机电设备评估第二章上

第二章机械传动与液

压传动潘向阳上海财经大学资产评估专业硕士《机电设备评估》第一节机械传动一、机械传动功率和机械效率

二、机器上常用的传动机构及其传动关系

一、机械传动功率和机械效率

（一）功、功率、转矩

功的大小等于力和物体沿作用力方向移动距离的乘积（W)功率：功率是指力在单位时间所作的功（P）转矩：作用在旋转物体上的力矩。（力矩是在力的作用下产生的转动趋势或者转动效应。）对于转动的物体，设作用在轮缘上的力为F（N），而轮缘半径为R（m）功率的单位是千瓦，转速的单位是每分钟多少转，即r/min，这样计算所得到的转矩的单位就是牛米（N·m）。（一）螺旋传动机构

主要是将回转运动变为直线运动。

按牙形剖面形状三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹按螺旋线的方向右旋和左旋螺纹按螺旋线的数目单线、双线、三线和多线螺纹螺距：相邻两牙在中线上对应两点的距离，用p表示。

导程：同一条螺旋线相邻两牙在中线上对应两点的轴向距离，用s表示。

螺距和导程之间的关系是：s=KP（其中K是螺纹的线数）。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

螺旋传动中，轴向位移L与转速n以及时间t之间的关系为：

L=nst

螺旋传动的特点优点缺点①结构简单；

②降速比大，可以实现微调和降速传动；

③省力，如千斤顶；

④在一定条件下实现逆行自锁，即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，当然也不可能实现轴向运动；

⑤工作连续、平稳，无噪声。摩擦大，效率低（如果有自锁要求，效率低于50%）滚珠螺旋传动机构

主要由丝杠、螺母、滚珠和反向器组成。

滚珠在回路过程中离开螺旋表面的就叫外循环；滚珠在整个循环过程中始终不脱离螺旋表面的叫内循环。特点

优点缺点①机械效率高（0.90～0.95）；

②摩擦小，能长时间保持精度，使用寿命长；

③启动转矩接近于运动转矩，传动灵敏磨损小；

④给予适当预紧可以消除间隙，提高传动精度和轴向刚度；①不能逆向自锁；

②制造工艺复杂，成本较高。（二）带传动机构带传动机构是利用胶带与带轮之间的摩擦作用将主动带轮的传动传到另一个被动带轮上去。

根据带的截面形状，可以分为平带传动、三角带传动、圆形带传动和齿形带传动四种。平带传动有开口式、交叉式、半交叉式三角带的截面为梯形，传动能力比平带强，在相同条件下，约为平带的3倍。齿形带

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。

在不考虑胶带与带轮之间的滑动时，传动比为

如果考虑胶带和带轮之间的滑动，则传动比为

ε≈0.98称为滑动系数。优点缺点传动平稳，结构简单，维护方便，传递距离比较远，具有吸振和过载保护能力；外廓尺寸大，效率较低，传动带寿命较短，传动精度不高。（三）齿轮传动齿轮传动是一种啮合传动。机械手表中就大量采用了这类传动。传动比等于从动轮转速和主动轮转速之比，或者等于主动轮齿数与从动轮齿数之比。根据两轴位置的不同，可以分为两根轴平行（a、b、c、d），相交（f、g）或交错（h）等各种情况。

齿轮传动的优点齿轮传动的缺点（1）可靠，瞬时传动比恒定；

（2）适用载荷和速度范围大；

（3）机械效率高，寿命长，结构紧凑；

（4）可在空间任意配置的两轴之间运动。（1）振动和噪音较大，且不可无级调速；

（2）传动轴之间的距离不能过大；

（3）加工复杂，制造成本较高。轮系：一系列齿轮所组成的传动系统

（详见动画演示文稿）混合轮系：由定轴轮系和周转轮系组合而成。

轮系的功用：

（1）可以得到很大的传动比（速度变化比较大）；

（2）可以连接相距较远的两轴；

（3）可以获得不同的传动比；

（4）可以获得从动轴不同的旋转方向；

（5）能够实现运动的合成和分解（如汽车的后桥差速器）。（详见动画演示文稿）（四）链传动机构

由一个具有特殊齿形的主动链轮，通过闭合链条带动另一个主动链轮具有相同齿形的从动链轮，进行传递运动和动力的机构。典型的是自行车的传动。

链传动的优点链传动的缺点（1）与带传动比较，传递功率大，能保证准确的平均传动比并且外廓尺寸比较小；

（2）与齿轮传动比较，中心距较大；

（3）可在低速、重载条件下工作，效率较高；

（4）效率较高，可以达到0.95～0.98，最大可以达到0.99。（1）不能保证瞬时转速和瞬时传动比；

（2）噪声较大，急速反向性能差，不能用于高速传动。（五）蜗杆传动机构

通过蜗杆与蜗轮间的啮合，传递运动和动力的机构（由蜗轮、蜗杆与机架组成）。

传动比等于蜗杆线数（主动件）与蜗轮齿数（从动件）之比。

蜗杆传动特点

1.降速效果好；

2.传动平稳；

3.可自锁（即蜗杆主动可以带动蜗轮，反之，蜗轮主动不能带动蜗杆）；

4.效率低（一般为0.7～0.8，要求自锁时，效率小于0.5）。（六）平面连杆机构

使用铰链、滑道等方式将构件相互连接而成的机构。

根据有没有曲柄和有一个还是两个曲柄，可以将铰链四杆机构分为：

（1）曲柄摇杆机构

（2）双曲柄机构

（3）双摇杆机构（详见动画演示文稿）曲柄滑块机构

（详见动画演示文稿）（七）凸轮机构将凸轮（主动件）的连续转动转化为从动件的往复移动或摆动（由凸轮、从动杆及机架组成）。盘形（平板）凸轮移动凸轮圆柱凸轮

（详见动画演示文稿）内燃机配气机构

（详见动画演示文稿）正确选择凸轮轮廓，可以实现复杂的运动规律。由于凸轮与从动件是点接触或线接触，所以容易磨损，不适宜于传递动力，而主要用于控制和调节机构中。

（详见动画演示文稿）（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。

1.棘轮机构：由棘爪、棘轮和机架组成。

作用：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。

（详见动画演示文稿）2.槽轮机构：由拨盘、槽轮与机架组成。

作用：将拨盘的连续转动转变为从动件槽轮的间歇转动。

槽轮静止的时间长，如需静止的时间缩短些，则可增加拨盘上圆销的数目。

槽轮结构简单，常用于自动机床的换刀装置及电影放映机的输片机构等。

（详见动画演示文稿）（九）传动链的传动比及效率

由各种传动副，例如齿轮、带、链、螺旋等连接成为的传递运动和动力的系统，称为传动链。

传动比：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。

（详见动画演示文稿）三、传动系统图

（一）用一些简单的符号来表示的传动系统的综合简图叫做传动系统图。传动系统图能够简单明了地表示出机器内部的传动结构和传动关系。（二）画传动系统图的规定

1.使用国家标准规定的机床零件和机械的代号。

2.简明表示机器内部的传动结构和传动关系。

3.一般绘制成平面展开图的形式，也有绘制成立体展开图形式的。

4.需要在图中标明：齿轮、蜗轮的齿数，蜗杆的头数，丝杠的导程，带轮的直径，电动机的功率和转速等。（三）阅读传动图

1.整台机器有几条传动路线，每条路线的首端件和末端件；

2.如何实现机器的加工性能（传动路线、零件组成、传动方式和传动关系分析）；

3.列出机器的传动结构形式和传动关系。

传动路线表达式：按照传动顺序把轴和齿轮等传动元件排成一个序列，并且注明齿轮齿数等参数。第二节液压传动一、液压传动的工作原理

依靠液体压介质的静压力来传递能量的液体传动。

液压传动是以液体作为工作介质来传动的一种传动方式，它依靠密闭容积的变化传递运动，依靠液体内部的压力（由外界负载所引起）传递动力。

液压装置本质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，随后又将液压能转换为机械能做功。1.动力部分：把机械能转换成油液压力能，用此压力推动整个液压系统工作，如液压泵；

2.执行部分：把液体的压力能转换成机械能输出的装置，如液压马达、液压缸等；

3.控制部分：对系统中液体的压力、流量和流动方向进行控制或调解的装置，如各种阀；

4.辅助部分：保证液压系统正常工作的上述三种以外的装置，如油箱、蓄能器、过滤器等。液压传动的优点

液压传动的缺点

1.在输出功率相同的条件下，体积小，重量轻、布局安装比较灵活；

2.传递运动平稳，吸振能力强；

3.操作控制方便、省力，易于实现自动控制和过载保护；

4.液压元件易于实现系列化、标准化、通用化，便于设计和推广。1.泄漏不可避免，因此不能实现严格的传动比；

2.对温度敏感，在低温和高温的环境下，传动有一定的困难；

3.液压元件精度要求高，使用和维修要求高。

四、液压传动的基本参数（一）压力

1.压力强度（P=F/A）是作用在单位面积上的液体压力。单位是帕（N/m2）和兆帕（MPa）。在液压传动中所讲的压力就是指的p（即物理学中的压强），而力F则常被称为液压推力。

【注意】密封容器内的液体当任一处受到压力作用时，这个压力就会通过液体传到容器内的任何部位，而且压力强度处处相等。（帕斯卡原理，也称为静压传递原理）

液压传动的压力取决于负载。液体压力随负载的变化而变化，而与流入液体的多少无关。（越强则强，越弱则弱）压力分级低压中压中高压高压超高压压力范围（兆帕）0～2.5＞2.5～8＞8～16＞16～32＞322.5~2323~2424~2525以上（二）流量单位时间内流过管道或液压缸某一截面的液体体积。流量的单位是米3/秒（m3/s）和升/分（L/min）

活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量，而与液体压力的大小无关。（三）功及功率

在液压传动中，功率等于压力p与流量Q的乘积。

【结论】液压传动是以液体的压力来传递动力的。

五、液压泵

功能：将电动机输入的机械能转变为液体的压力能。

（详见动画演示文稿）液压泵必须具有一个运动部件和非运动部件所构成的封闭容积，该容积的大小随运动件的运动发生周期性变化。

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。分类标准分类结构形式齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等。压力低压泵、中压泵和高压泵。流量特征定量泵和变量泵。

定量泵是指转速不变时，流量不能改变；而变量泵则是在转速不变时，可以调节从而得到不同的流量。液压泵性能的主要参数压力

工作压力实际工作时输出油液的压力，也称为输出压力。额定压力连续运转时允许使用的最大工作压力。额定压力取决于密封程度、效率和使用寿命等因素的影响。最高压力液压泵本身强度允许值和允许的最大泄漏量的工作压力排量泵轴旋转一周排出油液的体积，用q表示。理论流量单位时间内理论上可以排出的液体体积，用QT

表示。QT=qn实际流量等于理论流量减去泵的泄漏量。

Q＝QT－△Q额定流量额定转速和额定压力下实际输出的流量。排量和流量功率和效率

输入功率作用在液压泵主轴上的机械功。P入=Tω

（注意是角速度）输出功率液压泵的输出功率P是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口的压

差ΔP和实际输出流量Q的乘积，即：P＝Δpω

效率容积效率：实际流量与理论流量之比

总效率：容积效率与机械效率的乘积。η＝ηVηm

（一）齿轮泵壳体、端盖和齿轮的各齿间槽共同形成封闭的工作空间。

优点：结构简单、重量轻、成本低、工作可靠，维修方便，常用于压力不

高的液压系统中。

缺点：漏油较多，轴承载荷大，所以压力不高。（详见动画演示文稿）（二）叶片泵

密封工作空间由转子、定子、叶片、泵体和端盖共同形成。1.双作用叶片泵转子每转一周，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。

（详见动画演示文稿）2.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，变量泵。

叶片泵特点：结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪声低。结构比较复杂、吸油条件苛刻、转速有一定的限制、对油液污染比较敏感。双作用和单作用相比，由于它径向力是平衡的，受力情况比较好，应用较广。（三）柱塞泵

根据柱塞排列方向不同，分为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。

径向柱塞的流量因偏心e的大小而不同。若偏心量做成可调的，就成为变量泵。

柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节等优点，但结构比较复杂。（详见动画演示文稿）液压泵特点比较液压泵组成是否定量特点齿轮泵壳体、端盖和齿轮定量优点：结构简单、重量轻、成本低、工作可靠，维修方便。

缺点：漏油较多，轴承载荷大，所以压力不高。叶片泵定子、转子、叶片、泵体和端盖单作用：变量双作用：定量优点：结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪声低。

缺点：结构比较复杂、吸油条件苛刻、转速有一定的限制、对油液污染比较敏感。

双作用受力情况好，应用广。径向柱塞泵定子、转子、配油轴、衬套、柱塞变量优点：压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节

缺点：结构比较复杂六、液压马达与液压缸

功能：将液体压力能转变为机械能（执行元件）。

【注意】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。液压马达将液压能转变成为连续回转的机械能高速液压马达齿轮液压马达、叶片液压马达、轴向柱塞马达（记忆：和前面介绍的液压泵可以对比记忆，除了径向柱塞外，均为高速）低速液压马达单作用连杆型径向柱塞马达、多作用内曲线径向柱塞马达（记忆：径向均为低速）液压缸将液压能变为直线运动或摆动的机械能按结构特点分活塞式、柱塞式、伸缩式和摆动式按作用分单作用式和双作用式双杆活塞缸

单杆活塞缸（三）柱塞液压缸

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。

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。

七、液压控制阀

方向控制阀控制和改变液压系统中液流的方向单向阀、液控单向阀、换向阀等压力控制阀控制或调节液压系统的压力溢流阀、减压阀、顺序阀等流量控制阀控制或调整液流的流量节流阀、调速阀等【注意】调速阀是流量控制阀，而不是流速控制阀。（一）方向控制阀

1.单向阀：油液只能往一个方向流动，不能反向流动；要求：向流动压力损失小；反向截止密封性好。单向阀液控单向阀：闭锁方向可以用压力油予以控制。

（详见动画演示文稿）滑阀主要由阀芯和阀体构成。阀芯上加工出沟槽，阀体上则加工出相应的环形槽。通过改变阀芯和阀体的相对位置，就能够使各个通道之间的连通或断开。

2.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。分为滑阀和转阀两种。滑阀式换向阀工作原理

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.溢流阀功能：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。

2.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。

3.压力继电器：将压力信号转换成电信号，从而操纵电气元件实现动作。

（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，以改变工作器件运动速度。

节流口的形状和大小对流量阀的工作性能有很大的影响。

八、液压辅件

（一）蓄能器：做辅助动力源、保压和补充泄漏、吸收冲击和油泵的压力脉动。分为充气式、重力式和弹簧式蓄能器。

（二）过滤器：滤去油液中的杂质，维护油液的清洁，防止污染。分为表面型、深度型、磁性。

（三）油箱：储存油液、散热、分离气体和沉淀。

此外，还有冷却器、加热器等等。【提示】液压系统中油液的正常工作温度为20~65摄氏度。九、液压基本回路

（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工作速度；

2.在负荷变化时，速度变化尽可能小，