为了让同学们更好地理解机械原理课程中的行星轮系运动规律和运动特点,我们设计了一款复合轮系传动演示机构。这个机构巧妙地将行星轮系和差动轮系组合在一起,采用了内外齿圈齿轮、双联齿轮、行星排齿轮等结构,同时也有制动功能。这个机构有三个输入(输出)端,可以用人手输入扭矩,也可以用传感器检测其转速。通过这个机构,我们可以展示行星轮系、差动轮系等机构的传动原理和特点,以及12种大范围输入输出传动比关系(传动比最大可达361/1)。整个机构结构简单紧凑,直观透明,控制容易,传动平稳。
这个复合轮系传动演示机构的设计目的是为了帮助机械专业的学生更直观、深刻地理解差动轮系和行星轮系的运动规律,填补机械原理课程轮系教学方面的教具空白。我们希望通过这个教具,可以广泛应用于各类机械类课程,以提高同学们的学习兴趣,对齿轮系传动原理的理解和提高教学质量。
这个复合轮系传动演示机构将行星轮系和差动轮系复合在一起,通过合理的控制设计和组合设计,全面展现周转轮系输入和输出之间的传动关系。输入输出齿轮(行星架)的传动参数可以通过计数器显示,以直观观察不同轮系结构以及输入输出的传动原理,传动比,旋转方向。
在设计该复合轮系传动演示机构时,我们采用了周转轮系为核心,固定不同的部件(太阳轮、内外齿圈、行星架、双联齿轮),确定不同的自由度(自由度为1或2),以展现不同轮系的传输特性及其运动规律。当自由度为1时,任选一个输入端,则另一个为输出端,此时可展现行星轮系的输入输出特性,共可展现12种传输特性。当自由度为2时,任意选其中两个部件为输入端,则另一个为输出端,此时可展现差动轮系的输入输出传动特性,共可展现3种(两输入端同向和反向算作1种)传输特性。
我们采用了太阳轮轴嵌套的驱动手柄、内外齿圈、太阳轮、行星轮、行星架驱动轴、行星架H等部件,设计了这个复合轮系传动演示机构。通过定位销的限制,太阳轮、内外齿圈或行星架的转动,即可实现不同运动方式,输出不同的传动比。同时,我们在太阳轮、行星架H、齿圈3的特定位置装有传感器,通过计数器将轮系的输入输出转过的圈数显示出来,以方便观察和学习。
复合轮系的传动方向判断方法如下:
在复合轮系中,传动方向是由输入轴到输出轴的旋转方向确定的。即根据主动轮的判断方法确定从动轮的转向,主动轮的方向与转动方向相同,而从动轮的方向则与主动轮相反。
可以通过标记法来判断齿轮的旋转方向。在齿轮上标记出箭头,箭头的指向即代表该齿轮的转动方向。如果两个相邻齿轮的箭头指向相同,则说明这两个齿轮的旋转方向相同。
在判断包含蜗杆的复合轮系的传动方向时,方法有所不同。蜗杆的传动方向不仅与蜗杆的转向有关,还与蜗杆的旋向有关。蜗杆的旋向是指蜗杆在圆柱体上的螺旋线的旋转方向。当蜗杆为右旋时,用右手四指顺时针方向握住蜗杆轴线,则大拇指的指向就是蜗杆的传动方向。当蜗杆为左旋时,用左手四指逆时针方向握住蜗杆轴线,则大拇指的指向就是蜗杆的传动方向。