机械传动与液压传动

1、第二章机械传动与液压传动本章内容丰富、直观，也比较重要，综合题很多，务求在理解的基础上掌握好本章内容。第一节机械传动传动部分的作用表现在以下三方面：1. 传递动力（力和力矩）和运动（位移、速度和加速度）；综合起来就是传递功率和能量;2. 改变速度大小和方向；3. 改变运动形式。一、功率和效率功：力和物体沿作用力方向移动距离的乘积。W=FSCOS功率：单位时间所作的功。P=FvCOS当速度和作用力方向相同时，P=Fv功率的单位是瓦（W）1W=1Nm/s1Kw=1Kw=1kNm/s对于转动的物体，T=FR2jrRnv60T=9550>此公式非常重要，注意P的单位是千瓦（kW），转速n的单位是

2、转数/分。例：电动机的输出转矩T=30Nm，转速n=1440r/min，所选的电机功率P应该不小于多少?T=95509550=30x1440=,95甘)n=表示电机的功率应大于或等于4.52千瓦，因为电机是系列化产品，看样本或设计手册中，转速要求1440r/min，功率应大于或等于4.52千瓦，或者功率小一点，但在误差范围内也可以。效率：输出功率与输入功率之比。机械效率恒小于1，即100%。51页常见机构和轴承的机械效率大致数值范围见教材第一对齿轮传动0.940.99平型胶带传动0.920.98（包括轴承摩擦损失）三角带传动0.900.94（包括轴承摩擦损失）一对滑动轴承0.940.98一对滚

3、动轴承0.99滑动丝杠0.300.60二、常用传动机构及其传动关系（一）螺旋传动：依靠牙齿之间的啮合，将回转运动变为轴线方向的直线运动。螺纹由螺旋线缠在圆柱体上得到。螺纹按照牙型剖面形状可以分为三角形、矩形、梯形和锯齿形。曜欧的*向和蚣缺中技（c）9.三0导程：同一条螺旋线相邻牙齿在中径线上对应两点的距离，用S表示上图表示了导程与螺旋线的关系。螺距：相邻牙齿在中径线上对应两点的距离，用P表示。S=kp。其中，k为螺旋线的头数。左旋与右旋：最简单的判断办法，把他它竖直放在面前，同一条螺旋线上，那边高就是那边旋轴线运动的线速度V与回转运动的转速n之间的关系是：v=ns轴线位移L与回转运动的转速n以

4、及时间t之间的关系是：L=nst图2-3鳏昨移动的螺雌传动LWH2.母3.吼器4.««例：已知，某螺旋机构中，双线螺纹螺距p=4mm，螺杆转速为n=50r/min，试计算30秒钟内螺母的轴向位移量。L=nst=nkpt=50X2XX30/60=200mm螺旋传动的特点：1. 机构简单；2. 降速比大，可以实现减速和微调，可以增力；3. 在一定条件下实现逆行自锁；螺旋传动能够将回转运动变为轴线方向的直线运动，而不能相反，即无论轴线方向的力多大，都不能产生回转运动。这个现象就叫做自锁。4. 工作平稳、无噪声。这种靠相对滑动传递运动和动力效率低，为提高效率把滑动变为滚动滚珠螺旋传

5、动机构主要由丝杠、螺母、滚珠和反向器组成。Et：4土北借I件WI占腊I2f:I七心HirUf滚珠螺旋传动的特点是：1. 机械效率高；2. 启动转矩接近于运动转矩，动摩擦和静摩擦基本一样，传动灵敏；3. 磨损小；4. 通过预紧，消除滚珠、螺母、丝杆之间的间隙，提高传动精度和轴向刚度;5. 不能逆向自锁；6. 制造工艺复杂，成本较高。（二）带传动机构带传动与螺旋传动本质的区别在于前者依靠摩擦，后者依靠啮合。根据带截面的形状，可以分为平型带、三角带、圆形带和齿形带四种注意在螺旋传动中，根据牙截面分成的四种类型与此类的区别。平带传动有开口式、交叉式、半交叉式。开口式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方

6、向相同。交叉式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方向相反，中间磨损厉害。半交叉式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方向相反。(«)¥侍祗(b)3周毒*衿噌传动比：从动轮转速与主动轮转速之比，等于主动轮直径与从动轮直径之比，乘以滑动系数也d'-fJF7&R0.98为滑动系数。3旧：26TF轴的再1：浜L眨应用股简港带传动具有吸收震振动和过载保护能力，使用转动比不恒定。(三) 齿轮传动EB2-7齿赣传动两f传动比等于主动轮齿数与从动轮齿数之比，转速之反比强调以下两点：1. 在任意瞬时都能保证准确传动比；2. 它等于齿数的反比而不等于直径的反比。齿轮传动的特点主要

7、是：1. 瞬时传动比恒定；2. 适用载荷和速度范围大；3. 机械效率高；4. 结构紧凑；5. 寿命长，可在空间任意配置的两轴之间传动；6. 加工复杂，成本高。轮系：一系列齿轮所组成的传动系统。根据轮系中各齿轮轴线在空间的位置是否固定，将轮系分为定轴轮系和周转轮系两类1. 定轴轮系：轮系运转时，所有齿轮的轴线的位置都是固定不变的；2. 周转轮系：轮系运转时，至少有一个齿轮的轴线是绕另一个齿轮的轴线旋转。下面看各种轮系的演示朋2-10周辑花爰具有运动轴线的齿轮称为行星轮。支承行星轮能够围绕其他齿轮转动的就叫为转臂或系杆。在轮系运转中，轴线位置不变的齿轮称为中心轮或太阳轮。周转轮系由行星轮、太阳轮和

8、转臂和机架组成。周转轮系分为行星轮系和差动轮系两类。前者只有一个主动件，后者有两个主动件。3图2-n混合轮系：定轴轮系和周转轮系组合而成的轮系称为混合轮系。图N12次合轮系轮系的功用如下：(1) 可以得到很大的传动比(2) 可以变速(3) 可以连接相距较远的两轴(4) 能够实现运动的合成和分解(四) 链传动链传动的传动比等于齿数的反比，它的组成有链轮、链条和机架特点：1. 与带传动比较，传递功率大，能保证准确的平均传动比2. 与齿轮传动比较，中心距较大3. 瞬时传动比不恒定，在高速运动带来很大的振动。4. 振动和噪声较大、不适用于高速(五) 蜗杆传动看演示图:传动比等于蜗杆线数与蜗轮齿数之比图

9、215涡轮传动示意图其中，K为蜗杆的线数，而Z为蜗轮的齿数。特点：1传动比大；2. 蜗轮蜗杆轴在空间可以垂直；3. 可逆行自锁（即蜗杆主动可以带动蜗轮，反之，蜗轮主动不能带动蜗杆）；4. 但效率不高。（六）平面连杆机构平面连杆机构就是使用皎链和滑道将构件相互连接，而且各构件间的相对运动在同一平面或相互平行的平面内。1.皎链四杆机构：四根杆件由四个皎链连接而成。甜卫做册机的,绑机樽在上述四杆机构中，构件AD固定不动，称为静件或机架；杆件AB可绕A作整周转动，称为曲杆；杆件CD可绕轴D作往复摆动，称为摇杆；曲柄和摇杆统称为连架杆，连接两连架杆的杆件BC称为连杆。在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，

10、可将曲柄整周连续转动变为摇杆的往复摆动：牛去制康遇崎机尚股，蛔如图2-18所示牛头刨床的进给运动，即曲柄AB转动时，连杆BC带动带有棘爪的摇杆CD绕D点往复摆动。与此同时，棘爪推动棘轮，使与棘轮连接在一起的丝杠作有规律的间歇运动。机架：相对静止的构件。连架杆：与机架直接相连的两根杆件。连杆：与机架相对、由两根连杆连接的杆件。曲柄：能够相对于机架作整周回转的连架杆。摇杆：不能作整周回转的连架杆。曲柄滑块机构是皎链四杆机构的演化得来的。曲柄滑块机构可以将曲柄的连续旋转变为滑块的往复直线运动，或反之。曲柄滑块机构的应用见下图：图220曲柄滑块机构图2-21图2-22内童机中的,精埃桃枸压力机中的曲柄

11、it块机构k曲辅2.齿轮3.工件4.村埃5.连肝对于图2-20所示的曲柄滑块机构，其滑块行程长度S等于曲柄长度r的两倍，即S=2r。(七) 凸轮机构(a)(I)<ct密凸轮的类H凸轮机构分盘形机构、移动机构、圆柱机构。ncisl凸轮机构由凸轮、从动杆及机架组成。凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件。内机配/凯梅1. Aft7.A图2-25莹纫机的挑线机构作用：是将主动件凸轮的连续转动转变为从动杆的往复移动或往复摆动。按照从动杆的形状可以分为：尖顶、滚子和平底。特点：正确选择它的轮廓就可以实现预期的复杂规律而机构却比较简单、紧凑，所以凸轮机构广泛地应用于各种自动机械中。但由于凸轮与从动件是点或线

12、接触，容易磨损，因此多用于传递动力不大的控制机构和调节机构中。（八）间歇运动机构主动件连续运转，从动件能够实现动作-停止-动作的运动，我们把这种机构称为间歇运动机构。1.棘轮机构：由棘爪、棘轮和机架组成。其作用是将棘爪的往复摆动转变为棘轮的单向间歇运动。为了防止棘轮自动反转，采用止退棘爪。统论机何2.槽轮机构：由拨盘、槽轮与机架组成。用于将拨盘的连续转动转变为从动件槽轮的间歇转动。（九）传动链的传动比及效率传动链：由多个运动副（如皮带、齿轮、蜗杆、螺杆等）连接而成的传递运动和动力的系统。重要内容：传动链的传动比、功率、效率、力和力距的计算。图2-29为一传动链示例。运动自轴I输入，转速为n1,

13、经带轮d1、d2传至轴经圆柱齿轮1、2传到轴山，经圆锥齿轮3、4传至轴W,经圆柱齿轮5、6传至轴V,再经蜗杆K及蜗轮7传至轴VI,并把运动输出。注意：Z7、Z8应该是K,Z7由各种传动副，例如齿轮、带、链、螺旋等连接而成的传递运动和动力的系统，称为传动链。由机构串联而得到的传动链的传动比，即传动链末端转速与首端转速之比，等于链中各个运动副传动比的连乘积。对于齿轮组成的传动链，其传动比等于主动轮齿数连乘积与从动轮齿数连乘积之比。£=0.98试计算:例：图2-30为一简易车床传动系统，数据如图中所示（齿轮的数字表示齿数）（1）主轴转速是多少？（2）主轴转一转，螺母移动距离是多少？扯cc解

14、：H轴上的齿轮为两年双向滑动齿轮，如I轴传到II轴可按图示正在啮合的齿轮进行传动；也可将双向滑动齿轮左移，使齿数25的齿轮与齿数为75的齿轮啮合，这时轴II得到的是另一种转速。同样由轴II传至主轴，可通过另一双向滑动齿轮滑动，使主轴得到不同的转速，因此，主轴共有四种转速。65140U21¥5(>I274lriniinttUdi*IE221疙2H>75151LJ1IM知LI41F4040传动链的总效率等于组成传动链各个传动副效率的乘积。以上图为例，设p出为该转动系统的输入功率，为输出功率，为总效率，为一对齿轮的效率，为一对轴承的效率，则为二%承F雌乙|=PdfW=PK，札鼻

15、*项电=习伽承二%7"F板=我-德"思=：=寸辕*叶旅传动系统中常用符号，见表2-1名爵酸落A««Wffl«可mm攻-v重点：(1) 各种传动机构的组成、特点、运动参数之间的计算;(2) 传动链传动比、功率、效率、力和力距的计算。第二节液压传动、液压传动工作原理图233油压千斤顶工作原理1. 杠杆2.小活塞3.小油缸4.钢球5.钢球6.大油缸7.大活塞8.重物9.放油阀10.油池例：当手动杠杆1向上提时，小活塞2就会向上运动，于是小缸3形成负压，油池10中的油就在大气压力下顶开钢球4沿吸油管道进入/J、缸3,完成一次吸油动作，接着，压下杠杆1,

16、小活塞下移，/J、缸3的工作容积减小，便把其中的油液挤出，推开钢球5,油液便经两缸之间的连通管道进入大缸6。根据密闭容器中液体的压强相等，在大油缸处由于面积大而产生较大的力，就把上面的重物提起，通过转动放油阀9就把油放回油池。通过分析油压千斤顶的工作过程，可知液压传动：1. 是以液体作为工作介质；2. 根据密封容积的变化完成吸油和排油；3. 机械能和液体压力能的互相转换；4. 系统内部的的压力取决于负载的大小。注意：以液体作为工作介质，依靠密封容积的变化传递运动，依靠由外界负载引起的液体内部压力来传递动力，系统压力取决于负载，实现机械能和液体压力能的互相转换。J_作色荏JUi寸Mt虚”岳顷IK

17、V41*4+J.nakit«.itkm*.ban图2-34为一台机床工作台往复运动原理图，上面是磨床的工作台，工件放在台上，随着工作台的移动，上面有砂轮，就把工件磨平了。油泵3把油从油池中吸上来然后压出去，滤油器2过滤掉油中的杂质，节流阀8调整送出去的油量，换向阀7外面一个阀体，中间是空堂，阀体里有阀芯，阀芯是直径不同的几段圆柱体组成粗的地方起密封的作用，细的地方就和阀体内表面构成油的通道。、液压传动系统的组成5图235用职能符号表示的液压系统原理图1. 油箱2.滤油器3.油泵4.压力表5.工作台6.油缸7.换向台8节流阀9.溢流阀液压传动系统主要由四个部分组成：1. 动力部分。油泵

18、，作用是把机械能转换成油液压力能。2. 执行部分。把液体的压力能转换成机械能输出的装置，如在压力油推动下作直线运动的液压缸或作回转运动的液压马达。3. 控制部分。对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置。如上例中的溢流阀、节流阀、换向阀等。4. 辅助部分。如油箱、过滤器、压力表等。三、液压传动特点1. 在输出功率相同的条件下，体积小、重量轻；2. 运动平稳，吸振能力强；3. 易于实现快速启动、制动、频繁换向以及无级调速；4. 布局安装比较灵活；液压元件易于实现系列化、标准化、通用化；5. 对温度敏感；泄漏不可避免，因此不能实现严格的传动比，发生故障不易诊断。四、液压传动基本参数（一

19、）压力：单位面积上的液体力。PP=F压力的单位是帕和兆帕。1pa=1N/m21Mpa=106pa压力分勒1ftft1中天中窝压岛&乐力莅用g）0-24>8'16>1卜32>32（二）流量：单位时间内流过某一截面的液体体积。单位是单位是m3/s,1m3/s=60000L/minWI2-36质过娥他首I的量推力等于面积乘以压力。图2-37油压千斤预由于液体不可压缩，所以，同一时间里左面油缸压出的油必然等于右面油缸流进的油，即推力和面积成正比，运动速度和横截面积成反比。AdVd=adVd（三）功和功率W=FSWQP=Fv=pA=pQ在液压传动中，功率等于压力P与流量

20、Q的乘积。五、泵：将电动机输入的机械能转变为液体的压力能。泵必须具有由运动部件和固定部件所构成的密闭容积。柱塞油1勃阳LA网5*MM4油青S.M*衣掣#XH*W，。机乳电机柱塞和泵体组成密闭容积，当柱塞向下时，密闭容积增大，于是吸油把阀2顶开。当柱塞向上时，密闭容积减小，要排油，此时阀2中小钢球落下封住吸油管，油腔a中的压力油只能顶开阀3中的钢球，沿油管4流到工作系统中，此过程为排油。密闭容积增大形成负压完成吸油，密闭容积减小则排油，所以称之为容积式泵。双街H俄狂星的街形符号所谓定量泵是指油泵转速不变时，流量不能调节；而变量泵则在转速不变时，通过调节可使泵输出不同的流量。液压泵的主要性能参数有

21、：额定压力：连续运转时允许使用的最大工作压力。不能说成正常运转时允许使用的最大工作压力，强调是连续。排量：泵轴旋转一周排出油液的体积。流量：单位时间内理论上可以排出的液体体积。流量=排量x转速效率：(1) 液压泵在运转时，还会有各种机械和液体摩擦引起的能量机械损失。(2) 泵在使用过程中难免会有泄漏，包括内部泄漏和外部泄漏，这部分叫容积效率容积效率等于实际流量与理论流量之比。泵的总效率等于容积效率与机械效率的乘积。（P93公式2-20）/QrQrQr（公式2-21）鸟=鸟vqm（P93例6）某液压泵输出口的压力为10.2Mpa,流量为98.2L/min，总效率鸟为0.8,求输入液压泵的功解：已

22、知压力P=10.2Mpa，流量Q=98.2L/min，总效率鸟=0.8.根据公式，并代入数据10.2x93.2=2087(=Ag。8故输入液压泵的功率为20.87kW。如果已经知道泄露量、排量、实际流量、机械效率的情况下，应分三步，先求理论流量=排量X转速,然后求容积效率，最后求总效率。（一）齿轮泵：是由装在壳体内的一对齿轮所组成。密封空间由齿轮、壳体和端盖共同形成。当它们转动时，一部分容积不断增大，完成吸油，另一部分容积逐步减小，完成压油。Bi-«点松事时I淮四当齿轮按图2-40所示的方向旋转时，右侧吸油腔的牙齿逐渐分离，工作空间的容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中油液在外界大

23、气压力的作用下，经吸油管进入吸油腔，吸入到齿间的油液在密封的工作空间中随齿轮旋转带到左侧压油腔，因左侧的牙齿逐渐啮合，工作空间的容积逐渐减小，所以齿间的油液被除挤出，从压油腔输送到压力管路中去。特点：结构简单、重量轻、成本低、工作可靠，但压力不高，属于低压泵。（二）叶片泵：密封空间由转子、叶片、壳体和端盖共同形成。1. 单作用叶片泵转子每转一周，完成一次吸油和排油，故称之为单作用叶片泵改变转子和定子的偏心距，可以改变泵的流量，是变量泵。2. 双作用叶片泵职作用叶片豪工作拿理图0转子每转一周，完成两次吸油和排油，故称之为双作用叶片泵。泵的流量固定，是定量泵。叶片泵的特点：结构紧凑、体积小、重量轻

24、、流量均匀、运转平稳、噪声低;结构比较复杂、对油液污染比较敏感。（三）柱塞泵：有径向柱塞泵和轴向柱塞泵。径向柱塞泵由定子、转子（缸体）配油轴、衬套和柱塞组成。转子每转一周，每个柱塞底部容积完成一次吸油、压油。转子连续运转，即完成泵的吸油、压油工作柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节等优点。六、液压马达与液压缸功能是将液体压力能转变为机械能。（一）液压马达：将液体的压力能转变为旋转机械能。液压马达和液压泵都是依靠工作腔密封容积的变化来工作的，他们的原理是相同的；但是结构上存在差别，所以不能通用。高速液压马达有：齿轮液压马达、叶片液压马达、轴向柱塞马达。低速液压马达有：单作用连杆型径向柱

25、塞马达、多作用内曲线径向柱塞马达。（二）液压缸：将液体的压力能转变为直线运动或往复摆动的机械能活塞或柱塞的速度取决于流量和油缸容积，而推力则取决于液体压力和受压面积。1. 双杆活塞缸就筒固定式双杆活塞微（a）为活塞杆固定式：油缸来回运动，活塞杆不动。（b）为油缸固定式：活塞杆固定，油缸运动。重要特点：当进油压力相同时，活塞所受的推力相等（左右形成推力相等）。如果左右进油流量相等，那么活塞正反形成的速度相等。2. 单杆活塞缸A朽图2-45单行活塞敏原理图液体进入无杆腔时，速度低但推力大；液体进入有杆腔时，速度高但推力小。3. 柱塞缸：只能单向运动，回程需要借助于外力，如重力、弹簧力，或成对使用。

26、柱塞缸主要是避免了活塞缸缸孔难于加工的问题，这是它的一大优点。W2-*柱式液压虹靖将询照对于液压缸特别强调：国家规定的标准符号（图2-47）(a>(b)(0七、液压控制阀（一）方向控制阀方向控制阀，用来控制改变液压系统中液流方向的阀类，如单项阀、液控单向阀、换向阀等。1. 单向阀：单向可靠、油液不能反向流动；正向流动压力损失小；反向截止密封性好。h一打ffi2-<s率向同站料图例说明：当压力油从进油口巳流入时，克服弹簧的作用力顶开阀芯，经阀芯上的四个径向孔及内孔从出油口P2流出。当油流反向时，在弹簧和压力油的作用下，阀芯锥面紧压在阀体1的阀座上，使油不能通过2. 液控单向阀：闭锁方

27、向可以用压力油予以控制。图例说明：当控油口K不通压力油时，油液只可以从Pi进入顶开单向阀，从P2流出。若油从P2进入时,单向阀3闭，油不能通到Pi。当控制口K接通压力油时，则活塞1左部受油压作用，所以活塞向右运动，通过顶杆2将单向阀向右顶开，这时P1和P2两腔相通，油可以在两个方向自由流通内泄式液控单向测3. 换向阀：通过手动、机动、电动、液动等方式，使阀芯在阀体孔中运动，使油路接通或切断，从而改变液流的方向。曰图2-50滑阴式挽向偶工作原理图例说明：图中P为来自油泵的高压油，A与油缸左腔相通，B与油缸右腔相通，。与油箱相通，于是高压油从P与A或B口相通，而使油缸中活塞带动活塞杆左右移动。图示

28、位置是P与A相通，B与。相通=仲Ki!户峋族陶上-3揍舞*!*旺附特fsnMtav鼻曜号q位：阀芯在阀体孔中可能的位置数目；滑阀符号中方格的个数。通：与阀体连通的主油路数；每一方格上，和外界油路连通的“孔”数，即通路数。（二）压力控制阀：根据液体压力与弹簧力平衡的原理来控制和调节液体的压力。常见的压力控制阀有：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。1. 溢流阀：溢出系统中多余的液压油，使系统油液保持一定压力，防止过载，起安全保护作用»j*5i2. 减压阀：减低系统中某一部分的压力，使之低于油泵供油压力IJ1图2-52压阀职力符号注意：溢流阀和减压阀的不同之处：（D溢流阀保证系统中的压

29、力不超压；减压阀保证系统中某一部分的压力低于系统压力也不超压。（2）溢流阀在正常的时候进口和出口不连通；减压阀在正常的时候出口和进口连通，但超压断开3. 压力继电器图253压力继电器职能符号以上都是液体压力与弹簧力平衡的原理进行控制（三）流量控制阀依靠改变工作开口的大小来调节通过阀口的流量常见的流量控制阀有：节流阀、调速阀等。节流口：起节流作用的阀口。魔卜繁LVKAMI£杵J-WT图例说明：L型节流阀的节流口是轴向三角形。油从进油口P1流入，经孔道b和阀芯1左端的节流槽进入孔a,再从出油口P2流出。调节流量时可以转动捏手3,利用推动2使阀芯1作轴向移动。弹簧4的作用是使阀芯1始终向右

30、压紧在推杆2上。0-囱不邮节修胃靖胃节旋村"JMMKKWilt规则一一一一一牌？，55蹲11校咨同的职能符号注意：1. 熟悉主要的各种阀的符号，特别是单向阀、滑阀、溢流阀、减压阀和节流阀。2. 调速阀是流量控制阀，而不是流速控制阀。八、液压辅件（要注意符号）（_）油箱：储存油液、散热、分离气体和沉淀。（二）过滤器：表面型、深度型、磁性。（三）蓄能器：做辅助动力源、保压补充泄漏、吸收冲击和油泵的压力脉动此外，还有热交换器、密封装置、压力装置等irtia过i»岫尊压力计图2-57液压件的职能符号图九、基本回路（一）速度控制回路要求：1. 能在规定的调速范围内调节执行元件的速度2. 在负荷变化时，速度变化尽可能小，系统具有足够的刚性3. 具有驱动执行元件所需要的力或力矩4. 功率损失小、效率高，发热小方法：1.节流调速：采用定量泵供油、依靠流量控制阀调节流量从而改变速度。包括进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速回路三种。回油节流调速节流阀放