在機(jī)械設(shè)備中，為了獲得較大的傳動(dòng)比，或變速和換向，往往采用多對齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，如機(jī)床和汽車中使用的齒輪箱和差速器，工程中廣泛使用的齒輪減速器等。這種由多對齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱為齒輪系，或簡稱輪系。

根據(jù)傳動(dòng)時(shí)各齒輪的軸線位置是否固定，輪系分為定軸輪系和行星輪系兩種基本類型。驅(qū)動(dòng)時(shí)，所有齒輪的幾何軸位置都是固定的。這種輪系稱為定軸輪系。

▲平面定軸輪系

▲空間定軸輪系

當(dāng)傳動(dòng)齒輪G的幾何軸線圍繞齒輪a、b和構(gòu)件H的公共軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，這樣的齒輪系就變成了行星齒輪系。根據(jù)自由度的不同，行星輪系可分為周轉(zhuǎn)輪系和差動(dòng)輪系。行星齒輪系具有一個(gè)自由度，而行星齒輪系具有兩個(gè)自由度。

▲周轉(zhuǎn)輪系

▲差速齒輪系

齒輪系的傳動(dòng)比

輪系開始時(shí)的驅(qū)動(dòng)輪與結(jié)束時(shí)的從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速之比稱為輪系的傳動(dòng)比，用I表示轉(zhuǎn)角。

其中n1是驅(qū)動(dòng)輪1的轉(zhuǎn)速，r/min；Nk——從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分。

齒輪系的功能

1.實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的兩軸之間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。

在齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)軸之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，如果只用一對齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，齒輪的尺寸必然很大。這樣不僅增加了機(jī)器的結(jié)構(gòu)尺寸和重量，而且浪費(fèi)材料，不便于制造和安裝。如果采用由兩對齒輪組成的輪系進(jìn)行傳動(dòng)，齒輪的尺寸會(huì)小得多，制造和安裝也更方便。

▲齒輪系變速器

2.實(shí)現(xiàn)分流傳輸

利用輪系，一根主動(dòng)軸可以同時(shí)帶動(dòng)多根從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而獲得各種所需的轉(zhuǎn)速。

▲齒輪分流變速器

3.實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)。

當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不變時(shí)，從動(dòng)軸利用輪系可以獲得各種工作速度，稱為無級(jí)變速傳動(dòng)。許多機(jī)器，如汽車、機(jī)床和起重機(jī)，需要變速傳動(dòng)。

▲齒輪變速傳動(dòng)

4.獲得更大的傳動(dòng)比。

采用定軸輪系或行星輪系可以獲得大的傳動(dòng)比。如果采用定軸輪系來獲得大的傳動(dòng)比，就需要多級(jí)齒輪傳動(dòng)，這就使得傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜而龐大。有了行星齒輪系，只需要幾個(gè)齒輪就能獲得大的傳動(dòng)比。由于行星輪系采用多個(gè)行星齒輪分擔(dān)載荷，且多采用內(nèi)嚙合傳動(dòng)，合理利用了內(nèi)齒輪中間的空間，其輸入軸和輸出軸在同一軸線上，不僅大大提高了行星減速器的承載能力，而且使其徑向尺寸非常緊湊。在相同的功率和傳動(dòng)比下，行星減速器的體積和重量僅為定軸輪系減速器的1/2 ~ 1/3。

5.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解。

采用兩自由度差動(dòng)行星輪系實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解。這就是行星輪系的獨(dú)特作用。

運(yùn)動(dòng)合成:差動(dòng)輪系有兩個(gè)自由度，三個(gè)基本構(gòu)件中任意兩個(gè)給定后才能確定第三個(gè)基本構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)。也就是說，第三個(gè)基本部件的運(yùn)動(dòng)是另外兩個(gè)基本部件運(yùn)動(dòng)的合成。

▲錐齒輪差動(dòng)輪系(運(yùn)動(dòng)學(xué)合成)

運(yùn)動(dòng)分解:利用差動(dòng)輪系，可以將一個(gè)基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)按照所需的比例分解成另外兩個(gè)基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。