第二章 機械傳動與液壓傳動
第一節(jié) 機械傳動
機械傳動的作用表現(xiàn)在三個方面：1、傳遞動力。2、改變運動速度和方向。3、改變運動形式。
機械設(shè)備中常用傳動形式有：螺旋傳動、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動和連桿傳動、凸輪傳動等。
一、機械傳動功率和效率
在機械傳動中，反映動力傳遞的參數(shù)是傳動功率和機械效率。
(一) 功和功率
當物體受到力F的作用，并移動一段距離S時所做功為：W=FS
功的大小等于力和物體沿作用力方向移動距離的乘積。
功率是單位時間內(nèi)所做的功。用P表示。P=Fv 功率單位瓦特。工程上常用千瓦。
對于轉(zhuǎn)動的零件，半徑為R，轉(zhuǎn)速n，則力F所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T=FR。
T=9550P/ n(N.M)
由上式可以看出：功率一定時，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。
(二) 機械效率
機器工作時，由于摩擦阻力存在必然要有功率損耗，這樣輸出功率P出小于輸入功率P入。功率損耗大小是一個重要指標，常用機械效率η表示
η=P出/P入
二、機械上常用的傳動機構(gòu)及其傳動關(guān)系
(一) 螺旋傳動機構(gòu)
螺旋傳動機構(gòu)是用內(nèi)、外螺紋組成的螺旋副來傳動運動和動力的裝置。主要用于將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€用運動。
螺紋分類：
按牙形分，三角形、巨型、梯形和鋸齒形。
螺紋主要參數(shù)：旋向、頭數(shù)、導程s，螺距p， S=kp
在普通螺旋機構(gòu)中，位移與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：L=nst
螺旋機構(gòu)特點：
1、結(jié)構(gòu)簡單。
2、降速比大，看實現(xiàn)微調(diào)和降速傳動。
3、省力，如千斤頂。
4、可以自鎖。
5、工作連續(xù)、平穩(wěn)、無噪聲。
缺點：摩擦大，效率低。有自鎖時效率是50%。
滾珠螺旋傳動
組成：絲杠、螺母、滾珠。
分類：外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)是滾珠在回路過程中離開螺旋表面的。內(nèi)循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程中始終不脫離螺旋表面。
特點：1、傳動效率高，摩擦損失小。η=0.90～0.95
2、磨損小，能長時間保持精度，壽命長。
3、啟動轉(zhuǎn)矩接近運動轉(zhuǎn)矩，傳動靈敏、平穩(wěn)。
4、有較高的傳動精度和軸向剛度。
5、不能自鎖，傳動具有可逆性。
6、制造工藝復雜，成本高。
(二) 帶傳動
帶傳動傳動是利用膠帶與帶輪間的摩擦傳遞運動和力，
分類：平帶、三角帶、圓形帶和齒形帶。如圖2-5
平帶傳動形式：1、開口式傳動。2、交叉式傳動。3、半交叉式。
傳動比：i=n2/n1=d1/d2
如考慮帶與帶輪間的滑動，則：i=(d1/d2)ε
帶傳動特點：1、運動平穩(wěn)無噪聲，可以緩沖沖擊和吸振;2、結(jié)構(gòu)簡單，傳動距離遠;3、制造和安裝簡單，維護方便，不需潤滑;4、過載打滑，可起保護作用;5、外尺寸大，效率低，壽命短，傳動精度不高。
(三)齒輪傳動機構(gòu)
齒輪傳動是一種嚙合傳動，如圖2-7所示。
傳動比：i=n2/n1= z1/z2
齒輪傳動分類：如圖2-8 1、兩軸平行的齒輪機構(gòu)。2、兩軸不平行的齒輪機構(gòu)。
主要優(yōu)點：(1)傳遞運動可靠，瞬時傳動比恒定;(2)適用的載荷和速度范圍大。(3)使用效率高，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，外尺寸小;(4)可傳遞空間任意配置的兩軸之間的運動。
主要缺點：(1)與螺旋傳動、帶傳動相比，振動和噪聲大，不可無級調(diào)速;(2)傳動軸之間距離不可過大;(3)加工復雜，制造成本高。
輪系的分類：定軸輪系，周轉(zhuǎn)輪系。
定軸輪系 輪系轉(zhuǎn)動時，各齒輪軸線的位置都是固定不變的。如圖2-9
周轉(zhuǎn)輪系 輪系運轉(zhuǎn)時其中至少有一個齒輪的幾何軸線是繞另一齒輪的幾何軸線轉(zhuǎn)動的輪系。周轉(zhuǎn)輪系又分為差動輪系和行星輪系。差動輪系是兩個中心輪都轉(zhuǎn)動。行星輪系是一個中心輪固定不轉(zhuǎn)。
混合輪系即有定軸輪系又有周轉(zhuǎn)輪系的齒輪傳動。如圖2-12
輪系的功用：(1)可以實現(xiàn)大的傳動比;(2)可以實現(xiàn)較遠兩軸傳動;(3)從動軸可以獲得幾種不同傳動比;(4)通過改變齒輪數(shù)可以得到從動軸不同轉(zhuǎn)向;(5)實現(xiàn)運動的合成和分解。
(四)鏈傳動機構(gòu)
組成：主、從動鏈輪、鏈條。如圖2-13
功用：傳遞運動和動力。
傳動比i=n2/n1=z1/z2。
由上式得出：鏈傳動的傳動比與和鏈輪齒數(shù)成反比。
與帶傳動、齒輪傳動相比：
1、優(yōu)點(1)與帶傳動相比平均傳動比準確，傳動功率大，輪廓尺寸小。(2)與齒輪傳動相比，傳動中心距大。(3)能在低速重在、高溫環(huán)境惡略條件下工作。(4)效率高，可達0.99。
2、缺點(1)不能保持恒定的瞬時傳動比;(2)鏈單位長度重量大，引起噪聲。急速反向性能差，不能由于高速。
(五)蝸桿傳動機構(gòu)
蝸桿傳動機構(gòu)是嚙合傳動，傳遞運動和動力。傳動如圖2-14
主要參數(shù)：蝸桿線數(shù)k、軸向模數(shù)、軸向壓力角;蝸輪齒數(shù)z、端面模數(shù)、端面壓力角;旋向。
傳動比 i=n2/n1=k/z
蝸桿蝸輪正確嚙合條件：蝸桿軸向模數(shù)、軸向壓力角分別等于蝸輪端面模數(shù)和端面壓力角。
主要特點：1、降速效果好。2、傳動平穩(wěn)。3、有自鎖作用(在一定條件下)。4、效率低。一般為0.7～0.8，有自鎖時0.5。
(六)平面連桿機構(gòu)
連桿機構(gòu)是用鉸鏈、滑道方式，將構(gòu)件相互聯(lián)接成的機構(gòu)，用以實現(xiàn)運動變換和傳遞動力。
平面連桿機構(gòu)中各構(gòu)件都是桿狀，所以統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)?；蛩臈U機構(gòu)。如圖2-16破碎機破碎機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。為方便起見，只畫出能表達其運動特性的簡圖，稱為機構(gòu)運動簡圖。如圖2-17 AB稱為曲柄，CD稱為搖桿，BC稱為連桿，AD稱為機架。
四桿機構(gòu)分類：曲柄搖桿機構(gòu);雙曲柄機構(gòu);雙搖桿機構(gòu)。
應(yīng)用：如圖2-18是牛頭刨床進給機構(gòu)簡圖。是曲柄為主動件。圖2-19縫紉機的驅(qū)動機構(gòu)，是搖桿作主動件。
當搖桿無限長時，C點作直線運動，就演變成曲柄滑塊機構(gòu)，滑塊移動范圍是兩倍曲柄長度。如圖2-20.應(yīng)用如圖2-21，2-22
(七)凸輪機構(gòu)
凸輪機構(gòu)功用：將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為從動件的往復移動或擺動。如圖2-23、2-24
分類：1、平板凸輪。如圖2-26a)2、移動凸輪如圖2-26b)3、圓柱凸輪如圖2-26c)。
特點：機構(gòu)簡單，緊湊;容易磨損，多用于傳遞動力不大的控制機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)。
(八)間歇運動機構(gòu)
間歇運動機構(gòu)是將主動件連續(xù)的運動轉(zhuǎn)變?yōu)檫\作—停止—動作的機構(gòu)。
分類：1、棘輪機構(gòu)。如圖2-27O1A連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動變成棘輪的間歇運動。
2、槽輪機構(gòu)。如圖2-28撥盤1連續(xù)的轉(zhuǎn)動變成槽輪的間歇運動。應(yīng)用如電影放映機。
(九)傳動鏈的傳動比及效率
各種傳動副連接成為傳遞運動和動力的系統(tǒng)叫傳動鏈。每條傳動鏈有首端件和末端件。按一定規(guī)律組成就是傳動比。
總傳動比i總= i1 i2 i3 i4 i5
例3教材79～80頁。
總傳動效率是各個軸間的傳動效率乘積。
三、傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是用專用符號來表示傳動系統(tǒng)的綜合簡圖。
每個傳動系統(tǒng)都可繪制成傳動系統(tǒng)圖，分析方法：1、分析整個機器有幾條傳動鏈及首、末端件。2、分析傳動路線，由那些傳動零件組成，各傳動零件的傳動方式、傳動關(guān)系。3、列出機器的傳動結(jié)構(gòu)式和傳動關(guān)系。
第一節(jié) 機械傳動
機械傳動的作用表現(xiàn)在三個方面：1、傳遞動力。2、改變運動速度和方向。3、改變運動形式。
機械設(shè)備中常用傳動形式有：螺旋傳動、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動和連桿傳動、凸輪傳動等。
一、機械傳動功率和效率
在機械傳動中，反映動力傳遞的參數(shù)是傳動功率和機械效率。
(一) 功和功率
當物體受到力F的作用，并移動一段距離S時所做功為：W=FS
功的大小等于力和物體沿作用力方向移動距離的乘積。
功率是單位時間內(nèi)所做的功。用P表示。P=Fv 功率單位瓦特。工程上常用千瓦。
對于轉(zhuǎn)動的零件，半徑為R，轉(zhuǎn)速n，則力F所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T=FR。
T=9550P/ n(N.M)
由上式可以看出：功率一定時，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。
(二) 機械效率
機器工作時，由于摩擦阻力存在必然要有功率損耗，這樣輸出功率P出小于輸入功率P入。功率損耗大小是一個重要指標，常用機械效率η表示
η=P出/P入
二、機械上常用的傳動機構(gòu)及其傳動關(guān)系
(一) 螺旋傳動機構(gòu)
螺旋傳動機構(gòu)是用內(nèi)、外螺紋組成的螺旋副來傳動運動和動力的裝置。主要用于將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€用運動。
螺紋分類：
按牙形分，三角形、巨型、梯形和鋸齒形。
螺紋主要參數(shù)：旋向、頭數(shù)、導程s，螺距p， S=kp
在普通螺旋機構(gòu)中，位移與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：L=nst
螺旋機構(gòu)特點：
1、結(jié)構(gòu)簡單。
2、降速比大，看實現(xiàn)微調(diào)和降速傳動。
3、省力，如千斤頂。
4、可以自鎖。
5、工作連續(xù)、平穩(wěn)、無噪聲。
缺點：摩擦大，效率低。有自鎖時效率是50%。
滾珠螺旋傳動
組成：絲杠、螺母、滾珠。
分類：外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)是滾珠在回路過程中離開螺旋表面的。內(nèi)循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程中始終不脫離螺旋表面。
特點：1、傳動效率高，摩擦損失小。η=0.90～0.95
2、磨損小，能長時間保持精度，壽命長。
3、啟動轉(zhuǎn)矩接近運動轉(zhuǎn)矩，傳動靈敏、平穩(wěn)。
4、有較高的傳動精度和軸向剛度。
5、不能自鎖，傳動具有可逆性。
6、制造工藝復雜，成本高。
(二) 帶傳動
帶傳動傳動是利用膠帶與帶輪間的摩擦傳遞運動和力，
分類：平帶、三角帶、圓形帶和齒形帶。如圖2-5
平帶傳動形式：1、開口式傳動。2、交叉式傳動。3、半交叉式。
傳動比：i=n2/n1=d1/d2
如考慮帶與帶輪間的滑動，則：i=(d1/d2)ε
帶傳動特點：1、運動平穩(wěn)無噪聲，可以緩沖沖擊和吸振;2、結(jié)構(gòu)簡單，傳動距離遠;3、制造和安裝簡單，維護方便，不需潤滑;4、過載打滑，可起保護作用;5、外尺寸大，效率低，壽命短，傳動精度不高。
(三)齒輪傳動機構(gòu)
齒輪傳動是一種嚙合傳動，如圖2-7所示。
傳動比：i=n2/n1= z1/z2
齒輪傳動分類：如圖2-8 1、兩軸平行的齒輪機構(gòu)。2、兩軸不平行的齒輪機構(gòu)。
主要優(yōu)點：(1)傳遞運動可靠，瞬時傳動比恒定;(2)適用的載荷和速度范圍大。(3)使用效率高，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，外尺寸小;(4)可傳遞空間任意配置的兩軸之間的運動。
主要缺點：(1)與螺旋傳動、帶傳動相比，振動和噪聲大，不可無級調(diào)速;(2)傳動軸之間距離不可過大;(3)加工復雜，制造成本高。
輪系的分類：定軸輪系，周轉(zhuǎn)輪系。
定軸輪系 輪系轉(zhuǎn)動時，各齒輪軸線的位置都是固定不變的。如圖2-9
周轉(zhuǎn)輪系 輪系運轉(zhuǎn)時其中至少有一個齒輪的幾何軸線是繞另一齒輪的幾何軸線轉(zhuǎn)動的輪系。周轉(zhuǎn)輪系又分為差動輪系和行星輪系。差動輪系是兩個中心輪都轉(zhuǎn)動。行星輪系是一個中心輪固定不轉(zhuǎn)。
混合輪系即有定軸輪系又有周轉(zhuǎn)輪系的齒輪傳動。如圖2-12
輪系的功用：(1)可以實現(xiàn)大的傳動比;(2)可以實現(xiàn)較遠兩軸傳動;(3)從動軸可以獲得幾種不同傳動比;(4)通過改變齒輪數(shù)可以得到從動軸不同轉(zhuǎn)向;(5)實現(xiàn)運動的合成和分解。
(四)鏈傳動機構(gòu)
組成：主、從動鏈輪、鏈條。如圖2-13
功用：傳遞運動和動力。
傳動比i=n2/n1=z1/z2。
由上式得出：鏈傳動的傳動比與和鏈輪齒數(shù)成反比。
與帶傳動、齒輪傳動相比：
1、優(yōu)點(1)與帶傳動相比平均傳動比準確，傳動功率大，輪廓尺寸小。(2)與齒輪傳動相比，傳動中心距大。(3)能在低速重在、高溫環(huán)境惡略條件下工作。(4)效率高，可達0.99。
2、缺點(1)不能保持恒定的瞬時傳動比;(2)鏈單位長度重量大，引起噪聲。急速反向性能差，不能由于高速。
(五)蝸桿傳動機構(gòu)
蝸桿傳動機構(gòu)是嚙合傳動，傳遞運動和動力。傳動如圖2-14
主要參數(shù)：蝸桿線數(shù)k、軸向模數(shù)、軸向壓力角;蝸輪齒數(shù)z、端面模數(shù)、端面壓力角;旋向。
傳動比 i=n2/n1=k/z
蝸桿蝸輪正確嚙合條件：蝸桿軸向模數(shù)、軸向壓力角分別等于蝸輪端面模數(shù)和端面壓力角。
主要特點：1、降速效果好。2、傳動平穩(wěn)。3、有自鎖作用(在一定條件下)。4、效率低。一般為0.7～0.8，有自鎖時0.5。
(六)平面連桿機構(gòu)
連桿機構(gòu)是用鉸鏈、滑道方式，將構(gòu)件相互聯(lián)接成的機構(gòu)，用以實現(xiàn)運動變換和傳遞動力。
平面連桿機構(gòu)中各構(gòu)件都是桿狀，所以統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)?；蛩臈U機構(gòu)。如圖2-16破碎機破碎機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。為方便起見，只畫出能表達其運動特性的簡圖，稱為機構(gòu)運動簡圖。如圖2-17 AB稱為曲柄，CD稱為搖桿，BC稱為連桿，AD稱為機架。
四桿機構(gòu)分類：曲柄搖桿機構(gòu);雙曲柄機構(gòu);雙搖桿機構(gòu)。
應(yīng)用：如圖2-18是牛頭刨床進給機構(gòu)簡圖。是曲柄為主動件。圖2-19縫紉機的驅(qū)動機構(gòu)，是搖桿作主動件。
當搖桿無限長時，C點作直線運動，就演變成曲柄滑塊機構(gòu)，滑塊移動范圍是兩倍曲柄長度。如圖2-20.應(yīng)用如圖2-21，2-22
(七)凸輪機構(gòu)
凸輪機構(gòu)功用：將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為從動件的往復移動或擺動。如圖2-23、2-24
分類：1、平板凸輪。如圖2-26a)2、移動凸輪如圖2-26b)3、圓柱凸輪如圖2-26c)。
特點：機構(gòu)簡單，緊湊;容易磨損，多用于傳遞動力不大的控制機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)。
(八)間歇運動機構(gòu)
間歇運動機構(gòu)是將主動件連續(xù)的運動轉(zhuǎn)變?yōu)檫\作—停止—動作的機構(gòu)。
分類：1、棘輪機構(gòu)。如圖2-27O1A連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動變成棘輪的間歇運動。
2、槽輪機構(gòu)。如圖2-28撥盤1連續(xù)的轉(zhuǎn)動變成槽輪的間歇運動。應(yīng)用如電影放映機。
(九)傳動鏈的傳動比及效率
各種傳動副連接成為傳遞運動和動力的系統(tǒng)叫傳動鏈。每條傳動鏈有首端件和末端件。按一定規(guī)律組成就是傳動比。
總傳動比i總= i1 i2 i3 i4 i5
例3教材79～80頁。
總傳動效率是各個軸間的傳動效率乘積。
三、傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是用專用符號來表示傳動系統(tǒng)的綜合簡圖。
每個傳動系統(tǒng)都可繪制成傳動系統(tǒng)圖，分析方法：1、分析整個機器有幾條傳動鏈及首、末端件。2、分析傳動路線，由那些傳動零件組成，各傳動零件的傳動方式、傳動關(guān)系。3、列出機器的傳動結(jié)構(gòu)式和傳動關(guān)系。