知识要求：
1．了解轮系的类型及主要功用；
2．正确判断轮系中各轮转向；
3．掌握定轴轮系的传动比计算。
技能要求：
会计算定轴轮系的传动比，并能确定转向。
汽车上有很多传动是通过齿轮传动来实现的，那么，汽车上采用的轮系有哪些？主要应用于哪些部位？
1．轮系的概念
在复杂的现代机械中，为了满足各种需要，常常采用一系列齿轮组成的传动系统。这种由一系列相互啮合的齿轮（蜗杆、蜗轮）组成的传动系统即称为轮系，如图2－62所示。
图2－62 平面定轴轮系
2．轮系的分类
轮系可以分为三种基本类型：定轴轮系、周转轮系和组合轮系。
（1）定轴轮系
当轮系运转时，轮系中各个齿轮的几何轴线相对于机架的位置都是固定的，这种轮系称为定轴轮系，或称为普通轮系。
1）平面定轴轮系。
由轴线相互平行的齿轮组成的定轴轮系，称为平面定轴轮系，如图2－62所示。
2）空间定轴轮系。
包含有相交轴齿轮、交错轴齿轮传动等在内的定轴轮系，称为空间定轴轮系，如图2－63所示。
图2－63 空间定轴轮系
（2）周转轮系
运转时，至少有一个齿轮的几何轴线是绕其他齿轮固定几何轴线转动的轮系，称为周转轮系，亦称为动轴轮系或行星轮系，如图2－64所示。
图2－64 周转轮系
（3）组合轮系
如果轮系中既包含定轴轮系又包含周转轮系，或者包含几个周转轮系，则称为组合轮系，如图2－65所示。
图2－65 组合轮系
定轴轮系传动比即定轴轮系中首轮与末轮角速度或转速之比。进行齿轮系传动比计算时除计算传动比大小外，一般还要确定首、末轮转向关系。
确定定轴轮系的传动比：
1）计算传动比i的大小；
2）确定输出轴（轮）的转向。
1．一对齿轮的传动比
最简单的定轴轮系是由一对齿轮（如图2－66所示）所组成的，其传动比为
式中：＋——表示主、从动轮转向相同，用于内啮合；
－——表示主、从动轮转向相反，用于外啮合。
图2－66 一对平行轴线齿轮传动的转向关系
对于轴线互不平行的空间齿轮传动，如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，各轮的转向只能用画箭头法确定，如图2－67所示。
图2－67 空间齿轮传动
2．平面定轴轮系传动比的计算
如图2－68所示，设齿轮1为首齿轮，齿轮5为末齿轮，z1、z2、z2′、z3、z3′、z4及z5分别为各齿轮的齿数，n1、n2、n2′、n3、n3′、n4及n5分别为各齿轮的转速。
图2－68 平面定轴轮系
如图2－68所示轮系中各对啮合齿轮的传动比分别为
考虑到n2＝n2′，n3＝n3′，可得
结论：
平面定轴轮系传动比的大小等于组成该轮系各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于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连乘积之比。
平面定轴轮系始末两轮传动比计算的一般公式为
式中：m——轮系中外啮合的次数
3．平面定轴轮系首末两轮转向关系的确定(www.xing528.com)
1）由公式（2－33）中的（－1）m可以确定首、末两轮的转向关系：当m为奇数时，首、末两轮的转向关系相反；当m为偶数时，首、末两轮的转向关系相同。
2）标示箭头的形式确定首、末两轮的转向关系（如图2－68所示）。
注意：①当为空间定轴轮系时，该轮系的传动比计算公式为
②当为空间定轴轮系时，首、末两轮的转向关系只能用标示箭头的形式来体现。
1．实现较远距离的传动
当需要在距离较远的两轴之间传递运动时，可采用多个齿轮组成的定轴轮系来代替一对齿轮的传动，这样可以减小齿轮尺寸，既节省了空间，又节约了材料，还便于齿轮的制造及安装。
2．获得大的传动比
在齿轮传动中，通常一对齿轮的传动比不宜大于8，否则会造成大齿轮尺寸过大而多占空间，并增加制造成本；造成小齿轮尺寸过小而寿命低。要获得较大的传动比，可采用多级传动的定轴轮系。若传动比太大，也会使定轴轮系趋于复杂，这时可采用行星轮系传动。
3．实现变速、换向传动
在主动轴转速不变的条件下，利用轮系可使从动轴获得多种工作转速。图2－69所示为汽车变速箱，Ⅰ轴为输入轴，Ⅲ轴为输出轴，通过改变齿轮4及齿轮6在轴上的位置，可使输出轴Ⅲ得到四种不同的转速。在主动轴转向不变的条件下，利用轮系中的惰轮，可以改变从动轴的转向。图2－70所示为三星轮换向机构，通过扳动手柄转动三角形构件，使轮1与轮2或轮3啮合，可使轮4得到两种不同的转向。
4．实现分路传动
利用轮系可以将输入的一种转速同时分配到几个不同的输出轴上，从而实现分路传动。图2－71所示为滚齿机上滚刀与齿轮毛坯之间作展成运动的传动简图。滚齿加工要求滚刀7的转速与蜗轮6的转速必须满足以下传动比关系：
图2－71 三星轮换向机构
主动轴Ι通过锥齿轮1经齿轮2将运动传递给滚刀7，同时主动轴通过齿轮1经齿轮3、4、5传至蜗轮6，带动被加工的齿轮毛坯转动，以满足滚刀与齿坯的传动比要求。
5．实现运动的合成和分解
在如图2－72所示的锥齿轮差动轮系中，太阳轮1、3都可以转动，且有z1＝z3。因该差动轮系有两个自由度，需要两个原动件输出才能确定，所以可以利用差动轮系将两个输入运动合成为一个输出运动。
图2－72 锥齿轮差动轮系
利用差动轮系也能实现运动的分解。如图2－73所示的汽车后桥差速器，在汽车转弯时它可以将传动轴的运动以不同的速度分别传递给左、右两个车轮，以维持车轮与地面间的纯滚动。
图2－73 汽车后桥差速器
图2－74所示为一典型的周转轮系，齿轮1和3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件H为行星架。其中，行星轮2既绕本身的轴线自转，又绕O1或OH公转，因此不能直接用定轴轮系传动比计算公式求解周转轮系的传动比。根据相对运动原理（反转法），假设行星架H不动，即绕行星架转动中心给系统加一个－ωH角速度，则可将周转轮系转化为假想的定轴轮系，这个假想的定轴轮系称为周转轮系的转化机构或转化轮系。转化后的定轴轮系和原周转轮系中各齿轮的转速关系如表2－7所示。
图2－74 周转轮系
表2－7 轮系转速
按求定轴轮系传动比的方法，可得如图2－74所示周转轮系的转化轮系的传动比：
设轮A为计算时的起始主动轮，转速为nA，轮K为计算时的最末从动轮，转速为nK，周转行星架H的转速为nH，则有：
注意：
1）公式只适用于轮A、轮K和周转行星架H的轴线相互平行或重合的情况。
2）当轮A、轮K转向相同时，等式右边取正号，相反时取负号。
3）转速nA、nK和nH是代数量，代入公式时必须带正负。假定某一转向为正，则与其同向的取正号，与其反向的取负号。待求构件的实际转向由计算结果的正负号确定。
轮系传动比计算
观察如图2－75所示轮系，回答下列问题：
图2－75 定轴轮系
1）分析如图2－75所示的轮系类型。
2）分析该轮系能实现几种转速的输出。
3）判断当齿轮传动由A→E→H→K→C时首、末两轮的转向关系，并计算其传动比。
1．轮系运转时至少有一个齿轮的几何轴线相对于机架的位置不固定，而是绕另一个齿轮的几何轴线转动的轮系是________。
A．定轴轮系
B．周转轮系
C．混合轮系
2．一对外啮合的齿轮传动中两轮的旋转方向_______。
A．相同
B．相反
C．没关系
3．当定轴轮系中各传动轴_______时，只能用标注箭头的方法确定各轮的转向。
A．平行
B．不平行
C．交错
D．异交
4．在由一对外啮合直齿圆柱齿轮组成的传动系统中，若增加_______个惰轮，则可使其主、从动轮的转向相反。
A．偶数
B．奇数
C．二者都是
D．二者都不是
5．如图2－76所示的轮系中，已知z1＝17，z2＝34，z2′＝15，z3＝45，z3′＝z4＝16，z5＝32，n1＝1000r／min，求齿轮5的转速和转向。
图2－76 题5图
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