机械基础传动

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1、机械基础机械基础传动传动3.1 概述 传动的作用是：1.能量的分配；2.转速的改变；3.运动形式的改变(如回转运动改变为往复运动) 传动分类传动分类传动分为机械传动、流体传动和电传动三类。在机械传动和流体传动中，输入的是机械能，输出的仍是机械能；在电传动中，则把电能变为机械能或把机械能变为电能。机械传动分为啮合传动和摩擦传动；流体传动分为液压传动和气压传动。 各种传动的主要特性保持准确传动比 啮合传动 齿、链无级变速 电传动、摩擦传动 、液压传动 传动效率较高 电传动、摩擦传动 工作部分压力大 液压传动、啮合传动制造成本较低 啮合、摩擦传动有过载保护作用 摩擦传动、液压传动、气压传动3.2 机

2、械传动3.2.13.2.1机械传动分类及其特性机械传动分类及其特性1.机械传动分类 啮合传动-齿轮传动、蜗杆传动、 链传动和螺旋传动摩擦传动-摩擦轮传动、平带传 动、V带传动2.主要特性传动效率最高齿轮传动9599单级传动比 最大蜗杆传动 1000(8-100) 传动功率最大/ kWkW 齿轮传动 40000 中心距最大平带传动 传动比准确 齿轮传动、蜗杆传动、链传动 噪声大齿轮传动 价格高蜗杆传动、链传动 无级调速 和过载保护摩擦轮、平带、V带传动 (1)传动比主动轮的转速n1与从动轮的转速n2之比i称为传动比 in1 1/n2 2如：某减速器的主动轮的转速为1000转/分；从动轮的转速为5

3、00转/分。则其减速比： i n1/n2 1000/500 2有级调速和无级调速有级调速：从某一传动比突然跳到另一传动比，变化不连续，称为有级调速无级调速：传动比的变化是连续的，在理论上可以获得在一定范围内的任一传动比称为无级调速。多级传动的总传动比多级传动的总传动比i等于各级传动比的连乘积iil i2 i3 in (2)效率效率V表示能量的利用程度，是评定传动是否优秀的重要指标之一。 损失率1V表示能量的损耗程度齿轮传动的损耗率最小，依次为链传动、平带传动、V带传动、摩擦轮传动。蜗杆传动的损耗率最大。因啮合轮齿间相对滑动速度大，产生摩擦损耗造成。3.2.2 摩擦轮传动摩擦轮传动1.工作原理F

4、NFFN-两轮接触面间的法向压力-轮面材料的摩擦系数F-从动轮所需要的工作圆周力保持两轮相互压紧，由压紧力在接触面间产生足够的法向力是摩擦轮传动的最基本条件。 摩擦轮传动特性优点：1、摩擦轮轮面没有轮齿，制造简单，工作时不会发生周期性冲击，运转平稳，噪声很小；2、过载时发生打滑，能防止机器中重要零件的损坏；3、能无级地改变传动比(通称无级调速)。缺点：1、效率较低；2、不宜传递很大的功率。传递同样大 的功率时，轮廓尺寸和作用在轴与轴承上的载荷都比齿轮传动大；4、不能保持准确的传动比； 5、干摩擦时磨损快、寿命低；6、必须采用压紧装置等。3.2.33.2.3带传动带传动(Belt drives)

5、 带传动带传动-两个或多个带轮之间用带作为挠性拉曳零件的传动。工作时借助零件之间的摩擦 (或啮合)来传递运动或动力。 图3-2带传动图3-3带传动种类a)平带b)V型带c)多楔带d)同步带d)带传动带传动带传动特点带传动特点优点：1、能缓和载荷冲击；2、运行平稳，无噪声；3、制造和安装精度不象啮合传动那样严格；4、过载时将引起带在带轮上打滑，而可防止 其他零件的损坏；5、可增加带长以适应中心距较大的工作条 件(可达15m)。缺点:1、有弹性滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的传动比(同步带传动是靠啮合传动的，所以可保证传动同步)；2、传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大；

6、3、带的寿命较短，但可以更换。 3.2.4链传动链传动 (Roller Chain drives)链传动是在两个或多于两个链轮之间用链作为挠性拉曳元件的一种啮合传动链传动的特点优点：1、没有滑动；2、工况相同时，传动尺寸比较紧凑；3、不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；4、效率较高；5、能在温度较高、湿度较大的环境中使用；6、因链传动具有中间元件(链) ,轴间距离可以很大。缺点：1、只能用于平行轴间的传动；2、瞬时速度不均匀，高速运转时不如带传 动平稳；3、不宜在载荷变化很大和急促反向的传动 中应用；4、工作时有噪声；5、制造费用比带传动高等。应用范围1.传动功率最大传动功率达到5000

7、kW；2.速度最高速度达到40ms；3.最大传动比达到15；4.最大中心距达到8m；由于经济原因，链传动的传动功率一般小于100KW，速度小于15m/s，传动比小于8。3.2.5蜗杆传动蜗杆传动(Worm and Worm Gear)蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动,绝大多数情况下，两轴在空间是互相垂直的，轴交角为900.优点: 1.结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小； 2.单级传动比很大。在传递动力时，传动比一般为8100，常用的为1550。在分度机构中，传动比可达几百甚至到1000，用在功率小的场合； 3.多头蜗杆的传动效率可达到98。与多级齿轮传动相比，蜗杆传动零件数目少，结构尺

8、寸小，重量轻。缺点: 在制造精度和传动比相同的条件下，由于蜗杆啮合轮齿间相对滑动速度大，故摩擦磨损大，传动的效率比齿轮传动低，同时蜗轮一般需用贵重的减摩材料(如青铜)制造。用途： 蜗杆传动多用于减速，以蜗杆为原动件。3.2.6滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动滚珠丝杠副是一种新型传动机构，螺旋槽的丝杆与螺母之间装有中间传动元件滚珠，形成滚珠沿螺纹滚道流动的传动方式。主要由反向器1、螺母、丝杆、滚珠组成。1 1工作原理工作原理当丝杆转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置，构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。2 传动特点滚珠丝杠传动与

9、滑动丝杠传动相比，具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长的优点。 不足之处是不能自锁，在用作升降传动机构时，需要采取制动措施。3 33 3流体传动流体传动流体传动包括液压及气动传动 3.3.13.3.1液压传动液压传动 液压机构是以液压油为动力源完成预定运动要求和实现各种机械功能的机构，是利用液体的压力使执行元件（油缸或油马达）的容积发生变化而作功，称之为容积式液压机构。 液压传动速度液压传动的组成部分控制开关过流保护超压保护图3.6液压系统示意图1、油箱2、电动机3、油泵4、油压表5、压力控制阀6、方向控制阀7、油缸8、流量控制阀9、工作机构1.液压系统的组成 （1）动力

10、元件（油泵）其作用是提供压力油，是系统的动力源。从能量转换的角度看，它是将电动机输出的机械能转变成液压能的能量转换装置。 （2）执行元件（油缸或油马达）及工作机构（即液压机构）它将液体的压力能转换为机械能，用以驱动负载。液压执行元件主要有液压缸和液压马达两大类，前者实现直线运动，后者完成回转运动。 （3）控制元件 包括压力、流量、方向等控制阀，分别控制系统的压力、流量和液流方向，以满足执行元件对力、速度和运动方向的要求。 （4）辅助元件 除上述三部分之外的其它装置均属于辅助元件，如油管、油箱等在系统中起着输送、贮存、散热等作用。2.液压系统的工作原理 油泵3在电动机2的带动下转动，将油箱1中的

11、油液吸入，经压力控制阀5、方向控制阀6进入油缸7，驱使油缸内活塞运动，带动工作机构9实现各种功能和动作、活塞的速度通过调节流量控制阀8的过流面积，改变油液通过油缸的流量来实现。3.液压机构的特点液压机构与纯机械机构和电力驱动机构相比，具有以下优点： （1）在输出同等功率的条件下，液压机构结构紧凑，体积小、重量轻、惯性小。 （2）工作平稳，冲击、振动和噪声都较小。易于实现频繁的启动、换向，能完成转动、摆动，更易于实现各种往复运动。 （3）调速方便，并能在大的范围内实现无级调速，调速比可达5000。 （4）操纵简单，便于实现自动化，并可与电力、气动、机械等驱动（控制）的机构联合使用，充分发挥各自的

12、优点，实现复杂的自动工作循环。 （5）易于实现过载保护，工作安全可靠、由于工作介质为油液，相对运动的表面能自行润滑，减少了磨损，延长了使用寿命。 （6）可实现低速大力矩传动，无需减速装置。液压机构的缺点： （1）油液的粘性受温度变化的影响大，故不宜用于低温和高温的环境中。 （2）如果泄漏会造成环境污染。 （3）液压元件的加工和配合精度要求高，加工工艺困难，成本较高。 3.3.2气动机构气动机构气动机构是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号的机构。液压、电动、气动1气动系统的组成及工作原理1 电动机；2空气压缩机；3气罐；4压力控制阀；5逻辑回路；6方向控制阀；7流量控制阀；8行程阀；9气缸

13、；10消声器；11油雾器；12空气过滤器；13工作机构 2气动机构的特点 气动机构具有以下优点 （1）以空气为工作介质，用后可直接排到大气中，处理方便与液压机构相比不必设置回收油的油箱和管道。 （2）因空气的粘度很小，在管路中流动时压力损失小，适于集中供气和远距离输送。 （3）与液压机构相比，动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质问题。 （4）工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强振、潮湿、有辐射和温度变化大的恶劣环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气机构。 （5）空气具有可压缩性，过载能自动保护。 气动机构的缺点： (1)由于空气具有可压缩性，因此工作

14、速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的结果。 (2)工作压力较低（一般为 0 31.0MPa），难以获得很大的输出力。 (3)噪声较大，在高速排气时要加消声器。3.气动机构的应用1.卡紧套 2.滚珠 3.可换手部3.4 3.4 电传动电传动电传动主要指伺服传动。伺服传动由计算机通过接口与伺服电机、电控阀等传动装置相连接，控制它们的运动，直接或通过滚珠丝杠等传动装置带动工作机械做回转、直线以及其它各种复杂的运动。这里我们主要介绍以步进电机为主的伺服传动。单三拍步进电机工作的基本原理单三拍步进电机工作的基本原理步进电机驱动的特点(1)步进电机的角位移、转速与输入脉冲频率成正比。(2)步进电机具有自锁能力，这对于位置控制很重要。(3)步进电机的运行速度不受电源波动的影响。(4)步进电机的驱动电源直接关系到运行性能的优劣，所以一般都比较复杂，在价格上高出普通电机许多倍。本章要求 1了解摩擦轮传动、带传动、链传动、涡轮蜗杆、滚珠丝杠传动的基本工作原理和特点。 2了解机械传动、流体传动、电传动的工作原理和主要传动特性。 3进行各种传动性能之间的比较，了解其基本用途。