機電設(shè)備評估第二章上

第二章機械傳動與液

壓傳動潘向陽上海財經(jīng)大學(xué)資產(chǎn)評估專業(yè)碩士《機電設(shè)備評估》第一節(jié)機械傳動一、機械傳動功率和機械效率

二、機器上常用的傳動機構(gòu)及其傳動關(guān)系

一、機械傳動功率和機械效率

（一）功、功率、轉(zhuǎn)矩

功的大小等于力和物體沿作用力方向移動距離的乘積（W)功率：功率是指力在單位時間所作的功（P）轉(zhuǎn)矩：作用在旋轉(zhuǎn)物體上的力矩。（力矩是在力的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動趨勢或者轉(zhuǎn)動效應(yīng)。）對于轉(zhuǎn)動的物體，設(shè)作用在輪緣上的力為F（N），而輪緣半徑為R（m）功率的單位是千瓦，轉(zhuǎn)速的單位是每分鐘多少轉(zhuǎn)，即r/min，這樣計算所得到的轉(zhuǎn)矩的單位就是牛米（N·m）。（一）螺旋傳動機構(gòu)

主要是將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。

按牙形剖面形狀三角形、矩形、梯形和鋸齒形螺紋按螺旋線的方向右旋和左旋螺紋按螺旋線的數(shù)目單線、雙線、三線和多線螺紋螺距：相鄰兩牙在中線上對應(yīng)兩點的距離，用p表示。

導(dǎo)程：同一條螺旋線相鄰兩牙在中線上對應(yīng)兩點的軸向距離，用s表示。

螺距和導(dǎo)程之間的關(guān)系是：s=KP（其中K是螺紋的線數(shù)）。軸線運動的線速度v與回轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系是：

V=ns

螺旋傳動中，軸向位移L與轉(zhuǎn)速n以及時間t之間的關(guān)系為：

L=nst

螺旋傳動的特點優(yōu)點缺點①結(jié)構(gòu)簡單；

②降速比大，可以實現(xiàn)微調(diào)和降速傳動；

③省力，如千斤頂；

④在一定條件下實現(xiàn)逆行自鎖，即能夠?qū)⒒剞D(zhuǎn)運動變?yōu)檩S線方向的直線運動，而不能相反，即無論軸線方向的力多大，都不能產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，當(dāng)然也不可能實現(xiàn)軸向運動；

⑤工作連續(xù)、平穩(wěn)，無噪聲。摩擦大，效率低（如果有自鎖要求，效率低于50%）滾珠螺旋傳動機構(gòu)

主要由絲杠、螺母、滾珠和反向器組成。

滾珠在回路過程中離開螺旋表面的就叫外循環(huán)；滾珠在整個循環(huán)過程中始終不脫離螺旋表面的叫內(nèi)循環(huán)。特點

優(yōu)點缺點①機械效率高（0.90～0.95）；

②摩擦小，能長時間保持精度，使用壽命長；

③啟動轉(zhuǎn)矩接近于運動轉(zhuǎn)矩，傳動靈敏磨損??；

④給予適當(dāng)預(yù)緊可以消除間隙，提高傳動精度和軸向剛度；①不能逆向自鎖；

②制造工藝復(fù)雜，成本較高。（二）帶傳動機構(gòu)帶傳動機構(gòu)是利用膠帶與帶輪之間的摩擦作用將主動帶輪的傳動傳到另一個被動帶輪上去。

根據(jù)帶的截面形狀，可以分為平帶傳動、三角帶傳動、圓形帶傳動和齒形帶傳動四種。平帶傳動有開口式、交叉式、半交叉式三角帶的截面為梯形，傳動能力比平帶強，在相同條件下，約為平帶的3倍。齒形帶

傳動比：從動輪轉(zhuǎn)速與主動輪轉(zhuǎn)速之比，等于主動輪直徑與從動輪直徑之比，乘以滑動系數(shù)。

在不考慮膠帶與帶輪之間的滑動時，傳動比為

如果考慮膠帶和帶輪之間的滑動，則傳動比為

ε≈0.98稱為滑動系數(shù)。優(yōu)點缺點傳動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，傳遞距離比較遠，具有吸振和過載保護能力；外廓尺寸大，效率較低，傳動帶壽命較短，傳動精度不高。（三）齒輪傳動齒輪傳動是一種嚙合傳動。機械手表中就大量采用了這類傳動。傳動比等于從動輪轉(zhuǎn)速和主動輪轉(zhuǎn)速之比，或者等于主動輪齒數(shù)與從動輪齒數(shù)之比。根據(jù)兩軸位置的不同，可以分為兩根軸平行（a、b、c、d），相交（f、g）或交錯（h）等各種情況。

齒輪傳動的優(yōu)點齒輪傳動的缺點（1）可靠，瞬時傳動比恒定；

（2）適用載荷和速度范圍大；

（3）機械效率高，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊；

（4）可在空間任意配置的兩軸之間運動。（1）振動和噪音較大，且不可無級調(diào)速；

（2）傳動軸之間的距離不能過大；

（3）加工復(fù)雜，制造成本較高。輪系：一系列齒輪所組成的傳動系統(tǒng)

（詳見動畫演示文稿）混合輪系：由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系組合而成。

輪系的功用：

（1）可以得到很大的傳動比（速度變化比較大）；

（2）可以連接相距較遠的兩軸；

（3）可以獲得不同的傳動比；

（4）可以獲得從動軸不同的旋轉(zhuǎn)方向；

（5）能夠?qū)崿F(xiàn)運動的合成和分解（如汽車的后橋差速器）。（詳見動畫演示文稿）（四）鏈傳動機構(gòu)

由一個具有特殊齒形的主動鏈輪，通過閉合鏈條帶動另一個主動鏈輪具有相同齒形的從動鏈輪，進行傳遞運動和動力的機構(gòu)。典型的是自行車的傳動。

鏈傳動的優(yōu)點鏈傳動的缺點（1）與帶傳動比較，傳遞功率大，能保證準(zhǔn)確的平均傳動比并且外廓尺寸比較??；

（2）與齒輪傳動比較，中心距較大；

（3）可在低速、重載條件下工作，效率較高；

（4）效率較高，可以達到0.95～0.98，最大可以達到0.99。（1）不能保證瞬時轉(zhuǎn)速和瞬時傳動比；

（2）噪聲較大，急速反向性能差，不能用于高速傳動。（五）蝸桿傳動機構(gòu)

通過蝸桿與蝸輪間的嚙合，傳遞運動和動力的機構(gòu)（由蝸輪、蝸桿與機架組成）。

傳動比等于蝸桿線數(shù)（主動件）與蝸輪齒數(shù)（從動件）之比。

蝸桿傳動特點

1.降速效果好；

2.傳動平穩(wěn)；

3.可自鎖（即蝸桿主動可以帶動蝸輪，反之，蝸輪主動不能帶動蝸桿）；

4.效率低（一般為0.7～0.8，要求自鎖時，效率小于0.5）。（六）平面連桿機構(gòu)

使用鉸鏈、滑道等方式將構(gòu)件相互連接而成的機構(gòu)。

根據(jù)有沒有曲柄和有一個還是兩個曲柄，可以將鉸鏈四桿機構(gòu)分為：

（1）曲柄搖桿機構(gòu)

（2）雙曲柄機構(gòu)

（3）雙搖桿機構(gòu)（詳見動畫演示文稿）曲柄滑塊機構(gòu)

（詳見動畫演示文稿）（七）凸輪機構(gòu)將凸輪（主動件）的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為從動件的往復(fù)移動或擺動（由凸輪、從動桿及機架組成）。盤形（平板）凸輪移動凸輪圓柱凸輪

（詳見動畫演示文稿）內(nèi)燃機配氣機構(gòu)

（詳見動畫演示文稿）正確選擇凸輪輪廓，可以實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律。由于凸輪與從動件是點接觸或線接觸，所以容易磨損，不適宜于傳遞動力，而主要用于控制和調(diào)節(jié)機構(gòu)中。

（詳見動畫演示文稿）（八）間歇運動機構(gòu)

主動件連續(xù)運轉(zhuǎn)，從動件能夠?qū)崿F(xiàn)“動作—停止—動作”的運動。

1.棘輪機構(gòu)：由棘爪、棘輪和機架組成。

作用：將棘爪的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榧喌膯蜗蜷g歇運動。為了防止棘輪自動反轉(zhuǎn)，采用止退棘爪。

（詳見動畫演示文稿）2.槽輪機構(gòu)：由撥盤、槽輪與機架組成。

作用：將撥盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹圯喌拈g歇轉(zhuǎn)動。

槽輪靜止的時間長，如需靜止的時間縮短些，則可增加撥盤上圓銷的數(shù)目。

槽輪結(jié)構(gòu)簡單，常用于自動機床的換刀裝置及電影放映機的輸片機構(gòu)等。

（詳見動畫演示文稿）（九）傳動鏈的傳動比及效率

由各種傳動副，例如齒輪、帶、鏈、螺旋等連接成為的傳遞運動和動力的系統(tǒng)，稱為傳動鏈。

傳動比：由機構(gòu)串聯(lián)而得到的傳動鏈的傳動比，即傳動鏈末端轉(zhuǎn)速與首端轉(zhuǎn)速之比，等于鏈中各個運動副傳動比的連乘積。

（詳見動畫演示文稿）三、傳動系統(tǒng)圖

（一）用一些簡單的符號來表示的傳動系統(tǒng)的綜合簡圖叫做傳動系統(tǒng)圖。傳動系統(tǒng)圖能夠簡單明了地表示出機器內(nèi)部的傳動結(jié)構(gòu)和傳動關(guān)系。（二）畫傳動系統(tǒng)圖的規(guī)定

1.使用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的機床零件和機械的代號。

2.簡明表示機器內(nèi)部的傳動結(jié)構(gòu)和傳動關(guān)系。

3.一般繪制成平面展開圖的形式，也有繪制成立體展開圖形式的。

4.需要在圖中標(biāo)明：齒輪、蝸輪的齒數(shù)，蝸桿的頭數(shù)，絲杠的導(dǎo)程，帶輪的直徑，電動機的功率和轉(zhuǎn)速等。（三）閱讀傳動圖

1.整臺機器有幾條傳動路線，每條路線的首端件和末端件；

2.如何實現(xiàn)機器的加工性能（傳動路線、零件組成、傳動方式和傳動關(guān)系分析）；

3.列出機器的傳動結(jié)構(gòu)形式和傳動關(guān)系。

傳動路線表達式：按照傳動順序把軸和齒輪等傳動元件排成一個序列，并且注明齒輪齒數(shù)等參數(shù)。第二節(jié)液壓傳動一、液壓傳動的工作原理

依靠液體壓介質(zhì)的靜壓力來傳遞能量的液體傳動。

液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來傳動的一種傳動方式，它依靠密閉容積的變化傳遞運動，依靠液體內(nèi)部的壓力（由外界負(fù)載所引起）傳遞動力。

液壓裝置本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它先將機械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液壓能，隨后又將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能做功。1.動力部分：把機械能轉(zhuǎn)換成油液壓力能，用此壓力推動整個液壓系統(tǒng)工作，如液壓泵；

2.執(zhí)行部分：把液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能輸出的裝置，如液壓馬達、液壓缸等；

3.控制部分：對系統(tǒng)中液體的壓力、流量和流動方向進行控制或調(diào)解的裝置，如各種閥；

4.輔助部分：保證液壓系統(tǒng)正常工作的上述三種以外的裝置，如油箱、蓄能器、過濾器等。液壓傳動的優(yōu)點

液壓傳動的缺點

1.在輸出功率相同的條件下，體積小，重量輕、布局安裝比較靈活；

2.傳遞運動平穩(wěn)，吸振能力強；

3.操作控制方便、省力，易于實現(xiàn)自動控制和過載保護；

4.液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，便于設(shè)計和推廣。1.泄漏不可避免，因此不能實現(xiàn)嚴(yán)格的傳動比；

2.對溫度敏感，在低溫和高溫的環(huán)境下，傳動有一定的困難；

3.液壓元件精度要求高，使用和維修要求高。

四、液壓傳動的基本參數(shù)（一）壓力

1.壓力強度（P=F/A）是作用在單位面積上的液體壓力。單位是帕（N/m2）和兆帕（MPa）。在液壓傳動中所講的壓力就是指的p（即物理學(xué)中的壓強），而力F則常被稱為液壓推力。

【注意】密封容器內(nèi)的液體當(dāng)任一處受到壓力作用時，這個壓力就會通過液體傳到容器內(nèi)的任何部位，而且壓力強度處處相等。（帕斯卡原理，也稱為靜壓傳遞原理）

液壓傳動的壓力取決于負(fù)載。液體壓力隨負(fù)載的變化而變化，而與流入液體的多少無關(guān)。（越強則強，越弱則弱）壓力分級低壓中壓中高壓高壓超高壓壓力范圍（兆帕）0～2.5＞2.5～8＞8～16＞16～32＞322.5~2323~2424~2525以上（二）流量單位時間內(nèi)流過管道或液壓缸某一截面的液體體積。流量的單位是米3/秒（m3/s）和升/分（L/min）

活塞的運動速度取決于進入液壓缸的流量，而與液體壓力的大小無關(guān)。（三）功及功率

在液壓傳動中，功率等于壓力p與流量Q的乘積。

【結(jié)論】液壓傳動是以液體的壓力來傳遞動力的。

五、液壓泵

功能：將電動機輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能。

（詳見動畫演示文稿）液壓泵必須具有一個運動部件和非運動部件所構(gòu)成的封閉容積，該容積的大小隨運動件的運動發(fā)生周期性變化。

密閉容積增大形成負(fù)壓完成吸油，密閉容積減小則排油，所以稱之為容積式泵。分類標(biāo)準(zhǔn)分類結(jié)構(gòu)形式齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵等。壓力低壓泵、中壓泵和高壓泵。流量特征定量泵和變量泵。

定量泵是指轉(zhuǎn)速不變時，流量不能改變；而變量泵則是在轉(zhuǎn)速不變時，可以調(diào)節(jié)從而得到不同的流量。液壓泵性能的主要參數(shù)壓力

工作壓力實際工作時輸出油液的壓力，也稱為輸出壓力。額定壓力連續(xù)運轉(zhuǎn)時允許使用的最大工作壓力。額定壓力取決于密封程度、效率和使用壽命等因素的影響。最高壓力液壓泵本身強度允許值和允許的最大泄漏量的工作壓力排量泵軸旋轉(zhuǎn)一周排出油液的體積，用q表示。理論流量單位時間內(nèi)理論上可以排出的液體體積，用QT

表示。QT=qn實際流量等于理論流量減去泵的泄漏量。

Q＝QT－△Q額定流量額定轉(zhuǎn)速和額定壓力下實際輸出的流量。排量和流量功率和效率

輸入功率作用在液壓泵主軸上的機械功。P入=Tω

（注意是角速度）輸出功率液壓泵的輸出功率P是指液壓泵在工作過程中的實際吸、壓油口的壓

差ΔP和實際輸出流量Q的乘積，即：P＝Δpω

效率容積效率：實際流量與理論流量之比

總效率：容積效率與機械效率的乘積。η＝ηVηm

（一）齒輪泵殼體、端蓋和齒輪的各齒間槽共同形成封閉的工作空間。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、工作可靠，維修方便，常用于壓力不

高的液壓系統(tǒng)中。

缺點：漏油較多，軸承載荷大，所以壓力不高。（詳見動畫演示文稿）（二）葉片泵

密封工作空間由轉(zhuǎn)子、定子、葉片、泵體和端蓋共同形成。1.雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成兩次吸油和排油，故稱之為雙作用葉片泵。泵的流量固定，是定量泵。

（詳見動畫演示文稿）2.單作用葉片泵轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，完成一次吸油和排油，故稱之為單作用葉片泵。改變轉(zhuǎn)子和定子的偏心距，可以改變泵的流量，變量泵。

葉片泵特點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、吸油條件苛刻、轉(zhuǎn)速有一定的限制、對油液污染比較敏感。雙作用和單作用相比，由于它徑向力是平衡的，受力情況比較好，應(yīng)用較廣。（三）柱塞泵

根據(jù)柱塞排列方向不同，分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵。徑向柱塞泵由定子、轉(zhuǎn)子（缸體）、配油軸、襯套和柱塞組成。

轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個柱塞底部容積完成一次吸油、壓油。轉(zhuǎn)子連續(xù)運轉(zhuǎn)，即完成泵的吸油、壓油工作。

徑向柱塞的流量因偏心e的大小而不同。若偏心量做成可調(diào)的，就成為變量泵。

柱塞泵具有壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、流量能調(diào)節(jié)等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。（詳見動畫演示文稿）液壓泵特點比較液壓泵組成是否定量特點齒輪泵殼體、端蓋和齒輪定量優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、工作可靠，維修方便。

缺點：漏油較多，軸承載荷大，所以壓力不高。葉片泵定子、轉(zhuǎn)子、葉片、泵體和端蓋單作用：變量雙作用：定量優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、流量均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低。

缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、吸油條件苛刻、轉(zhuǎn)速有一定的限制、對油液污染比較敏感。

雙作用受力情況好，應(yīng)用廣。徑向柱塞泵定子、轉(zhuǎn)子、配油軸、襯套、柱塞變量優(yōu)點：壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、流量能調(diào)節(jié)

缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜六、液壓馬達與液壓缸

功能：將液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能（執(zhí)行元件）。

【注意】液壓馬達和液壓泵都是依靠工作腔密封容積的變化來工作的，他們的原理是相同的，但是結(jié)構(gòu)上存在差別，所以不能通用。液壓馬達將液壓能轉(zhuǎn)變成為連續(xù)回轉(zhuǎn)的機械能高速液壓馬達齒輪液壓馬達、葉片液壓馬達、軸向柱塞馬達（記憶：和前面介紹的液壓泵可以對比記憶，除了徑向柱塞外，均為高速）低速液壓馬達單作用連桿型徑向柱塞馬達、多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達（記憶：徑向均為低速）液壓缸將液壓能變?yōu)橹本€運動或擺動的機械能按結(jié)構(gòu)特點分活塞式、柱塞式、伸縮式和擺動式按作用分單作用式和雙作用式雙桿活塞缸

單桿活塞缸（三）柱塞液壓缸

只能單向運動，回程需要借助于外力，如重力、彈簧力，或成對使用。

柱塞缸主要是避免了活塞缸缸孔難于加工的問題，這是它的一大優(yōu)點。

七、液壓控制閥

方向控制閥控制和改變液壓系統(tǒng)中液流的方向單向閥、液控單向閥、換向閥等壓力控制閥控制或調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力溢流閥、減壓閥、順序閥等流量控制閥控制或調(diào)整液流的流量節(jié)流閥、調(diào)速閥等【注意】調(diào)速閥是流量控制閥，而不是流速控制閥。（一）方向控制閥

1.單向閥：油液只能往一個方向流動，不能反向流動；要求：向流動壓力損失?。环聪蚪刂姑芊庑院?。單向閥液控單向閥：閉鎖方向可以用壓力油予以控制。

（詳見動畫演示文稿）滑閥主要由閥芯和閥體構(gòu)成。閥芯上加工出溝槽，閥體上則加工出相應(yīng)的環(huán)形槽。通過改變閥芯和閥體的相對位置，就能夠使各個通道之間的連通或斷開。

2.換向閥：通過手動、機動、電動、液動等方式，使閥芯在閥體孔中運動，使油路接通或切斷，從而改變液流的方向。分為滑閥和轉(zhuǎn)閥兩種?；y式換向閥工作原理

位：閥芯在閥體孔中可能的位置數(shù)目；滑閥符號中方格的個數(shù)。

通：與閥體連通的主油路數(shù)；每一方格上，和外界油路連通的“孔”數(shù)，即通路數(shù)。（二）壓力控制閥根據(jù)液體壓力與彈簧力平衡的原理來控制和調(diào)節(jié)液體的壓力。常見的壓力控制閥有：溢流閥、減壓閥、順序閥和壓力繼電器等1.溢流閥功能：溢出系統(tǒng)中多余的液壓油，使系統(tǒng)油液保持一定壓力，防止過載，起安全保護作用。

2.減壓閥：減低系統(tǒng)中某一部分的壓力，使之低于油泵供油壓力。

3.壓力繼電器：將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而操縱電氣元件實現(xiàn)動作。

（三）流量控制閥：依靠改變工作開口的大小來調(diào)節(jié)通過閥口的流量，以改變工作器件運動速度。

節(jié)流口的形狀和大小對流量閥的工作性能有很大的影響。

八、液壓輔件

（一）蓄能器：做輔助動力源、保壓和補充泄漏、吸收沖擊和油泵的壓力脈動。分為充氣式、重力式和彈簧式蓄能器。

（二）過濾器：濾去油液中的雜質(zhì)，維護油液的清潔，防止污染。分為表面型、深度型、磁性。

（三）油箱：儲存油液、散熱、分離氣體和沉淀。

此外，還有冷卻器、加熱器等等。【提示】液壓系統(tǒng)中油液的正常工作溫度為20~65攝氏度。九、液壓基本回路

（一）速度控制回路要求：

1.能在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的工作速度；

2.在負(fù)荷變化時，速度變化盡可能小，