初中直观 · 高中定量拓展 · 机构 · 周转轮系

固定不同零件,传动关系为什么会变?

内齿圈固定,太阳轮驱动、行星架输出;太阳齿数20,齿圈齿数为40–100偶数。增大固定齿圈齿数,观察行星架输出转速。

问题的来处工业机械 · 周转轮系与同轴减速

行星齿轮:问题从哪里来?

行星齿轮让几个小轮围绕中心轮运行,在紧凑空间把动力同轴输入、输出。钟表、工业减速器和自动变速器利用不同固定件形成不同传动关系。

读一段背景,带着问题动手

行星齿轮让几个小轮围绕中心轮运行,在紧凑空间把动力同轴输入、输出。钟表、工业减速器和自动变速器利用不同固定件形成不同传动关系。

本页固定外齿圈,只驱动太阳轮。看清行星轮自转与随行星架公转,是理解周转轮系的关键;这里的节圆不冒充真实制造齿形。

现在,换你来试增大固定齿圈齿数,观察行星架输出转速。 固定其他条件,亲手将齿圈齿数分别设为60和100齿,各核验一次;行星轮自转与行星架公转能混为一谈吗?

行星齿轮

S20 / 机构
今天的问题

行星轮自转与行星架公转能混为一谈吗?

独立探索要做什么?

增大固定齿圈齿数,观察行星架输出转速。 固定其他条件,亲手将齿圈齿数分别设为60和100齿,各核验一次;行星轮自转与行星架公转能混为一谈吗?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
金色齿圈固定 · 青色太阳轮驱动 · 蓝色行星轮行星架 30.0 rpm · 齿形为示意,速比由节圆决定行星架输出转速30 rpm0中线 · 各量独立标定

静止初态的齿轮位置不随转速改变;播放后比较行星架运动。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

金环:固定齿圈青轮:太阳轮蓝轮:三个行星轮
看这里 · 行星架输出转速30 rpm

同模数几何满足Nr=Ns+2Np;齿形为示意,不是可制造齿廓。行星轮自转与行星架公转按同一轮系约束推进。 静止初态的齿轮位置不随转速改变;播放后比较行星架运动。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

0 s真实角速度的0.15倍慢放;外齿圈固定。
行星架输出转速
30 rpm
太阳轮/行星架速比
4
行星轮齿数
20 齿

同模数几何满足Nr=Ns+2Np;齿形为示意,不是可制造齿廓。行星轮自转与行星架公转按同一轮系约束推进。 静止初态的齿轮位置不随转速改变;播放后比较行星架运动。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

齿圈40齿时,理想减速比是多少?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

(ωs−ωc)/(ωr−ωc)=−Nr/Ns,ωr=0⇒ωc=ωs/(1+Nr/Ns)。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

行星轮自转与行星架公转能混为一谈吗?

换个条件,再试一次

齿圈40齿时,理想减速比是多少?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识机构 · 周转轮系涉及的量与单位:齿圈齿数(齿)、太阳轮转速(rpm)、经过时间(s)。初中直观 · 高中定量拓展为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:增大固定齿圈齿数,观察行星架输出转速。

再做定量:保持其他条件,比较齿圈齿数与行星架输出转速(rpm),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

(ωs−ωc)/(ωr−ωc)=−Nr/Ns,ωr=0⇒ωc=ωs/(1+Nr/Ns)。

对照核验提示:60齿圈:齿圈齿数 60 齿;100齿圈:只改变齿圈齿数 100 齿。按这些题设自己操作并比较行星架输出转速,不把参考情景当个人完成。

适用范围:同模数几何满足Nr=Ns+2Np;齿形为示意,不是可制造齿廓。行星轮自转与行星架公转按同一轮系约束推进。 静止初态的齿轮位置不随转速改变;播放后比较行星架运动。

Engineering LibreTexts · 静力学与工程模型(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。