一、技術(shù)領(lǐng)域:

為了提高同學(xué)們對(duì)機(jī)械原理課程的理解,增強(qiáng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其是行星輪系運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套復(fù)合輪系傳動(dòng)演示機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)將行星輪系和差動(dòng)輪系巧妙地組合在一起，采用內(nèi)外齒圈齒輪、雙聯(lián)齒輪、行星排齒輪等簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，便于用銷(xiāo)釘將其制動(dòng)，并巧妙地將3個(gè)輸入（輸出）端引出，并由3個(gè)軸承支座支撐， 便于用人手進(jìn)行輸入扭矩和用傳感器進(jìn)行檢測(cè)其轉(zhuǎn)速，該機(jī)構(gòu)可以展現(xiàn)行星輪系、差動(dòng)輪系等機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理及其特點(diǎn)，以及12種大范圍輸入輸出傳動(dòng)比關(guān)系（傳動(dòng)比最大可達(dá)361/1），整套機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，直觀透明，控制容易，傳動(dòng)平穩(wěn)。   

二、研究背景及意義:

機(jī)械原理課程是大學(xué)機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心技術(shù)基礎(chǔ)課，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)和提出問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力具有重要的作用。然而課程內(nèi)容晦澀抽象，尤其涉及到差動(dòng)輪系、行星輪系傳動(dòng)的內(nèi)容，學(xué)生更是覺(jué)得抽象，難以理解。

    該復(fù)合輪系傳動(dòng)演示機(jī)構(gòu)的目的是為了幫助機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生直觀，深刻的理解差動(dòng)輪系、行星輪系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，填補(bǔ)機(jī)械原理課程輪系教學(xué)方面教具的空白。此項(xiàng)設(shè)計(jì)可以廣泛應(yīng)用于各類(lèi)機(jī)械類(lèi)課程，以提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)齒輪系傳動(dòng)原理的理解和提高教學(xué)質(zhì)量。

三、復(fù)合輪系功能:

該傳動(dòng)演示系統(tǒng)將行星輪系、差動(dòng)輪系復(fù)合在一起，經(jīng)過(guò)合理的控制設(shè)計(jì)以及組合設(shè)計(jì)，全面展現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系輸入和輸出之間的傳動(dòng)關(guān)系。輸入輸出齒輪（行星架）的傳動(dòng)參數(shù)通過(guò)計(jì)數(shù)器顯示，可以直觀觀察不同輪系結(jié)構(gòu)以及輸入輸出的傳動(dòng)原理，傳動(dòng)比，旋轉(zhuǎn)方向。演示系統(tǒng)的輸入端由人手提供輸入扭矩。針對(duì)行星輪系，該演示系統(tǒng)通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輪、行星架H的不同約束（由銷(xiāo)軸定位），實(shí)現(xiàn)演示行星系統(tǒng)的8種輸入輸出關(guān)系。變齒機(jī)構(gòu)借用行星輪系的部分齒輪和行星架H，與雙聯(lián)齒輪嚙合傳動(dòng)，雙聯(lián)齒輪可做軸向移動(dòng)，擁有兩種輸出關(guān)系，通過(guò)控制不同的自由度，行星輪系（帶變齒機(jī)構(gòu)）共可展現(xiàn)12種傳動(dòng)比關(guān)系。針對(duì)變齒機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的傳動(dòng)參數(shù)，通過(guò)對(duì)輸入和輸出的控制，以直觀理解該機(jī)構(gòu)大傳動(dòng)比的特點(diǎn)。

四、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì):

該復(fù)合輪系傳動(dòng)演示機(jī)構(gòu)所采用的方案是以復(fù)合輪系的結(jié)構(gòu)為主體，囊括行星輪系和差動(dòng)輪系，包括驅(qū)動(dòng)手柄，太陽(yáng)輪支座，齒圈驅(qū)動(dòng)齒輪支座，行星架支座，太陽(yáng)輪，行星輪，齒圈驅(qū)動(dòng)齒輪，內(nèi)外齒圈，行星架，行星架輪，雙聯(lián)齒輪，定位銷(xiāo)，傳感器，計(jì)數(shù)器等組成部件。支座采用半凸臺(tái)形式，下端固定在底板上，上端中間部位打通孔，安裝軸承用于支承不同的齒輪，原始驅(qū)動(dòng)力矩由手柄提供，通過(guò)定位銷(xiāo)限制太陽(yáng)輪、內(nèi)外齒圈或行星架的轉(zhuǎn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)動(dòng)方式，輸出不同的傳動(dòng)比。

五、復(fù)合輪系的整體結(jié)構(gòu)：

以周轉(zhuǎn)輪系為核心，固定不同的部件（太陽(yáng)輪、內(nèi)外齒圈、行星架、雙聯(lián)齒輪），確定不同的自由度（自由度為1或2），即可展現(xiàn)不同輪系的傳輸特性及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)自由度為1時(shí)，任選一個(gè)輸入端，則另一個(gè)為輸出端，此時(shí)可展現(xiàn)行星輪系的輸入輸出特性，共可展現(xiàn)12種傳輸特性。當(dāng)自由度為2時(shí)，任意選其中兩個(gè)部件為輸入端，則另一個(gè)為輸出端，此時(shí)可展現(xiàn)差動(dòng)輪系的輸入輸出傳動(dòng)特性，共可展現(xiàn)3種（兩輸入端同向和反向算作1種）傳輸特性。使用少量的零件即可實(shí)現(xiàn)多種形式的輪系運(yùn)動(dòng)。周轉(zhuǎn)輪系部分包括與太陽(yáng)輪軸嵌套的驅(qū)動(dòng)手柄，內(nèi)外齒圈3，太陽(yáng)輪1，行星輪2，行星架驅(qū)動(dòng)軸，行星架H。太陽(yáng)輪1與行星輪2外嚙合，行星輪2與內(nèi)外齒圈3內(nèi)嚙合，內(nèi)外齒圈驅(qū)動(dòng)齒輪4與內(nèi)外齒圈3外嚙合，用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)外齒圈3轉(zhuǎn)動(dòng)。行星架H的端部均勻連接有三個(gè)行星齒輪2，齒圈3通過(guò)軸承支撐可繞太陽(yáng)輪軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架H的外端固連一個(gè)行星架齒輪2'，與雙聯(lián)齒輪5-5'嚙合。變齒機(jī)構(gòu)核心部件為雙聯(lián)齒輪，其齒數(shù)相差為1，與行星架驅(qū)動(dòng)軸空套在一起，可做軸向移動(dòng)。

    太陽(yáng)輪軸為光軸，與內(nèi)外齒圈中心軸套空套在一起，齒圈中心軸套與軸承相配合，太陽(yáng)輪支撐軸末端通過(guò)平鍵連接有太陽(yáng)輪1，內(nèi)外齒圈3通過(guò)齒圈軸承定位在太陽(yáng)輪軸上，太陽(yáng)輪軸由太陽(yáng)輪支座支撐。

    齒圈驅(qū)動(dòng)齒輪軸與行星架驅(qū)動(dòng)軸的定位方式和太陽(yáng)輪軸的定位方式相同。行星架驅(qū)動(dòng)軸的前端與雙聯(lián)齒輪5-5′空套在一起，且小間隙配合。

    采用內(nèi)外齒圈形式將太陽(yáng)輪1和內(nèi)外齒圈3的輸入端口分別以2根軸輸入的形式引出，能夠?yàn)樵搹?fù)合輪系提供2個(gè)動(dòng)力輸入端，底板上銑有槽，支座的位置可以沿著槽移動(dòng)，以調(diào)節(jié)齒輪安裝的中心距和安裝位置。

    該復(fù)合輪系主要用于演示輪系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，觀察齒輪的運(yùn)動(dòng)方向和傳動(dòng)比，為便于直觀觀察輪系的輸入輸出傳動(dòng)比，在太陽(yáng)輪1、行星架H、齒圈3的特定位置裝有傳感器，通過(guò)計(jì)數(shù)器將輪系的輸入輸出轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)顯示出來(lái)。