工程机械概论课件

机械结构和机械零件

2.1机械的基本概念一、机械的定义与常用术语机械是各类机器、仪器、设备的通称。简单的机械只有少数零件组成，如夹钳、手电钻等。而复杂的机械则由许多零部件组成，如汽车、拖拉机、机床等。（1）零件组成机械或机器的不可分拆的单个制件。它是机械制造过程中的基本单元。（2）部件由若干个零件装配组成的独立体。它是机械的一部分。有时将若干个部件组成并具有独立功能的更大部件称为总成。（3）机构各组成部分间具有一定的相对运动的装置。能传递、转换运动或实现某种特定的运动，如钟表的齿轮机构、车床的走刀机构和起重机的变幅机构等。

(5)仪器以通过某种方式实现信息转变和形成一种信息流为主要目的的技术系统。如数据仪、测量仪、打字机等。

(6)设备以通过某种方式实现物料转变和形成一种物料流为主要目的的技术系统。如机床、纺织机、粉碎机、分选机等。二、机械的分类机械的种类繁多，按其功能和用途大致划分为18大类，包括动力机械、起重运输机械、工程机械、交通运输机械、农业机械、林业机械、矿山机械、冶金机械、化工机械、轻纺机械、各类加工机床、通用机械和生活用机械等等。

2.2机械机构一、机构的定义1）机构是有确定相对运动的构件组合体；2）机构是机械系统的组成单元。二、机构的分类机构能传递、转换运动或实现某种特定的运动。常用的机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、带传动机构、链传动机构、螺旋机构、步进机构等。(一)连杆机构连杆是联接两个及两个以上运动副（转动或移动副）的构件。用运动副按顺序把几个构件联接起来则组成连杆机构（connectingrodgear）。其作用是传递动力和完成一定规律的运动。连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构。1、平面连杆机构平面连杆机构（planarlinkage）是由若干个互相作平面运动的刚性构件用运动副联接起来的机构。其运动副多为面接触的低副，所以又称平面低副机构。最常用的平面连杆机构是四杆机构

,如图返回图2.1-1铰链四杆机构的类型（a）曲柄摇杆机构；（b）双曲柄机构；（c）双摇杆机构；（d）曲柄滑块机构；（e）双滑块机构(二)凸轮机构凸轮机构（cammechanism）是由凸轮的回转或往复运动推动从动件作一定的往复移动或摆动的高副机构，如表2.1-1。凸轮具有曲线轮廊或凹槽，有平面凸轮和空间凸轮等。从动件（推杆）与凸轮作点接触或线接触，其接触端的形状有尖头式、滚子式和平底式等。为了保持推杆与凸轮始终相接触，可采用弹簧或依靠重力。不同类型的凸轮与推杆组合起来，即可得到各种类型的凸轮机构，通常凸轮是主动件，但有时可作从动件使用。凸轮机构的特点是结构紧凑，运动可靠。但制造要求高，易磨损、有噪声。它最适用于从动件作间歇运动的场合。如在内燃机中的应用。(三)间歇运动机构间歇运动机构（intermittentmotionmechanism）是将主动件的连续运动变成从动件有停歇的周期性运动的机构。它可以分为单向运动和往复（双向）运动两类。1、单向间歇运动机构

（1）棘轮机构（ratchetandpawl）它可将连续转动或往复运动变成单向的步进运动。主要由棘轮和棘爪等组成。棘轮机构常用在各种机床和自动机构的间歇进给或回转工作台的转位上。（2）槽轮机构（genevagear）它有外啮合和内啮合两种形式。工程中最常见的是单臂外啮合槽轮机构。它由带圆柱销的转臂、具有四条径向槽的槽轮和机架组成。

（3）不完全齿轮机构它是由齿轮机构演变而来的间歇机构。主动轮1只在一段圆周上有4个齿，从动轮2共有16个齿间，当主动齿轮作等速转动时，从动轮转动一周可有4次间歇运动，轮2停歇期间，两轮的锁止弧起定位作用。不完全齿轮机构多用在专用机床中，如专用靠模铣床。

第三节机械传动与典型传动方式

机械传动是原动机与执行机构之间传递运动与动力的子机械系统。常见的机械传动有带传动、链传动与齿轮传动。一、带传动与链传动1．带传动带传动（图2.3-1）由主动带轮2、挠性带3、从动带轮4、机架1和张紧装置5组成。它的工作原理是利用摩擦传动。即，张紧装置使从动轮的轴向外移动，从而使带张紧，带与带轮之间产生正压力，主动轮通过摩擦驱动带运动（紧边受力F1大于松边受力F2），带又靠摩擦带动从动轮转动。带传动的传动比

i24=n2/n4=d4/d2

带传动的特点：

1）由于带是弹性件，在运动过程中它的受力变形特性使它传递运动不稳定，因而带传动的传动比是不稳定的；

2）由于带有弹性，使它具有吸振的作用。

3）有过载打滑、起安全保护的作用。因此，带传动一般用于高速级传动。且功率不`大的场合（一般<75KW），带的工作速度一般为5～25m/s,传动比i<7(少数可达10)。按截面形状，传送带可分为为：矩形截面的平型带，梯形截面的V带，圆形截面的圆形带和具有楔形截面的多楔带。

2．链传动链传动由主、从动链轮，链和机架组成。链传动属于一种轮齿啮合传动。其中，链作为中间挠性件在主、从动轮之间传递运动。链轮轮齿不能保证链条的速度是恒定值。因此链传动的传动比不是恒定值。链传动的平均传动比

i12=n1/n2=Z2/Z1链传动的特点:可以作较远距离传动，传力能力大，机械效率较高，在恶劣环境中亦能正常工作，但有振动、噪声较大。通常用做低速级传动。二、齿轮传动1.齿轮传动的特点和类型齿轮传动是应用最广的一种机械传动。其主要优点是：1）适用的圆周速度和功率范围广；2）传动比准确；3）机械效率高；4）工作可靠；5）寿命长；6）可实现平行轴、相交轴、交错轴之间的传动；7）结构紧凑。其主要缺点是：1）要求有较高的制造和安装精度，成本较高；2）不适宜于远距离两轴之间的传动。按照工作条件的不同，齿轮传动可分为闭式传动和开式传动。闭式传动的齿轮封闭在有润滑油的箱体内，因而能保证良好的润滑和洁净的工作条件，闭式传动多用于重要场合。开式传动的齿轮是外露的，不能保证良好的润滑和防止灰尘等的侵入，因此齿轮易于磨损，开式传动多用于低速级和不重要的场合。齿轮传动的类型很多，按照两齿轮轴线的相对位置和齿向的不同，齿轮传动可分类如下：(a)外啮合齿轮传动(b)内啮合齿转传动(c)齿轮与齿条传动

圆柱齿轮传动

斜齿轮传动人字齿轮传动圆柱齿轮传动

圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮的设计、制造和安装比较简便、应用最广泛；曲齿圆锥齿轮传动平稳、承载能力较高，常用于汽车、工程机械等高速重载传动上。

螺旋齿轮传动蜗杆蜗轮传动蜗杆为主动件，蜗轮为从动蜗杆蜗轮传动亦可以具有反向自锁的功能。传动比特别大2.渐开线齿廓、分度圆、模数为了便于齿轮各部分尺寸的计算，在齿轮上选择一个圆作为计算的基准，称该圆为齿轮的分度圆。分度圆的直径、半径、齿厚、齿槽宽和齿距分别用d、r、s、e和p表示，则p=s+e。设齿轮的齿数用z表示，则在分度圆上，dπ=pz，于是得分度圆直径d=pz/π上式中π为一无理数，由此式计算出的d若也为无理数，这将给齿轮的设计、制造和检验等带来很大不便。所以，工程上将比值p/π规定为一些简单的数值，并使之标准化。这个比值称为模数，用m表示。即

m=p/π

标准模数系列表（摘自GB/T1357-87）mm第一系列…1.522.5345681012162025324050第二系列…1.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(11)141822283645注：选用模数时，应优先选用第一系列，其次是第二系列，括号内的模数尽可能不用。模数是决定齿轮尺寸的一个基本参数，齿数相同的齿轮，模数大则齿轮尺寸也大。

齿轮传动的传动比:i12=n1/n2=Z2/Z1对齿轮齿条传动,齿轮1的转速n1与齿条2的速度V2的关系式如下:

V2=mz1n1/2

第四节常用零件及应用一、联接与联接件在机械中，许多零、部件之间以一定的方式组合成一个整体，这就需要使用各种联接。联接的类型很多，常用的联接有螺纹联接、键联接、销联接、铆钉联接、焊接、胶接、过盈配合联接及型面联接等。其中以螺纹联接、键联接、焊接在机械中应用最为广泛。联接可分为可折联接和不可拆联接。螺纹联接、键联接为可折联接，焊接为不可拆联接。在选择联接类型时，多以使用要求及经济要求为依据。一般地说，采用可拆联多系由结构、安装、运输、维修上的原因。不可拆联接的制造成本通常较可拆联接低廉。1.螺纹联接螺纹联接是机械中应用极为广泛的一种可拆联接。它具有结构简单、装拆方便、联接可靠、互换性强等特点。据统计在现代机械中具有螺纹结构的零件约占零件总数的一半以上。螺纹联接的基本类型和螺纹联接件(1).螺纹联接的基本类型螺纹联接的基本类型有螺栓联接（普通螺栓联接、铰制孔用螺栓联接）、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接。螺栓联接：是利用一端有头，另一端制有螺纹的螺栓，穿过被联接件的通孔，旋上螺母拧紧后将被联接件联成一体。被联接件上不必切制螺纹，结构简单，装拆方便，主要用于被联接件不太厚，并有足够装拆空间的场合。双头螺柱联接：是利用两端均有螺纹的螺柱，将其一端拧入一被联接的螺纹孔中，另一端则穿过另一被联接件的通孔，旋上螺母，拧紧后将被联接件联成一体。这种联接多用于被联接件之一太厚而不便钻孔，或为了结构紧凑而必须采用盲孔的联接。螺钉联接：不用螺母，利用螺钉穿过一被联接件的通孔，拧入另一被联接件的螺纹孔内而实现联接。轴向预紧力Fp为了保证螺证螺纹联接的可靠性或被联接件的气密性，螺纹联接一般需要预紧，即在安装时必须把螺母或螺钉拧紧，使在螺杆中产生一定的轴向预紧力Fp。预紧力应有适当的大小，预紧力太小达不到预紧的目的，预紧力太大又易使螺纹联接件失效。预紧力Fp和拧紧力矩T的大小有关，对于常用的粗牙钢制螺纹联接可近似按下式计算

T≈0.2Fpd

式中d为螺纹的公称直径(mm)2.键联接安装在轴上的零件（如凸轮、飞轮、带轮、齿轮等）都是以它们的轮毂部分与轴联接在一起的。键联接主要用来实现轴、毂之间的周向固定以传递扭矩。键可分类平键、半圆键、楔键及花键等几大类，且大都是标准件。(1).平键联接平键的两侧面是工作面，上表面与轮上的键槽底部之间留有空隙（图2.4-3a），键的上、下表面为非工作面，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩，故定心性较差。根据其用途，平键又可分为普通平键、导向平键和滑键等。(2).花键联接将具有均布的多个凸齿的轴置于轮毂相应的凹槽中所构成的联接称花键联系（图2.4-3b）。键齿侧是工作面。由于是多齿传递载荷，故花键联接比平键联接的承载能力高，定心性和导向性好，对轴的削弱小（齿浅．应力集中小），花键联接一般用于定心精度要求高和载荷较大的地方。但花键加工需用专门的设备和工具，成本较高。二、轴和轴承1．轴(1).轴的功能轴是机械中的重要零件，机械中作旋转运动的零件大都装在其上。它有以下两个功能。a.支承回转零件，如齿轮、带轮等；b.传递运动和动力。(2).轴的分类按轴的作用和所承受的载荷情况，可将轴分为三类：

a..心轴这种轴只受弯矩而不传递转矩，称为心轴。心轴可以是转动的,也可以是固定不动的

b.传动轴传动轴仅传递运动和动力，即只承受扭矩而不承受弯矩或弯矩很小。c.转轴转轴既支承回转零件又传递运动和动力，即同时承受弯矩和扭矩。转轴是机构中最常见的轴。轴的常用材料有优质碳素钢和合金钢等。优质碳素钢价格低廉，对应力集中的敏感性小，并有良好的热处理性能，故应用很广。一般机械的轴常用35、40、45和50钢，其中以45钢应用最广。2.轴承轴承是用来支承轴的部件，有时也用来支承轴上的回转件。在机械中应用极为广泛。根据轴承工作表面的摩擦性质不同，可分为滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）和滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）。按其所能承受载荷的方向不同，又可分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承。对于滑动轴承，按油膜压力形成的方法不同，可分为动压滑动轴承和静压滑动轴承两种。滚动轴承磨擦阻力小，效率高，起动轻快且润滑简便，一般不需自行设计制造，因而在各种机械中得到广泛应用。(1).滚动轴承参见2.4－5所示，滚动轴承由外圈（环）1、内圈（环）2、滚动体3和保持架4组成。内外圈上常制有凹槽，称为滚道。保持架的作用是把滚动体均匀隔开。滚动体是滚动轴承的主体，工作时沿滚道自转并公转。它的大小、数量和形状与轴承的承载能力密切相关。各种滚动体形状如图2.4－5所示。(2).滚动轴承的代号滚动轴承的类型、规格繁多，为了便于设计、制造和选用，国家标准对轴承的类型系列、尺寸、结构特点、精度等级等用规定的代号（数字和字母）表示。通常在轴承的端面打印其代号。内径右起第一、第二位数字表示轴承内径，它用代号00（10）、01（12）、02（15）、03（17）、04~99分别表示轴承内径，其中括号内为该代号所表示的内径；当轴承内径在20~495mm范围内时，其内径值为其代号的数值乘以5。直径系列右起第三位数字表示轴承直径系列。同一内径的轴承可有不同的外径和宽度。直径系列可分为特轻、轻窄、中窄、重窄、轻宽和中宽六个系列。类型右起第四位数字表示轴承的类型。如果第四位前面没有数字，则第四位数字为“0”时，“0”可以不标出。其类型即为单列向心球轴承。特殊结构右起第五、六位数字表示轴承的特殊结构形式，其代号含义可查阅滚动轴承的产品样本。宽度系列右起第七位数表示轴承的宽度系列。它表示相同的内径和外径的轴承的不同宽度，其代号的具体含义可查阅滚动轴承产品样本。精度等级代号中字母表示轴承的精度等级，目前我国生产的轴承有B、C、D、E、G五个精度等级。其中B级精度最高，G级最低。G级精度应用最广，其代号可以不标出。轴承代号举例如下：C205表示：单列向心滚动轴承轻窄系列，内径25，C级精度。7306单列圆锥滚子轴承,重系列，内径30，G级精度。(3).滑动轴承滑动轴承由于是面接触，在接触面之间有油膜减振，所以具有承载能力大、抗振性能好、工作平稳、噪声小等特点。若采用液体磨擦滑动轴承时，则可长期保持较高的旋转精度。因此在高速、高精度、重载和结构上要求剖分等场合，滑动轴承仍占有重要地位，是滚动轴承所不能完全替代的。另外，由于它结构简单、制造容易、成本低，故也广泛应用于各种简单机械中。(4).推力滑动轴承推力滑动轴承用来承受轴向载荷，如图2.4-7所示。推力滑动轴承的轴颈有三种形式。实心推力轴颈、环形轴颈和多环形轴颈。三、弹簧弹簧是一种弹性元件，在外载荷作用下，弹簧能够产生弹性变形并吸收能量，载荷除去后，它又能立即恢复原来的形状，同时释放出能量。在机械中应用很广，弹簧主要功用有：a.控制机构的运动和构件位置:利用弹簧的弹力保持零件之间的接触，以控制机构的运动，如凸轮机构、阀门、离合器中的控制弹簧。b.吸振和缓冲:弹簧以变形能的形式吸收振动和冲击的能量，如车辆中的缓冲器弹簧。c.储存能量:利用弹簧变形所能储存的能量做功，如钟表的发条、游丝（用盘簧）的弹簧。d.测量载荷:测量力的大小，如弹簧秤和测力器中的弹簧。弹簧的基本类型如表2-2所示。按承受载荷的形式，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧四种。按弹簧的形状，可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、盘形弹簧和板簧等。弹簧常用的材料有：碳素弹簧钢、低锰合金钢（如65Mn）、硅锰弹簧钢（如60Si2Mn）、铬钒钢（如50CrVA）等。

第五节典型机械传动装置一、减速器将具有减速功能的轮系封闭在刚性壳体内而组成的独立部件称之减速器（亦称减速箱）。通常装置在机械的原动机和工作机之间，用于降低转速、增大转矩。减速器分类如下：按传动原理可分为普通减速器和行星减速器两大类。按齿轮传动的类型可分为：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、圆锥—圆柱齿轮减速器、蜗杆—圆柱齿轮减速器等。按传动的级数可分为单级、双级及多级减速器。减速器的结构特点：减速器主要由齿轮（或蜗杆、蜗轮）、轴、轴承和箱体及其他附件组成。齿轮可为直齿（传动比i≤4）、斜齿或人字齿（i≤6）。箱体常用铸铁铸造。支承多采用滚动轴承，只有高速、重型减速器才采用滑动轴承。为了避免减速器外廓尺寸过大，限制单级减速器的最大传动比i≤10，否则采用双级减速器。减速器的润滑：减速器中，齿轮（或蜗杆、蜗轮）和轴承的润滑是非常重要的。润滑的目的主要是为了减少摩擦和磨损，提高传动效率，通过润滑油带走热量。当齿轮的圆周速度u<12m/s减速器中的齿轮一般采用侵油润滑。为了避免搅油及飞溅损失过大能量，齿轮的侵油深度一般不宜超过全齿高。

左图为减速器原理图,右图为变速器原理图二、行星齿轮传动。它由固定的齿轮1、行星齿轮2和系杆H三个构件组成。系杆输入运动，齿轮2在随系杆绕轴线O1转动（称公传）的同时绕与系杆相连的轴线O2转动（称自转）。即齿轮2作行星运动。因此，本传动称为行星齿轮传动。

下图中小齿轮标号错误，应为2

工程机械底盘

5.1工程机械底盘的基本组成工程机械底盘是整机的支承，并能使整机以作业所需要的速度和牵引力沿规定方向行驶。一般由传动系、行走系、转向系和制动系组成。一、传动系传动系是动力装置和行走机构之间的动力传动和操纵、控制机构组成的系统。它将动力装置输出功率传给驱动轮，并改变动力装置的功率输出特性以满足工程机械作业行驶要求。传动系根据动力传动形式分为机械式、液力机械式、全液压式和电传动式等四种传动系统类型。在铲土运输机械中多数为机械式与液力机械式传动系统。近年来在挖掘机上采用全液压式传动系统较多。在大型工程机械上已出现由电动机直接装在车轮上的电动轮式传动系统，但尚未全面推广应用。二、行走系行走系用以支承工程机械底盘各部件并保证工程机械的行驶。根据行走装置的不同行走系可以分为履带式、轮胎式、轨行式和步行式四种。履带式由机架、履带架和四轮一带等组成。轮式由机架、悬架、桥壳与轮胎、轮辋等组成。轨行式由机架、转向架和轮对等组成。步行式由机架和步行装置等组成。一、转向系转向系用以保证工程机械行走时改变行走方向。履带式工程机械由操纵传动系中转向离合器和转向制动器实现转向，或由分别操纵左右两侧履带的传动实现转向。轮胎式工程机械转向系由转向器、动力转向装置和转向传动系统等组成。轨行式工程机械由轨道引导转向。步行式多用于有转台回转装置的工程机械，步行装置置于转台两侧，转台相对于底架回转，就可实现步行方向的改变。二、制动系制动系用以保证工程机械行走时减速与停止。履带式工程机械由行走制动器实现制动。轮胎式工程机械因行走速度高，为确保安全，故设有主制动装置、停放制动装置。轨行式工程机械的制动装置与制动系统与机车车辆的制动装置与制动系统类似。

5.2

传动系统功用及组成一、传动系统的功用工程机械的动力装置和驱动轮之间的传动部件总称为传动系统。工程机械之所以需要传动系统而不能把柴油机或汽油机与驱动轮直接相连接，是由于柴油机或汽油机的输出特性具有转矩小、转速高和转矩、转速变化范围小的特点，这与工程机械运行或作业时所需的大转矩、低速度以及转矩、速度变化范围大之间存在矛盾。为此，传动系统的功用就是将发动机的动力按需要适当降低转速增加转矩后传动驱动轮上，使之适应工程机械运行或作业的需要。此外，传动系统还具有切断动力的功能，以满足发动机不能有载起动和作业中换档时切断动力，以及实现机械前进与后退的要求。二、传动系统的组成1.机械式传动系统的组成

图5.2-1所示为轮式工程机械用机械式传动系统的传动简图主传动器、差速器和半轴装在同一壳体内，形成一个整体，称为驱动桥.转向？

图5.2-1轮式工程机械传动系统简图1-离合器；2-变速器；3-万向节；4-驱动桥；5-差速器；6-半轴；7-主传动器；8-传动轴

图5.2-2所示为履带式工程机械传动系统简图转向？图5.2-2履带式工程机械传动系统简图1-内燃机；2-齿轮箱；3-主离合器；4-变速器；5-主传动齿轮；6-转向离合器；7-终传动装置；8-驱动链轮；A-工作装置液压油泵；B-离合器液压油泵；C-转向离合器液压油泵机械传动系统中,履带式与轮式的不同点转向方式不同，即履带式工程机械在驱动桥内设置了转向离合器。另外，在动力传至驱动链轮之前，为进一步减速增矩，增设了终传动装置，以满足履带式机械较大牵引力的需求。2.液力机械式传动系统的组成液力机械式传动系统愈来愈广泛地用在工程机械上。目前，国产ZL系列装载机全部采用液力机械式传动系统。图5.2-3所示为ZL50型装载机传动系统简图。图5.2-3ZL50装载机传动系统简图1-液力变矩器；2-单向离合器；3-行星变速器；4-换档离合器；5-脱桥机构；6-传动轴这种液力机械式传动系统与机械式传动系统相比，主要有以下几个优点：（1）能自动适应外阻力的变化，使机械能在一定范围内无级地变更其输出轴转矩与转速，当阻力增加时，则自动降低转速，增加转矩，从而提高机械的平均速度与生产率；（2）因液力传动的工作介质是液体，所以能吸收并消除来自内燃机及外部的冲击和振动，从而提高了机械的寿命；（3）因液力装置自身具有无级调速的特点，故变速器的档位数可以减少，并且因采用动力换档变速器，减小了驾驶员的劳动强度，简化了机械的操纵。

3.全液压式传动系统的组成由于全液压传动具有结构简单、布置方便、操纵轻便、工作效率高、容易改型换代等优点，近年来，在公路工程机械上应用广泛。例如，具有全液压式传动系统的挖掘机，目前已基本取代了机械式传动系统的挖掘机。图5.2-4所示为挖掘机的全液压式传动系统简图。

图5.2-4全液压式传动系示意图1-辅助齿轮泵；2-柱塞泵；3-齿轮箱；4-行走轮；5-减速器；6-柱塞式液压马达；7-液压泵；8-分动箱；9-柴油机

5.3主离合器与机械变速器一、主离合器离合器的作用是按工作需要随时将两轴连接或分开。按其安装位置的不同，可分为主离合器和分离合器两种。主离合器安装在发动机和变速器之间的飞轮壳内，它是传动系力流的枢纽，其主要用途是临时切断动力，使变速器能顺利挂档和换档。离合器按主、从动元件接合情况的不同，可分为凸爪式、齿轮式、摩擦式和液力式四种。下面分别简介。1、凸爪离合器凸爪离合器（图5.3-1）又称牙嵌式离合器,当离合器啮合时，连接两轴而传递动力；而当离合器分离时，分开两轴而切断动力。这种离合器大多用于转速不高且不经常进行离合动作之处，它常用于分离合器

2、齿轮式离合器图5.3-2为齿轮式离合器。带内齿的齿轮2空套在轴3上，带外齿的齿轮1通过导向平键或花键安装轴3上，当右移齿轮1时，则1、2两齿轮的内外齿正好啮合，动力从轴4经齿轮5和2传给齿轮1，使轴3旋转；当左移齿轮1时，则1、2两齿轮的内外齿便分开，动力被切断，轴3停止转动。这种离合器通常用于变速器的换档齿轮上，一般称为啮合套或同步器。汽车变速箱，换档采用这种同步器。上述两种离合器的缺点:接合动作应在两轴同时不回转或两轴的转速差很小时才能进行，并在接合时会产生冲击。3、摩擦式离合器摩擦式离合器是通过传动件的摩擦力来连接两轴的，接合动作平稳，同时可以在两轴不停转和不减速的情况下进行接合或分离动作。因此，在传动中使用较广泛。在施工机械上使用较普遍的摩擦离合器有单片式和多片式两种。1）单片式摩擦离合器单片式摩擦离合器多用作主离合器，它是连接于发动机的第一道传动装置

图5.3-3单片式摩擦离合器工作原理1-飞轮；2-曲轴；3-从动盘；4-摩擦衬片；5-压盘；6-螺钉；7-离合器盖；8-压紧弹簧；9-踏板；10-滑动套；11-从动轴2）多片式摩擦离合器多片式摩擦离合器由数量较多的摩擦盘组成，由于摩擦面较多，故传递的扭矩较大。履带式拖拉机上所使用的转向离合器就是属于这种类型的离合器。多片式摩擦离合器原理与单片式摩擦离合器相同.图5.3-4多片式摩擦离合器1-主动盘；2-压紧弹簧；3-弹簧座；4-锁片；5-弹簧杆；6-螺帽；7-主动鼓；8-从动鼓；9-从动盘；10-松放圈；11-接盘；12-短半轴；13-分离轴承；14-轴承座；15-销子；16-压盘二、机械变速器1、变速器的作用及工作原理变速器的主要作用是改变机械的牵引力和行驶速度，以适应其外界负荷变化的要求；在发动机旋转方向不变的情况下，使机械前进或后退行驶；在发动机不熄火时，使发动机和传动系保持分离。机械变速器是利用齿轮传动进行工作的。在齿轮传动中，互相啮合的两个齿轮的转速与它们的齿数成反比，因此，齿轮传动的传动比为：式中：n1、n2——主、从动齿轮的转速；

z1、z2——主、从动齿轮的齿数。为了增加齿轮传动的传动化，通常采用多级齿轮传动。在多级齿轮传动中，其总传动比等于各从动齿轮齿数的连乘积和各主动齿轮齿数的连乘积之比。这是多级齿轮传动中的一个基本概念，它适用于任何级的齿轮传动。如图5.3-7所示的两级齿轮传动中，其总传动比i为：在齿轮传动中，所传递的扭矩是随着传动比的加大而提高，而转速则是随着传动比的加大而降低。变速器工作时，利用齿数不同的齿轮啮合传动，来改变其传动比，从而达到变速和变矩的目的，这就是变速器工作的基本原理。右下图为变速和变矩的实现方法

5.4液力机械变速系统比较下列两种传动系统下图中用液力变矩器代替上图的主离合器,有何优点呢?1.变矩器输出转速和扭矩范围广,操作简单;2.发动机不易熄火;3.变速器结构简化;4.吸收和减少振动及冲击，故起停平稳，工作舒适;5.随着外界负荷的变化，可以自动调节其扭矩.目前使用较多的液力传动元件有液力偶合器和液力变矩器两种。一液力偶合器液力偶合器（图5.3-5）是由固定在主动轴上的泵轮3（主动轮）和固定在从动轴上的涡轮2（从动轮）两大部分组成。两轮成碗状，其径向排列有许多叶片（图5.3-5a），两轮面对面地连接安装，并有3～4mm的间隙。液力偶合器的基本工作原理如下：

图5.3-5液力偶合器及其装配图(a)外貌图(b)原理图1-主动轴；2-涡轮；3-泵轮；4-从动轴；5-接盘当主动轴1带着泵轮3旋转时，充满在泵轮内的工作液体随泵轮一起旋转，并在离心力的作用下，沿叶片之间的通道流向外缘，再由外缘流入涡轮2中，冲击涡轮的叶片使涡轮带动从动轴4一起旋转。液力偶合器只能用来传递扭矩，不能改变扭矩的大小，故目前施工机械的传动系中应用很少。二液力变矩器液力变矩器（图5.3-6）就是在液力偶合器的泵轮1与涡轮2之间另外增加一个固定不动的导向轮3，由三个轮的内腔共同构成一个液体循环路线。液力变矩器工作时，工作液在三个轮内作环形运动。在环形运动中，由于导向轮3的影响，使涡轮输出的扭矩大于泵轮输入的扭矩，以实现变矩作用。涡轮的总扭矩等于泵轮扭矩和导轮反作用扭矩之和。液力变矩器输出的扭矩与输入的扭矩之比称为变矩系数，通常用“K”来表示。式中：K­­——液力变矩器变矩系数；MW——涡轮的扭矩；

Mb——泵轮的扭矩。目前使用的液力变矩器的变矩系数通常为3。变矩器图5.3-6液力变矩器简图适用于转速低而扭矩大的施工机械的传动系中1-泵轮；2-涡轮；3-导向轮

5．5驱动桥一万向传动装置1、万向传动装置的作用及组成变速器都被固定在车架上。主传动器的后桥是通过钢板弹簧与车架连接的（图5.5-1）。变速器的第二轴1与主传动器主动轴2不在同一轴线上，而有一定的交角，由于钢板弹簧的弹性变形，这个交角及变速器与主传动器之间的距离还要经常变化。如果变速器与主传动器之间用一根整体轴刚性的连接，显然是不行的。因此，必须采用万向传动装置。

图5.5-1万向节传动装置的作用1-变速器；2-万向传动装置；3-驱动桥；4-后悬架；5-车架2、万向传动装置构造及工作原理万向传动装置是由万向节和可伸缩的传动轴组成。前者解决角变化的问题；后者解决轴距变化的问题。1）万向节图5.5-2万向节示意图图5.5-3万向节结构图1-主动轴；2,4-万向节叉；3-十字轴；5-从动轴

万向节特点:一个万向节传动中，当主动叉等速度旋转时，从动叉是不等速的。为了达到等速传动的目的，可采用两个万向节串联安装（图5.5-5）的方法，在两个万向节2和3之间用传动轴将其连接。理论和实距证明：只要传动轴两端的万向节叉位于同一个平面，并且主动轴和从动轴与传动轴的夹角，那么经过两个万向节传动就可以使从动轴和主动轴的角速度相等。图5.5-5双向万向节等速传动布置图1，3-主动叉；2,4-从动叉2）传动轴传动轴是一根转速相当高的长轴。为了减轻其重量，传动轴一般制成空心的。最简单的传动轴总成是由一根可伸缩的传动轴和两个万向节组成。图5.5-6解放CA141型汽车的传动轴总成1-凸缘叉；2-十字轴；3-中间轴；4-平衡片；5-中间轴承油封；6-中间轴承前盖；7-橡胶垫环；8-中间轴承；9-中间轴承后盖；10-中间轴承支架；11-万向节滑动叉；12-油封；13-主传动轴；14-锁片；15-万向节滚针轴承油封；16-万向节滚针轴承；17-滚针轴承支承片；18-堵盖二主传动器主传动器的作用是降低转速、增大扭矩（即传动比）及改变旋转轴线的方向。由万向传动装置输入驱动桥（图5.5-7）的动力，首先传给主传动器2，然后经差速器3分配给左、右两根半轴4，最终传至轮毂5，使安装在轮毂上的驱动轮行驶。

返回差速器图5.5-7驱动桥示意图1-驱动桥壳；2-主减速器；3-差速器；4-半轴；5-轮毂

主传动的形式图5.5-8主传动器型式1-主动锥齿轮（与传动轴相连）；2-从动锥齿轮；3-主动圆柱齿轮；4-从动圆柱齿轮；5-半轴

三差速器1、差速器的作用及工作原理轮式机械在行驶过程中，经常需要使左、右两侧驱动轮以不同的速度旋转。例如在转弯时，同一时间内，外侧车轮所滚动的距离要比内侧车轮大。若两侧的驱动轮固定在一根轴上，则由于两轮的旋转速度相同，行驶的距离必然相等，这就不可避免地要引起车轮在路面上的滑动。这样就会使轮胎的磨损加剧，转向困难，燃料消耗增加。另外，当轮式机械在不平的道路上行驶，或左、右驱动轮因气压不等、磨损程度不同以及负荷不等时，也会发生类似的车轮滑移现象。为了消除滑移现象，必须要在轮式机械左、右驱动轮两根半轴之间安装差速器。差速器的作用是向两半轴传递相同的扭矩，并允许两半轴以不同的转速旋转。2、差速器的构造及原理目前应用最多的差速器是锥形行星齿轮式差速器（图5.5-12），差速器壳2用螺栓与主传动器从动锥形齿轮3连接成一体，差速器壳内装有行星齿轮5（两个或四个）、行星齿轮轴4、半轴齿轮7和8，它们可以随差速器壳一起旋转。行星齿轮5与左右两个半轴齿轮7和8啮合，而半轴齿轮则分别安装在左右半轴1和6的花键部位上。图5.5-12锥形行星齿轮式差速器1-左半轴；2-差速器壳；3-主传动器从动锥形齿轮；4-行星齿轮轴；5-行星齿轮；6-右半轴；7-右半轴齿轮；8-左半轴齿轮工作原理分析1当轮式机械沿平路直线行驶时，两驱动轮在同一时间内驶过相同的路程。这时，差速器壳2与两个半轴齿轮7和8以及两驱动车轮同速旋转。2当机械转弯时，内侧的驱动车轮阻力较大，因而与其相连的半轴齿轮就旋转得比差速器壳慢。这时行星齿轮不但随差速器壳作圆周运动（公转），而且还绕其自身的轴4转动（自转），于是就加速了另一个半轴齿轮的转速，从而使两侧的驱动轮转速不等（外侧大于内侧），保证了机械的顺利转弯。3当一侧的驱动轮由于附着力不足而打滑时，它就飞快空转，另一侧的驱动轮就停转，这时机械便停驶。打滑一侧的半轴齿轮其转速为差速器壳转速的两倍.

材料的机械性能指

标与常用工程材料

工程机械的机构零件、金属结构、连接件均由黑色金属、有色金属和非金属等材料加工制成，设计工程机械时，应考虑材料的机械性能和使用要求合理选择材料。第一节

材料主要机械性能材料主要机械性能指标有强度（抗拉强度、屈服强度）、塑性、韧性、硬度和可焊性。

一、强度（抗拉强度、屈服强度）

下图是常用碳素结构钢的应力一应变曲线图。

1。当应力值小于比例极限σp时，应力与应变之间成正比例关系，其比值即为钢材的弹性模量E。

2。当应力到达屈服点σs时，应力即使不再增加，应变却会继续增加，应力一应变曲线成水平段，称为屈服阶段。可近似地认为钢材在应力达到屈服点之前是弹性体，而在屈服点之后是塑性体。

3。应变超过屈服界阶段之后，钢由于应变硬化，应力—应变曲线开始上升，但应力与应变之间不再呈线性关系，而应变增加较快，最后达到曲线的最高点，材料出现颈缩而破坏，称极限强度σb

。

二、钢材的塑性和韧性钢材的塑性用静力拉伸试验中的延伸率和载面收缩率来衡量。试件总伸长量与原标距之比为引伸率。延伸率是说明钢材塑性的指标，延伸率大则钢的塑性好，加工容易，承载时虽出现较大变形而并不破坏。钢材的韧性表征材料破坏前吸收机械能量的能力。测定冲击韧性的试件带有缺口，试件各部分尺寸如图1.1—2所示。我国目前用带U形缺口的梅氏试件，试验时将试件放在试验机的支架上，让摆锤冲击没有缺口的一面。摆锤冲断试件所耗的功（N·m）除以试件缺口截面积所得的商为钢材的冲击韧性。三、硬度硬度表征材料表面抵抗硬物压入或刻画的能力。硬度试验的方法很多，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。1.布氏硬度以一定压力F将直径为D的淬硬钢球或硬质合金球压入表面，并保持一段时间（10~30s），在试样表面形成直径为d的压痕，以压痕单位面积上承受的压力值来衡量材料的硬度。查表就能得到布氏硬度值。布氏硬度的优点是测量准确性较高。但因采用的压力较大，压痕也较大，故不宜用来测试成品零件和较薄的试样，通常用来测试硬度较低的原材料，如退火钢和铜、铝等。2.洛氏硬度洛氏硬度也是一种压入式硬度试验法，以压痕深度来衡量材料的硬度。洛氏硬度的优点是压痕小，测试简便迅速，特别适合在生产现场测试零件硬度，但其测量准确性不及布氏硬度。

表1.1-1常用洛氏硬度标尺及适用范围标尺压头载荷（kgf）硬度值有效范围适用范围HRA120º圆锥金刚石6060——85硬质合金、钢的表面硬化层HRBø1.588mm钢球10025——100退火钢、铜合金等HRC120º圆锥金刚石15020——67经淬火、回火的钢片四、钢材的可焊性工程机械结构大多为焊接结构，钢材的可焊性是衡量钢材焊接工艺好坏的指标。人们通常用焊缝及其相邻的基本金属的抗裂性和使用性能来说明材料可焊性的优劣。碳素结构钢的可焊性，可以粗略地用碳当量来表示，当碳当量<0.45%时，则认为钢材的可焊性良好。

第二节黑色金属材料一、钢与铸铁1．钢及分类钢是含碳量在0.0218%~2.11%之间的铁碳合金。有些钢除了含有铁和碳这两种必备元素外，还含有其他种类的合金元素，这些钢称为合金钢。不含合金元素的钢称为碳素钢。钢中常见的合金元素有铬（Cr）、锰（Mn）、硅（Si）、镍（Ni）、钨（W）、钼（Mo）等。此外，钢中还含有少量杂质元素。其中硫和磷会使钢的性能降低，因此高品质的钢都要严格限制硫和磷的含量。

按化学成份分类低碳钢（含碳量<0.25%）碳素钢中碳钢（含碳量=0.25%～0.60%）高碳钢（含碳量>0.60%）低合金钢（合金元素总量<5%）合金钢中合金钢（合金元素总量=5%～10%）高合金钢（合金元素总量>10%2．铸铁及分类铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，在常用的铸铁中，硅也是一种重要元素。灰口铸铁一般含有2.8%~3.8%的碳，1.0%的~3.0%硅，组织中存在片状石墨。灰口铸铁的强度、塑性和韧性都较低，但有良好的铸造性、吸震性和可切削性且成本低廉。制造箱体。球墨铸铁组织中存在球状石墨，力学性能明显优于灰口铸铁，与钢接近。但铸造性能不及灰口铸铁，成本也稍高。制造曲轴、连杆等机械零件。3.工程机械常用钢工程机械大都以泥沙、岩石为作业对象，工作环境恶劣，在作业中承受较大的冲击载荷和强烈磨料磨损。因此，工程机械用材要求具有耐疲劳性能、耐磨性、耐冲击性、低温韧性、耐腐蚀性和良好的可焊性。大部分材料采用碳钢和低合金钢，如Q235，16Mn，20CrMnTi，30CrMnSi

等，其中高强度低合金钢，以其高强度，延伸性、耐磨性、低温韧性和可焊性良好而得到越来越广泛的应用。在节省材料，减轻自重，提高耐磨性方面起到很好的作用。如美国卡特皮勒公司992B装载机铲斗选用的低合金钢屈服强度达到990MPa。二、钢的热处理钢的热处理是将钢在固态下进行加热、保温和冷却，使钢得到预期的组织和性能的工艺方法。钢在进行加热或冷却的过程中，内部组织将发生变化，机械性能发生变化。但不改变其形状和尺寸。热处理在机械零件制造中占有重要的地位。例如，钢件毛坯在切削加工之前，可以通过热处理降低其硬度，以便于切削，加工成零件之后，又可通过热处理提高力学性能，使零件具有良好的使用性能和较长的使用寿命。热处理的方法很多，不同的热处理工艺，主要在于加热温度高低、保温时间长短和冷却速度快慢的不同。热处理可分为普通热处理工艺和表面热处理。钢的普通热处理工艺是生产中应用最普通的热处理工艺，包括退火、正火、淬火与回火四种。（1）退火退火是把钢加热到临界点以上某一温度保温后缓慢冷却的热处理工艺。对钢进行退火的目的是：降低硬度以便切削加工；提高塑性、韧性以便于进行变形加工（冷冲压及冷拔等）；消除内应力；改善某些不良组织。（2）正火正火是将钢加热到完全奥氏体状态，然后从炉中取出，在空气中冷却的热处理工艺。正火主要用于改善中、低碳钢的可切削性，消除某些钢中的不良组织。一些性能要求不高的中碳钢零件，也可以在正火后使用，而不必淬火、回火。（3）淬火

淬火是将钢件加热到临界点以上并保温一段时间，然后快速冷印，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。为了获得足够快的冷却速度，淬火时通常是将钢件置于水或油中冷却。由于马氏体具有高硬度（高碳马氏体）或高强度（低碳马氏体），所以淬火是使钢强化最有效、最重要的方法之一。

（4）回火回火是将淬水后的钢件加热到临界点以下某一温度，保温一般时间后冷却到室温的热处理工艺。钢件在淬火后强度和硬度将显著提高，但韧性往往降低很多。此外，淬火时急剧冷却将使钢件产生很大的内应力，内应力可能导致零件变形甚至开裂，因此钢件在淬火后必须及时进行回火。根据回火温度的高低，回火工艺分为以下三种：低温回火温度为150~250℃。可减小钢件的内应力，使韧性有所改善，同时保持高的硬度和强度。低温回火适用于要求硬度高、耐磨性好的零件，如刀具、量具、冷冲模、滚动轴承等。中温回火温度为350~500℃，可显著减小钢件淬火后的内应力，提高弹性，适用于弹簧。高温回火温度为500~650℃，可消除内应力，使钢件获得较好的韧性与较高的强度，亦即通常所说的获得良好的综合力学性能。钢的这种淬火并高温回火的工艺又称为调质。调质处理适用于中碳钢和中碳合金钢制造的且要求具有良好综合力学性能的零件，如轴、螺栓、连杆、曲轴等。3.钢的表面热处理有些机构零件如齿轮、活塞销、凸轮轴等，在工作时表面易磨损，整体又受较大的动负荷。这些零件的表面应具备高的硬度和耐磨性，心部应有足够的强度和韧性。采用普通热处理难以使钢件兼顾到这样表里不一致的性能要求，钢的表面热处理却能解决这个问题。

表面淬火表面淬火是对钢件加速加热，在热量来不及传到心部的情况下，表面温度就升到临界以上，产生奥氏体组织。随即快速冷却，使表面获得马氏体组织，从而提高表面硬度和耐磨性，钢件心部仍保持原来的组织和性能。此外还有化学热处理：渗碳、渗氮、渗硼、渗铝和渗铬等，以改变表面的化学成分，从而改变表层的组织和性能。三、型材及应用特点由钢材轧制成的钢板和型钢是制造工程机械最基本的元件。

钢板有厚钢板和薄钢板，制造支撑板、盖板和封板；型钢包括等边角钢、不等边角钢、槽钢、普通工字钢、槽钢等。角钢多用作承受轴向力杆件和支撑杆件，槽钢和工字钢主要用于承受横向弯曲的杆件，钢管由于截面对称，截面积分布合理，是中心受压杆件的理想截面。第三节有色金属材料有色金属是指除钢铁（黑色金属）以外的其他金属。有色金属具有某些特殊的性能，如耐磨性，耐蚀性，导电性，导热性等，所以也是工业上的重要材料。常用的有铝、铜、镁、钛及其合金。但有色金属一般价格昂贵，只有在需满足某些特殊性能要求时才采用。一、铝及铝合金1.纯铝纯铝呈白色，密度小（2.7g/cm3）,熔点低（865℃），导电性和导热性仅次于银和铜，在大气中有良好的抗腐蚀性。2.铝合金在铝中加入铜、镁、锰和硅等元素制成的铝合金，强度较纯铝有大幅度提高，成为重要的结构材料。铝合金具有容重小（26500~2800N/m3），强度不比其他钢材低，低温冲击韧性好，耐腐蚀强等优点，在工程机械金属结构中是一种有发展前途的材料，可以制成重量轻又承受较高负荷的零件。如飞行器外壳。所以铝合金是一种重要的航空结构材料。国外采用铝合金制造汽车起重机吊臂，使起重机金属结构自重降低40%.铝合金的可焊性较差，弹性模数小（只有钢的三分之一），线膨胀系数高，疲劳强度低，价格昂贵。二、铜及铜合金1.纯铜纯铜呈红色，又称紫铜，密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃，具有优良的导电性和导热性；化学性质较稳定，有一定耐腐蚀性，塑性好（δ=40%~50%），但强度低（230~250MPa）。纯铜不宜用作结构材料，主要用于制造导电器材和配制各种合金。2.铜合金铜合金按照化学成分及外观色泽的特点分为黄铜、青铜和白铜三大类。机械工程上常用的是黄铜和青铜。黄铜的机械性能、抗腐蚀性和工艺性能都比较好，并有美观的金黄色光泽，价格较纯铜和其他铜合金便宜，因此是应用较广泛的铜合金。青铜的弹性、耐磨性及耐蚀性优于黄铜。可用来制造弹性、耐磨性、耐蚀性更高的零件。

第四节其它工程材料一、高分子聚合物材料聚合物是以石油、天然气、煤及动植物等为原料，用化学方法提炼、合成，生产出的材料。由于其分子量很大，所以又称为高分子聚合物材料，简称高聚物。高聚物可分为塑料和橡胶两大类。1.塑料相对于橡胶而言，塑料是在常温下具有较高强度和刚性的高聚合物材料。按照应用范围，塑料可分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料是指产量大、价格低、应用广泛的塑料，有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯烯、聚丙烯、酚醛和氨基塑料六大品种。工程塑料是指具有优良性能的塑料，主要用于电器、机械、化工等工业部门。工程塑料一般具有较高的强度、耐热性、尺寸稳定性和抗老化性。2.橡胶橡胶是在常温下具有很高弹性的高聚物材料。橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。橡胶的主要性能特点是弹性很好，受力时能产生100%~1000%的弹性变性；此外还具有很好的耐磨性、气密性、耐蚀性和电绝缘性。常用于制造轮胎、电缆绝缘层、气体和液体的输送管道及容器、弹性元件、减震元件、密封元件等。

工程起重机

第一节起重机械的基本参数及其确定起重机的参数是表征其技术性能的指标，也是设计和选用起重机的依据。它主要包括：起重量、幅度（或外伸距）、起升高度、工作速度、生产率、轨距（或跨度、轮距）和基距（或轴距）、工作级别、起重机外型尺寸、自重和轮压等。一、起重量起重量通常是指最大额定起重量，它表示起重机正常工作时所允许起升的最大重物的质量（t）。对于使用吊钩的起重机，它指允许吊钩吊起的最大重物的质量。对于使用吊钩以外各种吊具的起重机，如使用抓头、电磁吸盘、集装箱吊具等的起重机，这些吊具的质量应包在内，即为允许起升的最大重物质量与可拆吊具的质量之和。对于起重量较大的起重机，通常除主钩外，还装设起重能力较小、起升速度较高的副钩，副钩的起重量一般约为主钩的起重量的20%～40%。轮胎、汽车、履带等起重机的额定起重量是随工作幅度不同而变化的，其标定起重量是指使用支腿且臂架处于最小幅度位置时允许起升的最大质量。起重量一般由使用部门根据需要提出。在选定起重量时，

应使其符合我国起重机械列标准和交通行业标准的规定，

见表9.1-1。

表9.1-1起重机械最大起重量系列（GB783-87）（t）

口述不同起重量系列的应用范围二、幅度（或外伸距）幅度（或外伸距）是指起重机吊具伸出起重机支点以外的水平距离（m），不同形式的起重机往往采用不同的计算起点。对回转臂架起重机，其幅度是指回转中心线与吊具中心线间的水平距离。三、起升高度起升高度是指起重机能将额定起重量起升的最大垂直距离（m）。四、工作速度起重机的工作速度包括起升、变幅、回转、运行四个机构的速度。五、生产率起重机的生产率是指在单位时间内吊运货物的总吨数，通常用t/h表示。它是综合了起重量、工作行程和工作速度等基本参数以及操作技能、作业组织等因素而表明起重机工作能力的综合指标。要提高起重机的生产率，主要可从以下两方面着手：一是提高起重量，如采用大吨位的起重机或采用轻型吊具，以增大起重机的有效起重量；二是增加每小时的工作循环次数，如提高工作机构的速度，缩短起重机吊具运行的路程，几个工作机构尽可能同时动作，缩短挂钩等辅助时间等；三是总结推广先进的管理和操作经验。六、起重机及其机构的工作级别工作级别是表明起重机及其机构工作繁忙程度和载荷状态的参数。起重机是间歇动作的机械。工作时，各个机构不但时开时停，而且有时正转，有时反转；有时满载，有时空载；有时载荷大，有时载荷小；有的起重机日夜三班工作，有的特殊用途的起重机甚至一年才用一两次。这些现象都会对起重机的金属结构和机构的零部件的疲劳、磨损等产生不同的影响。因此，应根据不同情况对起重机及其机构划分为不同的工作级别，目的是为合理地设计、制造和选用起重机及其零部件提供一个统一的基础。根据我国起重机设计规范（GB3811-83），起重机及其机构的工作级别是按它们的利用等级和载荷状态来划分的。利用等级反映工作的繁忙程度，起重机按其设计使用期内总的工作循环次数分等级，各机构按其使用期内运转总时数分等级。起重机及其机构的载荷状态表明它们经常受载的轻重程度，均分为轻、中、重、特重四级。根据起重机或机构的利用等级和载荷状态，把起重机的工作级别分A1至A8共八个级别，各机构则分为M1至M8各八个工作级别。例如1～3级是指不经常使用的或经常轻闲地使用的级别，而7～8级则表示繁忙地使用或者利用等级中等但载荷状态为重或特重的情况。第二节起重机械零部件及主要机构一．起重机械零部件1.钢丝绳钢丝绳是广泛应用于起重机中的挠性构件，具有承载力大、卷绕性好、运动平稳无噪音、工作可靠等优点。(1).结构形式的选择起重机钢丝绳通常采用双重绕绳：先由钢丝捻绕成绳股，再由绳股绕绳芯捻绕成钢丝绳(图9.2-1)。钢丝抗拉强度极限可达1.4-2Gpa,其中1.7、1.85GPa较常用。钢丝按力学性能分为特号、Ⅰ号、Ⅱ号三种。特号韧性最好，用于载人的升降机，Ⅰ号韧性较好，用于一般起重机，Ⅱ号成本较低，用做捆扎绳。钢丝表面分镀锌和光面两种，前者防腐性能好，但由于镀锌的影响，破断拉力和挠性有所降低。钢丝绳分类

钢丝绳的捻绕方向根据其外层绳股的螺旋线方向分为右旋绳和左旋绳，一般无特殊要求，多采用右旋绳。钢丝捻成绳股与绳股捻成绳方向相同为顺捻，钢丝捻成绳股与绳股捻成绳方向相反为交捻（图9.2-2）。交捻不会松散，制造方便，起升机构常采用交捻;顺捻挠性好和寿命长。钢丝绳按钢丝与钢丝之间的接触形式分为点接触、线接触和面接触。点接触钢丝绳钢丝易滑动，接触应力大，影响使用寿命，但制造成本低，线接触钢丝绳钢丝之间接触良好，使用寿命约为点接触钢丝绳2倍，故起升机构应优先采用线接触钢丝绳。(2).钢丝绳直径的计算与选择钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力确定：式中：d——钢丝绳最小直径，mm；c——选择系数，mm/；表9.2-1Smax——钢丝绳最大工作静拉力，N。

对单联滑轮组：Smax=Q/mη组

对双联滑轮组：Smax=Q/2mη组(3)．钢丝绳的标记确定钢丝绳的形式和所需钢丝绳的最小直径后，可在圆股钢丝绳国家标准GB1102-88中选定所需钢丝绳型号。钢丝绳型号中应包括结构形式、主参数、钢丝绳质量和捻制方法。具体标记见下例所示：6W（19）-35-155-Ⅰ-光-右交-GB1102-88这种型号标记的钢丝绳表示：6股,每股19丝,直径为35mm,公称抗拉强度为1.55GPa，Ⅰ号光面制成的，右向交绕的瓦灵吞型钢丝绳，瓦灵吞型是一种线接触钢丝绳。

返回2.滑轮组滑轮组是起重机械的一个重要的部件，在起升机构里大量采用。滑轮组是由钢丝绳依次绕过定滑轮和动滑轮组成的一种联合装置。具有省力和增速的作用。滑轮组按作用分省力滑轮组和增速滑轮组两种（图9.2.3）。增速滑轮组主要用于液压或气力机构中，利用油或气缸工作装置获得数倍于活塞行程的速度，如轮式起重机的吊臂伸缩机构。省力滑轮组用于起重机械的起升机构上，该种滑轮组以较少的力能吊起较大的重物。省力的大小，用滑轮组的倍率m表示。滑轮组的倍率m在数值上等于滑轮组承载分支数与绕进卷筒上驱动分支数之比。倍率m的大小可用公式表示：

m=Q/S=L/H=v0/v

式中：Q——被吊起物品的重量；S----钢丝绳自由端拉力L----钢丝绳自由端移动的距离H----物品提升距离

v0---钢丝绳线速度

v----物品的提升速度下图何为省力滑轮组?何为增速滑轮组?倍率=?起重量小时，选用小的倍率，随着起重量增大，倍率相应提高。倍率增大，起升速度相应减少。流动式起重机常用的单联滑轮组倍率数见下表二、起重机主要机构1.起升机构起升机构是起升货物并使它产生升降运动的机构，它是起重机最主要和最基本的机构，没有起升机构就不能称其为起重机。起升机构依动力装置的不同可分为三种：（1）内燃机经机械传动装置带动起升卷筒转动.目前只在少数履带起重机和轮胎式起重机上应用；（2）电动机经机械传动装置带动起升卷筒转动，简称电动起升机构，它属于分别驱动，传动装置简单，可以采用标准件，在桥式起重机、龙门起重机和塔式起重机上广泛应用;（3）由油马达经机械传动装置或直接驱动卷筒，简称液压起升机构，它属于分别驱动，具有结构简单，外形尺寸紧凑，重量轻等优点，在汽车起重机和轮胎起重机上得到广泛应用。下面主要介绍后两种起升机构。(1).电动起升机构参见图9.2.5电动起升机构简图，电动机经过减速器减速后驱动卷筒旋转，使钢绳绕进卷筒或由卷筒放出，从而使吊钩升降。卷筒的正反向转动是通过改变电动机的转向来达到的；而机构运动的停止或使货物保持在悬吊状态是依靠制动器抱住制动轮来实现的。制动器通常装在高速轴上，这样所需要的制动力矩小，因而制动器的尺寸小、重量轻.电动起升机构的动力装置是电动机，通常采用交流电动机，也有用直流电动机。按照取物装置的不同可分为吊钩起升机构、电磁吸盘起升机构和抓斗起升机构。电动机与卷筒并列布置是大多数吊钩起重机常用的起升机构的形式，电动机通过二级标准减速器带动卷筒转动；对于大起重量的起重机，为了实现低速起升以及增大电动机与卷筒之间的距离，除采用标准两级卧式减速器外，再采用一对传动比为3～5的开式齿轮传动。并列式起升机构分组性好，宜先用标准件，机构布置匀称，安装维修方便，因而得到广泛应用。(2).液压起升机构液压起升机构主要应用于汽车起重机和轮胎起重机。按照液压驱动装置的类型可分为：高速油马达、低速大扭矩油马达和起升油缸式起升机构三种。a.高速油马达起升机构:高速油马达比较成熟，得到广泛的应用。采用高速油马达作驱动装置的起升机构可分为单卷筒式和双卷筒式两种。单卷筒式起升机构按卷筒与油马达相对位置可分为并列式与同轴式两种。并列式布置的起升机构是目前中小吨位轮胎式起重机最常用的，其简图参见9.2.6a所示。高速油马达1经二级标准减速器3带动卷筒4转动。制动器2装在高速轴上，这样需要的制动力矩小，制动器外形尺寸小。这种形式的起升机构，其优点是分组性好，可以采用标准件，维修方便；缺点是机构布置不够紧凑，特别是在起重量大的情况尤为突出，因之适用于中小吨位的起重机。

双卷筒式应用在大中型轮胎式起重机上，一般除装设主起升机构外，还装有副起升机构。当吊轻货和起升高度比较大时，可用起升速度较高的副起升机构，以提高生产率。按照主副起升机构两个卷筒的驱动方式可分为分别驱动和集中驱动,参见图9.2.7，前者选用两套独立的单卷筒式起升机构组成主副起升机构，优点是构造简单，缺点是成本高，机构不够紧凑；后者由一个油马达驱动两个卷筒，在两个卷筒上分别装有各自的离合器和制动器，以保证两个卷筒独立的工作。优点是成本低、结构紧凑，可实现重力下降；缺点是结构比较复杂。这种型式的起升机构，目前在轮胎式起重机上的应用较多。

b.低速油马达式起升机构:低速大扭矩油马达的特点是转速低、输出扭矩大，这对低速重载的起重机械是非常需要的。有这类油马达就可以将油马达直接与卷筒联接，一般不需要减速装置，从而简化了机构的传动装置和结构。低速大扭矩油马达与同功率的减速器相比，体积和重量小得多，这种优点当输出扭矩越大时越明显。因此，低速大扭矩油马达宜用于大中型的起重机。

2.回转机构回转机构的作用是将起吊的货物绕起重机垂直轴线作水平圆弧移动。回转机构由回转驱动装置支承和回转装置两大部分组成。(1).回转驱动装置①电动回转装置

通常装在回转部分上，电动机经过减速器带动最后一级小齿轮，小齿轮与装在固定部分的大齿圈啮合，以实现起重机回转。②液压回转驱动装置a.高速油马达回转机构在液压回转驱动装置传动方案中，高速油马达驱动方式在传动形式上与电动机驱动基本相同这两种型式的回转机构在汽车起重机和轮胎起重机中应用很广。b.低速大扭矩油马达回转机构低速大扭矩油马达的转速在每分钟0～100转范围内，因此，可以直接在油马达轴上安装旋转机构的小齿轮。该型式在一些小吨位汽车起重机上应用，有的不装制动器，也可在油马达输出轴上加装制动器

(2).回转支承装置支承旋转装置的作用是保证起重机旋转部分有确定的旋转运动，并能承受起重机旋转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。就其构造式来说可分为柱式与转盘式两类。

3.变幅机构用来改变起重机幅度的机构称为变幅机构。利用变幅机构可以扩大起重机的作业范围，当变幅机构和旋转机构协同工作时，起重机的作业范围是一个环形空间。变幅机构按照结构型式可分运行小车式和臂架式；按照传动装置构造分挠性传动和刚性传动。①.运行小车式运行小车式变幅是指小车沿着臂架方向运行以改变起重机幅度的方式。工作臂架置于水平位置，运行小车沿着臂架方向移动改变幅度,如塔吊。运行小车式变幅的优点是变幅时重物作水平移动，这样可节省由于变幅时重物高度变化而消耗的能量。变幅速度较快，重物安装时位置较易对准，幅度有效利用率较大。其缺点是臂架承受较大的弯矩，因而结构自重较大。②臂架式变幅是指臂架绕支点摆动一定角度或借助臂架伸缩以改变起重机的幅度。一般在汽车式、轮胎式等流动起重机中采用臂架式变幅的优点是起升高度较大，拆装运输方便。但幅度的利用率较低，变幅速度不均匀，在变幅时要达到重物水平移动，需要采取复杂的构造措施。4.制动器为保证起重机工作的安全和可靠，在起升机构中必须装设制动器，而在其他机构中视工作要求也要装设制动器。如起升机构中的制动器使重物的升降运动停止并使重物保持在空中，或者用制动器来调节重物的下降速度。而在回转和行走机构中则可用制动器以保证在一定行程内停住机构。制动器的主要作用有：a支持制动，当重物的起升和下降动作完毕后，使重物保持不动；b停止制动，