CN204332224U - 一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置，包括定向轴系和周转轮系其中，定向轴系包括主动轴A、从动轴B、从动轴C、直齿轮1、直齿轮2、双联滑移齿轮(3、3’)、直齿轮4、直齿轮4’、支架a、支架b、支架c、支架d以及三星换向机构K；所述的三星换向机构K包括直齿轮8、非固定齿轮9、非固定齿轮10以及活动支架e，非固定齿轮9与非固定齿轮10在设置活动支架e上，活动支架e设置在从动轴B的输出末端上；周转轮系包括输出轴D、从动轴E、伞齿轮5、伞齿轮6、伞齿轮7、直齿轮7’；本实用新型通过一台轮系实验台的基础上实现四种轮系的结构及运动展示、分析齿轮系的各种功用以及齿轮系传动比的计算与验证。

Description

一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验装置，具体的说，本实用新型设计一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置。

背景技术

轮系在各种机械中的应用是很广泛的，因此学生掌握齿轮系的相关理论是非常重要的。由于轮系在其结构和运动形式上的复杂性,使得学生在理解和掌握该部分内容时较为困难。例如轮系本身有很多类型,同时不同类型结构的差异也很大,尤其是周转轮系和复合轮系结构的特殊性,如果仅就平面图形的观察,学生很难从实质上理解其运动形式,容易在轮系传动比计算或其运动分析过程中产生困惑。而经调研，发现目前市场及各高校实验室基本没有较完整的针对轮系教学内容相关的实验装置可供教学使用。

相近的现有技术方案：根据检索，与本实用新型较为相近的有华北工学院张清，程志刚发表的一份《综合轮系实验台的设计》。里面以简单操作手柄和控制轴实现不同轮系结构的转换，帮助同学们认识轮系结构。

目前市场上的轮系结构教具和实验台功能较为单一，大都是以认识轮系类型为主，涉及到轮系传动比计算的实验装置较少，缺少一种能与学生产生互动的轮系结构综合分析的教学实验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种整合现有实验台的优点并加以完善，在一个实验装置上实现轮系综合分析的多种功能，并让同学们自主学习轮系传动比计算的用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置，包括定向轴系和周转轮系其中，

定向轴系包括主动轴A、第一从动轴B、第二从动轴C、第一直齿轮1、第二直齿轮2、双联滑移齿轮(3、3’)、第三直齿轮4、 第四直齿轮4’、第一支架a、第二支架b、第三支架c、第四支架d以及三星换向机构K；

所述的三星换向机构K包括第五直齿轮8,、第一非固定齿轮9、第二非固定齿轮10以及第五活动支架e，第一非固定齿轮9与第二非固定齿轮10在设置第五活动支架e上，第五活动支架e设置在第一从动轴B的输出末端上；

周转轮系包括输出轴D、第三从动轴E、第一伞齿轮5、第二伞齿轮6、第三伞齿轮7、第六直齿轮7’；

所述的主动轴A、第二从动轴C、输出轴D的水平部分、第三从动轴E同轴心依序分布，第一从动轴B的轴心与主动轴A、第二从动轴C、输出轴D的水平部分、第三从动轴E的轴心平行设置，主动轴A通过轴承设置在第一支架a上，第一从动轴B通过轴承设置在第二支架b与第四支架d上，第二从动轴C通过轴承设置在第二支架b与第三支架c上，第三从动轴E设置在第四支架d上，输出轴D水平部分通过轴承嵌套在第三从动轴E的空心部分里；

所述的主动轴A的一端设有手摇手柄、刻度盘以及输入指针，主动轴A另一端上设有第一直齿轮1，在第一从动轴B上设有与第一直齿轮1相互啮合的第二直齿轮2；第一从动轴B上设有在第一从动轴B上滑动的双联滑移齿轮，在滑动中，双联滑移齿轮中的第 一齿轮3和齿轮3’能够分别与第二从动轴C的第三直齿轮4、第四直齿轮4’啮合；

第二从动轴C的另一端设有第一伞齿轮5与输出轴D的一端设有的第二伞齿轮6啮合，同时，第二伞齿轮6与第三从动轴E上的第三伞齿轮7啮合；第三从动轴E的另一端设有齿轮7’与三星换向机构K中的第一非固定齿轮9或第二非固定齿轮10啮合，在第一从动轴B的另一端设有第五直齿轮8，第五直齿轮8作为三星换向轮的一部分，与第二非固定齿轮10啮合；

第三从动轴E上设有刻度盘，刻度盘上设有一支架板f，支架板f上设有插孔L1，从动轴上设有一固定孔L5，一紧定销穿过插孔L1进入固定孔L5中；第三从动轴E的末端设有输出指针。

本实用新型还提供了另一种技术方案，具体为：一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置，包括定向轴系和周转轮系，其中，

定向轴系包括主动轴A、第一从动轴B、第二从动轴C、第一直齿轮1、第二直齿轮2、双联滑移齿轮(3、3’)、第三直齿轮4、第四直齿轮4’、第一支架a、第二支架b、第三支架c、第四支架d以及三星换向机构K；

所述的三星换向机构K包括第五直齿轮8,、第一非固定齿轮9、第二非固定齿轮10以及第五活动支架e，第一非固定齿轮9与第二 非固定齿轮10在设置第五活动支架e上，第五活动支架e设置在第一从动轴B的输出末端上；

周转轮系包括第四从动轴F、输出轴G、第三从动轴E、第七直齿轮12、第八直齿轮13、滑移齿轮13’、第九直齿轮11、第九第十直齿轮11’、内齿轮11”；

所述的主动轴A、第二从动轴C、输出轴G的水平部分、第三从动轴E同轴心依序分布，第一从动轴B的轴心与主动轴A、第二从动轴C、输出轴G的水平部分、第四从动轴F的轴心平行设置，第四从动轴F的轴心与主动轴A、第二从动轴C、输出轴G的水平部分、第四从动轴F的轴心平行；主动轴A通过轴承设置在第一支架a上，第一从动轴B通过轴承设置在第二支架b与第四支架d上，第二从动轴C通过轴承设置在第二支架b与第三支架c上，第三从动轴E设置在第四支架d上，输出轴G水平部分通过轴承嵌套在第三从动轴E的空心部分里，第四从动轴F通过轴承设置在输出轴G的空套上；

所述的主动轴A的一端设有手摇手柄、刻度盘以及输入指针，主动轴A另一端上设有第一直齿轮1，在第一从动轴B上设有与第一直齿轮1相互啮合的第二直齿轮2；第一从动轴B上设有在第一从动轴B上滑动的双联滑移齿轮，在滑动中，双联滑移齿轮中的第 一齿轮3和齿轮3’能够分别与第二从动轴C的第三直齿轮4、第四直齿轮4’啮合；

第二从动轴C的另一端设有第七直齿轮12与从动轴轴F上设有的第八直齿轮13啮合，同时，第四从动轴F的另一端设有滑移第八直齿轮13’能够通过滑移分别与第三从动轴E上的第九直齿轮11、内齿轮11”啮合；第三从动轴E的另一端设有齿轮11’与三星换向机构K中的第一非固定齿轮9或第二非固定齿轮10啮合，在第一从动轴B的另一端设有第五直齿轮8，第五直齿轮8作为三星换向轮的一部分，与第二非固定齿轮10啮合；

第三从动轴E上设有刻度盘，刻度盘上设有一支架板f，支架板f上设有插孔L1，从动轴上设有一固定孔L5，一紧定销穿过插孔L1进入固定孔L5中；第三从动轴E的末端设有输出指针。

上述的两种技术方案中，其中所述的三星换向机构K还包括一与支架板e连接的换向手柄，换向手柄上设有插孔L4，所述的支架板d上设有固定孔L2、固定孔L3，紧定销穿过插孔L4分别进入固定孔L2、固定孔L3中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过紧定销的使用位置不同，能够展示的不同的轮系结构(定轴轮系、周转轮系等)。当紧定销位于插孔1时，实验装置为行星轮系；当紧定销不处于插孔1、固定孔2或固定孔3时， 实验装置为差动轮系；当紧定销处于固定孔2或固定孔3时，实验装置引入第二动力源，实现实验装置的确定运动。这样，实验操作的过程十分容易，简便；

本实用新型通过转化齿轮13’分别和第九直齿轮11以及内齿轮11”的啮合，实现整个周转轮系的不同传动类型。当齿轮13’与第九直齿轮11啮合时，实现齿轮系正号机构的传动类型；当齿轮13’与内齿轮11”啮合时，实现齿轮系负号机构的传动类型；

通过输出轴，将转化轮系中的转化齿轮的传动状况展示出来；通过滑移齿轮，在同一实验装置上实现两组实验；通过三星换向机构，在同一实验装置上实现两组实验；通过输入输出刻度盘上指针的转过圈数，实现轮系传动比的直观展示；

较之前技术而言，本实用新型通过简单操纵手柄和控制紧定销就能完成一种具有综合功能的轮系的设计。并在保持所有零部件均不改变的情况下,可在一台轮系实验台的基础上实现四种轮系的结构及运动展示、分析齿轮系的各种功用以及齿轮系传动比的计算与验证。具体说明如下：

1、功能全面。将轮系的结构、传动比、功用等都在一个实验台上展示；

2、涉及到传动比计算。传动比在轮系知识点中属于重点和难点，本实验装置能帮助同学们理解和学习转动比的计算，并通过指针验证传动比的正确性；

3、结构简单，紧凑，成本低。实验台由10个直齿轮，3个伞齿轮，6根轴以及支架简单构成，实现方式直观；

4、操作方便，在所有零部件保持不变额度情况下，通过紧定销的使用位置，转动手柄等方式进行试验。

5、实现与学生的互动性。实验台设有1组滑移齿轮，能实现两组不同数据的实验，且实现条件方便，有助于学生自行操作，学习。

术语解释：

定轴轮系：当轮系运转时,所有齿轮轴线都固定不动的轮系称为定轴轮系。

周转轮系：当轮系运转时,至少有一个齿轮的轴线绕另一个齿轮的固定轴线转动的轮系,称为周转轮系。

行星轮系：自由度为1的周转轮系称为行星轮系。

差动轮系：自由度为2的周转轮系称为差动轮系。

复合轮系：将定轴轮系与周转轮系组合或将几个周转轮系组合而成的轮系称为复合轮系。

负号(正号)机构：行星轮系中，当把行星架固定时，主、从轮传动方向相反的机构，称为负号机构，反之为正号机构。

传动比：传动比是机构中两转动构件角速度的比值，也称速比。构件a和构件b的传动比为i＝ωa/ωb＝na/nb，式中i分别为构件a和b的角速度(弧度/秒)；和i分别为构件a和b的转速(转/分)。

滑移齿轮：滑移齿轮是在轴上可以移动的，它所传递的扭距是传到轴上的，用滑键或花键连接，齿轮啮合实现变速。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，其中：

图1为本实用新型实施例1的总体结构示意图；

图2为图1的结构原理示意图；

图3为图1中支架板f的结构示意图；

图4为三星换向机构的结构运行示意图；

图5为三星换向机构的结构运行示意图；

图6为三星换向机构K的三维结构示意图；

图7为支架板d上固定孔的结构示意图；

图8为本实用新型实施例2的总体结构示意图；

图9为图8的结构原理示意图；

图10为图8中支架板f的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

请参阅图1、2以及3，一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置，包括定向轴系和周转轮系其中，定向轴系包括主动轴A、第一从动轴B、第二从动轴C、第一直齿轮1、第二直齿轮2、双联滑移第一齿轮3、3’、第三直齿轮4、第四直齿轮4’、 第一支架a、第二支架b、第三支架c、第四支架d以及三星换向机构K；

参阅图4以及图5，三星换向机构K包括第五直齿轮8,、第一非固定齿轮9、第二非固定齿轮10以及第五活动支架e，第一非固定齿轮9与第二非固定齿轮10在设置第五活动支架e上，第五活动支架e设置在第一从动轴B的输出末端上；

周转轮系包括输出轴D、第三从动轴E、第一伞齿轮5、第二伞齿轮6、第三伞齿轮7、第六直齿轮7’；

图1中，主动轴A、第二从动轴C、输出轴D的水平部分、第三从动轴E同轴心依序分布，第一从动轴B的轴心与主动轴A、第二从动轴C、输出轴D的水平部分、第三从动轴E的轴心平行设置，主动轴A通过轴承设置在第一支架a上，第一从动轴B通过轴承设置在第二支架b与第四支架d上，第二从动轴C通过轴承设置在第二支架b与第三支架c上，第三从动轴E设置在第四支架d上，输出轴D水平部分通过轴承嵌套在第三从动轴E的空心部分里；

主动轴A的一端设有手摇手柄、刻度盘以及输入指针，主动轴A另一端上设有第一直齿轮1，在第一从动轴B上设有与第一直齿轮1相互啮合的第二直齿轮2；第一从动轴B上设有在第一从动轴B上滑动的双联滑移齿轮，在滑动中，双联滑移齿轮中的第一齿轮3 和齿轮3’能够分别与第二从动轴C的第三直齿轮4、第四直齿轮4’啮合；

第二从动轴C的另一端设有第一伞齿轮5与输出轴D的一端设有的第二伞齿轮6啮合，同时，第二伞齿轮6与第三从动轴E上的第三伞齿轮7啮合；第三从动轴E的另一端设有齿轮7’与三星换向机构K中的第一非固定齿轮9或第二非固定齿轮10啮合，在第一从动轴B的另一端设有第五直齿轮8，第五直齿轮8作为三星换向轮的一部分，与第二非固定齿轮10啮合；

参考图3，第三从动轴E上设有刻度盘，刻度盘上设有一支架板f，支架板f上设有插孔L1，从动轴上设有一固定孔L5，一紧定销穿过插孔L1进入固定孔L5中；第三从动轴E的末端设有输出指针。

参考图6以及图7，三星换向机构K还包括一与第五活动支架e连接的换向手柄，换向手柄上设有插孔L4，所述的支架板d上设有固定孔L2、固定孔L3，紧定销穿过插孔L4分别进入固定孔L2、固定孔L3中。

下面结合附图，对本实施例的具体应用进行说明：

一、认识轮系

1)定轴轮系设计方案

当轮系运转时,所有齿轮轴线都固定不动的轮系称为定轴轮系。该实验台定轴轮系部分有两条支路，通过第一直齿轮1与第二直齿轮2、双排滑移第一齿轮3与第三直齿轮4的啮合使主动轴带动从动轴轴B和从动轴轴C运动实现分路传动。

支路1传动路线：第一直齿轮1-第二直齿轮2-第一齿轮3-第三直齿轮4-；

支路2传动路线第一直齿轮1-第二直齿轮2-第五直齿轮8-三星换向机构K-第六直齿轮7’。双联滑移齿轮用导向键与轴相连，可在轴上滑动，当分别使第一齿轮3与第三直齿轮4或齿轮3’与第四直齿轮4’啮合时可得可得到两种速比，实现变速。

2)周转轮系设计方案

当轮系运转时,至少有一个齿轮的轴线绕另一个齿轮的固定轴线转动的轮系,称为周转轮系。其中自由度为1的周转轮系称为行星轮系,自由度为2的周转轮系称为差动轮系。在图1实验台设计简图周转轮系部分中，当用销将第三伞齿轮7紧定时，此时周转轮系为行星轮系，自由度为1；当销松开时，为差动轮系，自由度为2。

当周转轮系为行星轮系时传动路线：第一直齿轮1-第二直齿轮2-第一齿轮3-第三直齿轮4-第一伞齿轮5-第二伞齿轮6-输出轴D；当周转轮系为差动轮系时，因为差动轮系的自由度为2，所以需要两个主动运动输入，这时两个主动运动输入由定轴轮系的的两条 支路输入，然后通过第一伞齿轮5-第二伞齿轮6-第三伞齿轮7的啮合实现两运动的合成并由输出轴轴D输出。

3)复合轮系设计方案

轮系中同时包含有定轴轮系和周转轮系或者含有一个或多个周转轮系的齿轮传动系统称为复合轮系。该实验台就是由一个定轴轮系和一个周转轮系组成。

二、复合轮系传动比的计算及检验

当双联滑移变速第一齿轮3与第三直齿轮4啮合时，经计算得第一伞齿轮5转速n5与第三伞齿轮7转速n7大小相等，在这种特殊情况下做以下分析：

1)紧定销不做任何紧定

此时第二伞齿轮6处于可转动状态，而三星换向机构上的齿轮不与齿轮7’啮合时，周转轮系为差动轮系。转动手柄周转轮系部分没有两个输入量，所以周转轮系部分行星架不具确定运动。所以转动左端手柄时，发现右端输出轴上的指针只是做无规律的小角度左右摆动。

2)紧定销将从动轴轴E紧定

第二伞齿轮6被紧定时，周转轮系为行星轮系，自由度为1，只需一个输入量周转轮系部分行星架就有确定运动。复合轮系传动比的计算如下：

${i_{57}}^H=\frac{n_5-n_H}{n_7-n_H}=-\frac{z_6{z}_7}{z_5{z}_6}=-1$

i₅₇ ^H：第一伞齿轮5与第三伞齿轮7相对转换轮系的转速。

$i_{15}=\frac{n_1}{n_5}=\frac{z_2{z}_4}{z_1{z}_3}=\frac{3}{2}$

i₅₇:第一伞齿轮5与第三伞齿轮7的相对转速比。

n₇＝0

n₇:第三伞齿轮7的转速。

$\frac{n_5}{n_H}=2$

${i_{57}}^H=1-\frac{n_5}{n_H}=-1$

$i_{1H}=\frac{n_1}{n_H}=3$

i_1H：第一直齿轮1与转换轮系的传动比。

以上i_nm指的是轴n与轴m的传动比。

n_k表示齿轮k的转速。

z_k表示齿轮k的齿数。

算得此时实验台复合轮系i_1H＝3。转动左端手柄会发现手柄转动3圈，右端输出轴上指针转动1圈，以此验证所算传动比是否正确。

3)参考图6、图7，紧定销将通过换向手柄上的插孔L4将换向手柄固定在第四支架d的固定孔2上。

第二伞齿轮6处于可转动状态时，周转轮系为差动轮系，自由度为2，需要两个输入量，周转轮系部分行星架就有确定运动才能有确定的运动。紧定销将换向手柄固定在第四支架d的固定孔2上时，转动手柄，两个输入运动分别由第二从动轴C、第三从动轴E输入，且第一伞齿轮5与第三伞齿轮7转向相同。复合轮系传动比的计算得此时实验台复合轮系i_1H＝3/2。转动左端手柄会发现手柄转动3圈，右端行星架上指针转动2圈，以此验证所算传动比是否正确。

4)参考图6、图7，紧定销将通过换向手柄上的插孔L4将换向手柄固定在第四支架d的固定孔3上。

紧定销将换向手柄固定在第四支架d的固定孔3上时，周转轮系仍是差动轮系。只是此时第一伞齿轮5与齿轮7转向相反。计算得传动比为0。

转动左端手柄时，可观察到右端指针不动。

当滑移变速第二齿轮3′与4′啮合时，经计算得n5与n7大小不相等,这种一般情况由学生自行分析。

三、实验台体现轮系的各种功用

1)实现分路传动 

认识轮系部分中所述，定轴轮系部分由两条支路构成体现了轮系的分路传动。

2)实现换向传动 

三星换向机构使轮系具换向功能。

3)轮系的远距离传动

通过多对齿轮的啮合实现远距离传动。

4)实现变速传动 

通过滑移变速齿轮实现变速传动功能。

5)运动合成

认识轮系部分复合轮系所述，本实验台由定轴轮系的两条支路在周转轮系部分实现运动合成，详见复合轮系设计方案。

实施例2

请参阅图8、9以及10，一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置，包括定向轴系和周转轮系，定向轴系包括主动轴A、第一从动轴B、第二从动轴C、第一直齿轮1、第二直齿轮2、双联滑移第一齿轮3、第二齿轮3’、第三直齿轮4、第四直齿轮4’、第一支架a、第二支架b、第三支架c、第四支架d以及三星换向机构K；

参阅图4以及图5，三星换向机构K包括第五直齿轮8,、第一非固定齿轮9、第二非固定齿轮10以及第五活动支架e，第一非固定齿轮9与第二非固定齿轮10在设置第五活动支架e上，第五活动支架e设置在第一从动轴B的输出末端上；

参阅图8，周转轮系包括第四从动轴F、输出轴G、第三从动轴E、第七直齿轮12、第八直齿轮13、滑移齿轮13’、第九直齿轮11、第九第十直齿轮11’、内齿轮11”；

图8中，主动轴A、第二从动轴C、输出轴G的水平部分、第三从动轴E同轴心依序分布，第一从动轴B的轴心与主动轴A、第二从动轴C、输出轴G的水平部分、第四从动轴F的轴心平行设置，第四从动轴F的轴心与主动轴A、第二从动轴C、输出轴G的水平部分、第四从动轴F的轴心平行；主动轴A通过轴承设置在第一支架a上，第一从动轴B通过轴承设置在第二支架b与第四支架d上， 第二从动轴C通过轴承设置在第二支架b与第三支架c上，第三从动轴E设置在第四支架d上，输出轴G水平部分通过轴承嵌套在第三从动轴E的空心部分里，第四从动轴F通过轴承设置在输出轴G的空套上；

主动轴A的一端设有手摇手柄、刻度盘以及输入指针，主动轴A另一端上设有第一直齿轮1，在第一从动轴B上设有与第一直齿轮1相互啮合的第二直齿轮2；第一从动轴B上设有在第一从动轴B上滑动的双联滑移齿轮，在滑动中，双联滑移齿轮中的第一齿轮3和齿轮3’能够分别与第二从动轴C的第三直齿轮4、第四直齿轮4’啮合；

第二从动轴C的另一端设有第七直齿轮12与从动轴轴F上设有的第八直齿轮13啮合，同时，第四从动轴F的另一端设有滑移第八直齿轮13’能够通过滑移分别与第三从动轴E上的第九直齿轮11、内齿轮11”啮合；第三从动轴E的另一端设有齿轮11’与三星换向机构K中的第一非固定齿轮9或第二非固定齿轮10啮合，在第一从动轴B的另一端设有第五直齿轮8，第五直齿轮8作为三星换向轮的一部分，与第二非固定齿轮10啮合；

图10中，第三从动轴E上设有刻度盘，刻度盘上设有一支架板f，支架板f上设有插孔L1，第三从动轴E上设有一固定孔L5， 一紧定销穿过插孔L1进入固定孔L5中；第三从动轴E的末端设有输出指针。

参考图6以及图7，三星换向机构K还包括一与支架板e连接的换向手柄，换向手柄上设有插孔L4，支架板d上设有固定孔L2、固定孔L3，紧定销穿过插孔L4分别进入固定孔L2、固定孔L3中。

下面结合附图，对本实施例的具体应用进行说明：

一、认识轮系

1)定轴轮系设计方案

当轮系运转时,所有齿轮轴线都固定不动的轮系称为定轴轮系。该实验台定轴轮系部分有两条支路，通过第一直齿轮1与第二直齿轮2、第一齿轮3与第三直齿轮4的啮合使主动轴带动第一从动轴B和第二从动轴C运动实现分路传动。

支路1传动路线：第一直齿轮1-第二直齿轮2-第一齿轮3-第三直齿轮4-；

支路2传动路线第一直齿轮1-第二直齿轮2-第五直齿轮8-三星换向机构-第九第十直齿轮11’。双联滑移齿轮用导向键与轴相连，可在轴上滑动，当分别使第一齿轮3与第三直齿轮4或直齿轮3’与第四直齿轮4’啮合时可得可得到两种速比，实现变速。

2)周转轮系设计方案

当轮系运转时,至少有一个齿轮的轴线绕另一个齿轮的固定轴线转动的轮系,称为周转轮系。其中自由度为1的周转轮系称为行星轮系,自由度为2的周转轮系称为差动轮系。在图8实验台设计简图周转轮系部分中，当用销将第三从动轴E紧定时，此时周转轮系为行星轮系，自由度为1；当销松开时，为差动轮系，自由度为2。

当周转轮系为行星轮系时传动路线：第一直齿轮1-第二直齿轮2-第一齿轮3-第三直齿轮4-第七直齿轮12-第八直齿轮13-输出轴G；当周转轮系为差动轮系时，因为差动轮系的自由度为2，所以需要两个主动运动输入，这时两个主动运动输入由定轴轮系的的两条支路输入，然后通过第七直齿轮12-直齿轮10-第八直齿轮13’-第九直齿轮11(或内齿轮11”)的啮合实现两运动的合成并由输出轴轴G输出。

3)复合轮系设计方案

轮系中同时包含有定轴轮系和周转轮系或者含有一个或多个周转轮系的齿轮传动系统称为复合轮系。该实验台就是由一个定轴轮系和一个周转轮系组成。

二、复合轮系传动比的计算及检验

当双联滑移变速第一齿轮3与第三直齿轮4啮合时，经计算得第七直齿轮12转速n12与第九直齿轮11转速n11大小相等，在这种特殊情况下做以下分析：

1)紧定销不做任何紧定

此时齿轮13处于可转动状态，而三星换向机构K上的齿轮不与齿轮11’啮合时，周转轮系为差动轮系。转动手柄周转轮系部分没有两个输入量，所以周转轮系部分行星架不具确定运动。所以转动左端手柄时，发现右端输出轴上的指针只是做无规律的小角度左右摆动。

2)紧定销将第三从动轴E紧定

齿轮11’被紧定时，周转轮系为行星轮系，自由度为1，只需一个输入量周转轮系部分行星架就有确定运动。复合轮系传动比的计算如下：

${i_{1211}}^H=\frac{n_{12}-n_H}{n_{11}-n_H}=\frac{z_{13}{z}_{11}}{z_{12}{z}_{{13}^{\′}}}=1$

因为，n₁₁＝0

i₁₂₁₁ ^H：第七直齿轮12与第九直齿轮11相对转换轮系的转速。

带入数值得

${i_{1211}}^H=\frac{n_{12}-n_H}{0-n_H}=-\frac{n_{12}}{n_H}+1=1$

n₁₁＝0

n₇:齿轮11的转速。

$i_{1211}=\frac{n_{12}}{n_H}=0$

n₁₂≠0

所以，n_H无解

以上i_nm指的是轴n与轴m的传动比。

n_k表示齿轮k的转速。

z_k表示齿轮k的齿数。

算得此时实验台复合轮系n_H无解。这时候转动左端手柄会发现无论手柄转动几圈，右端输出轴上指针无法转动，以此验证所算传动比是否正确。

3)参考图6、图7，紧定销将通过换向手柄上的插孔L4将换向手柄固定在第四支架d的固定孔2上。

第八直齿轮13处于可转动状态时，周转轮系为差动轮系，自由度为2，需要两个输入量，周转轮系部分行星架就有确定运动才能有确定的运动。紧定销将换向手柄固定在第四支架d的固定孔2上时，转动手柄，两个输入运动分别由第二从动轴C、第三从动轴E输入，且齿轮12与齿轮11’转向相同。复合轮系传动比的计算得 此时实验台复合轮系i_1H。转动左端手柄会发现手柄转动3圈，右端行星架上指针转动2圈，以此验证所算传动比是否正确。

4)参考图6、图7，紧定销将通过换向手柄上的插孔L4将换向手柄固定在第四支架d的固定孔3上。

紧定销将换向手柄固定在第四支架d的固定孔3上，周转轮系仍是差动轮系。只是此时齿轮12与齿轮11转向相反。计算得传动比i1H。

转动左端手柄时，可观察到右端指针不动。

当滑移变速第二齿轮3′与4′啮合时，经计算得n₁₂与n₁₁大小不相等,这种一般情况由学生自行分析。

三、实验台体现轮系的各种功用

1)实现分路传动 

认识轮系部分中所述，定轴轮系部分由两条支路构成体现了轮系的分路传动。

2)实现换向传动 

三星换向机构使轮系具换向功能。

3)轮系的远距离传动

通过多对齿轮的啮合实现远距离传动。

4)实现变速传动 

通过滑移变速齿轮实现变速传动功能。

5)运动合成

认识轮系部分复合轮系所述，本实验台由定轴轮系的两条支路在周转轮系部分实现运动合成，详见复合轮系设计方案。

以上实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (3)

1.一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置，其特征在于，包括定向轴系和周转轮系其中，

定向轴系包括主动轴(A)、第一从动轴(B)、第二从动轴(C)、第一直齿轮(1)、第二直齿轮(2)、双联滑移齿轮(3、3’)、第三直齿轮(4)、第四直齿轮(4’)、第一支架(a)、第二支架(b)、第三支架(c)、第四支架(d)以及三星换向机构(K)；

所述的三星换向机构(K)包括第五直齿轮(8)、第一非固定齿轮(9)、第二非固定齿轮(10)以及第五活动支架(e)，第一非固定齿轮(9)与第二非固定齿轮(10)在设置第五活动支架(e)上，第五活动支架(e)设置在第一从动轴(B)的输出末端上；

周转轮系包括输出轴(D)、第三从动轴(E)、第一伞齿轮(5)、第二伞齿轮(6)、第三伞齿轮(7)、第六直齿轮(7’)；

所述的主动轴(A)、第二从动轴(C)、输出轴(D)的水平部分、第三从动轴(E)同轴心依序分布，第一从动轴(B)的轴心与主动轴(A)、第二从动轴(C)、输出轴(D)的水平部分、第三从动轴(E)的轴心平行设置，主动轴(A)通过轴承设置在第一支架(a)上，第一从动轴(B)通过轴承设置在第二支架(b)与第四支架(d)上，第二从动轴(C)通过轴承设置在第二支架(b)与第三支架(c)上，第三从动轴(E)设置在第四支架(d)上，输出轴(D)水平部分通过轴承嵌套在第三从动轴(E)的空心部分里；

所述的主动轴(A)的一端设有手摇手柄、刻度盘以及输入指针，主动轴(A)另一端上设有第一直齿轮(1)，在第一从动轴(B)上设有 与第一直齿轮(1)相互啮合的第二直齿轮(2)；第一从动轴(B)上设有在第一从动轴(B)上滑动的双联滑移齿轮，在滑动中，双联滑移齿轮中的第一齿轮(3)和齿轮(3’)能够分别与第二从动轴(C)的第三直齿轮(4)、第四直齿轮(4’)啮合；

第二从动轴(C)的另一端设有第一伞齿轮(5)与输出轴(D)的一端设有的第二伞齿轮(6)啮合，同时，第二伞齿轮(6)与第三从动轴(E)上的第三伞齿轮(7)啮合；第三从动轴(E)的另一端设有第六直齿轮齿轮(7’)与三星换向机构(K)中的第一非固定齿轮(9)或第二非固定齿轮(10)啮合，在第一从动轴(B)的另一端设有第五直齿轮(8)，第五直齿轮(8)作为三星换向轮的一部分，与第二非固定齿轮(10)啮合；

第三从动轴(E)上设有刻度盘，刻度盘上设有一支架板(f)，支架板(f)上设有插孔(L1)，从动轴上设有一固定孔(L5)，一紧定销穿过插孔(L1)进入固定孔(L5)中；第三从动轴(E)的末端设有输出指针。

2.一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置，其特征在于，包括定向轴系和周转轮系其中，

定向轴系包括主动轴(A)、第一从动轴(B)、第二从动轴(C)、第一直齿轮(1)、第二直齿轮(2)、双联滑移齿轮(3、3’)、第三直齿轮(4)、第四直齿轮(4’)、第一支架(a)、第二支架(b)、第三支架(c)、第四支架(d)以及三星换向机构(K)；

所述的三星换向机构(K)包括第五直齿轮(8)、第一非固定齿轮(9)、第二非固定齿轮(10)以及第五活动支架(e)，第一非固定齿轮(9) 与第二非固定齿轮(10)在设置第五活动支架(e)上，第五活动支架(e)设置在第一从动轴(B)的输出末端上；

周转轮系包括第四从动轴(F)、输出轴(G)、第三从动轴(E)、第七直齿轮(12)、第八直齿轮(13)、滑移齿轮(13’)、第九直齿轮(11)、第十直齿轮(11’)、内齿轮(11”)；

所述的主动轴(A)、第二从动轴(C)、输出轴(G)的水平部分、第三从动轴(E)同轴心依序分布，第一从动轴(B)的轴心与主动轴(A)、第二从动轴(C)、输出轴(G)的水平部分、第四从动轴(F)的轴心平行设置，第四从动轴(F)的轴心与主动轴(A)、第二从动轴(C)、输出轴(G)的水平部分、第四从动轴(F)的轴心平行；主动轴(A)通过轴承设置在第一支架(a)上，第一从动轴(B)通过轴承设置在第二支架(b)与第四支架(d)上，第二从动轴(C)通过轴承设置在第二支架(b)与第三支架(c)上，第三从动轴(E)设置在第四支架(d)上，输出轴(G)水平部分通过轴承嵌套在第三从动轴(E)的空心部分里，第四从动轴(F)通过轴承设置在输出轴(G)的空套上；

所述的主动轴(A)的一端设有手摇手柄、刻度盘以及输入指针，主动轴(A)另一端上设有第一直齿轮(1)，在第一从动轴(B)上设有与第一直齿轮(1)相互啮合的第二直齿轮(2)；第一从动轴(B)上设有在第一从动轴(B)上滑动的双联滑移齿轮，在滑动中，双联滑移齿轮中的第一齿轮(3)和齿轮(3’)能够分别与第二从动轴(C)的第三直齿轮(4)、第四直齿轮(4’)啮合；

第二从动轴(C)的另一端设有第七直齿轮(12)与从动轴轴(F)上设有的第八直齿轮(13)啮合，同时，第四从动轴(F)的另一端设有滑移直齿轮(13’)能够通过滑移分别与第三从动轴(E)上的第九直齿轮(11)、内齿轮(11”)啮合；第三从动轴(E)的另一端设有齿轮(11’)与三星换向机构(K)中的第一非固定齿轮(9)或第二非固定齿轮(10)啮合，在第一从动轴(B)的另一端设有第五直齿轮(8)，第五直齿轮(8)作为三星换向轮的一部分，与第二非固定齿轮(10)啮合；

第三从动轴(E)上设有刻度盘，刻度盘上设有一支架板(f)，支架板(f)上设有插孔(L1)，从动轴上设有一固定孔(L5)，一紧定销穿过插孔(L1)进入固定孔(L5)中；第三从动轴(E)的末端设有输出指针。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于轮系传动比计算验证和结构综合分析的实验装置，其特征在于，所述的三星换向机构(K)还包括一与第五活动支架(e)连接的换向手柄，换向手柄上设有插孔(L4)，所述的支架板(d)上设有固定孔(L2)、固定孔(L3)，紧定销穿过插孔(L4)分别进入固定孔(L2)、固定孔(L3)中。