传动装置与电机第二章

机电设备评估基础主讲：朱蕊广西科技大学鹿山学院第二章传动装置与电机第一节机械传动在传动装置中以机械传动的应用最为广泛。

作用：传递动力、改变运动速度和方向、改变运动形式。一、机械传动功率和机械效率

（一）功和功率

功：功的大小等于力和物体沿作用力方向移动距离的乘积（w）。

当力方向与物体移动的方向一致时：

W＝FS

当力的方向与物体移动的方向不一致时，设其夹角为有：

功率：功率是指力在单位时间所作的功（P）

功率的单位是瓦（1W＝1N·m/s），工程上常用用千瓦（kW）表示。1kW＝1kN·m/s

【2011考题·单选题】图示物体所受外力为100N，力的作用方向与运动方向的夹角α为30°，当运动速度为1m/s时，消耗的功率为（）W。

A.50

B.86.6

C.100

D.115.5

转矩：作用在旋转物体上的力矩。

对于转动的物体，设作用在轮缘上的力为F（N），而轮缘半径为R（m）

【注意】在上面的公式中，功率的单位是千瓦（kW），转速的单位是每分钟多少转，即r/min，这样计算所得到的转矩的单位就是牛米（N·m）。【例题·计算题】电动机功率P＝6kW，转速为1440r/min，求输出的转矩。（二）机械效率

1.定义：输出功率与输入功率之比，即：

【注意】机械效率恒小于1，即小于100%。是衡量各种传动形式性能的一项重要指标。

【例题·多选题】下列论述正确的有（）。

A.当机器功率一定时，转速越大，转矩越小

B.根据能量守恒定律，机器的输出功率应等于输入功率

C.汽车功率是一定的，所以它的牵引力的大小不变

D.功率的单位是W

E.功率等于力在其作用点速度方向上的投影与速度乘积【注意】在功率不变的情况下，速度越高，转矩越小；速度越低，转矩越大。例如在发动机功率一定的情况下，汽车爬坡时用低档，输出速度低，转矩大；平地加速时用高档，转矩小。

2.常见机构和轴承的机械效率大致数值范围：

一对齿轮传动0.94～0.99

平型胶带传动0.92～0.98（包括轴承损失）

三角带传动0.90～0.94（包括轴承损失）

一对滑动轴承0.94～0.98

一对滚动轴承0.99

滑动丝杠0.30～0.60

【注意】三角带传动效率低于平型胶带传动，但三角带传动能力高于平型胶带传动能力。

【例题·单选题】下列机械传动中传动效率高的是（）。

A.滚珠螺旋传动

B.蜗杆传动

C.齿轮传动

D.带传动二、机器上常用的传动机构及其传动关系

（一）螺旋传动机构

螺旋传动机构是用内、外螺纹组成的螺旋副来传递运动和动力的装置。主要是将回转运动变为直线运动。按牙形剖面形状三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹按螺旋线的方向右旋和左旋螺纹按螺旋线的数目单线、双线、三线和多线螺纹

牙形剖面形状分类

螺纹分类

按牙形剖面形状三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹按螺旋线的方向右旋和左旋螺纹按螺旋线的数目单线、双线、三线和多线螺纹螺纹分类

螺距：相邻两牙在中线上对应两点的距离，用p表示。

导程：同一条螺旋线相邻两牙在中线上对应两点的轴向距离，用s表示。

螺距和导程之间的关系是：s＝kp（其中k是螺纹的线数）。

【拓展】对于右旋螺纹而言，顺时针旋转，螺杆进入螺母；对于左旋螺纹而言，逆时针旋转，螺杆进入螺母。

2.传动速度

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

螺旋传动中，轴向位移L与转速n以及时间t之间的关系为：

Ｌ＝nst

【例2－2】已知，如下图的螺母位移溜板机构中，其螺纹的导程s＝4mm，螺杆的转速n＝50r/min。试求螺母每分钟带动溜板的位移量。

『正确答案』L＝nst＝50×4×1＝200（mm）参见教材P44。

【拓展】如果告诉的是螺距为4mm，螺纹的线数为3，其他条件不变，那么螺母每分钟带动溜板的位移量L＝nkpt＝50×3×4×1＝600（mm）。3.螺旋传动的特点

优点：

①结构简单；

②降速比大，可以实现微调和降速传动；

③省力，如千斤顶；

④在一定条件下实现逆行自锁，即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，当然也不可能实现轴向运动；

⑤工作连续、平稳，无噪声。

缺点：摩擦大，效率低（如果有自锁要求，效率低于50%）。

4.滚珠螺旋传动机构

主要由丝杠、螺母、滚珠和反向器组成。

滚珠在回路过程中离开螺旋表面的就叫外循环；滚珠在整个循环过程中始终不脱离螺旋表面的叫内循环（内循环有反向器）。

内循环相比外循环，结构更为紧凑，返回通道短，减少滚珠数量，减少摩擦，提高效率，但是反向器加工复杂。

滚珠螺旋传动的特点

优点：机械效率高（0.90～0.95）；摩擦小，能长时间保持精度，使用寿命长；启动转矩接近于运动转矩，传动灵敏磨损小；给予适当预紧可以消除间隙，提高传动精度和轴向刚度。

缺点：不能逆向自锁；制造工艺复杂，成本较高。

【例题·单选题】滚珠螺旋传动机构中，反向器的作用是（）。

A.消除螺杆与螺母螺纹间的间隙

B.防止逆向传动

C.实现螺母正反运动

D.使滚珠可以循环【例题·多选题】用滚珠螺旋传动代替普通螺旋传动可以（）。

A.提高传动效率

B.降低生产成本

C.提高使用寿命

D.加强反向自锁能力

E.提高传动精度【例题·单选题】下列有关螺旋传动机构的论述中，正确的是（）。

A.按螺纹线旋转方向不同，螺纹可分为顺时针旋入的左螺纹和逆时针旋入的右螺纹

B.螺纹中，相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离叫螺距

C.螺旋传动通常是将直线运动平稳地变换为旋转运动

D.滚珠螺旋传动所具有的自锁性能是使用中的一个重要特点（二）带传动机构

平带三角带圆形带传动齿形带平带传动

轴线关系：主从带轮运动方向关系

三角带传动

【注意】三角带的截面为梯形；

传动能力比平带强，在相同条

件下，约为平带的3倍；工作面是两个侧面。

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。

在不考虑胶带与带轮之间的滑动时，传动比为：

优点：传动平稳，结构简单，维护方便，传递距离比较远，具有吸振和过载保护能力；

缺点：外廓尺寸大，效率较低，传动带寿命较短，传动精度不高。【例题·单选题】以下关于三角带传动的说法中，错误的是（）。

A.三角带传动是目前机器中用得最多的带传动方式

B.三角带的横截面呈三角形

C.三角带传动的传动能力是平带传动的3倍

D.三角带的工作面是两个侧面（三）齿轮传动

齿轮传动是一种啮合传动。传动比等于从动轮转速和主动轮转速之比，或者等于主动轮齿数与从动轮齿数之比。

【注意】传动比等于被动轮转速和主动轮转速之比。

根据两轴位置的不同，可以分为两根轴平行（a、b、c、d），相交（f、g）或交错（h）等各种情况。

【例题·单选题】有一对传动齿轮，已知主动齿轮转速n1＝960r/min，齿数Z1＝20，从动轮齿数Z2＝50，从动齿轮的转速应为（）。

A.1200r/min

B.2400r/min

C.192r/min

D.384r/min齿轮传动的优点：

（1）可靠，瞬时传动比恒定；

（2）适用载荷和速度范围大；

（3）机械效率高，寿命长，结构紧凑；

（4）可传递在空间任意配置的两轴之间运动。

齿轮传动的缺点：

（1）振动和噪音较大，且不可无级调速；

（2）传动轴之间的距离不能过大；

（3）加工复杂，制造成本较高。

轮系：一系列齿轮所组成的传动系统。

根据轮系中各齿轮的轴线在空间位置是否固定，将轮系分为定轴轮系和周转轮系两类。

定轴轮系：轮系运转时，所有齿轮的轴线的位置都是固定不变的。也称为普通轮系。

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固定几何轴线转动。又分为行星轮系（有一个中心轮是固定不动的）和差动轮系（没有固定的中心轮）。

混合轮系：由定轴轮系和周转轮系组合而成。

轮系的作用：

（1）可以得到很大的传动比（速度变化比较大）；

（2）可以连接相距较远的两轴；

（3）可以获得不同的传动比；

（4）可以获得从动轴不同的旋转方向；

（5）能够实现运动的合成和分解（如汽车的后桥差速器）。

【例题·单选题】在轮系传动中，所有齿轮轴线位置都是固定不动的，称为（）。P55

A.周转轮系

B.定轴轮系

C.混合轮系

D.差动轮系

（四）链传动机构

由一个具有特殊齿形的主动链轮，通过闭合链条带动另一个与主动链轮具有相同齿形的从动链轮，进行传递运动和动力的机构。典型的是自行车的传动。

传动比等于主动轮齿数与从动轮齿数之比。（这和齿轮传动一致）

链传动的优点

（1）与带传动比较，传递功率大，能保证准确的平均传动比并且外廓尺寸比较小；

（2）与齿轮传动比较，中心距较大；

（3）可在低速、重载条件下工作；

（4）效率较高，可以达到0.95～0.98，最大可以达到0.99。

链传动的缺点

（1）不能保证瞬时转速和瞬时传动比；

（2）噪声较大，急速反向性能差，不能用于高速传动。

【例题·单选题】与齿轮传动相比，普通链传动的突出优点是（）。

A.能在不良环境下工作

B.效率较高，最大可达0.99

C.能保持恒定的瞬时传动比

D.可传递空间任意配置的两轴之间的运动（五）蜗杆传动机构

通过蜗杆与蜗轮间的啮合，传递运动和动力的机构（由蜗轮、蜗杆与机架组成）。

传动比等于蜗杆线数（主动件）与蜗轮齿数（从动件）之比。

其中，k为蜗杆的线数，而z为蜗轮的齿数。

蜗杆传动特点：

1.降速效果好；

2.传动平稳；

3.可自锁（即蜗杆主动可以带动蜗轮，反之，蜗轮主动不能带动蜗杆）；

4.效率低（一般为0.7～0.8，要求自锁时，效率小于0.5）。

【例题·单选题】下列关于蜗杆传动机构的说法中，错误的是（）。

A.蜗杆只能绕自身轴线转动，不能沿轴向移动

B.蜗杆有左旋、右旋之分

C.蜗杆传动的传动比等于蜗轮齿数与蜗杆齿数之比

D.蜗杆传动具有自锁作用，自锁时效率在0.5以下名称传动形式传动关系特点螺旋传动回转运动变为直线运动L＝nst结构简单、降速比大、省力、普通螺旋机构能自锁、平稳无噪音；

滚动螺旋机构：效率高、磨损小、灵敏平稳、较高的精度和轴向刚度、不能自锁、制造复杂成本高。带传动不改变传动形式i＝n2/n1＝d1/d2优点：传动平稳，结构简单，维护方便，传递距离比较远，具有吸振和过载保护能力；

缺点：外廓尺寸大，效率较低，传动带寿命较短，传动精度不高。齿轮传动i＝n2/n1＝z1/z2优点：可靠，瞬时传动比恒定；适用载荷和速度范围大；机械效率高，寿命长，结构紧凑；可传递在空间任意配置的两轴之间运动。

缺点：振动和噪音较大，且不可无级调速；传动轴之间的距离不能过大；加工复杂，制造成本较高。链传动i＝n2/n1＝z1/z2优点：与带传动比较，传递功率大，能保证准确的平均传动比并且外廓尺寸比较小；与齿轮传动比较，中心距较大；可在低速、重载条件下工作；效率较高。

缺点：不能保证瞬时转速和瞬时传动比；噪声较大，急速反向性能差，不能用于高速传动。蜗杆传动i＝n2/n1＝k/z降速效果好、传动平稳、可自锁、效率低。（六）平面连杆机构

连杆机构是使用铰链、滑道等方式将构件相互连接而成的机构。

曲柄摇杆机构

根据有没有曲柄和有一个还是两个曲柄，可以将铰链四杆机构分为：

（1）曲柄摇杆机构

（2）双曲柄机构

（3）双摇杆机构

其中，曲柄摇杆机构：可将曲柄的整周回转转变成摇杆的往复摆动，例如上面的破碎机；也可将摇杆的往复摆动转变成为曲柄的连续转动，例如脚踏缝纫机。

2.曲柄滑块机构：由铰链四杆机构的演化得来的。将曲柄的连续旋转变为滑块的往复直线运动，或反之。

（七）凸轮机构将凸轮（主动件）的连续转动转化为从动件的往复移动或摆动（由凸轮、从动杆及机架组成）。按照凸轮的形状可以分为盘形（平板）凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。

正确选择凸轮轮廓，可以实现复杂的运动规律。由于凸轮与从动件是点接触或线接触，所以容易磨损，不适宜于传递动力，而主要用于控制和调节机构中。【例题·单选题】圆柱凸轮与其从动杆之间的相对运动为（）。

A.直线运动

B.平面运动

C.曲面运动

D.空间运动【2011考题·单选题】能把旋转运动变为往复直线运动，也可以把往复直线运动变为旋转运动的机构是（）。

A.曲柄摇杆机构

B.盘形凸轮机构

C.普通螺旋传动机构

D.曲柄滑块机构（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。

1.棘轮机构：由棘爪、棘轮和机架组成。

作用：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。

作用：将拨盘的连续转动转变为从动件槽轮的间歇转动。

槽轮静止的时间长，如需静止的时间缩短些，则可增加拨盘上圆销的数目。

特点：槽轮结构简单，常用于自动机床的换刀装置及电影放映机的输片机构等。【例题·多选题】下列各传动机构中，（）等传动机构为不可逆传动机构。

A.曲柄滑块

B.齿轮

C.凸轮

D.蜗杆

E.曲柄滑块（九）传动链的传动比及效率

由各种传动副，例如齿轮、带、链、螺旋等连接成为的传递运动和动力的系统，称为传动链。

传动比：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。

【提示】对于全部由齿轮组成的传动链，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。

【2007考题·单选题】图中所示传动链，运动自轴I输入，转速为l400r/min，若dl＝105mm，d2＝210mm，Zl＝25，Z2＝75，Z3＝35，Z4＝35，Z5＝25，Z6＝50，Z7＝40，k＝2，ε＝0.98，则输出轴Ⅵ的转速为（）。

A.57r/min

B.114.2r/min

C.171.3r/min

D.A、B、C全不是【例2－3】如下图，所示为一简单车床传动系统，数据如图中所示（齿轮的数值表示齿数）：试求：

1.主轴的转速有几种，求出主轴最高转速与最低转速；2.主轴转动一圈，螺母P移动距离。解：1.主轴的转速共有四种。

（为了让大家更为深刻的理解，画出其传动路线表达式，如下：

图中，轴Ⅰ和轴Ⅱ的齿轮可以两两组合，所以主轴的输出转速有四种。）

最高转速＝1400×105/210×65/35×30/30×0.98＝1274（r/min）

最低转速＝1400×105/210×25/75×15/45×0.98＝76.22（r/min）

2.主轴转动一圈，螺母P移动距离L为：

与传动链的传动比计算相似，机械传动的总效率等于各部分传动效率的乘积。

传动链的总效率等于组成传动链各个传动副效率的连乘积。三、传动系统图

（一）用一些简单的符号来表示的传动系统的综合简图叫做传动系统图。

传动系统图能够

简单明了地表示

出机器内部的传

动结构和传动

关系。

（二）画传动系统图的规定

1.使用国家标准规定的机床零件和机械的代号。

2.简明表示机器内部的传动结构和传动关系。

3.一般绘制成平面展开图的形式，也有绘制成立体展开图形式的。

4.需要在图中标明：齿轮、蜗轮的齿数，蜗杆的头数，丝杠的导程，带轮的直径，电动机的功率和转速等。

主轴转速可应用下列运动平衡式进行计算

n主——主轴转速（r/min）；

n电——电动机转速（r/min），

公式中，分子各项的齿数，均为对应轴之间主动齿轮的齿数；

分母各项的齿数，则为对应轴之间从动齿轮的齿数；

若n电＝1450r/min，应用上述运动平衡式可以计算出主轴各级转速：

【2011考题·综合题】

上图所示为某简易机床主轴与进给传动系统，数据如图中所示。

【问题】1.说明系统中有哪几种传动机构？

每种传动机构的特点是什么？

2.主轴共有几种转速？每种转速的值是多少？『正确答案』1.系统中共有带传动机构、齿轮传动机构和螺旋传动机构三种。

带传动机构特点：

（1）运动平稳无噪声，可以缓冲冲击和吸收振动；

（2）结构简单，传递距离远；

（3）制造和安装简单，维护方便，不需润滑；

（4）当机器发生过载时，传动带可以打滑，对整机起保护作用；

（5）外廓尺寸大，效率较低，传动带寿命较短，传动精度不高。

齿轮传动机构特点：

（1）传递运动可靠，瞬时传动比恒定；

（2）适用的荷载和速度范围大；

（3）使用效率高，寿命长，结构紧凑，外观尺寸小；

（4）可传递在空间任意配置的两轴之间的运动；

（5）振动和噪声较大不可无级调速；

（6）传动轴之间的距离不能太大；

（7）加工复杂，制造成本高。

螺旋传动特点如下：

（1）结构简单：

（2）降速比大；

（3）普通螺旋传动能实现自锁；

（4）工作连续平稳，无噪声；

（5）摩擦大、效率低。

2.主轴共有六种转速，分别为：

第二节液压传动

一、液压传动的工作原理

液压传动是依靠液体介质的静压力来传递能量的液体传动。

液压传动是以液体作为工作介质来传动的一种传动方式，它依靠密闭容积的变化传递运动，依靠液体内部的压力（由外界负载所引起）传递动力。

液压装置本质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，随后又将液压能转换为机械能做功。

二、液压传动系统组成

1.动力部分：把机械能转换成油液压力能，用此压力推动整个液压系统工作，如液压泵；

2.执行部分：把液体的压力能转换成机械能输出的装置，如液压马达、液压缸等；

3.控制部分：对系统中液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，如溢流阀等；

4.辅助部分：保证液压系统正常工作所需的上述三种以外的装置，如油箱、过滤器等。

（一）优点

1.在输出功率相同的条件下，体积小，重量轻、布局安装比较灵活；

2.传递运动平稳，吸振能力强；

3.操作控制方便、省力，易于实现自动控制和过载保护；

4.液压元件易于实现系列化、标准化、通用化，便于设计和推广。

（二）缺点

1.泄漏不可避免，因此不能实现严格的传动比；

2.对温度敏感，在低温和高温的环境下，传动有一定的困难；

3.液压元件精度要求高，使用和维修要求高。【2008考题·多选题】与机械传动相比较，液压传动的主要缺点有（）。

A.不能严格地保证传动比

B.难以组成复杂系统

C.不易实现快速启动、制动和频繁换向

D.受温度影响比较大

E.液压元件要求制造精度较高四、液压传动的基本参数

（一）压力

1.压力强度（p=F/A）是作用在单位面积上的液体压力。单位是帕（N/m,2）和兆帕（1MPa=106Pa）。在液压传动中所讲的压力就是指的p（即物理学中的压强），而力F则常被称为液压推力。

【注意】密封容器内的液体当任一处受到压力作用时，这个压力就会通过液体传到容器内的任何部位，而且压力强度处处相等。（帕斯卡原理，也称为静压传递原理）

液压传动的压力取决于负载。液体压力随负载的变化而变化，而与流入液体的多少无关。（越强则强，越弱则弱）

压力分级如下表所示：

表2－2

压力分级低压中压中高压高压超高压压力范围（兆帕）0～2.5＞2.5～8（2.5～23）＞8～16（23～24）＞16～32（24～25）＞32（25）

【例2－4】有一个重3×105N的物体，用液压缸将其顶起一定的高度。已知液压缸活塞直径D＝0.25m，求输入液压缸的压力。根据压力公式p＝F/A

压力为：p＝F/A＝3×105/0.0491＝6.12×106＝6.12（MPa）

（二）流量

1.单位时间内流过管道或液压缸某一截面的液体体积。流量的单位是米3/秒（m3/s）和升/分（L/min）。

1升/分钟=1/（1000*60）立方米/秒

1立方米/秒=1000*60升/分钟

2.活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量，而与液体压力的大小无关。

【例2－5】图2－37所示为油压千斤顶，大活塞直径为D＝0.036m，小活塞直径d＝0.012m，若小活塞下压速度为0.18m/s，则大活塞上升的速度为多少。由于液体不可压缩，所以，同一时间里左面油缸压出的油必然等于右面油缸流进的油。并且两个油缸移动的时间相同，故流量相同。有：故大活塞的上升速度为0.02m/s。（三）功及功率

P是瓦，p是帕，Q是立方米/秒

P=Qp/60P是千瓦；Q是升/分钟；p是兆帕。

在液压传动中，功率等于压力p与流量Q的乘积。

【结论】液压传动是以液体的压力来传递动力的。

五、液压泵

功能：将电动机输入的机械能转变为液体的压力能。

液压泵必须具有一个运动部件和非运动部件所构成的封闭容积，该容积的大小随运动件的运动发生周期性变化。

密闭容积增大形成负压完成吸油，密闭容积减小则排油，所以称之为容积式泵。

液压泵的分类

分类标准分类结构形式齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等。压力低压泵、中压泵和高压泵。流量特征定量泵和变量泵。

定量泵是指转速不变时，流量不能改变；而变量泵则是在转速不变时，可以调节从而得到不同的流量。液压泵性能的主要参数压力工作压力实际工作时输出油液的压力，也称为输出压力。额定压力连续运转时允许使用的最大工作压力。额定压力取决于密封程度、效率和使用寿命等因素的影响。最高压力液压泵本身强度允许值和允许的最大泄漏量的工作压力排量和流量排量泵轴旋转一周排出油液的体积，用q表示。理论流量单位时间内理论上可以排出的液体体积，用QT

表示。QT＝qn实际流量等于理论流量减去泵的泄漏量。

Q＝QT－△Q额定流量额定转速和额定压力下实际输出的流量。功率和效率输入功率作用在液压泵主轴上的机械功。Pλ=Tω（注意是角速度）输出功率液压泵的输出功率P是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口的压差ΔP和实际输出流量Q的乘积，即：P＝Δpω；P=Qq/60效率容积效率：实际流量与理论流量之比ηV=Q/QT=1-ΔQ/QT

总效率：容积效率与机械效率的乘积。η＝ηVηm【例题·单选题】液压泵的性能参数QT指的是（）。

A.泵在单位时间内理论上可以排出液体的体积

B.泵在单位时间内实际上可以排出液体的体积

C.泵一次吸油、压油理论上可以排出液体的体积

D.泵一次吸油、压油实际上可以排出液体的体积【链接】液压泵的排量是指泵每旋转一周所排出油液的体积。理论流量是指在单位时间内理论上排出的液体体积。理论流量和实际流量的差额为泄漏量。

如果是两个相互连通并且封闭的液压缸，两个缸体的流量是相等的。

【例2－6】某液压泵的输出口压力为10.2MPa，流量Q＝98.2L/min，总效率为η＝0.8，试求该泵的功率。解：故输入液压泵的功率为20.87kw。【例题·单选题】已知某液压泵的排量为70（ml/r），用转速1440（r/min）的电动机直接带动时，实测流量为98.2（L/min），此时该泵的泄漏量应该为（）。

A.0（L/min）B.2.6（L/min）

C.2.6%

D.96.4%（一）齿轮泵

壳体、端盖和齿轮的各齿间槽共同形成封闭的工作空间。

优点：结构简单、重量轻、成本低、工作可靠，维修方便，常用于压力不高的液压系统中。

缺点：漏油较多，轴承载荷大，所以压力不高。（二）叶片泵

密封工作空间由转子、定子、叶片、泵体和端盖共同形成。

1.双作用叶片泵

转子每转一周，完成两次吸油和排油，故称之为双作用叶片泵。

泵的流量固定，是定量泵。

2.单作用叶片泵

转子每转一周，完成一次吸油和排油，故称之为单作用叶片泵。

改变转子和定子的偏心距，可以改变泵的流量，变量泵。

叶片泵特点：结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪声低。结构比较复杂、吸油条件苛刻、转速有一定的限制、对油液污染比较敏感。

【提示】双作用和单作用相比，由于它径向力是平衡的，受力情况比较好，应用较广。（三）柱塞泵

根据柱塞排列方向不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。

径向柱塞泵由定子、转子（缸体）、配油轴、衬套和柱塞组成。

转子每转一周，每个柱塞底部容积完成一次吸油、压油。转子连续运转，即完成泵的吸油、压油工作。

径向柱塞的流量因偏心e的大小而不同。若偏心量做成可调的，就成为变量泵。

柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节等优点，但结构比较复杂。

液压泵特点比较（见下表）六、液压马达与液压缸

功能：将液体压力能转变为机械能（执行元件）。

【注意】液压马达和液压泵都是依靠工作腔密封容积的变化来工作的，他们的原理是相同的，但是结构上存在差别，所以不能通用。

液压马达将液压能转变成为连续回转的机械能高速液压马达齿轮液压马达、叶片液压马达、轴向柱塞马达（记忆：和前面介绍的液压泵可以对比记忆，除了径向柱塞外，均为高速）低速液压马达单作用连杆型径向柱塞马达、多作用内曲线径向柱塞马达（记忆：径向均为低速）液压缸将液压能变为直线运动或摆动的机械能按结构特点分活塞式、柱塞式、伸缩式和摆动式按作用分单作用式和双作用式

（一）双杆活塞缸

当进油压力、流量一定时，往返行程速度相同、推力相同。工作台移动范围等于活塞有效行程的3倍。（二）单杆活塞缸

设活塞与活塞杆的直径分别为D和d，则，有杆腔进油时，

【结论】液体进入无杆腔时，速度低但推力大；液体进入有杆腔时，速度高但推力小。

【例题·计算题】设D＝120mm，d＝50mm，液压油进入左腔时，推动活塞向右，推力为F1＝1200N，速度为V1＝0.1m/s。

试计算当压力与流量不变的时候，液压油进入右腔，推动活塞向左运动时的推力F2与速度V2。解：【例题·单选题】单杆活塞缸，当有杆腔进油，速度为V1，推力为F1；当无杆腔进油，速度为V2，推力为F2。下列四种情况中正确的是（）。

A.V2＜V1，F2＞F1

B.V2＜V1，F2＜F1

C.V2＞V1，F2＞F1

D.V2＞V1，F2＜F1

（三）柱塞液压缸

只能单向运动，回程需要借助于外力，如重力、弹簧力，或成对使用。

柱塞缸主要是避免了活塞缸缸孔难于加工的问题，这是它的一大优点。【记忆】对于液压缸的职能符号，方框表示液压缸缸体，水平的直线表示杆件，圆柱体表示柱塞，上方小段竖线表示活塞（柱塞）工作移动的方向。七、液压控制阀

【注意】调速阀是流量控制阀，而不是流速控制阀。

方向控制阀控制和改变液压系统中液流的方向单向阀、液控单向阀、换向阀等压力控制阀控制或调节液压系统的液流压力溢流阀、减压阀、顺序阀等流量控制阀控制或调整液流的流量节流阀、调速阀等（一）方向控制阀

1.单向阀：油液只能往一个方向流动，不能反向流动；

要求：向流动压力损失小；反向截止密封性好。

液控单向阀：闭锁方向可以用压力油予以控制。

2.换向阀：通过手动、机动、电动、液动等方式，使阀芯在阀体孔中运动，使油路接通或切断，从而改变液流的方向。分为滑阀和转阀两种。

滑阀主要由阀芯和阀体构成。阀芯上加工出沟槽，阀体上则加工出相应的环形槽。通过改变阀芯和阀体的相对位置，就能够使各个通道之间的连通或断开。

滑阀式换向阀工作原理

位：阀芯在阀体孔中可能的位置数目；滑阀符号中方格的个数。

通：与阀体连通的主油路数；每一方格上，和外界油路连通的“孔”数，即通路数。

【例题·多选题】如图所示的换向阀符号，表示的含义有（）。

A.二位

B.三位

C.三通

D.四通

E.六通（二）压力控制阀：

根据液体压力与弹簧力平衡的原理来控制和调节液体的压力。

常见的压力控制阀有：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。

1.溢流阀功能：溢出系统中多余的液压油，使系统油液保持一定压力，防止过载，起安全保护作用。

2.减压阀：减低系统中某一部分的压力，使之低于油泵供油压力。

3.压力继电器：将压力信号转换成电信号，从而操纵电气元件实现动作。

（三）流量控制阀：依靠改变工作开口的大小来调节通过阀口的流量，以改变工作器件运动速度。

节流口的形状和大小对流量阀的工作性能有很大的影响。

（四）液压操纵箱

将许多不同类型的阀类元件合并在一个阀体内，以满足液压系统的性能要求。

八、液压辅件

（一）蓄能器：做辅助动力源、保压和补充泄漏、吸收冲击和油泵的压力脉动。分为充气式、重力式和弹簧式蓄能器。

（二）过滤器：滤去油液中的杂质，维护油液的清洁，防止油污染。分为表面型、深度型、磁性。

（三）油箱：储存油液、散热、分离气体和沉淀污物。

此外，还有冷却器、加热器等等。

【提示】液压系统中油液的正常工作温度为20～65摄氏度。【例题·多选题】在液压系统中，油箱的主要功用是（）。

A.储存液压系统所需的油液

B.散发油液中的热量

C.滤去油液中的杂质

D.分离油液中的气体

E.补充液压系统的泄漏

九、液压基本回路

（一）速度控制回路要求：

1.能在规定的调速范围内调节执行元件的工作速度；

2.在负荷变化时，速度变化尽可能小，并应在允许的范围内变化，即系统具有足够的刚性；

3.具有驱动执行元件所需要的力或转矩；

4.功率损失小、效率高，发热小。

按照调节方式进行分类：

1.节流调速：采用定量泵供油、依靠流量控制阀调节流入或流出执行元件的流量实现变速。

根据安装位置的不同，可以分为进油节流调速（图a）、回油节流调速（图b）和旁路节流调速（图c）回路三种。进油节流调速的优点是油缸回油腔和回油管路中的压力较低，在获得较大推力的时候，还能得到较低的进给运动速度。缺点是由于没有背压，所以当载荷突然变小时，可能产生突然快进，使运动不够平稳。回油节流调速节流阀放在回油路上，可以产生较大的背压，比放在进油路上运动更加平稳。旁路节流调速油泵的工作压力随负载的减小而减小。所以，在能量利用上较为合理。2.容积调速

依靠改变变量泵和（或）变量液压马达的排量来实现调速。

容积调速效率高、发热少，但结构复杂、成本高。

3.容积节流调速

依靠变量泵和节流阀联合调速，适用于系统要求效率高，同时具有良好低速稳定性的场合。

（二）压力控制回路：利用压力控制阀来控制整个液压系统或局部油路的压力，达到调压、卸荷、减压、增压、平衡、保压的目的。

【注意】要控制液压系统的压力，应使用溢流阀；要减低系统中某一部分的压力，应使用减压阀。

增压回路：使用串联在一起的两个工作面积不等的油缸，增压的倍数等于大小油缸面积之比。

【提示】大小活塞中间空腔里的油液是不承担工作压力的。

【结论】小油缸油压/大油缸油压＝大油缸活塞受力面积/小油缸活塞受力面积。从而达到了增压的目的。

（三）方向控制回路：通过控制执行元件液流的通断或变向，实现液压系统执行元件的启动、停止或改变运动方向的回路。

常用的有：换向回路、锁紧回路、制动回路。

锁紧回路的作用：三位四通换向滑阀交替在左右两个位置时，使单杆活塞液压缸往复运动；而三位四通换向滑阀在中间位置时，使液压缸锁紧不动。【例题·多选题】如图所示的液体系统中，包括了（）等基本回路。

A.换向B.调压C.锁紧D.调速E.卸荷第三节交流电动机及其电力拖动运行交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。前者转子的转速和负载有关，和电源频率无关；后者转子与电源频率有严格的比例关系。

异步电动机按定子相数的不同有单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机由于其结构简单、运行可靠、效率高、成本低而被广泛应用于工农业生产中。一、三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机由定子和转子两个基本部分组成。（一）定子

定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。它主要由定子铁芯、定子绕组和机座等组成。

1.定子铁芯。定子铁芯由互相绝缘的硅钢片叠成圆筒形状，内圆周表面有均匀分布的槽，用来安放三相绕组。

2.定子绕组。定子绕组由许多线圈连接而成。线圈由带有绝缘的铜导线或铝导线绕制而成。三相定子绕组的三个首端和三个末端分别接在电动机出线盒的6个接线柱上。

定子绕组三相异步电动机接线柱

3.机座。用来安装定子铁心和固定端盖。固定整个电机。

（二）转子

转子是电动机转动部分，由转子铁芯、转子绕组和转轴等部件组成。其作用是在旋转磁场作用下获得转动力矩。

按照构造的不同，转子分为鼠笼式和绕线式两种。

1.鼠笼式转子。这种转子用铜条安装在转子铁芯槽内，两端用端环焊接，形状像鼠笼。

对于中、小功率的电动机（100kW以下）目前大部分采用铸铝方式。将转子线槽内的导体、两端环和风扇铸成一个整体。

鼠笼式异步电动机结构简单，工作可靠，使用维护方便，因而得到广泛应用。【例题·单选题】下列关于鼠笼式三相异步电动机的表述中，正确的是（）。

A.其定子由铁芯和定子绕组组成

B.三相定子绕组的首端、末端分别接在出线盒的接线柱上

C.三相定子绕组的首端连接在一起，末端分别接在接线盒的接线柱上

D.功率较大的电动机（100kW以上），其鼠笼转子多采用铸铝材料2.绕线式转子。绕线式转子的绕组和定子绕组相似，但三相绕组连接成星形，三根端线连接到装在转轴上的三个铜滑环上，通过一组电刷与外电路相连接。

提示：转子绕组中的电流是感应电流，而非外界直接接入的三相电。

特点：可以通过滑环和电刷，将附加电阻接入转子电路，从而改善起动性能和调节转速。气隙厚度多在0.2mm～1.5mm之间。气隙过大，需要较大的励磁电流，从而降低电动机的功率因数。

【例题·多选题】下列各项中，绕线式三相异步电动机的组成部分有（）。

A.定、转子铁芯

B.定、转子绕组

C.滑环

D.电刷

E.自耦变压器二、三相异步电动机的工作原理

基本原理：通入定子绕组的三相电流共同产生的合成磁场随着电流的交变而在空间不断地旋转，称为旋转磁场。旋转磁场切割转子铁芯槽中的导体，在闭合的导体中产生电流，转子导体电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩而使转子旋转。

需要解决的两个问题：

转子如何受力（分析转子绕组）；

旋转磁场如何产生（分析定子绕组）。转子如何受力：1.在旋转磁场的作用下，转子绕组的导体中会产生感应电流，方向由右手定则判定；2.感应电流在磁场中，会受力，力的方向用左手定则判定。

【拓展】右手定则判断感应电流。方法是：伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指指向感应电流的方向。

左手定则判断受力方向。方法是：伸开左手，让磁感线穿入手心（手心对准N极，手背对准S极），四指指向电流方向，那么大拇指的方向就是导体受力方向。

旋转磁场如何产生

三相异步电动机的三相定子绕组U1－U2、V1－V2、W1－W2以Y形（星形）联接方式与三相电源相接，便有对称电流流入。在ωt＝0的瞬间，定子绕组中电流的方向：U相电流为零；

V相电流自V2流向V1；

W相电流自W1流向W2。

将各相电流产生的磁场相加得到合成磁场，其方向由上向下。

【拓展】通电直导线中的安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向。

在ωt＝60°瞬间及ωt＝120°瞬间，定子中各相电流的方向及三相电流产生的合成磁场的方向在空间依次转过了60°。

旋转磁场的旋转方向与电流的相序一致，旋转磁场的速度正比于电源频率f，而与旋转磁场的磁极对数P成反比。当转速以每分钟计算时，旋转磁场的转速可表示为：

f─电源频率（50次/秒）；

P─磁极对数

电动机的转子转速与旋转磁场的转速并不相等。电动机转速与旋转磁场的差异是保证电动机旋转的必要条件。三相异步电动机转子的转n小于旋转磁场的转速，其相差的程度常用转差率S表示，即转差率电机转速转差率是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。当电动机通电而转子未转动时（如在起动最初瞬间或电动机严重过载而堵转时），n＝0，则S＝1；当转子空载运行时，其转速非常接近旋转磁场转速，则S≈0。因此，异步电动机的转差率在0～1范围内变化，即0＜S＜1。

通常在额定负载下的转差率约为0.01～0.06。

【例题·计算题】一台三相异步电动机，已知其磁极对数为2，电源频率为50Hz，如果其转差率S＝4%，该电动机的转速是多少？解：电动机旋转磁场的转速为

n＝n1（1－S）

＝1500×（1－0.04）

＝1440（r/min）我国电网频率为50Hz，所以当磁极对数P＝1、2、3、4时，旋转磁场转速为3000、1500、1000、750r/min。

【提示】若要使电动机转子反向转动，只需将接于三相电源的三相绕组中的任意两根对调位置，使旋转磁场反向旋转即可。

【例题·单选题】我国生产的三相异步电动机，在铭牌上标出的额定转速是1440r/min，这台电动机有（）个磁极。

A.三

B.二

C.四

D.五【例题·多选题】下列关于三相异步电动机的叙述中，正确的是（）。

A.定子绕组通入三相交变电流会产生旋转磁场

B.旋转磁场的转速与电源频率有关

C.旋转磁场磁极对数越多则旋转磁场的转速越高

D.在额定负载下，转子转速总是低于旋转磁场转速

E.空载运行时，转差率接近于1

三、三相异步电动机铭牌及主要系列

电动机铭牌标明的有关电量和机械量的数值是厂家依据国家的有关标准制定的，称为额定值。若电动机按铭牌规定的方式运行，且在运行中其有关电量和机械量与铭牌上标明的额定值相符，则该电动机的运行情况称为额定运行。

（一）型号

三相异步电动机型号主要说明电动机的机型、规格。

提示：掌握教材中两个异步电动机的举例，即160L-4和JO2-62-4每个字母和数字代表的含义。

JO2-62-4表示：交流式异步电动机（J）；封闭式（O）；第二次设计（2）；机座号为6（6）；铁芯长度序号为2（2）；磁极数为4（4）。

【例题·单选题】型号为Yll2M4的国产电动机，已知其在额定运行条件下的转差率为0.05，则此电动机的额定转速为（）r/min。

A.712.5

B.750

C.1425

D.1500【链接】Y代表鼠笼式异步电动机（YR代表绕线式），112机座中心高度为112mm，M代表机型长度型号（S短机座、M中机座、L长机座），4磁极数。参见教材P119。

【2010考题·单选题】下列关于三相异步电动机型号“JO2-62-4”的说法中，错误的是（）。

A.J表示交流异步电动机

B.62中的6是机座号

C.4表示磁极对数

D.62中的2为铁芯长度序号（二）额定值

异步电动机的额定数据主要有：

1.额定功率PN。在额定运行情况下，电动机轴上输出的机械功率称为额定功率，单位为kW（千瓦）。

2.额定电压UN。在额定运行情况下，外加于定子绕组上的线电压称为额定电压，单位为V（伏）或kV（千伏）。

3.额定电流IN。电动机在额定电压下，轴端有额定功率输出时，定子绕组线电流，单位为A（安）。

4.额定频率fN。我国规定标准工业用电的频率为50Hz。

5.额定转速nN。指电动机在额定运行时电动机的转速，单位为r/min（转/分）。

（三）连接方法

电动机出线盒中有六个接线柱，分上下两排用金属连接板可以把三相定子绕组接成星形（Y形）或三角形（△形）。定子绕组结成星型还是三角形，视定子每项绕组的额定电压和电源线电压而定。

星形接法是把三个末端连接在一起，三角形接法是首尾相接。

【提示】

星形连接：相电流等于线电流，但相电压不等于线电压，相电压=×线电压。

三角形连接：相电压等于线电压，但相电流

不等于线电流，相电流=×线电流。

【结论1】当线电压为380V时，若定子绕组每相绕组额定电压为220V，应该用星形连接；若定子绕组每相绕组额定电压为380V，应该用三角形连接。

【结