手动复合轮系传动演示机构

一、技术领域:

为了提高同学们对机械原理课程的理解,增强齿轮传动机构尤其是行星轮系运动规律和运动特点，设计了一套复合轮系传动演示机构，该机构将行星轮系和差动轮系巧妙地组合在一起，采用内外齿圈齿轮、双联齿轮、行星排齿轮等简化结构，便于用销钉将其制动，并巧妙地将3个输入（输出）端引出，并由3个轴承支座支撑， 便于用人手进行输入扭矩和用传感器进行检测其转速，该机构可以展现行星轮系、差动轮系等机构传动原理及其特点，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），整套机构结构简单紧凑，直观透明，控制容易，传动平稳。

二、研究背景及意义:

机械原理课程是大学机械类专业的一门核心技术基础课，对培养学生的机械创新设计意识和提出问题、分析问题及解决问题的能力具有重要的作用。然而课程内容晦涩抽象，尤其涉及到差动轮系、行星轮系传动的内容，学生更是觉得抽象，难以理解。

该复合轮系传动演示机构的目的是为了帮助机械专业学生直观，深刻的理解差动轮系、行星轮系的运动规律，填补机械原理课程轮系教学方面教具的空白。此项设计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。

三、复合轮系功能:

该传动演示系统将行星轮系、差动轮系复合在一起，经过合理的控制设计以及组合设计，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）的传动参数通过计数器显示，可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。演示系统的输入端由人手提供输入扭矩。针对行星轮系，该演示系统通过对太阳轮、行星架H的不同约束（由销轴定位），实现演示行星系统的8种输入输出关系。变齿机构借用行星轮系的部分齿轮和行星架H，与双联齿轮啮合传动，双联齿轮可做轴向移动，拥有两种输出关系，通过控制不同的自由度，行星轮系（带变齿机构）共可展现12种传动比关系。针对变齿机构的特点，设计合理的传动参数，通过对输入和输出的控制，以直观理解该机构大传动比的特点。

四、系统方案设计:

该复合轮系传动演示机构所采用的方案是以复合轮系的结构为主体，囊括行星轮系和差动轮系，包括驱动手柄，太阳轮支座，齿圈驱动齿轮支座，行星架支座，太阳轮，行星轮，齿圈驱动齿轮，内外齿圈，行星架，行星架轮，双联齿轮，定位销，传感器，计数器等组成部件。支座采用半凸台形式，下端固定在底板上，上端中间部位打通孔，安装轴承用于支承不同的齿轮，原始驱动力矩由手柄提供，通过定位销限制太阳轮、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。

五、复合轮系的整体结构：

以周转轮系为核心，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），即可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。使用少量的零件即可实现多种形式的轮系运动。周转轮系部分包括与太阳轮轴嵌套的驱动手柄，内外齿圈3，太阳轮1，行星轮2，行星架驱动轴，行星架H。太阳轮1与行星轮2外啮合，行星轮2与内外齿圈3内啮合，内外齿圈驱动齿轮4与内外齿圈3外啮合，用于驱动内外齿圈3转动。行星架H的端部均匀连接有三个行星齿轮2，齿圈3通过轴承支撑可绕太阳轮轴自由转动，行星架H的外端固连一个行星架齿轮2'，与双联齿轮5-5'啮合。变齿机构核心部件为双联齿轮，其齿数相差为1，与行星架驱动轴空套在一起，可做轴向移动。

太阳轮轴为光轴，与内外齿圈中心轴套空套在一起，齿圈中心轴套与轴承相配合，太阳轮支撑轴末端通过平键连接有太阳轮1，内外齿圈3通过齿圈轴承定位在太阳轮轴上，太阳轮轴由太阳轮支座支撑。

齿圈驱动齿轮轴与行星架驱动轴的定位方式和太阳轮轴的定位方式相同。行星架驱动轴的前端与双联齿轮5-5′空套在一起，且小间隙配合。

采用内外齿圈形式将太阳轮1和内外齿圈3的输入端口分别以2根轴输入的形式引出，能够为该复合轮系提供2个动力输入端，底板上铣有槽，支座的位置可以沿着槽移动，以调节齿轮安装的中心距和安装位置。

该复合轮系主要用于演示轮系的运动规律，观察齿轮的运动方向和传动比，为便于直观观察轮系的输入输出传动比，在太阳轮1、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。