行星輪系中的受力分析?

時間 2021-06-05 13:56:12

1樓:Charles Huang

剛才搜尋行星齒輪的基本知識的時候搜到了這個問題,這麼多年過去了也沒有人回答這個問題,也許是提問者的問題描述不清楚?本人就斗膽嘗試著理解一下這個問題,如有和提問不符合的地方還請指正:

1)首先將問題中的行星齒輪系示意圖簡化,用圓形代替齒輪和齒圈;

行星齒輪同時和太陽輪和齒圈嚙合,能夠沿著自身軸線進行自轉的同時,其轉軸可以繞著太陽輪的軸線進行公轉。

2)如果拿掉齒圈和中間的太陽輪,只留繞中間的軸旋轉的系杆和繞系杆上一點選擇的行星輪;

那麼行星齒輪系就變成了如下結構:

3)如果在行星邊緣施加乙個力,那麼中心的軸會受到同方向的力,可以帶動系杆運動而行星輪的旋轉方向則是固定的。

a) 假定整個系統受力平衡,受力分析如下:如果行星輪上的作用力在系杆(太陽輪)迴轉中心產生的力矩大於系杆的靜摩擦力矩時,系杆可以沿著受力的方向進行轉動;

b)將行星齒輪和行星架分解為兩個單獨的零件進行受力分析,如下:如果作用小齒輪上的力,在行星齒輪上的迴轉力矩大於小齒輪迴轉中心的靜摩擦力矩,那麼小齒輪可以自轉;

整體上來說,考慮摩擦力可能出現以下幾種情況:

行星齒輪自轉,和行星架轉動

行星齒輪自轉,行星架不轉;

行星齒輪不能自轉,但是行星齒輪和行星架作為乙個整體公轉;

作用力太小,不能克服任何乙個作用力,行星齒輪既不能自轉也不能公轉;

4)就是說,行星輪有平動和轉動的趨勢,當力的位置不同,轉動方向相同時平動方向可以不同,系杆轉動方向也就不同。當力的位置不同,轉動方向相同時平動方向可以不同,系杆轉動方向也就不同。

以上,兩句話可以理解:如下圖,當力的作用位置如下時,行星架的轉動趨勢和以上描述的有區別:行星齒輪同樣是順時針旋轉趨勢,但是行星架的轉動趨勢確實逆時針旋轉;

5)但如果中間有固定的太陽輪,那麼似乎行星輪繞太陽輪旋轉的方向又應該只和行星輪旋轉方向有關,通過行星輪繞太陽輪的旋轉帶動系杆,就是說,系杆轉動方向只與行星輪轉動方向有關,與平動無關。

此時,系統的結構原理圖如下:

按照描述,太陽輪固定,行星齒輪和行星架轉速成正比,為乙個和兩個齒輪齒數相關的係數(詳細過程如下);

以順時針方向為正方向;

假定行星輪轉速為nA、行星架轉速為nK、太陽輪轉速為nC;

將整個機構整體逆時針以nK大小的轉速旋轉時各齒輪的轉速為Na』=Na;Nk『=Nk-Nk=0,Nc『=Nc-Nk;此時因為行星架K的轉速變為0了,因此可以在新的參考係中將該系統看做一對簡單的圓柱齒輪嚙合,轉速關係如下:

Na『/Nc=Na/(Nc-Nk)=-Zc/Za

通過以上可以得出,行星架轉速和行星齒輪轉速的關係如下:

Nk=[Za/ Zc]*[Na+( Zc/Za )*Nc]

可以看出行星架轉速是乙個和行星齒輪轉速、太陽輪轉速相關的值,因為上問描述太陽輪固定,所以說Nc=0;可以得到Nk= Zc/Zc* Na ,行星架和行星輪轉速成正比,方向相同。

(個人感覺最後一句「系杆轉動方向只與行星輪轉動方向有關,與平動無關」,有問題,系杆的轉動就是行星齒輪的「平動」)

6)那麼當行星輪轉動方向和平動方向衝突時該怎麼理解?比如圖中把齒圈拿掉不看,行星輪下端與太陽輪接觸的位置受水平向左的力,行星輪順時針轉動應該沒有問題,但系杆應該怎麼動?

i)不太理解轉動方向和平動方向衝突的意思,行星齒輪的自轉和公轉是沒有任何衝突的;

ii)行星齒輪下端受到水平向左的力,有可能是太陽輪作為主動輪逆時針旋轉對行星輪作用的力,也有可能是行星齒輪作為主動輪驅動驅動太陽輪順勢針旋轉。

Nk=[Zc/Zc]*[Na+( Zc/Za )*Nc]

當Na>-( Zc/Za )*Nc時,Nk>0,行星架順時針旋轉;

當Na<-( Zc/Za )*Nc時,Nk<0,行星架逆時針旋轉;

當Na=-( Zc/Za )*Nc時,Nk=0,行星架靜止;

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