[科普中国]-齿轮系

齿轮系是对齿轮分类的总称，有定轴齿轮系和行星齿轮系两大系列，可实现分路传动、变速传动，在钟表时分秒指针针、减速箱齿轮系中广泛应用。

分类轮系分为两大类：定轴齿轮系（定轴线轮系或定轴轮系）和行星齿轮系（动轴线轮系或周转轮系）。

定轴轮系当齿轮系运转时，若其中各齿轮的轴线相对于机架的位置始终固定不变，则该齿轮系称为定轴轮系。

定轴轮系分为平面定轴轮系、空间定轴轮系。

周转轮系当齿轮运转时，其中存在齿轮的轴线相对于某一固定轴线或平面转动，则此轮系称为周转轮系。

周转轮系分为差动轮系、行星轮系。

混合轮系由定轴轮系和周转轮系或者由两个以上的周转轮系所组成的轮系称为混合轮系。1

轮系的特点1、实现分路传动，如钟表时分秒指针；

2、换向传动，如车床走刀丝杆三星轮系；

3、实行变速传动，如减速箱齿轮系；

4、运动分解，如汽车差速器；

5、在尺寸及重量较小时，实行大功率传送。

齿轮系的作用1、实现相距较远的两轴间运动和动力的传递：

在齿轮传动中，当主从动轴间的距离较远时，如果只用一对齿轮来传动，齿轮的尺寸势必很大。这样，既增大机器的结构尺寸和重量，又浪费材料而且制造安装都不方便。若改用两对齿轮组成的轮系来传动，就可使齿轮尺寸小得多，制造安装也较方便。

2、实现分路传动：

利用轮系可以使一根主动轴带动若干根从动轴同时转动，获得所需的各种转速。

3、实现变速传动：

当主动轴的转速不变时，利用轮系可以使从动轴获得多种工作转速，这种传动称为变速传动。汽车、机床、起重机等许多机械都需要变速传动。1

4、获得较大的传动比：

采用定轴轮系或行星轮系均可获得大的传动比。

若用定轴轮系来获得大传动比，需要多级齿轮传动，致使传动装置的结构复杂和庞大。而采用行星轮系，只需很少几个齿轮，就可获得很大的传动比。由于行星轮系采用多个行星轮来分担载荷，而且常采用内啮合传动，合理地利用了内齿轮中部空间，兼之其输入轴输出轴在同一轴线上，这不仅使行星减速器的承载能力大大提高，而且径向尺寸非常紧凑。在功率和传动比相同情况下，行星减速器的体积和重量只是定轴轮系减速器的1/2～1/3。

5、实现运动的合成和分解：

机械中采用具有两个自由度的差动行星轮系来实现运动的合成和分解。这是行星轮系独特的功用。

运动合成：差动轮系有两个自由度，只有给定三个基本构件中任意两个的运动后，第三个基本构件的运动才能确定。这就是说，第三个基本构件的运动为另两个基本构件运动的合成。

传动比的计算计算方法1、将基本周转轮系转化为定袖轮系，再应用定轴轮系传动比之计算公式和首末两轮方向的判定方法，计算传动比之大小和方向。

2、首末两轮均取中心轮（只有一个中心轮的是由中心轮到行星轮）。2

计算的注意事项（l）区分是空间轮系还是平面轮系，空间转向用箭头表示、不能用（-1）m表示。

（2）基本周转轮系传动比是转化机构（定轴轮系）的传动比，用箭头判定的方向不是周转轮系的实际转向。实际转向除给定外，是计算出来的。正值表示转向相同，负值转向相反。（注意：与谁的转向相同或相反要清楚）。

（3）所有齿轮的齿数都参与计算。

（4）行星轮可以是双联齿轮或轮系。

（5）给定两个参数转向相反则一正一负代入，计算出来的参数为正值时，则与代入正号参数的齿轮转向相同、反之则相反。首末轮中间相啮合的所有齿轮的齿数都参与计算。参数在计算时都代入各自的正负号（三者为平行矢量）。

计算步骤1、区分基本轮系；

2、分别列传动比方程式求解；

3、联立求解。

区分轮系的方法：首先找行星轮、支承行星轮公转的是系杆，再找出与行星轮啮合的两个中心轮或一个。区分完基本周转轮系后，剩下的才是定轴轮系，定轴轮系也可分基本轮系，特别是差动轮系封闭成行星轮系时，将定铀轮系分成基本轮系便于求解。2

在生活中的应用1、圆柱齿轮传动

特点：传动运动准确可靠，传递速度范围大且功率适应性强；使用效率较高，寿命长，结构紧凑；能在空间任意配置的两周之间传递运动和动力；不能无级变速，两周之间的距离也不能过大；有振动和噪声，且加工成本高。

生活应用：钟表、汽车传动系统、单车。

2、圆锥齿轮传动

特点：齿轮排列在圆锥体外表上，并由大端向小端逐渐收缩，按齿形分为直齿、斜齿和曲齿，可传递两相交轴的运动和动力。

生活应用：汽车后桥齿轮箱、液力传动内燃机车、风扇轴、车轴齿轮箱、牛头刨床工作台以及进给机构中。

3、蜗杆传动特点

传动平稳，运动精度高，噪声和振动较小；减速传动比大；效率较低，故不易传递较大功率，也不宜长期工作，需用钢材加工。

生活应用：机床、一矿机械、起重机械、船舶及仪表灯工艺中。

4、螺旋传动

特点：具有良好的减少性能，对主动件施加不大的扭矩，便可获得很大的推力，机械效率高，传动均匀、平稳、准确，且有自锁性能。

应用：常用在螺旋压力机、起重机等机械中，在机床刀架传动工作台的进给结构及调整结构中。1

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学