第二章机械传动与液压传动bqjk.docx
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1、第 二 章机机械传动动与液压压传动本章内容容丰富、直直观,也也比较重重要,综综合题很很多,务务求在理理解的基基础上掌掌握好本本章内容容。第第一节机械传传动传动部部分的作作用表现现在以下下三方面面:1.传传递动力力(力和和力矩)和和运动(位位移、速速度和加加速度);综合起起来就是是传递功功率和能能量;2.改变速速度大小小和方向向;3.改改变运动动形式。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
2、单位是千瓦(kW),转速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
3、滑动轴承 0.94 0.98一对滚动轴承 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
4、转运动的转速n 以及时间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
5、是:1.机械效率高;2.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
6、反。传动比:从动轮转速与主动轮转速之比,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
7、:轮系运转时,所有齿轮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)链链传动链传传动的传传动比等等于
8、齿数数的反比比,它的的组成有有链轮、链链条和机机架。特点点:1.与与带传动动比较,传传递功率率大,能能保证准准确的平平均传动动比2.与与齿轮传传动比较较,中心心距较大大33.瞬时时传动比比不恒定定,在高高速运动动带来很很大的振振动。4.振动和和噪声较较大、不不适用于于高速(五五)蜗杆杆传动看演演示图:传动比比等于蜗蜗杆线数数与蜗轮轮齿数之之比图22155 涡轮轮传动示示意图其中中,K为为蜗杆的的线数,而而Z为蜗蜗轮的齿齿数。特点点:1.传传动比大大;2.蜗蜗轮蜗杆杆轴在空空间可以以垂直;33.可逆逆行自锁锁(即蜗蜗杆主动动可以带带动蜗轮轮,反之之,蜗轮轮主动不不能带动动蜗杆);44.但效效率不
9、高高。(六)平平面连杆杆机构平面面连杆机机构就是是使用铰铰链和滑滑道将构构件相互互连接,而而且各构构件间的的相对运运动在同同一平面面或相互互平行的的平面内内。1.铰铰链四杆杆机构:四根杆杆件由四四个铰链链连接而而成。在上述述四杆机机构中,构构件ADD固定不不动,称称为静件件或机架架;杆件件AB可可绕A作作整周转转动,称称为曲杆杆;杆件件CD可可绕轴DD 作往往复摆动动,称为为摇杆;曲柄和和摇杆统统称为连连架杆,连连接两连连架杆的的杆件BBC称为为连杆。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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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。第二节液压传传动一、液液压传动动工作原原理图233 油压千千斤顶工工作原理理11.杠杆杆 2.小活塞塞3.小小油缸 4.钢钢球 55.钢球球 6.大油缸缸77.大活活塞 88.重物物 9.放油阀阀 100.油池池例例:当手手动杠杆杆1向上上提时,小活塞塞2就会会向上运运动,于于是小缸缸3形成成负压,油油池100中的油油就在大大气压力力下顶开开钢球44沿吸油油管道进进入小缸缸3,完完成一次次吸油动动作,接接着,压压下
15、杠杆杆1,小小活塞下下移,小小缸3的的工作容容积减小小,便把把其中的的油液挤挤出,推推开钢球球5,油油液便经经两缸之之间的连连通管道道进入大大缸6。根根据密闭闭容器中中液体的的压强相相等,在在大油缸缸处由于于面积大大而产生生较大的的力,就就把上面面的重物物提起,通通过转动动放油阀阀9就把把油放回回油池。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
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