机械基础知识doc第二篇 机械基础知识 第一章 机械基础知识 第一节 连接的特点及适用范围 输煤系统中的各种机械都是由零部件组成的，零部件之间的连接方式是各种各样的。根据零部件的受力、运动等状况采用不同的连接方式。换句话说，不同的连接方式它有不同的特点。 一、螺纹连接 一台机器的轴、手柄、联轴器、壳体之间的连接都采用螺栓来连接。它的特点是靠螺纹螺牙表面的摩擦产生的紧固作用将机器的零部件组装成机器。 1．螺纹的分类 螺丝按螺纹的形状分为三角形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。下面简要介绍它们的特点和应用。 （1）三角形螺纹（图2-1-1a） 牙形断面呈三角形，摩擦力较大，强度较高，一般作连接用。螺纹分为公制和英制两大类，公制螺纹的牙形角2α=60°，英制螺纹的牙形角2α=55°。 （2）矩形螺纹（图2-1-1b） 牙型断面正方形。其传动效率比螺纹丝高，但强度较低，精确制造的难度较大，使其应用受到限制。一般在台虎钳、千斤顶、螺旋压力机上。 （3）梯形螺纹丝（图2-1-1c） 牙形断面呈等腰梯形，牙形角2α=30°。梯形螺纹传动效率稍低，它是传动螺纹的主要形式，应用最广，多作丝杆用等。 （4）锯齿形螺纹（图2-1-1d） 牙形呈锯齿形，向一面倾斜。传动效率及强度都比梯形螺纹高。多用于各种锻压机械、螺旋压力机等。 螺纹还有分类方法，按旋绕方向，可分为左旋螺纹和右旋螺纹；按螺纹的头数分为单头、双头、三头及多头螺纹，连接用的螺纹为了能保证可靠的自锁能力，常采用单头螺纹，传动用的螺纹为保证传动效率高，则常用双头、三头螺纹，多头螺纹，由于制造困难，故在实际工作中极少采用；另外，螺纹可分为粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹，每种螺纹又分为不同的精度，1级用于重要机件，2级使用精度较高的连接，例如风动电机bd半岛官网、汽车、飞机等，3级用于一般的螺纹连接，细牙螺纹的螺距小，用较小的扭转力就能产生很大的螺丝紧固力。 2．螺纹的主要参数 螺纹的主要参数有：外经d﹑中经d2﹑内经d1﹑牙形角2a﹑螺距t(以上参数见图6－2)，还有导程S和升角λ，可通过计算求得：Ｓ﹦头数×t；tgλ﹦t/(πd2)。 3．螺纹连接的主要类型及常用防松装置 ⑴主要类型 螺纹连接件有螺栓、双头螺栓、螺钉、螺母及垫圈等。连接用的螺栓大多是单头三角螺纹。 １)螺栓 螺栓的应用最广，它的一端有头，另一端有螺纹。连接时螺栓穿过被连接的孔（孔中无螺纹）与螺母配合使用。根据制造方法及用途不同，螺栓分为精制螺栓和粗制螺栓。精制螺栓用光拉六角棒料车制而成，它能精确地固定两个螺栓的相对位置。粗制螺栓是用钢冲制或锻制后切削或滚压出螺纹，因精度较差，多用于土建、木结构及农业机械上。 将设备的机座或机架固定到基础上的螺栓称为地脚螺栓。它的一端带弯或钩埋入基础中，另一端是螺纹。 2)双头螺栓 双头螺栓没钉头，两端都有螺纹。它通常用于厚度较大、需经常拆卸的连接上。 3)螺钉 不用螺母而直接把螺纹部分拧在零件上的螺纹孔中的螺纹零件称为螺钉。螺钉头部可以制成适合于扳手或改锥的形状；杆部全长或部分有螺纹，末端有平端、圆柱端、锥端等形状。另外环首螺钉装在机器的顶盖或外壳上，以便起吊机器用（例如电动机上的螺钉）。 4)螺母与垫圈 所有螺栓和双头螺栓都需要和螺母配合使用。六角螺母用的最多。垫圈的用途是保护被连接件的表面不被擦伤，增大螺母与连接件的接触面积，以及遮盖被连接件的不平表面。 ⑵常用的防松装置 防松装置的结构型式很多，按防松原理不同可分为两类： 1)利用摩擦力的防松装置 弹簧垫圈:它通常用65Mn钢制成经淬火后富有弹性。结构简单、使用方便，在普通机械广泛采用。 双螺母:它是在螺栓上拧两个螺母。防松作用不够可靠，同时增加连接外廓尺寸和重量，现较少使用。 2)用机械方法的防松装置 它是用机械装置把螺母和螺栓连成一体，防止它们之间相对转动，因此该方法最为可靠。常用的型式有；开口销、止退垫圈及带翅垫圈。开口销拆装方便、可靠，常用在有振动的高转速机器上。止退垫圈和带翅垫圈多用于滚动轴承组合上。这两种型式在使用时都要将螺母螺栓开槽或打孔。 二、销连接 销连接（亦称销钉连接）有两种作用：一是连接机件，例如手轮、手柄、小齿轮、曲柄与轴之间的连接；二是机件间的定位，目的是保证不发生错移，以及拆下来之后能够再装到原位。 根据销的作用将销分为销钉和销轴。 1．钉的种类 钉分圆锥销、圆柱销、开口圆锥销、螺尾锥销、开口销。它们的区别在于它们的钉头型式和销体有无锥度。为了防止销钉在机件活动中掉出，常常在其尾部开口或带螺母加以锁制。锥形销钉的锥度为1：50。销钉小头直径等于连接部件上的孔的公称尺寸，这种连接可以随意拆卸，不影响连接的可靠性。 2．轴连接 销轴主要用于铰链连接或滑轮、绳轮的固定等。销轴有的有销孔，有的没有销孔。销轴连接的机件几乎都是活动连接。如果销轴上装旋转的机械部分（如绳轮、滑轮等），则销轴和滑轮之间的配合应按滑动轴承来处理。这时，为了给销轴加油润滑，常常采用轴向润滑孔和油脂枪喷嘴的销轴。 三、键连接 键是用来连接轴与轮毂的。它是通过摩擦将轴的扭矩传递到轮毂上。带有1：100的斜度的键俗称楔。键连接主要用于轴和带毂零件（如齿轮、带轮、联轴节等）之间周向固定，以传递动力。键连接属于可拆连接，具有结构简单、工艺可靠和拆装方便等特点，所以它的应用范围很广泛。 1．普通平键 平键是矩形截面的连接件，置于轴和零件毂孔的键槽内，实现周向固定或连接。普通平键 工作时，轴和轴上的部件沿轴向没有相对移动。键的侧面是工作面，靠侧面做周向固定并传递动力。移动式皮带机行走轮对轮毂与轴的连接，采用的就是平键。 2．导向平键 导向平键也是以其侧面作周向固定，但导向平键与键槽的配合较松，可使轴上零件沿轴作 轴向移动。通常用螺钉把导向平键固定在键槽内。在机床变速机构中，有的滑移齿轮与轴的连接就是采用导向键。 3．花键连接 花键连接是指键与轴制成一体，利用轴上几个凸出的纵向齿置于轮毂孔相应的凹槽里，用于传递力的可拆连接。花键连接在机械制造部门的应用日益广泛。花键连接与平键连接相比较，花键连接具有以下优点：①轴上零件对中性好；②轴的强度不会有较大大削弱；③接触面积大，能传递较大的载荷；④能更好地引导沿轴向移动的零件。但花键及花键孔的制造较复杂。 四、柳连接 铆连接是指将两块或三块金属板用铆钉连成一体的连接方式。铆连接可分为冷铆和热铆。 冷铆是把铆钉充满孔，压紧铁板的力比较小。铆钉杆传递铁板的拉力。而热铆是将铆钉加热，使铆钉头变成红热，然后用锤子将铆钉打如预先在铁板上钻制的孔中镦打模压成形。 装卸桥桁架的铆接均采用热铆，是吃力锁紧。而落煤管内受冲击面的护板的铆接则是附着连接。铆接一般很费时、费料，故常常被焊接所代替。 五、焊和电焊连接 焊接是应用热量把材料加热至熔态或糊态，采用焊剂或不用焊剂把材料结合起来的连接方法。 1．乙炔—氧焊连接（火焊） 乙炔和氧混合的火焰温度达3200℃，高温将焊件局部加热，金属融化成为一体。焊接的设备简单，并可以移动；可以节约材料，成本也比价低；焊接可以达到任意的厚度，而且与基体金属结合良好；焊接的厚度和强度也可以控制，因此火焊连接是应用范围较广的一种连接方法。但它是不可拆的连接，而且常常造成零件因局部过热而产生变形，甚至破裂；有些零件因受高温加热其金属结构变化而改变原来的性能。 2．电焊连接 电焊连接是利用焊条和被焊工件之间产生的电弧或在电焊条和工件接触点上因接触电阻很大而产生很大的热量，融化了工件和焊条，将工件连接起来。 电焊条是填充焊逢的填料，同时起沟通电流的作用。 火焊与电焊既可焊接零件和板件，也可用来切割金属。若精度和表面光洁度要求不高时，气割法和电割法比较经济。 第二节 传 动 一、齿轮传动 齿轮传动是一种啮合传动。两个或两个以上共同工作的齿轮通过互相啮合将主动轴的动力传给从动轴。 1．两轴相平行的齿轮传动 （1）合直齿圆柱齿轮传动：轮齿与齿轮轴线平行，传动时两轴回转方向相反。制造工艺简单，但当速度较高时容易引起振动与噪音。 （2）外啮合斜齿圆柱齿轮传动：轮齿与齿轮倾斜成某一角度，相啮合的两齿轮的轮齿倾斜方向相反，传动平稳且噪音小，在运动时会产生轴向力。 （3）人字齿轮传动：轮齿左右倾斜成“人”形，可消除运行中的轴向力，但制造成本比较高。 （4）内啮合圆柱齿轮传动：它是外啮合圆柱齿轮传动的变种，大轮的齿分布在圆柱体内表面而成内齿轮，大小齿轮的回转方向相同。 （5）齿条传动：这种传动相当于大齿轮直径变得非常大的外啮合圆柱齿轮传动。它将旋转运动转换成往复运动，或将往复运动转换成旋转运动。 ２．两轴相交的齿轮传动 （1）直齿圆锥齿轮传动：轮齿排列在圆锥体表面上，一般用在两轴相交成90o，圆周速度较低的场合，例如叶轮给煤机的立轴与减速器轴之间的齿轮传动即为此种形式。 （2）螺旋（曲齿）圆锥齿轮传动：轮齿是弯曲的，传动平稳，承载能力较高，在高速和大功率的传动中广泛应用，但加工工艺复杂。 3．两轴相错的齿轮传动 这种齿轮传动中两个螺旋齿轮倾斜相交并角度可以改变，使组成轴间夹角在0o—90o之间的螺旋齿轮传动。它的传动承载能力较小，且磨损较严重。 二、皮带传动 带传动是用皮带做中间体靠皮带与皮带轮的摩擦作用传递轴间的扭矩，也可利用皮带传动变换转速。由于运转中的皮带在皮带轮上有滑动现象，所以皮带传动不能强制传递动力，它不能用在圆周速度不允许变化的场合（控制传动）。 1．皮带传动的种类 (1)平皮带传动 1)开式皮带传动:由于皮带在小皮带轮上的围包角较大,所以皮带的松弛段位于上部。主动轮和被动轮转向相同(图2-1-3a)。 2)交叉皮带传动:围包角比较大。但皮带受扭,磨损较严重。两个皮带轮转向相反(图2-1-3b)。 (2)张紧轮皮带传动 当两转动轮的传动比i=6:1以上时,在皮带轮直径和轴距不变的情况下,必须用一个张紧轮来增加大小皮带轮上的围包角(图2-1-3c)。张紧轮一般布置在皮带松弛段靠近主动轮处。张紧轮靠弹簧或配重对皮带加力。 2．带传动的特点和应用范围 皮带传动可以用在两轴距离较远的场合，两轴最大中心距可达十几米，带本身具有弹性， 因而可以缓和冲击和振动，使传动平稳且无噪音；当机器过载时，带就在轮上打滑，能对机器起到保护作用；皮带传动的结构简单，成本低，安装维护方便，带磨损后容易更换。皮带传动大缺点是结构不紧凑，不能保证准确的速比，效率低，寿命短，且对轴承压力大。 3．带和带轮 (1)带 1)平型带:带的截面扁平。应用时要从整卷皮带中截取所需要的长度，用胶粘、线缝或钉联等方法接成整圈，套在带轮上。传动胶带规格已经标淮化。 2)三角胶带:目前机器中用得最多的是三角胶带,它是具有梯形截面的无接头胶带。按截面尺寸大小,三角胶带分成七种型号,用时可查机械手册。三角胶带的结构一般由包布层、伸张层、强力层和压缩层所构成,三角胶带的工作拉力主要由强力层承受。 (2)带轮 带轮结构由轮缘、轮幅和轮毂三部分组成。带轮的轮幅部分有实心、幅板(或孔扳)和椭圆轮幅三种形式。 三、链传动 链传动是由两个具有特殊齿形的链轮和一条闭合的传动链所组成。它借助链子与链轮轮齿的啮合而传递力。链传动的速比和链轮齿数成反比。正像自行车的脚蹬轮盘齿数多而飞轮齿少,所以脚蹬一圈,后飞轮带动后轮转好几圈。 1．链传动的优缺点 (l)与皮带传动比较,它能保证准确的平均速比； (2)与齿轮传动比较,它可以在两轴中心距较远的情况下传递运动和传递动力； (3)链传动的瞬间速比是变化的,不适用于传动要求精确的机械； (4)铰链销轴易磨损,使链条的节距变大,会出现脱链现象。 2．链传动的应用范围及链条的种类 当两轴平行、中心距较远、传动功率较大时,可采用链传动。链传动多用于农业机械、起重运输机械、摩托车和自行车上。 链条的种类很多,常用的有套筒滚子链和齿形链两种。齿形链比滚子链传动平稳,传动速度高,而且声音极小,因而齿形链也叫做无声链。但齿形链的价格较昂贵。 四、蜗杆传动 1．蜗杆传动的组成及性质 蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成。两轴轴线相错,既不平行又不相交,两轴之间夹角为90°。 普通蜗杆是一个具有梯形螺纹的螺杆，其螺纹有左旋、右旋和单头、双头之分。蜗轮是一个在齿宽方向具有弧形轮缘的斜齿轮。一对相啮合的蜗杆传动,其蜗杆蜗轮齿的旋转方向相同。 2．蜗杆传动的特点和应用范围 (1)速比大:单级蜗杆传动的速比要比齿轮传动大得多,但它的结构却比齿轮传动紧凑。 (2)传动平稳:由于蜗杆的齿形是连续的螺旋形齿,故与蜗轮啮合时传动极为平稳,可得到精确的微小的传动位移。 (3)有自锁作用:蜗杆升角较小时,只有蜗杆能驱动蜗轮,蜗轮却不能驱动蜗杆,这种现象叫做自锁。 正因为蜗杆传动有以上特点,所以被广泛用在起重机械中。 3．蜗杆传动的基本参数 (1)蜗杆头数(亦称线:单头蜗杆效率低,但容易实现自锁；多头蜗杆效率高,但当Z1超过4时制造十分困难。 (2)蜗轮齿数Z2:一般与单头蜗杆啮合的蜗轮齿Z2都大于17；而与双头蜗杆啮合的蜗轮齿数则大于27。 (3)模数m5:主平面内蜗轮分度圆的模数称为蜗轮的端面模数。 (4)特佳系效q:蜗杆分度圆直径d1与模数m5之比称为蜗杆特性系效。 (5)螺旋升角λ:将蜗杆分度圆柱面展开,其螺旋线形成一个直角三角形,λ=tg(Z1/q)。 (6)蜗轮端面压力角αs:主平面内蜗轮分度圆压力角称为蜗轮端面压力角。αs一般取20°。 蜗杆传动机构内会出现大的轴向力,因此蜗轮两端轴承都采用推力轴承。 第三节 轴 承 一、轴承的分类 轴承是支承轴的零件,有时也用以支承绕轴转动的零件。 按照轴承所受载荷的性质,轴承可分为三种型式:承受径向载荷的向心轴承(也称径向轴承)；只能承受轴向载荷的推力轴承(又叫止推轴承)；可以同时承受径向载荷和轴向载荷的向心推力轴承。 按照轴承工作表面的摩擦性质，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承两大类。这两类轴承在所有机器上都有广泛的应用。 二、滑动轴承 1．滑动轴承概述 滑动轴承主要由轴承座(或壳体)、轴瓦和轴承盖所组成(图2-1-4) 。 为了减轻轴瓦与轴颈表面之间的摩擦,降低表面磨损,保持机器的工作精度，必须在滑动轴承内加入润滑剂,对滑动表面进行润滑。 在轴颈和轴瓦的表面之间形成一层较厚的油膜,将滑动表面完全隔开。使其之间的摩擦和磨损降到很小的程度。为了获得这种状态,通常采用以下两种方法: (1)动压法:利用油的一定粘性和轴颈的高速旋转,把润滑油带进轴承的空间,形成一个压力油楔而把轴颈表面与轴瓦表面分开,这种轴承称为液体动压轴承。 (2)静压法:来自油泵的压力油,经节流器(一种液压控制元件)后进入轴承油腔,将两摩擦表面分开,这种轴承称为液体静压轴承。 2．向心滑动轴承 (1)整体式向心滑动轴承:这种轴承是在机架(或壳体)上直接制孔并在孔内镶以轴瓦做成的。它的优点是结构简单,缺点是轴颈只能从端部装卸,造成安装检修困难；同时,轴承工作表面磨损后无法调整轴承间隙,必须更换新轴瓦。这种轴承通常只用于轻载、低速或间歇性工作的机器上。 (2)剖分式向心滑动轴承:它是由轴承座、轴承盖和轴瓦组成。轴承座与轴承面的剖分面呈阶梯形,以便定位。剖分面可以放置调整垫片,以便安装时或磨损后调整轴承间隙。这种轴承克服了整体式轴承的缺点,拆装方便,故广泛采用。 (3)调心式向心滑动轴承:这种轴承利用轴瓦和轴承座间的球面支承,来适应轴的偏斜。它多用在轴颈很长或挠度较大的条件下,避免因轴的偏斜使轴瓦端部磨损严重的场合。 3．轴瓦 轴瓦是滑动轴承中直接与轴颈相接触的部分,轴承工作的好坏多取决于轴瓦。常见的剖分式轴瓦结构是:两端有凸缘,以防止轴瓦在轴承座中轴向移动；油孔和油槽是用来输送和分布润滑油的。油槽不开通,以减少润滑油从端部漏出。 三、滚动轴承 1．滚动轴承的构造 滚动轴承是由外圈、内圈、滚动体和堡持架等组成。内外圈上的凹糟是滚动体做圆周运动的滚道。保持架是把滚动体均匀隔开,以防止它们相互摩擦和聚集到一起。滚动体是滚动轴承的主体,它的大小、数量和形状与轴承的承载能力密切相关的。 使用时,内圈装在轴颈上,外圈装入机架孔内(或轴承座孔内)。通常内圈随轴一起旋转,而外圈固定不动。 2．滚动轴承的优缺点 滚动轴承与滑动轴承相比较,优点是: （1)摩擦阻力小,因而灵敏、效率高和不易发热,并且润滑简单,耗油量少,维护保养方便； （2)轴承径向间隙小,可用预紧的方法调整间隙,以提高旋转精度； （3)轴向尺寸小,可使机器的结构简化、紧凑； （4)滚动轴承是标准件,使用、更换方便。 缺点是抗冲击性能差;速度高时噪声大；工作寿命比滑动轴承低。 3．滚动轴承常用类型、特点及范围 ⑴单列向心球轴承：结构简单、摩擦系数小，极限转速高，但承受冲击能力差。常用于 功率电动机、齿轮变速箱上。 ⑵双列向心球面球轴承：主要承受径向力，能自动调心。适用于支撑传动轴、刚性较差 的轴，例如用在托辊轴上。 ⑶单列向心短圆柱滚子轴承：只能承受径向力，承载力大，耐冲击，但不允许偏斜。适 用在大功率电机、人字齿轮减速箱上。 ⑷单列向心推力球轴承：能承受径向负荷及单向的轴向负荷，极限转速高。通常使用在 机床主轴、蜗杆减速器上。 ⑸单列向心滚子轴承：其特点与向心推力轴承相似，但承载能力比较大，间隙可调，极 限转速低。多用在斜齿轮轴、蜗杆减速器轴、机床主轴上。 ⑹推力球轴承：只能承受单向的轴向负荷，极限转速很低。用在起重电机、千斤顶上。 四、轴承的润滑与密封 为了减少磨损,保证轴承运转灵活,润滑和密封是十分重要的,而且润滑和密封对增加轴承使用寿命也有重要意义。 粘度大的润滑剂(俗称黄油)适合用于支承力大、转速低和温度高的轴承。粘度小的润滑油适用于支承力小、转速高和温度低的轴承。新型润滑剂二硫化钼、锂基脂等的应用也日益广泛。 密封对于滚动轴承尤其重要,因为灰尘和水分等物因密封不良而容易进入滚动轴承。润滑剂也容易漏出。常见的密封装置有:毛毡式密封装置、橡胶圈式密封装置和油沟式密封装置。 第四节 联轴器 一、联轴器的种类和用途 联轴器是机械中常用的部件。它是由两个圆盘状的零件及一些连接零件组成的。当需要从主动机向从动机传递运动和扭矩时,就可使用联轴器。联轴器通常分为两大类:1．联轴节——用来牢固地将两个轴连接在-起,只有在机器停车时用拆卸的方法才能把两轴分开；2．离合器——用以在机器运转过程中随时使两轴连接或脱开。 联轴器不但能传递扭矩,还能补偿机件的制造、安装误差,缓和冲击和吸收震动。此外,有的联轴器还能用作过载保护的安全装置。 二、联轴节 联轴节的结构形式很多,按照两轴的相对位置和位置的变化情况以及机器过载的保护,联轴节可分为固定式联轴节、可移式联轴节和安全联轴节等。随着长距离胶带运输机及大型碎煤机的不断出现和使用,粉末联轴节和液压联轴节也被不断地采用。 1．固定式联轴节 固定式联轴节可以把两轴牢固地连接起来,构成刚性连接,所以又称固定式刚性联轴节。刚性凸缘联轴节是固定刚性连接中应用最广泛的一种,它是由两个分别装在两轴端的凸缘盘和连接它们的螺钉所组成。套筒联轴节也是一种固定式刚性联轴节。 固定式刚性联轴节的优点是结构简单,成本低。缺点是要求两轴要严格对中,否则无法补偿两轴间的偏斜或错位；同时,联轴节都由刚性零件所组成,所以缺乏缓冲和减震的能力。 2．可移式联轴节 为了克服固定式联轴节的上述缺点,可采用可移式联轴节。可移式联轴节的特点是允许被连接的两轴有一定的相对位移。 可移式联轴节,根据其本身有无弹性零件可分为可移式刚性联轴节和可移式弹性联轴节两种。 （1）可移式刚性联轴节 常见的可移式刚性联轴节有下列三种： 1）齿轮联轴器：它是由两个带有外齿的套筒（分别装在两轴端部）和两个带内齿的套筒用螺栓相互连接起来。内齿和外齿的齿数相同,外齿的齿顶呈球面,内外齿之间有较大的侧隙。因此这种联轴节允许两轴间有较大的位移。齿轮联轴节多应用在重型机械上。但制造困难,成本较高。 2）铰链联轴节:它主要由两个叉形零件和一个十字形零件(又称十字头)等组成。它多用于两轴中心线交角较大时的连接。在实际应用中铰链联轴节常成对使用。 3）十字滑块联轴节:它是由两个端面开有凹槽的法兰盘(半联轴节)和一个两面具有凸肩的滑块圆盘(中间盘)所组成。这种联轴节不但允许两轴间有不大的轴向和径向位移,而且允许有一定的角度偏差。缺点是高速转动时震动大,凹槽和凸肩的磨损严重。 （1）可移式弹性联轴节 可移式弹性联轴节包含有各种弹性零件的组成部分，具有较好的缓冲和减震的能力。 1）弹性圈柱销联轴节:它是机器上常用的一种弹性减震联轴节。其主要的零件是弹性橡胶圈、柱销和两个法兰盘。每个柱销上装有好几个橡胶圈,插到从动盘的销孔里,主动盘的扭矩通过柱销传动到从动盘上。 弹性圈柱销联轴节适用于正反转变化多、起动频繁的高速轴的连接,如电动机、水泵等轴的连接,可获得较好的缓冲减震效果。这种联轴节要求两轴对中好,法兰盘制造精度高,否则会因受力不匀而使橡胶圈损坏。 2）尼龙柱销联轴节:它的结构与弹性圈柱销联轴节相近,只是用尼龙柱销代替了橡胶圈与钢制柱销,其性能和用途与弹性圈柱销联轴节相同。由于结构简单,制造容易,维护方便,所以常用它来代替弹性圈柱销联轴节和齿轮联轴节。 三、离合器 离合器的型式很多,常用的有爪式离合器和摩擦离合器。爪式离合器是依靠齿的相互嵌入来传递扭矩的,摩擦离合器是靠工作表面的摩擦力来传递扭矩的。 1．爪式离合器 爪式离合器主要由两个端面带有齿爪的套筒所组成。其中一个套筒固定在主动轴上,而另一个套筒用导向键(或花键)与从动轴相连接,利用操纵机构使其沿轴向左右移动来实现离合器接合和脱离的动作。 爪式离合器的齿形有矩形、梯形、锯齿形三种。其中梯形齿易于接合,强度较高,应用较广。 爪式离合器结构简单,两轴连接后无相对运动。但接合时有冲击,只能在低速或停车状态下接合,否则容易打坏齿牙。它适合于低速运转或不需要在运转中接合的传动。 2．摩擦离合器 摩擦离合器可根据其摩擦表面的形状分为圆盘式、多片式和圆锥式等类型。 圆盘式摩擦离合器是由两个分别装在主动轴和从动轴上的圆盘组成。从动轴上的圆盘靠一个拨叉操纵可沿从动轴作轴向移动,当从动轴上的圆盘被拨叉拨动压紧在主动轴的圆盘上时,由两圆盘接触表面所产生的摩擦力,可使主动轴带动从动轴回转。这种离合器的特点是:在运转过程中能平稳地离合；当从动轴发生过载时,摩擦盘接触面打滑,因此能保护部件免于损坏。但其外形尺寸较爪式离合器大,另外摩擦盘需用特殊材料制作。 多片式和圆锥式离合器,主要是为了不增加离合器外形尺寸,又能提高传递能力而制造的。这里不再详细介绍。 摩擦离合器的操纵方式有机械式、电磁式和气动液压式等,它们的结构尽管不同,但其主体部分的工作原理还是一样的。 第五节 减速箱与变速箱 减速箱(也叫减速机或减速器)和变速箱是主动机(如电动机、内燃机)与从动机械部件之间变换速度的机构。减速箱常用在带式输送机、起重运输机械的走行机构上,而变速箱多用在交通运输的机械上。例如装在汽车上可适应汽车行驶阻力的变化,来改变汽车行驶的力量和速度。 一、减速箱 常用减速箱的种类、结构特点及使用范围如下: 1．圆柱齿轮减速箱 圆柱齿轮减速箱有单级、两数、三种,它们的结构特点是外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮传动,达到减速的目的。传动平稳,传递功率大。齿数大于17,故在加工齿轮时避免了对齿廓的根切,齿的强度大,提高了传递效率。该减速箱可用于正、反转。 带式输送机的驱动装置多选用圆柱齿轮减速箱作为减速机构。 减速箱都有代号。代号包括减速箱的型号、总中心距、传动比、装配型式及齿轮精度等级。 减速箱型号—ZD表示单级传动的圆柱齿轮减速箱；ZL表示双级传动的圆柱齿轮减速箱；ZS表示传动的圆柱齿轮减速箱。 总中心距—用实际数字表示,单位为cm。 传动比代号—用数字1、2、3……顺序表示。 装配型式代号—用罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ……顺序表示。 齿轮精度等级代号—表示减速箱中第一级传动齿轮精度等级。 例 ZL 100—12—Ⅱ A 第一级传动齿轮精度 8-7-7-DC 第二种装配型式 第12种传动比 总中心距A=600cm 双级传动的圆柱齿轮减速箱 2．圆弧齿圆柱蜗杆减速箱 圆弧齿圆柱蜗杆减速箱采用轴截面为圆弧形的圆柱蜗杆，蜗轮齿形是与蜗杆共轭的圆弧,这种减速箱广泛地应用于各种传动机械中的减速机构,其工作环境温度-40-+45℃,输入轴转数不大于1500r/min。 这种减速箱的特点是：由于采用蜗轮和蜗杆凸凹啮合,降低了齿面受力,提高了承载力；容易润滑，齿面摩擦小,效率高；结构紧凑,体积小,重量轻。 二、变速箱 汽车和推煤机上都采用变速箱将发动机的力量和速度进行改变,以适应它们行进阻力的变化。当离合器分离时能保证发动机空转。 变速箱的结构型式分卧式和立式。解放牌汽车变速箱有二列变速位置,五个前进档和一个倒档,它由齿轮机构和操纵机构组成。 三、减速箱和变速箱的润滑 这里仅介绍减速箱的润滑。减速箱一般采用浸油润滑。通常使用50号机械油。当环境温度低于0℃时,应采用粘度较低的润滑油；当温度高于45℃时,应考虑采用冷却,或降低减速箱的承载能力。润滑油需定期更换。对连续运行的减速箱应经常检查油温,不能超过85℃。 第二章 液压传动 第一节 工作原理 在静止液体中,取任意形状的一团流体来考虑,将其分割为两部分,如图2-2-1所示。若将第I部分取走，欲使第Ⅱ部分继续保持平衡,则应在面积F上加一个外力P,代替第I部分对第Ⅱ部分的作用, 第I部分才能保持平衡。 这个作用在任意面积F上的总压力P,称为液体的总静压力。而单位面积上所承受的液体静压力,称为液体的平均静压力。液体的平均静压力 Ppj=P/F 液体的平均静压力并不代表某一点的真实静压力。若要求F面上A点的真实静压力,则应在A点附近取一微小面积△F,当△F逐渐趋向于零(即△F趋向于A点)时,作用在△F面积上的平均静压力△P/△F就趋向于A点的真实压力,即△P/△F的极限就叫做A点液体的静压力。 液体静压力表示作用在单位面积上的力,因而又称为液静压强。其单位为帕斯卡(Pa)。 二、帕斯卡定律 如图2-2-2所示,在静止液体中,若白由表面的压力为P0,不同深度h1、h2、h3处的1、2、3点所具有的静压力分别为: p1=p 0+γh1 p2=p0+γh2 p3=p 0+γh3 式中 p1，p2 ，p3 ——分别表示1 、2 、3 点的静压力,单位为Pa；h1， h2， h3———分别表示l 、2 、3 点到自由表面的距离, 单位为m； γ——表示液体的重度,单位为kg/m3。 由于各点的深度不同,它们的静压力也各不相同。但从上面的式子可以看出,每点的静压力都包含了同一个值P0。若将P0看做外力的话,达个结果就说明: 在液体内部,外压力将毫不减弱地向各个方向传递,这就是帕斯卡定律。 帕斯卡定律被广泛地应用在许多机械上,如水压机、水力起重机、液压传动、液压千斤顶等。下面我们应用帕斯卡原理分析一下水压机的工作情况。 图2-2-3是一个水压机的工作原理示意图,在小活塞F1上加压力P1,则作用在液体上的静压力p1=P1/F1,根据帕斯卡定律,此压力p 1将均匀传递到液体内各点。因此,作用在大活塞上的静压力p2=p1,故F1上所产生向上的总压力P2为: P2=p2F2=p1F1=P1F2/F1 P1/P2=F1/F2 上式说明:作用在大、小活塞上的压力之比,等于活塞面积之比(忽略了活塞的重量和活塞与筒之间的摩擦力)。换句话说,在小活塞上加一个较小的力,可在大活塞上产生一个放大了F2/F1倍的力。这就是小力举重物的水压机工作原理。 三、容积式液压传动的工作原理及特点 大家都知道,通过皮带来实现机械能传递的叫皮带传动；通过齿轮来实现机械能传递的叫齿轮传动。那么,凡是以液体为工作介质来实现机械能传递的就叫做液压传动。而以液体为工作介质,通过改变容积大小,将机械能转化为液压能的埃置,我们就称它为容积式液压传动装置。 作为一种能量传递装置,其外部的基本参数为力(力矩)和转速(流量)。其相应的内部参数即为液体的压力和流量。 下面我们通过图2-2-4来介绍一下容积式液压传动装置的工作原理。 如图所示，1可以看作是一个往复式油泵，2是一个往复式运动的油缸（为了便于理解我们假定油泵1与油缸2的大小尺寸相同）,3、5连接起来,在整个系统(由油泵、油缸、管路组成的系统)中,充满了工作介质油液4，当油泵的活塞在外力Pl 的作用下以等速v1向左移动时,要使油泵l的左腔容积变小,将其中的油液排出,并经过管路5进人油缸2的右腔。在一般情况下。我们可以认为油液是不可压缩的。因此,压力油推动油缸2的活 塞克服负载阻力P2,以一定的速度v2向左移动.从而完成能量的传递。油缸2的左腔由于容积变小而排除油液。排除的油液经过管路3流回到油泵1的油腔。 在油泵1左腔中的油液压力,即单位面积上的作用力可由公式决定：pl=P1/Fl(Pa) 式中 P1—— 作用在油泵活塞上的外力(N); F1一一油泵活塞的面积(m2)。 油缸2右腔中的压力 p2=P2/F2(Pa) 式中 P2—— 作用在油缸活塞上的负载阻力(N)； F2一一油缸活塞的面积(m2)。 从上式可知:负载阻力P2愈大,油缸右腔的压力p2就愈大；反之,负载阻力P2愈小,油缸右腔的压力p2也就愈小。由此可知,油路中的压力是随工作机构所受到负载阻力的大小而变化的。 在等速运动的倩况下,且不考虑阻力时,根据帕斯卡定律可知: p1=p2 P1/F1=P2/F2 P2=PIF2/F1 由前面假设知:油泵和油缸的大小尺寸相同,即 Fl=F2 故 P 1 = P 2 因此,作用在油泵活塞上的外力大小是随负载阻力的大小而变化的。油泵所排出的油量,即单位时间内排出的液体 Q1=v1F1 (m3/min) 式中 v1—油泵活塞的运动速度(m/min)。 油缸的流量:Q2=v2F2 (m3/min) 式中 v2—油缸活塞的运动速度(m/min)。 由上式知:v2=Q2/F2 在不考虑漏损的情况下: Q1=Q2 v1 F1=v2F2 V2=V1F1/F2 由于油泵、油缸的大小尺寸相同,即Fl=F2 故vl=v2 由此可见,在不考虑漏损的情况下,油缸活塞的运动速度由油泵排出的流量来决定。 通过上述分析,可以得出容积式液压传动的两大特点: (1)外间负载越大,工作压力(油泵压力)越高;外间负载越小,工作压力越低。例如,当堆取料机斗轮吃煤越多,油泵压力就越高；斗轮吃煤越少。油泵压力越低。 (2)油泵流量越大,工作速度越快；油泵的流量越小，工作速度越慢。例如,当我们调整堆取料机斗轮油泵的流量时,流量增大,斗轮转速变快；流量减小，斗轮转速降低。 第二节 液压系统的组成及形式 一、液压系统的纽成 图2-2-5是一个简单的液压系统。油泵l排出的压力油经换向阀3进人油缸2的左腔,推动油缸内的活塞向右移动,油缸右腔的油被排出,经过换向阀3、节流阀5回到油箱7中。当换向阀变位后,油泵排出的压力油经换向阀3进入油缸的右腔,推动油缸内的活塞向左移动。油缸左腔的油被排出后,经换向阀3和节流阀5流回到油箱7中。从而实现了油缸内活塞的往复运动。 从以上简单的液压系统中可以看出,为了满足各种各样的传动要求,改善传动质量,以及人为地对传动装置加以控制,以满足我们预想的传动效果,在液压传动系统中,我们还要加入各种各样的控制元件及辅助元件。因此,一个完整的液压系统,由以下几个部分组成: 1．动力部分：用来将机械能转换为液压能。 2．执行部分：油缸、油马达,用来将液压能转换为机械能。 3．控制部分:压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀等,用来控制和调节液流,以满足对传动性能的要求。 4．工作介质:油液,用来传递能量。 5．辅助部分：油箱、滤油器、储能器、加热器、冷却器、管路、接头、液压表等。这些辅助元件对于液压系统来讲,有些是必不可少的,如油箱、管路、管接头等；有些则是改善传动装置质量的,可以根据具体情况来决定。 二、液压系统的形式 按照液流循环方式的不同,液压传动系统可分为开式和闭式两种形式。 1．开式油路 在开式系统中,油泵从油箱吸油，供液动机做功后,再排回油箱,这样的油路叫开式油路。如DQ5030堆取料机的变幅、辅助、操作液压系统均采用开式油路液压系统。 2．开式油路的优缺点 优点：结构简单,散热良好；油液可在油箱内澄清。 缺点：油箱体积较大；空气与油液的接触机会较多。容易渗入。 3．闭式油路 在闭式油路中,油泵的出油管直接和液动机的进油管相通,而液动机的出油口又直接和油泵的进油管相通,从而组成一个闭式油路,使油液在系统中循环。为了补偿系统的泄漏损失,因而常需附设一只小型的辅助油泵和油箱,而小型辅助油泵的进油管与油箱相连,出油管与系统中油泵的进油管相连,这样的油路我们就称之为闭式油路。如DQ5030堆取料机的斗轮及回转液压系统等就是采用闭式油路。 4．闭式油路的优缺点 优点：油箱体积小,结构紧凑；空气进入油液的机会少,工作平稳；油泵可以直接控制油流方向,并能允许能量反馈。 缺点：结构较复杂,散热条件较差；过滤精度要求较高。 第三节 常用液压元件的特性及工作原理 一、油泵 一般常用的油泵有:齿轮泵、叶片泵、柱塞泵。按泵的流量特性,油泵可分为定量泵和变量泵两种类型。定量泵指当油泵转速不变时,不能调节流量。变量泵指当油泵转速不变时，通过变量机构的调节,可使泵具有不同的流量。一般调节油泵流量的方式有:手动、电动、液动、随动和压力补偿变量等形式。齿轮泵一般均为定量式的,叶片泵和柱塞泵有定量式和变量式两种。此外,对变量式泵,按输油方向又可分为单向变量泵和双向变量泵。单向变量泵工作时,输油方向是不可变的；双向变量泵工作时,通过调节可以改变输出油流的方向。 油泵是一个使机械能变为液体压力能的能量转换装置,油泵的特点是:其流量取决于工作空间的可变容积的大小,与压力无关。压力仅通过泄露影响其流量。而其压力则主要取决工作空间的密封性能及有关零部件承受载荷的能力。油泵的功率则决定于压力和流量的乘积。 油泵传动轴与电动机传动轴之间,一般采用弹性联轴器联接。 1．齿轮泵 （1）特性 1)齿轮泵分外啮合和内啮合两种。外啮合齿轮泵结构简单,价格便宜,因此应用极其广泛。内啮合齿轮泵制造复杂,采用较少,但由于其体积小,重量轻,流量均匀，效率高,寿命较长,因而是发展方向。为了提高泵的流量均匀性和运转稳定性,可采用螺旋齿轮或人字齿轮。 2)齿轮泵的结构简单,价格便宜,工作可靠,维护方便,对于冲击负荷适应性好,旋转部分惯性小。但漏油较多,轴承负荷较大,磨损较剧烈。 3)与叶片泵、柱塞泵相比,齿轮泵效率最低。吸油高度一般不大于500mm。 4)由于效率较低,压力不太高,流量不大,因而多用于速度中等,作用力不大的简单液压系统中,有时也用来作辅助油泵。 （2）工作原理 容积式液力机械有一个共同的特征,即靠密封的工作容积变化而进行工作,现用图2-2-6来说明其工作原理。 齿轮泵在工作过程中,有吸油腔和压油腔,这两个腔就是密封的工作容积。这两个腔分别用a和b来表示。 在泵的运转过程中,密封的工作容积应是变化的,泵才能工作。当工作容积增大,形成了吸油腔,才能吸油。当工作容积减小,形成了压油腔,才能将油压出去。 当电动机带动两齿轮按图示方向旋转时,吸油腔是这样形成的:在a腔，由于啮合着的齿按顺序退出啮合,退出啮合的齿间部分便构成了自由的小空间,它使a腔容积增大,形成局部真空。此时, a腔压力小于一个大气压,因此油池中的油液在外界大气压的作用下便进入a腔,填满齿间部分的自由小空间,这样a腔就成了吸油腔。随着齿轮的旋转,各个齿间便将油液送到了b腔。 压油腔是这样形成的:齿轮的各齿在b腔按顺序进入啮合,这时其中一个齿轮的一个齿便把另一个齿轮齿间内的液体挤出来,油液在齿的挤压中获得压力而形成油压,并从压油腔b压出。这样,齿轮泵就完成了整个吸压油过程。 由此可见,齿轮泵密封容积的变化,是靠齿轮在啮合过程中齿间容积的变化来实现的。 2．叶片泵 (1)特性 1)叶片泵分单作用非卸荷式(即转子转一圈,只有一次吸油与压油过程)和双作用卸荷式(即转子转一圈有两次吸油与压油过程)两种。前者转子和轴受单向力,承受较大弯矩,故称非卸荷式。后者,泵的吸油孔与压油孔都是径向相对的,轴只受扭矩,不受弯矩,故称卸荷式。 单作用式叶片泵,由于可以采用改变定子与转子间偏心距的方法来调节流量,故一般适宜做成变量泵。但相对运动部件多,泄漏较人。调节不便。不适用于高压。 双作用叶片泵，只能做成定量泵。压力较高,输油较均匀,应用广泛。定量叶片泵可以做成单级的,双级的(两个泵的油路串联,压力为单级泵的两倍),双联的(两个泵的油路并联,采用共同轴传动,可获得多种流量),以及复合叶片泵(双联叶片泵加上控制阀组合而成)。 2）叶片泵结构紧凑,外形尺寸小,运转平稳,输油量均匀,脉动及噪音较小,耐久性好,使用寿命长(可达7000～8000h)。价格较柱塞泵便宜。 3)叶片泵的效率一般比齿轮泵高。吸油高度一般不大于500mm 。 4)叶片泵一般用于中、快速度,作用力中等的液压系统中。中、小流量的叶片泵,常用在节流调节的系统中；大流量的叶片泵,为了避免过大的损失,只用在非调节的液压系统中。 （2）工作原理 为了加深对叶片泵的认识和理解,我们通过图2-2-7和图2-2-8来看看叶片泵是怎样工作的。 转子4的外表面,定子5的内表面(由四段圆弧,四段过渡曲线组成)及两端面的前后配油盘6、7组成一环形空间。由图2-2-8可以看出,叶片19、20、21、22将环形空间分为为四个密闭的区域abcd,cdef,efmn,mnab,它们通过配油盘上的窗口分别与吸油口及压油口相通。假定转子的旋转方向如图2-2-8所示,当叶片20沿内曲线外伸,使腔cbcd容积增大,而叶片19沿内曲线内缩,使其容积减小,由于叶片20比叶片19伸出的长度长,两者之差使腔abcd容积增大,与该腔对应的efmn也是如此,该两腔便通过配油盘上的油窗口吸入油液。转子继续旋转,当相邻两叶片转至两油窗口之间时,其间的容积与吸、压油窗口都不沟通。转子再继续旋转,叶片20、22进入压油窗口区,由于内曲线的变化,使cdef,mnab两腔容积减小,油压增大,油液便通过压油窗门排出。这就是从吸油到排油的工作过程。转子继续旋转,便重复上述过程,产生连续的流量。 配油盘油窗口上的三角形槽称之为卸荷槽,是当低压区向高压区过渡时,用以消除液压冲击,避免噪音等。 3．柱塞泵 （1）特性 1）柱塞泵分轴向柱塞泵和径向柱塞泵两种。前者较后者有以下优点： 当功率和转速相同时，径向尺寸较小，结构紧凑，因而具有较小的惯性矩，单位功率所消耗的金属少；转速高，压力大，功率较高；泵的径向作用小，变量调节方便。 2）但也有以下缺点： 轴向尺寸大；轴向作用力大，使推力轴承结构复杂化，加工工艺复杂，制造困难。 （2）工作原理 轴向柱塞泵在生产中较常使用，在此我们重点介绍一下其工作原理。 轴向柱塞泵也是容积式油泵的一种，和叶片泵一样，靠密封容积的变化来工作。但它的结构和叶片泵不一样，也就是说构成密封容积的条件不一样，因而也具有自己的特点。同研究叶片泵一样，首先找出柱塞泵的密封容积，然后分析这个容积是如何变化的。请参看图2-2-9和2-2-10。 柱塞、缸体孔及配流盘构成密封的工作容积，后泵体和缸体相对球窝盘有一倾角。在带动球窝盘的主轴旋转时，活塞杆及活塞就带动缸体同时转动。因此在旋转时,柱塞相对缸体孔就要产生相对的轴向往复运动,这就引起工作容积的变化。假定传动轴是顺时针旋转的,相对于A腔(见2-2-10),柱塞向外运动,因此吸油。相对于B腔,柱塞向里运动,因此压油。在A、B腔之间时,柱塞孔与两腔都不沟通,保证高、低压腔分离。 1-前泵体；2-后泵体；3-缸体；4-配流盘；5-柱塞；6-连杆；7-卡瓦；8-销子；9-滚针轴承； 10-双列滚针轴承；11-后泵体后盖；12-主轴；13-垫圆；14-压板；15-芯杆；16-蝶形弹簧； 17、18 -滚动轴承；19-定位销；20-推力轴承 图2-2-9 轴向柱塞泵结构图 当在后泵体及缸体未偏摆时(即变量摆角为0°时),因为活塞与缸体孔没有相对的轴向往复运动,此时油泵处于空运转状态。 当后泵体及缸体偏摆越大时(即变量摆角越大,但不大于25°),因为活塞与缸体孔的相对轴向往复运动的距离越大,容积的变化也就越大。因此,油泵的流量越大。 当后泵体及缸体向另一方向偏摆时,对于某一个活塞与缸体孔来讲,在旋转到某一位置时，由于活塞对缸体的相对轴向运动方向的改变,从而使泵的吸油、压油的方向也就改变了。原来的吸油口变为压油口,原来的压油口变为吸油口。当轴旋转一周时,对于一个活塞来讲,吸油一次,压油一次。 二、 (油马达)是一个使液压能转换为机械能的能量转换装置,它的动力来源是液体压力和输入的油量,给出的能量是的扭矩和转速,其大小取决于的工作容积、压力及流量。工作容积越大和压力越高，则扭矩越大。工作容积越小和输入流量越大,则转速越高。 和油泵一样,也有齿轮式、叶片式和柱塞式三种。根据使用情况,我们在此重点介绍柱塞式。 1．柱塞式的特性 (1)柱塞的功率与扭矩范围很大,可达1～200Ps。 (2)转速的调节范围很广,在1～40OOr/min。 (3)柱塞分轴向柱塞、径向柱塞和内曲线多作用径向柱塞。一般轴向柱塞扭矩较小,转速较高,适用于低扭矩,高转速的工作场合。而径向柱塞则相反,它适用于低转速,大扭距的工作场合,尤其是内曲线多作用径向柱塞更具有这种低转速、大扭矩的特点。 2．JMD型的工作原理 为便于理解,我们通过图2-2-11和图2-2-12来介绍JMD型的工作原理。 当油泵输出的高压油经进油口、配流阀(如图2-2-11)和孔分别迸入活塞缸。缸内活塞在高压油的作用下产生一个压力,此压力通过连杆作用在偏心轴上,由于曲轴中心与传动轴中心有一个扁心距e(如图2-2-12)。合力作用线不通过传动轴中心,因此产生一个力矩,使曲轴转动,其旋转方向为合力作用线绕传动轴转动的方向。与此同时,靠十字接头 带动配流阀同步转动,使高压柱塞永远作用在曲轴的-个方向上,产生恒定的扭矩,而另一侧排油。当改变系统的流量时,马达的转速也随着改变,当改变供给马达的进出油口的方向时,由于高压柱塞作用在曲轴的另一个方向上,即可改变马达的转向。如图2-2-11和图2-2-12所示,曲轴在图示位置按图示方向旋转时,#1缸为过渡缸(由进油向排油过渡),#2、#3缸中,进入的高压油作用活塞,使活塞向内(向传动轴中心)移动,推动偏心轴转动。与此同时,#4、#5缸内的活塞在曲轴作用下向外移动,进行排油。由此可见:传动轴转一圈时,对于每一个活塞来讲,往复运动一次。因此,此种称为单作用径向柱塞。 3．内曲线多作用径向柱塞的结构原理 现以1ZM-3O-850型径向柱塞为例,来说明内曲线多作用径向柱塞的工作原理(图2-2-13)。 这种的主体构造是由定子体和转子体组成。转子体上有五个带滚轮的柱塞。定子体是由正弦曲线组成的八角形曲面。当高压油经配油轴分配给柱塞缸时,柱塞在高压油的作用下,向定子体顶去,作用力在曲线面上有一个切向分力，转子体就由达个切向分力的力矩带动旋转,传动轴也随着转动,把扭矩输出。将液压能转换为机械能。 三、控制阀 控制阀是用来控制和调节液压系统中液体的压力、速度和方向的液压元件,以保证机器各机构得到所要求的平稳而又协调的运动循环。 1．阀的分类 目前,我国生产的各种类型的高中压、中低压阀品种很多,根据阀的用途和工作特点分为三大类: (1)控制液体压力所用的压力控制阀,如溢流阀、减压阀、顺序阀等。 (2)控制液体流量所用的流量控制阀,如节流阀、流量控制阀等。 (3)控制液流方向所用的方向控制阀,如换向阀、单向阀等。 按照阀产生动作的动力源,可分为手动、电动、气动、液动、电液动、机械动等等。 2．对各类阀的基本要求 (1)阀的动作灵敏性要高,工作平稳久无冲击、振动现象。 (2)阀的密封性要好。 (3)阀的结构要简单,工作要可靠,通用性要大。 3．溢流阀 (1)用途 1）防止液压系统过载。 2）使液压系统中压力保持恒定。 3）远程凋压。 4）作卸荷阀。 5）高低压多级控制。 (2)YF型中高压溢流阀的工作原理 由于目前大多数采用这种阀,因此,我们在此作重点介绍。 如图2-2-14所示,压力油从进油口进入油室1,并通过节流小孔进人油室2, 又经孔口进人油室3,假设油室2中的压力为Pl,油室1中的压力为P2,压力Pl所作用的面积为A,压力P2所作用的面积为a,弹簧的力为F。 当系统中压力大于提动阀预先调好的弹簧的力时,锥阀打开,压力油便从孔4通过主阀心孔流回油箱,由于油液从油室1进入油室2时经过了阻尼孔,因此产生压力降。油室1与油室2便产生压力差即:PlP2, APl+FaP2,使滑阀向上移动,此时进油口与溢油口相通,使油从溢油口流回油箱。如果进入油室1的压力油的压力小于提动阀调节压力时,锥阀关闭。此时,各油室的压力相等,即:P1=P2,由于主阀的上面积略大于下面积,即Aa,APl+FaP2,因此,主阀在油压P1与弹簧的力F的作用下关闭,溢流阀不溢油。 4．单向节流阀 (1)用途 单向节流阀是简易式流量控制阀门。其结构特点是油流反向时,阀门能起单向阀的作用,使反向油流不受节流阀的限制而自由通过,这在往复式油路中是十分重要的。阀门的主要用途是接在压力油路中,调节通过的流量,以改变油缸的工作速度。由于单向节流阀只在一个方向起作用,故只能调节一个方向的速度,若要求反向速度调节,则要另接入一个单向节流阀，通过分别调节,可以得到不同的往复速度。但这种阀门没有压力和温度补偿装置，不能自动补偿负载及油粘度变化时所造成速度的不稳定,它适用于油温变化不大的地方。 (2)结构及工作原理 单向节流阀如图2-2-15。当油从一次入口进入,二次出口流出时,单向阀节流阀起节流作用,当油从二次出口进入,一次出口流出时,压力油推动滑阀并压缩弹簧,此时,单向节流阀不起节流作用。 5．单向阀及液压操纵单向阀 (1)用途 1)单向阀在液压系统中用来防止油流反向流动,也可作背压阀用。 2)液压操纵单向阀同单向阀相同,用以防止油流反向流动,但可利用控制油压,开启单向阀,使油流在两个方向上流动。 (2)工作原理 单向阀的工作原理如图2-2-16所示,当油按照实线箭头所示方向流动时,油压作用于阀上,油压力克服弹簧力和摩擦力将阀开启,油流向出口。 当油流反向时,如图中虚线所示,则油压力将阀压紧在阀座上，起密封作用油不能通过。 液压操纵单向阀的工作原理如图5-17所示,当控制油口1不通过压力油时,油从2口进入,顶开单向阀3,从4口流出；若油从4口进人时,单向阀3压死,油不通过2口。 当控制油口1通过压力油时,则活塞5因其底部受油压作用 而上升,将单向阀3顶起,这时2、4两口相通,油可以自由流动。 6．换向阀 (1)分类 按其运动方式分,有滑阀式和转阀式。 按滑阀的通路数量分,有二通、三通、四通、五通。 按滑阀的可变位置分,有二位三通、二位四通、三位四通、三位五通。 按操作方式分,有手动、电动、液动、电液动、机械动。 (2)用途 换向阀用途极广,现代的液压传动方向是采用电气控制,通过电气系统实现液压化机械的手动、半自动和全自动的循环,提高现代机器的完善性及自动化程度。 连接电气控制系统和液压工作系统的是电磁操纵阀闸,即电磁换向阀及电液换向阀。 电磁换向阀(简称电磁阀)是用电磁铁操纵的小型四通换向阀,一般通径较小,适用于流量小的液压系统,也可作先导阀,利用电气信号进行动作,以通过溢流阀或顺序阀进行油路卸载或顺序动作。 电液换向阀由电磁阀起先导控制作用,通过液压操纵阀,以改变油流方向,从而改变油缸的运动方向和的旋转方向,也可用于压力卸载和顺序动作。 ⑶滑动机能 在三位阀中,根据滑阀在中间位置通路的情况,就产生了不同结构形式的滑阀,分别代表不同形式的滑动机能。 下面将常用滑阀的类型、符号及表示意义列于表5-1中。 ⑷工作原理 电磁换向阀的工作原理是以电磁铁为动力,操作滑阀运动,实现油路的换向。由于受电磁铁操作力限制,这种换向阀的流量一般在0.063m3/min以内。由于电磁换向阀的种类较多,在此我们只对三位四通电磁换向阀作一介绍。 如图2-2-18所示,当右端电磁铁3通电时,左端电磁铁2断电,滑阀1在极左位置,此时P腔与A腔通,B腔与O腔通。 当左端电磁铁通电时,滑阀被推到极右位置,此时P腔与B腔通,A腔与0腔通,实现油路换向。 当左、右电磁铁都断电时,则滑阀1在弹簧4的作用下处于中间位置,此时,滑阀的各腔；、A、B、0互不相通。 液动换向阀的工作原理与电磁换向阀基本相同。这种阀的出现是由于电磁换向阀不能应用于大流量而提出来的。它是利用控制油路的压力改变滑阀位置的换向阀。液动换向阀有带阻尼器和不带阻尼器两种,它们的工作原理基本相同,不同点就是带阻尼器的液动换向阀在控制油路中增加了阻尼条件,从而使换向阀的换向时间可调,避免液压系统在换向时的冲击。因此,在这里我们只对不带阻尼器的三位四通液动换向阀作重点介绍。如图2-2-19所示,c、d口为控制油口。当d口进高压油、c口排油时,则滑阀1右端作用高压油,推动滑阀至左端位置,P、A腔相通,B、O腔相通。若c口通入压力油、d口排油时,压力油推动滑阀至右端位置。此时P、B腔相通A、0腔相通。这样,就利用液体压力改变了滑阀的位置, 实现了液流换向。 电液换向阀的工作原理如图2-2-20所示，当左右电磁铁3均断电时,电磁阀(导阀)1的滑阀在中间位置。 液动阀(主阀)2的左右两腔油压相等,在弹簧作用下,液动滑阀在中间位置,P、A、O、B均不通。 当右端电磁铁通电,电磁阀的滑阀在左端,由于油压的作用,使液动阀的滑阀在右端,此时,P、B两腔相通,O、A两腔相通。 当左端电磁铁通电,电磁滑阀在右端,由于油压的作用,使液动滑阀在左端位置,此时,P、A相通,B、O相通。 综上所述,电液换向阀是利用电气信号的变化,使液动滑阀改变位置,实现油路换向。 四、油缸 油缸是液动机的一种形式, 是将液体压力能变为机械能的能量转换装置。 1．分类 油缸分为移动油缸和摆动油缸,移动油缸又可分为单作用油缸、双作用油缸和组合油缸。根据生产使用情况,在此只将单作用油缸和双作用油缸作一介绍。 2．单作用油缸的工作原理 所谓单作用油缸,是指液体压力只作用在活塞的一端,使活塞只往一个方向运动,另一个方向的运动是靠外力来实现的。 如图5-21所示,当油液进入油缸1的左部时,活塞2的左端面受液压力的作用,使活塞向右运动。活塞右部气体由放气装置3排出。当油口1和油箱连通时,活塞靠外力作用而向左运动。单作用油缸活塞的运动速度是由液体作用在活塞上的有效面积而定。 3．双作用油缸的工作原理 所谓双作用式油缸,就是作用在活来两端的油压力使活塞产生双向运动。在此,我们就单活寒杆双作用式油缸加以说明。 如图5-22,油缸的往复运动是靠作用在油缸两腔活塞上的液压力来实现的。假设油缸左腔通压力油,活塞在液压力的作用下向右运动。反之,向左运动。如果以同样的流量输人左、右腔,则往复运动的速度随活塞两边的有效面积而定,而活塞的运动速度又与单位时间内流进油缸的液体量有关。 假设两腔分别输入相同的流量,则由于活塞杆腔的活塞有效面积较小,因此活塞向右运动速度要比活塞向左运动速速快，即利用输油率较小的油泵而得到快速返回运动。 32 1一轴承座,2一轴瓦,3一轴承盖 图2-1-4滑动轴承简图 图2-1-1 螺纹的牙形 图2-1-2 螺纹的主要参数 （a）开式皮带传动 （b）交叉皮带传动 （c）张紧轮皮带传动 图2-1-3 皮带传动 图2-2-1 静止液体中的分离体 图2-2-2 贮液器 图2-2-3 水压机原理示意图 1 一油泵；2 一油缸；3 、5 一油管路；4—油液图2-2-4 液压传动原理图 1-油泵；2-油缸；3-换向阀；4-溢流阀；5-节流阀；6-滤油器；7-油箱 图2-2-5 简单液压系统图 图2-2-6 齿轮泵工作原理图 1-泵体； 2-泵盖； 3-传动轴； 4-转子； 5-定子；6 、7-前后配流盘； 8-滚动轴承； 9-滑动轴承；10-叶片； 11-销子；12-环形槽； 13-孔；14-油窗口；15-进油口； 16-流道；17-压油窗口；18--出油口 图2-2-7 叶片泵结构图 图2-2-8 叶片泵配油盘 19、20、21、22-叶片 图2-2-10 轴向柱寨泵配流盘 图2-2-11 JMD型 配流阀 图2-2-12 JMD型工作原理示意图 图2-2-13 1ZM-30-850型径向柱塞液压 马达工作原理图 图2-2-14 YF型中高压 溢流阀工作原理图 如图2-2-15 单向节流 阀工作原理图 图2-2-16 直通式单向阀 工作原埋图 1一控制油口；2一进油口；3 一单向阀； 4 一出油口；5一活塞 图2-2-17 液压操纵单向阀工作原埋图 1一滑阀; 2 , 3一电磁铁 4一弹簧 图2-2-18 三位四通电磁换向阀工作原图 1一滑阀 图2-2-19 三位四通液动换向阀工作原理图 l一电磁阀,2一液动阀I3一电磁铁 图2-2-20 电液换向阀工作原理图 1一油口；2一活塞；3一放气装置 图2-2-21 单作用式油缸工作原理图 图2-2-22 双作用式油缸工作原理图

　　华中师范大学2019-2020学年第2学期《高等数学（下）》期末考试试卷（A卷）及标准答案.docx

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