第二章 機(jī)械傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)
第一節(jié) 機(jī)械傳動(dòng)
機(jī)械傳動(dòng)的作用表現(xiàn)在三個(gè)方面：1、傳遞動(dòng)力。2、改變運(yùn)動(dòng)速度和方向。3、改變運(yùn)動(dòng)形式。
機(jī)械設(shè)備中常用傳動(dòng)形式有：螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和連桿傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)等。
一、機(jī)械傳動(dòng)功率和效率
在機(jī)械傳動(dòng)中，反映動(dòng)力傳遞的參數(shù)是傳動(dòng)功率和機(jī)械效率。
（一）功和功率
當(dāng)物體受到力F的作用，并移動(dòng)一段距離S時(shí)所做功為：W=FS
功的大小等于力和物體沿作用力方向移動(dòng)距離的乘積。
若力與移動(dòng)方向成α角，則 W=FScosα
功率是單位時(shí)間內(nèi)所做的功。用P表示。
P=W/t=FScosα/t
由于v=s/t 于是 P=Fvcosα 即功率等于力在其作用點(diǎn)速度方向上的投影與速度的乘積。若cosα=1 則 P=Fv
功率單位瓦特。工程上常用千瓦。
對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的零件，半徑為R，轉(zhuǎn)速n，則圓周上線速度v=2πR n/60，又設(shè)圓周上的切向力F，F(xiàn)則力所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T=FR。
根據(jù) P=Fv，可得 P=F2πR n/60=Tπ n/30(W)。若以千瓦計(jì)：
P=Tπn/30000=Tπ n/30(KW)
T=9550P/ n(N.M)
由上式可以看出：功率一定時(shí)，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。
例1電機(jī)功率P=6KW，轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)/分，求輸出轉(zhuǎn)矩。
解：因?yàn)門=9550P/ n
所以 T=9550×6/1440=39.8（N.M）
(二) 機(jī)械效率
機(jī)器工作時(shí)，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(gè)重要指標(biāo)，常用機(jī)械效率η表示
η=P出/P入
顯然機(jī)械效率小于1.在機(jī)械傳動(dòng)中，經(jīng)驗(yàn)測定，一般機(jī)械效率大致數(shù)值為：一對(duì)齒輪傳動(dòng)0.94～0.99，平行膠帶傳動(dòng)0.92～0.98，三角帶傳動(dòng)0.90～0.94，一對(duì)滑動(dòng)軸承傳動(dòng)0.94～0.98，一對(duì)滾動(dòng)軸承0.99，滑動(dòng)絲杠0.30～0.60。
二、機(jī)械上常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)關(guān)系
（一）螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是用內(nèi)、外螺紋組成的螺旋副來傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。主要用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€用運(yùn)動(dòng)。
螺紋分類：
按牙形分，三角形、巨型、梯形和鋸齒形。
按旋向分，左旋、右旋。
按頭數(shù)分，單線、雙線、三線。
螺紋主要參數(shù)：導(dǎo)程s，指同一線上的相鄰兩牙在中線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)的軸向距離。
螺距p，相鄰兩牙在中線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)之間的軸向距離。S=kp
在普通螺旋機(jī)構(gòu)中，位移與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：L=nst
例2圖2-3所示螺母位移溜板機(jī)構(gòu)中，螺紋導(dǎo)程s=4mm，螺桿轉(zhuǎn)速n=50r/min，試求螺母每分鐘帶動(dòng)溜板的位移量。
解：L=nst=50×4×1=200(mm)
螺旋機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：
1、結(jié)構(gòu)簡單。
2、降速比大，看實(shí)現(xiàn)微調(diào)和降速傳動(dòng)。
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(diǎn)：摩擦大，效率低。有自鎖時(shí)效率是50%。
滾珠螺旋傳動(dòng)
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(diǎn)：1、傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。η=0.90～0.95
2、磨損小，能長時(shí)間保持精度，壽命長。
3、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩接近運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)靈敏、平穩(wěn)。
4、有較高的傳動(dòng)精度和軸向剛度。
5、不能自鎖，傳動(dòng)具有可逆性。
6、制造工藝復(fù)雜，成本高。
常用于數(shù)控機(jī)床。
（二）帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)傳動(dòng)是利用膠帶與帶輪間的摩擦傳遞運(yùn)動(dòng)和力，
分類：平帶、三角帶、圓形帶和齒形帶。如圖2-5
平帶傳動(dòng)形式：1、開口式傳動(dòng)。2、交叉式傳動(dòng)。3、半交叉式。
傳動(dòng)比：i=n2/n1=d1/d2
如考慮帶與帶輪間的滑動(dòng)，則：i=（d1/d2）ε
帶傳動(dòng)特點(diǎn)：1、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無噪聲，可以緩沖沖擊和吸振；
2、結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)距離遠(yuǎn)；
3、制造和安裝簡單，維護(hù)方便，不需潤滑；
4、過載打滑，可起保護(hù)作用；
5、外尺寸大，效率低，壽命短，傳動(dòng)精度不高。
（三）齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
齒輪傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)，如圖2-7所示。
傳動(dòng)比：i=n2/n1= z1/z2
齒輪傳動(dòng)分類：如圖2-8
1、兩軸平行的齒輪機(jī)構(gòu)。
2、兩軸不平行的齒輪機(jī)構(gòu)。
主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）傳遞運(yùn)動(dòng)可靠，瞬時(shí)傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)。
主要缺點(diǎn)：
（1）與螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)相比，振動(dòng)和噪聲大，不可無級(jí)調(diào)速；
（2）傳動(dòng)軸之間距離不可過大；
（3）加工復(fù)雜，制造成本高。
第一節(jié) 機(jī)械傳動(dòng)
機(jī)械傳動(dòng)的作用表現(xiàn)在三個(gè)方面：1、傳遞動(dòng)力。2、改變運(yùn)動(dòng)速度和方向。3、改變運(yùn)動(dòng)形式。
機(jī)械設(shè)備中常用傳動(dòng)形式有：螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和連桿傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)等。
一、機(jī)械傳動(dòng)功率和效率
在機(jī)械傳動(dòng)中，反映動(dòng)力傳遞的參數(shù)是傳動(dòng)功率和機(jī)械效率。
（一）功和功率
當(dāng)物體受到力F的作用，并移動(dòng)一段距離S時(shí)所做功為：W=FS
功的大小等于力和物體沿作用力方向移動(dòng)距離的乘積。
若力與移動(dòng)方向成α角，則 W=FScosα
功率是單位時(shí)間內(nèi)所做的功。用P表示。
P=W/t=FScosα/t
由于v=s/t 于是 P=Fvcosα 即功率等于力在其作用點(diǎn)速度方向上的投影與速度的乘積。若cosα=1 則 P=Fv
功率單位瓦特。工程上常用千瓦。
對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的零件，半徑為R，轉(zhuǎn)速n，則圓周上線速度v=2πR n/60，又設(shè)圓周上的切向力F，F(xiàn)則力所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T=FR。
根據(jù) P=Fv，可得 P=F2πR n/60=Tπ n/30(W)。若以千瓦計(jì)：
P=Tπn/30000=Tπ n/30(KW)
T=9550P/ n(N.M)
由上式可以看出：功率一定時(shí)，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。
例1電機(jī)功率P=6KW，轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)/分，求輸出轉(zhuǎn)矩。
解：因?yàn)門=9550P/ n
所以 T=9550×6/1440=39.8（N.M）
(二) 機(jī)械效率
機(jī)器工作時(shí)，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(gè)重要指標(biāo)，常用機(jī)械效率η表示
η=P出/P入
顯然機(jī)械效率小于1.在機(jī)械傳動(dòng)中，經(jīng)驗(yàn)測定，一般機(jī)械效率大致數(shù)值為：一對(duì)齒輪傳動(dòng)0.94～0.99，平行膠帶傳動(dòng)0.92～0.98，三角帶傳動(dòng)0.90～0.94，一對(duì)滑動(dòng)軸承傳動(dòng)0.94～0.98，一對(duì)滾動(dòng)軸承0.99，滑動(dòng)絲杠0.30～0.60。
二、機(jī)械上常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)關(guān)系
（一）螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是用內(nèi)、外螺紋組成的螺旋副來傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。主要用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€用運(yùn)動(dòng)。
螺紋分類：
按牙形分，三角形、巨型、梯形和鋸齒形。
按旋向分，左旋、右旋。
按頭數(shù)分，單線、雙線、三線。
螺紋主要參數(shù)：導(dǎo)程s，指同一線上的相鄰兩牙在中線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)的軸向距離。
螺距p，相鄰兩牙在中線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)之間的軸向距離。S=kp
在普通螺旋機(jī)構(gòu)中，位移與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：L=nst
例2圖2-3所示螺母位移溜板機(jī)構(gòu)中，螺紋導(dǎo)程s=4mm，螺桿轉(zhuǎn)速n=50r/min，試求螺母每分鐘帶動(dòng)溜板的位移量。
解：L=nst=50×4×1=200(mm)
螺旋機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：
1、結(jié)構(gòu)簡單。
2、降速比大，看實(shí)現(xiàn)微調(diào)和降速傳動(dòng)。
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(diǎn)：摩擦大，效率低。有自鎖時(shí)效率是50%。
滾珠螺旋傳動(dòng)
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(diǎn)：1、傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。η=0.90～0.95
2、磨損小，能長時(shí)間保持精度，壽命長。
3、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩接近運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)靈敏、平穩(wěn)。
4、有較高的傳動(dòng)精度和軸向剛度。
5、不能自鎖，傳動(dòng)具有可逆性。
6、制造工藝復(fù)雜，成本高。
常用于數(shù)控機(jī)床。
（二）帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)傳動(dòng)是利用膠帶與帶輪間的摩擦傳遞運(yùn)動(dòng)和力，
分類：平帶、三角帶、圓形帶和齒形帶。如圖2-5
平帶傳動(dòng)形式：1、開口式傳動(dòng)。2、交叉式傳動(dòng)。3、半交叉式。
傳動(dòng)比：i=n2/n1=d1/d2
如考慮帶與帶輪間的滑動(dòng)，則：i=（d1/d2）ε
帶傳動(dòng)特點(diǎn)：1、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無噪聲，可以緩沖沖擊和吸振；
2、結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)距離遠(yuǎn)；
3、制造和安裝簡單，維護(hù)方便，不需潤滑；
4、過載打滑，可起保護(hù)作用；
5、外尺寸大，效率低，壽命短，傳動(dòng)精度不高。
（三）齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
齒輪傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)，如圖2-7所示。
傳動(dòng)比：i=n2/n1= z1/z2
齒輪傳動(dòng)分類：如圖2-8
1、兩軸平行的齒輪機(jī)構(gòu)。
2、兩軸不平行的齒輪機(jī)構(gòu)。
主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）傳遞運(yùn)動(dòng)可靠，瞬時(shí)傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)。
主要缺點(diǎn)：
（1）與螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)相比，振動(dòng)和噪聲大，不可無級(jí)調(diào)速；
（2）傳動(dòng)軸之間距離不可過大；
（3）加工復(fù)雜，制造成本高。