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Pro/E行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析基本介紹
Pro/E行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析內(nèi)容簡(jiǎn)介
全面講解、重點(diǎn)介紹，內(nèi)含大量應(yīng)用實(shí)例，強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用。
Pro/E行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析作者簡(jiǎn)介
杜白石，1966年畢業(yè)于西北農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械系，在寶雞市機(jī)引農(nóng)具廠從事技術(shù)工作，曾任技術(shù)科長(zhǎng)。1983到西北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，從事教學(xué)與科研工作，歷任講師、副教授、教授和碩士生導(dǎo)師，2001 年享受頒發(fā)的政府津貼，2003年退休。
Pro/E行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析圖書(shū)目錄
章行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)（1）
一、行星輪系簡(jiǎn)介（1）
二、周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比（3）
三、行星輪系的效率（5）
四、行星輪系齒數(shù)的確定（6）
第二章2K—H的NGW型行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（9）
節(jié)中心輪b（內(nèi)齒輪）固定時(shí)行
星輪系的設(shè)計(jì)與分析（9）
一、2K—H的NGW行星輪系基本形式（9）
二、有三個(gè)行星輪的NGW行星輪系（25）
三、雙聯(lián)的NGW行星輪系（35）
第二節(jié)中心輪a（外齒輪）固定時(shí)行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（40）
一、運(yùn)動(dòng)從內(nèi)齒輪輸入行星架輸出（40）
二、運(yùn)動(dòng)從行星架輸入內(nèi)齒輪輸出（44）
第三節(jié)2K—HNGW型行星輪系的應(yīng)用實(shí)例（46）
實(shí)例1澆鑄用起重機(jī)的差速器（46）
一、制動(dòng)器2制動(dòng)、制動(dòng)器1放松的工作狀態(tài)（46）
二、制動(dòng)器1制動(dòng)、制動(dòng)器2放松的工作狀態(tài)（59）
三、制動(dòng)器1和制動(dòng)器2都放松的工作狀態(tài)（65）
實(shí)例2起重用調(diào)度絞車的減速器（75）
一、提升重物狀態(tài)（75）
二、停車狀態(tài)（94）
實(shí)例3渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的主減速器（102）
實(shí)例4變速裝置（117）
一、輸出較高速度的裝置 （118）
二、輸出較低速度的裝置（133）
第三章2K—H的NW型行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（136）
節(jié)2K—HNW型行星輪系基本形式的設(shè)計(jì)與分析（136）
一、中心輪b（內(nèi)齒輪）固定的2K—HNW型行星輪系（136）
二、中心輪a（外齒輪）固定的2K—HNW型行星輪系（151）
第二節(jié)2K—HNW型行星輪系的應(yīng)用實(shí)例（155）
實(shí)例1過(guò)載保護(hù)裝置（155）
一、過(guò)載保護(hù)狀態(tài)（155）
二、正常工作狀態(tài)（167）
實(shí)例2卷?yè)P(yáng)機(jī)的減速器（171）
第四章其他形式的2K—H行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（187）
節(jié)2K—HWW型行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（187）
一、動(dòng)力從齒輪a輸入從行星架H輸出（187）
二、動(dòng)力從行星架H輸入從齒輪a輸出（194）
第二節(jié)2K—HNN型行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（204）
一、動(dòng)力從齒輪a輸入從行星架H輸出（205）
二、動(dòng)力行星架H從輸入從齒輪a輸出（212）
三、應(yīng)用實(shí)例——3KNGWN型行星輪系（217）
第三節(jié)2K—HWGW型行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（230）
一、動(dòng)力從中心輪a輸入從行星架H輸出（230）
二、動(dòng)力從行星架H輸入從中心輪a輸出（241）
三、應(yīng)用實(shí)例汽車后橋差速器（243）
第五章K—H—V型少齒差行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（263）
節(jié)內(nèi)齒輪固定的K—H—V少齒差行星齒輪機(jī)構(gòu)（263）
第二節(jié)外齒輪固定的K—H—V少齒差行星齒輪機(jī)構(gòu)（278）
第六章2K—H型少齒差行星輪系的設(shè)計(jì)與分析（280）
節(jié)雙聯(lián)齒輪由兩個(gè)外齒輪組成（280）
第二節(jié)雙聯(lián)齒輪由一個(gè)外齒輪和一個(gè)內(nèi)齒輪組成（295）
一、內(nèi)齒輪固定（295）
二、外齒輪固定（309）
第七章齒輪圓平動(dòng)行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析（313）
節(jié)平行四邊形齒輪圓平動(dòng)行星機(jī)構(gòu)（313）
一、平行四邊形內(nèi)齒輪圓平動(dòng)行星機(jī)構(gòu)（314）
二、平行四邊形外齒輪圓平動(dòng)行星機(jī)構(gòu)（323）
第二節(jié)正弦齒輪圓平動(dòng)行星機(jī)構(gòu)（331）
一、正弦內(nèi)齒輪圓平動(dòng)行星機(jī)構(gòu)（331）
二、正弦外齒輪圓平動(dòng)行星機(jī)構(gòu)（340）
第三節(jié)應(yīng)用實(shí)例三環(huán)傳動(dòng)（348）
第八章能生成特殊軌跡線行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析（362）
節(jié)設(shè)計(jì)分析能生成各種旋輪線的行星機(jī)構(gòu)（362）
一、內(nèi)嚙合行星機(jī)構(gòu)（363）
二、外嚙合行星機(jī)構(gòu)（369）
三、有惰輪的外嚙合行星機(jī)構(gòu)（372）
第二節(jié)應(yīng)用實(shí)例——能生成橢圓線的行星機(jī)構(gòu)（375）
一、行星齒輪橢圓線機(jī)構(gòu)（內(nèi)嚙合）（376）
二、行星齒輪橢圓線機(jī)構(gòu)（外嚙合）（383）
第三節(jié)應(yīng)用實(shí)例——能生成直線線段的行星機(jī)構(gòu)（392）
一、卡登圓行星機(jī)構(gòu)（392）
二、行星齒輪搖桿機(jī)構(gòu)（401）
第四節(jié)應(yīng)用實(shí)例（411）
實(shí)例1行星齒輪連桿滑塊機(jī)構(gòu)（411）
實(shí)例2行星齒輪連桿搖桿機(jī)構(gòu)a（418）
實(shí)例3行星齒輪連桿搖桿機(jī)構(gòu)b（430）
附錄A行星齒輪機(jī)構(gòu)習(xí)題（442）
參考文獻(xiàn)（477）
Pro/E行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析序言
前言
機(jī)械傳動(dòng)裝置中廣泛采用輪系，輪系是由一系列齒輪組成的。根據(jù)輪系在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各軸線的相對(duì)位置是否變動(dòng)，可將其分為定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系。按照自由度不同，周轉(zhuǎn)輪系又可分為兩種基本類型：差動(dòng)輪系和行星輪系。
與定軸輪系相比，行星輪系和差動(dòng)輪系具有許多鮮明的優(yōu)點(diǎn)：例如，某些軸線不是固定的，行星輪既隨著行星架公轉(zhuǎn)，又繞著行星架自轉(zhuǎn)；輪系中經(jīng)常采用內(nèi)嚙合，可以減小輪系的徑向尺寸；為合理利用兩個(gè)中心輪間的空間，設(shè)置了多個(gè)行星輪，通過(guò)它們傳遞載荷，實(shí)現(xiàn)了載荷分流和離心力以及徑向力的平衡；差動(dòng)輪系自由度大于1，可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成或分解；可以把幾個(gè)行星輪系串聯(lián)，也可以和定軸輪系組成混合輪系，加大了輪系的功能，等等。因而，它在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了不少成就。
（1）用于傳動(dòng)。在機(jī)床、汽車、冶金、起重機(jī)、動(dòng)力、化工與航天航空等領(lǐng)域，廣泛采用2K-H（NGW）和（NW）型行星齒輪減速器，其一級(jí)傳動(dòng)比為1.14～12.5，多級(jí)可達(dá)2500，已達(dá)5000，承載能力一般在150kW以下，已達(dá)5萬(wàn)kW。少齒差行星齒輪減速器的使用也越來(lái)越普遍，它的特點(diǎn)是傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、零件數(shù)目少、傳動(dòng)效率高。此外，周轉(zhuǎn)輪系還可用作增速器、變速的差速器和無(wú)級(jí)變速器。
（2）利用行星輪的運(yùn)動(dòng)。由于行星輪的運(yùn)動(dòng)是自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的合成運(yùn)動(dòng)，而且可以得到較高的行星輪轉(zhuǎn)速，所以在一些工藝設(shè)備上直接利用行星輪系的這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行工作，如在攪拌機(jī)和軋鋼機(jī)上，采用行星輪系，提高了工作效率。
（3）旋輪線及其應(yīng)用。在行星輪系中行星輪上某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是旋輪線，關(guān)于這種曲線的類型及性質(zhì)，在機(jī)構(gòu)學(xué)中進(jìn)行了不少研究，并在工程上取得了不少的應(yīng)用。旋輪線可以是直線段、圓、橢圓及擺線（不同類型的外擺線和內(nèi)擺線），在一些工藝設(shè)備上應(yīng)用旋輪線工作。除此之外，利用行星輪系的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，還可以設(shè)計(jì)出機(jī)械制造與工藝設(shè)備方面很有意義的機(jī)構(gòu)。
傳統(tǒng)的方法是用筆和計(jì)算工具在紙上研究行星輪系和差動(dòng)輪系，因此會(huì)遇到一些困難，表現(xiàn)如下。
（1）速比和運(yùn)轉(zhuǎn)方向難以確定。行星輪系的傳動(dòng)比不能像定軸輪系那樣，利用一個(gè)公式就可以直接計(jì)算出來(lái)，而要借助于轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)才能求出，加之行星輪系的類型多，有時(shí)略微改變輪系的齒數(shù)，速比和運(yùn)動(dòng)方向就會(huì)有明顯的變化，特別是和定軸輪系組成混合輪系時(shí)，速比就更難求了。
（2）行星輪的運(yùn)動(dòng)參數(shù)難以確定。要想在行星輪系中求出行星輪的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，要利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，對(duì)該行星輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，而行星輪既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)參數(shù)就比較難以確定了。
（3）運(yùn)動(dòng)原理不容易理解。行星輪系中有一些構(gòu)件做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，與定軸輪系中各輪做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)相比較，其運(yùn)動(dòng)方式很難想象，從而使輪系的運(yùn)動(dòng)原理不容易搞清楚，特別是少齒差行星齒輪機(jī)構(gòu)，經(jīng)常是學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)。
（4）行星輪系的傳動(dòng)效率變化大，難以確定。對(duì)于定軸輪系，確定了運(yùn)動(dòng)副中的摩擦損失，就能確定輪系的傳動(dòng)效率，但對(duì)于行星輪系，要用“轉(zhuǎn)化輪系法”來(lái)確定傳動(dòng)效率。而行星輪系的類型很多，各類型的傳動(dòng)效率變化很大，有時(shí)甚至?xí)l(fā)生自鎖。
（5）行星輪的運(yùn)動(dòng)軌跡難以確定。在行星輪系中行星輪上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是旋輪線，取不同的設(shè)計(jì)參數(shù)，如取不同的齒數(shù)，在行星輪內(nèi)（或外）取不同的點(diǎn)，可以得到不同形狀和性質(zhì)的旋輪線：直線段、圓、橢圓，以及不同形式的外擺線和內(nèi)擺線，而這些軌跡是不容易直接看出來(lái)的。
應(yīng)用Pro/E軟件可以構(gòu)建類似于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的“骨架模型”，與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖相比較，骨架模型有如下一些優(yōu)點(diǎn)。
（1）可變化—骨架模型經(jīng)參數(shù)化設(shè)計(jì)而成，改變參數(shù)的數(shù)值，就可以改變骨架模型（機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖）。
（2）可運(yùn)動(dòng)—對(duì)骨架模型可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可使骨架模型（機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖）按機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)起來(lái)。
（3）可分析優(yōu)化—對(duì)骨架模型可進(jìn)行敏感度分析、可行性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)敏感度分析，對(duì)機(jī)構(gòu)可得到所追求的目標(biāo)與設(shè)計(jì)變量間的函數(shù)關(guān)系，為設(shè)計(jì)變量的選取提供依據(jù)；經(jīng)過(guò)可行性分析，對(duì)機(jī)構(gòu)可得到在設(shè)計(jì)變量取值范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)約束條件的可行方案；經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在可行方案中可找出達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)的方案。
（4）可測(cè)量—對(duì)骨架模型可進(jìn)行幾何測(cè)量（測(cè)量距離、長(zhǎng)度、角度、直徑等幾何指標(biāo)）和運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量（測(cè)量速度、加速度、位移和運(yùn)動(dòng)軌跡等運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)），達(dá)到對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的目的。
（5）可實(shí)體化—按照方案，在骨架模型的基礎(chǔ)上，可生成各個(gè)構(gòu)件的三維實(shí)體，并將它們組成三維的組件，對(duì)組件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和分析，可驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求，增加設(shè)計(jì)者的感性知識(shí)。
使用*的軟件在計(jì)算機(jī)上通過(guò)構(gòu)建骨架模型可以研究行星輪系和差動(dòng)輪系，并能取得很好的效果，研究行星輪系的難點(diǎn)可迎刃而解。例如，輪系的速比和行星輪的運(yùn)動(dòng)參數(shù)可直接測(cè)量出來(lái)，各構(gòu)件的運(yùn)轉(zhuǎn)方向可直接看出來(lái)，行星輪的旋輪線可直接做出來(lái)；改變行星輪系的設(shè)計(jì)參數(shù)，就可以改變行星輪系，這對(duì)行星輪系設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和系列設(shè)計(jì)很有幫助；對(duì)骨架模型和三維實(shí)體組件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可以直接看出輪系的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，增加了設(shè)計(jì)者的感性認(rèn)識(shí)；對(duì)骨架模型進(jìn)行敏感度分析、可行性分析和優(yōu)化分析，可以得到追求的設(shè)計(jì)目標(biāo)與設(shè)計(jì)變量間的關(guān)系，找出在設(shè)計(jì)變量的取值范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)約束條件的可行方案，從而找出的行星齒輪機(jī)構(gòu)。
行星輪系和差動(dòng)輪系只不過(guò)是為了學(xué)習(xí)和研究機(jī)構(gòu)而選擇的一個(gè)對(duì)象，本書(shū)所講述的方法對(duì)研究一切機(jī)構(gòu)都適用。
本書(shū)在編寫(xiě)方面有如下特點(diǎn)：
（1）內(nèi)容全面。在簡(jiǎn)單介紹了行星輪系的基本知識(shí)后，分別對(duì)2K-H NGW型行星輪系、2K-H NW型行星輪系、2K-H其他形式的行星輪系（NN型、WW型、WGW型和3K NGWN型）、K-H-V型少齒差行星輪系、2K-H型少齒差行星輪系、齒輪圓平動(dòng)行星輪系、能生成特殊軌跡線（擺線、橢圓線、直線段）的行星輪系進(jìn)行了介紹，并對(duì)每種行星輪系按固定件、輸入件和輸出件的不同分別做了說(shuō)明，還附有行星輪系的17道習(xí)題。
（2）重點(diǎn)突出。對(duì)經(jīng)常采用的行星輪系做了重點(diǎn)介紹，如對(duì)2K-H NGW型行星輪系，在介紹了基本形式后，還介紹了有多個(gè)行星輪的形式、雙級(jí)串聯(lián)的形式和應(yīng)用實(shí)例。
（3）實(shí)例典型豐富。從目前廣泛應(yīng)用的機(jī)構(gòu)學(xué)教科書(shū)和專著中選擇了大量的行星輪系的應(yīng)用實(shí)例，利用Pro/E軟件構(gòu)建了這些實(shí)例的骨架模型，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真和分析，得出了一些有實(shí)用價(jià)值的結(jié)論。
（4）分析精準(zhǔn)。對(duì)骨架模型根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析的要求，設(shè)置了許多測(cè)量項(xiàng)目，在骨架模型運(yùn)轉(zhuǎn)后，系統(tǒng)可自動(dòng)得出這些測(cè)量項(xiàng)目的數(shù)值。作者應(yīng)用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，利用公式計(jì)算出各測(cè)量項(xiàng)目的數(shù)值，通過(guò)比較確定了測(cè)量值的準(zhǔn)確性。
（5）仿真形象準(zhǔn)確。在對(duì)骨架模型構(gòu)建和分析的基礎(chǔ)上，生成了行星輪系的三維實(shí)體組件，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真和分析，使讀者對(duì)行星輪系有一定的感性和理性的認(rèn)識(shí)。
（6）參數(shù)化設(shè)計(jì)。在構(gòu)建輪系的骨架模型時(shí)，采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法，修改輪系的設(shè)計(jì)參數(shù)，骨架模型就跟著變化，通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析，可找出合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)也可進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)。
（7）優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)行星輪系和連桿機(jī)構(gòu)組合而成的機(jī)構(gòu)進(jìn)行敏感度分析、可行性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出滿足追求目標(biāo)的設(shè)計(jì)方案。
讀者在閱讀本書(shū)時(shí)可注意以下建議：
（1）本書(shū)注意做到軟件應(yīng)用和行星輪系方面理論知識(shí)的緊密結(jié)合，結(jié)合應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)分析行星輪系的操作過(guò)程，適時(shí)地講解一些行星輪系方面的理論知識(shí)，建議讀者從這兩方面加深理解。
（2）本書(shū)是按照應(yīng)用軟件解決實(shí)際問(wèn)題的操作過(guò)程逐步編寫(xiě)的，對(duì)難以理解的問(wèn)題輔以特殊說(shuō)明，建議讀者一邊看書(shū)一邊上機(jī)操作，即便對(duì)有些問(wèn)題不理解，可先照書(shū)操作，待有結(jié)果后再仔細(xì)思考。
（3）學(xué)習(xí)本書(shū)的讀者，應(yīng)具備Pro/E軟件方面的基本知識(shí)，如果對(duì)該軟件一無(wú)所知，就應(yīng)先補(bǔ)課后學(xué)習(xí)。
（4）學(xué)習(xí)本書(shū)的讀者，應(yīng)具備行星輪系方面的基本知識(shí)，在學(xué)習(xí)軟件應(yīng)用時(shí)，應(yīng)力求與行星輪系方面的知識(shí)緊密結(jié)合。
（5）本書(shū)采用Pro/E Wildfire 4.0和Pro/E Wildfire 5.0中文版為工具，但也可用于Creo2.0中文版本。
由于作者的水平有限，加之本書(shū)是初版，書(shū)中難免有錯(cuò)誤和疏漏之處，歡迎讀者批評(píng)和指正。
編者
參考資料
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