关键词 电动轿车 轮毂驱动 章动传动 结构设计 有限元分析Design and Simulation Analysis of a New Wheel Hub Drive Single-stage Nutating Reducer for Electric CarsWang Xingsheng Yao Ligang Wang Yali Zhang Dawei Chen Ying（School of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China）Abstract To solve the problems that the conventional planetary gear wheel hub reducer has many parts, large axial dimensions and complicated installation around the wheel system when the vehicle requires a relatively large transmission， and taking the electric car as the research object, this study proposes a new type of wheel hub drive reducers based on single-stage nutating transmission, describes the working principle and transmission process, completes the structural design and transmission efficiency calculation, and establishes the virtual prototype model. The finite element analysis is carried out to discuss the location and cause of the maximum contact stress of the mechanism under a static load. The reliability and rationality of the structure are verified.Key words Electric car Wheel hub drive Nutating transmission Structural design Finite element analysis0 引言近年来，随着全球能源与环境问题日益加剧，各国政府、企业和研究人员加大了对电动汽车的研究力度，轿车作为生活中最常见的车型，已经成为电动汽车领域研究的重点。一种新颖、高效的驱动系统——轮毂电动机减速驱动系统被研发出来。相比于传统的驱动方式，这种驱动系统结构简单紧凑、传动链短、效率和比功率高，通过固定速比的减速装置完成减速增扭后输出转矩大，有着巨大的发展潜力[1]。轮毂减速器作为电动轮驱动系统的一部分，分别与电动机和轮毂相连，其性能直接影响到电动机的工作性能，进而影响电动汽车的动力性。目前，专家学者已经研究出多种形式的轮毂减速器，其中行星齿轮轮毂减速器是电动轿车中最常见的轮毂减速器形式[2-4]。其类型包括NGW型[5]、NW型[6]和行星牵引减速器[7]等，单级行星齿轮机构的传动比通常为2.8～13。当车辆要求轮毂减速器的传动比较小时，可选择单级行星齿轮作为轮毂减速器；当传动比大于5.5时，考虑到外齿圈直径应小于轮毂直径，且为了保证减速器的合理安装，通常需要采用两级行星齿轮。这时，两级行星齿轮作为轮毂减速器就存在零部件多、轴向尺寸大及轮系周边安装复杂的问题。另外，从安装位置来看，体积更小、结构更加紧凑文章编号：1004-2539（2023）07-0042-07DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.07.00742