第二章机械传动与液压传动.doc
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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作第 二 章机械传动与液压传动本章内容丰富、直观,也比较重要,综合题很多,务求在理解的基础上掌握好本章内容。第一节机械传动传动部分的作用表现在以下三方面:1.传递动力(力和力矩)和运动(位移、速度和加速度);综合起来就是传递功率和能量;2.改变速度大小和方向;3.改变运动形式。一、功率和效率功:力和物体沿作用力方向移动距离的乘积。W=FSCOS功率:单位时间所作的功。P=FvCOS当速度和作用力方向相同时, P=Fv功率的单位是瓦(W)1W=1Nm/s1Kw=1Kw=1kNm/s对于转动的物体,此公式非常重要, 注意P的单位是千瓦(kW),转
2、速n的单位是转数/分。例:电动机的输出转矩 T=30Nm ,转速 n= 1440r/min ,所选的电机功率 P应该不小于多少?表示电机的功率应大于或等于4.52千瓦,因为电机是系列化产品,看样本或设计手册中,转速要求 n= 1440 r/min ,功率应大于或等于4.52千瓦,或者功率小一点,但在误差范围内也可以。效率:输出功率与输入功率之比。 机械效率恒小于1 ,即100%。 常见机构和轴承的机械效率大致数值范围见教材第51页。一对齿轮传动 0.94 0.99平型胶带传动 0.92 0.98 (包括轴承摩擦损失)三角带传动 0.90 0.94 (包括轴承摩擦损失)一对滑动轴承 0.94 0
3、.98一对滚动轴承 0.99滑动丝杠 0.30 0.60二、常用传动机构及其传动关系(一)螺旋传动:依靠牙齿之间的啮合,将回转运动变为轴线方向的直线运动。螺纹由螺旋线缠在圆柱体上得到。螺纹按照牙型剖面形状可以分为三角形、矩形、梯形和锯齿形。导程:同一条螺旋线相邻牙齿在中径线上对应两点的距离,用S表示上图表示了导程与螺旋线的关系。螺距:相邻牙齿在中径线上对应两点的距离,用P表示。Skp。其中,k 为螺旋线的头数。 左旋与右旋: 最简单的判断办法,把他它竖直放在面前,同一条螺旋线上,那边高就是那边旋。轴线运动的线速度 V与回转运动的转速n 之间的关系是:v=ns轴线位移L与回转运动的转速n 以及时
4、间t之间的关系是:L=nst例:已知,某螺旋机构中,双线螺纹螺距 p=4mm,螺杆转速为 n= 50r/min ,试计算30秒钟内螺母的轴向位移量。L=nst=nkpt=502430/60=200mm螺旋传动的特点:1.机构简单;2.降速比大,可以实现减速和微调,可以增力;3.在一定条件下实现逆行自锁;螺旋传动能够将回转运动变为轴线方向的直线运动,而不能相反,即无论轴线方向的力多大,都不能产生回转运动。这个现象就叫做自锁。4.工作平稳、无噪声。这种靠相对滑动传递运动和动力效率低,为提高效率把滑动变为滚动滚珠螺旋传动机构主要由丝杠、螺母、滚珠和反向器组成。滚珠螺旋传动的特点是:1.机械效率高;2
5、.启动转矩接近于运动转矩,动摩擦和静摩擦基本一样,传动灵敏;3.磨损小;4.通过预紧,消除滚珠、螺母、丝杆之间的间隙,提高传动精度和轴向刚度;5.不能逆向自锁;6.制造工艺复杂,成本较高。(二)带传动机构带传动与螺旋传动本质的区别在于前者依靠摩擦,后者依靠啮合。 根据带截面的形状,可以分为平型带、三角带、圆形带和齿形带四种注意在螺旋传动中,根据牙截面分成的四种类型与此类的区别。平带传动有开口式、交叉式、半交叉式。开口式适应于两轴平行,从动轮与主动轮旋转方向相同。交叉式适应于两轴平行,从动轮与主动轮旋转方向相反,中间磨损厉害。半交叉式适应于两轴平行,从动轮与主动轮旋转方向相反。传动比:从动轮转速
6、与主动轮转速之比,等于主动轮直径与从动轮直径之比,乘以滑动系数。0.98称为滑动系数。带传动具有吸收震振动和过载保护能力,使用转动比不恒定。(三)齿轮传动 传动比等于主动轮齿数与从动轮齿数之比,转速之反比。强调以下两点:1.在任意瞬时都能保证准确传动比;2.它等于齿数的反比而不等于直径的反比。齿轮传动的特点主要是:1.瞬时传动比恒定;2.适用载荷和速度范围大;3.机械效率高;4.结构紧凑;5.寿命长,可在空间任意配置的两轴之间传动;6.加工复杂,成本高。轮系:一系列齿轮所组成的传动系统。根据轮系中各齿轮轴线在空间的位置是否固定,将轮系分为定轴轮系和周转轮系两类1.定轴轮系:轮系运转时,所有齿轮
7、的轴线的位置都是固定不变的;2.周转轮系:轮系运转时,至少有一个齿轮的轴线是绕另一个齿轮的轴线旋转。下面看各种轮系的演示具有运动轴线的齿轮称为行星轮。支承行星轮能够围绕其他齿轮转动的就叫为转臂或系杆。在轮系运转中,轴线位置不变的齿轮称为中心轮或太阳轮。周转轮系由行星轮、太阳轮和转臂和机架组成。周转轮系分为行星轮系和差动轮系两类。前者只有一个主动件,后者有两个主动件。混合轮系:定轴轮系和周转轮系组合而成的轮系称为混合轮系。轮系的功用如下:(1)可以得到很大的传动比(2)可以变速 (3)可以连接相距较远的两轴(4)能够实现运动的合成和分解(四)链传动链传动的传动比等于齿数的反比,它的组成有链轮、链
8、条和机架。特点:1.与带传动比较,传递功率大,能保证准确的平均传动比2.与齿轮传动比较,中心距较大3.瞬时传动比不恒定,在高速运动带来很大的振动。4.振动和噪声较大、不适用于高速(五)蜗杆传动看演示图:传动比等于蜗杆线数与蜗轮齿数之比图215 涡轮传动示意图其中,K为蜗杆的线数,而Z为蜗轮的齿数。特点:1.传动比大;2.蜗轮蜗杆轴在空间可以垂直;3.可逆行自锁(即蜗杆主动可以带动蜗轮,反之,蜗轮主动不能带动蜗杆);4.但效率不高。(六)平面连杆机构平面连杆机构就是使用铰链和滑道将构件相互连接,而且各构件间的相对运动在同一平面或相互平行的平面内。1.铰链四杆机构:四根杆件由四个铰链连接而成。在上
9、述四杆机构中,构件AD固定不动,称为静件或机架;杆件AB可绕A作整周转动,称为曲杆;杆件CD可绕轴D 作往复摆动,称为摇杆;曲柄和摇杆统称为连架杆,连接两连架杆的杆件BC称为连杆。在曲柄摇杆机构中,当曲柄为主动件时,可将曲柄整周连续转动变为摇杆的往复摆动:如图2-18所示牛头刨床的进给运动,即曲柄AB转动时,连杆BC带动带有棘爪的摇杆CD绕D点往复摆动。与此同时,棘爪推动棘轮,使与棘轮连接在一起的丝杠作有规律的间歇运动。机架:相对静止的构件。连架杆:与机架直接相连的两根杆件。连杆:与机架相对、由两根连杆连接的杆件。曲柄:能够相对于机架作整周回转的连架杆。摇杆:不能作整周回转的连架杆。曲柄滑块机
10、构是铰链四杆机构的演化得来的。曲柄滑块机构可以将曲柄的连续旋转变为滑块的往复直线运动,或反之。曲柄滑块机构的应用见下图:图220 曲柄滑块机构对于图2-20所示的曲柄滑块机构,其滑块行程长度S等于曲柄长度r的两倍,即S=2r。(七)凸轮机构凸轮机构分盘形机构、移动机构、圆柱机构。凸轮机构由凸轮、从动杆及机架组成。凸轮:具有曲线轮廓或凹槽的构件。 作用:是将主动件凸轮的连续转动转变为从动杆的往复移动或往复摆动。按照从动杆的形状可以分为:尖顶、滚子和平底。特点:正确选择它的轮廓就可以实现预期的复杂规律而机构却比较简单、紧凑,所以凸轮机构广泛地应用于各种自动机械中。但由于凸轮与从动件是点或线接触,容
11、易磨损,因此多用于传递动力不大的控制机构和调节机构中。(八)间歇运动机构主动件连续运转,从动件能够实现动作停止动作的运动,我们把这种机构称为间歇运动机构。1.棘轮机构:由棘爪、棘轮和机架组成。其作用是将棘爪的往复摆动转变为棘轮的单向间歇运动。为了防止棘轮自动反转,采用止退棘爪。2.槽轮机构:由拨盘、槽轮与机架组成。用于将拨盘的连续转动转变为从动件槽轮的间歇转动。(九)传动链的传动比及效率传动链:由多个运动副(如皮带、齿轮、蜗杆、螺杆等)连接而成的传递运动和动力的系统。重要内容:传动链的传动比、功率、效率、力和力距的计算。图2-29为一传动链示例。运动自轴I输入,转速为n1,经带轮d1、d2传至
12、轴,经圆柱齿轮1、2传到轴,经圆锥齿轮3、4传至轴,经圆柱齿轮5、6传至轴,再经蜗杆K及蜗轮7传至轴,并把运动输出。注意:Z7、Z8应该是K,Z7由各种传动副,例如齿轮、带、链、螺旋等连接而成的传递运动和动力的系统,称为传动链。由机构串联而得到的传动链的传动比,即传动链末端转速与首端转速之比,等于链中各个运动副传动比的连乘积。对于齿轮组成的传动链,其传动比等于主动轮齿数连乘积与从动轮齿数连乘积之比。例:图2-30为一简易车床传动系统,数据如图中所示(齿轮的数字表示齿数),=0.98,试计算: (1)主轴转速是多少?(2)主轴转一转,螺母移动距离是多少?解:轴上的齿轮为两年双向滑动齿轮,如I轴传
13、到轴可按图示正在啮合的齿轮进行传动;也可将双向滑动齿轮左移,使齿数25的齿轮与齿数为75的齿轮啮合,这时轴得到的是另一种转速。同样由轴传至主轴,可通过另一双向滑动齿轮滑动,使主轴得到不同的转速,因此,主轴共有四种转速。传动链的总效率等于组成传动链各个传动副效率的乘积。以上图为例,设P出为该转动系统的输入功率,为输出功率,为总效率,为一对齿轮的效率,为一对轴承的效率,则传动系统中常用符号,见表2-1重点:(1)各种传动机构的组成、特点、运动参数之间的计算;(2)传动链传动比、功率、效率、力和力距的计算。第二节液压传动 一、液压传动工作原理图233 油压千斤顶工作原理1.杠杆 2.小活塞 3.小油
14、缸 4.钢球 5.钢球 6.大油缸7.大活塞 8.重物 9.放油阀 10.油池例: 当手动杠杆1向上提时,小活塞2就会向上运动,于是小缸3形成负压,油池10中的油就在大气压力下顶开钢球4沿吸油管道进入小缸3,完成一次吸油动作,接着,压下杠杆1,小活塞下移,小缸3的工作容积减小,便把其中的油液挤出,推开钢球5,油液便经两缸之间的连通管道进入大缸6。根据密闭容器中液体的压强相等,在大油缸处由于面积大而产生较大的力,就把上面的重物提起,通过转动放油阀9就把油放回油池。 通过分析油压千斤顶的工作过程,可知液压传动:1.是以液体作为工作介质;2.根据密封容积的变化完成吸油和排油;3.机械能和液体压力能的
15、互相转换;4.系统内部的的压力取决于负载的大小。注意:以液体作为工作介质,依靠密封容积的变化传递运动,依靠由外界负载引起的液体内部压力来传递动力,系统压力取决于负载,实现机械能和液体压力能的互相转换。图2-34为一台机床工作台往复运动原理图,上面是磨床的工作台,工件放在台上,随着工作台的移动,上面有砂轮,就把工件磨平了。油泵3把油从油池中吸上来然后压出去,滤油器2过滤掉油中的杂质,节流阀8调整送出去的油量,换向阀7外面一个阀体,中间是空堂,阀体里有阀芯,阀芯是直径不同的几段圆柱体组成粗的地方起密封的作用,细的地方就和阀体内表面构成油的通道。二、液压传动系统的组成图235 用职能符号表示的液压系
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