工程机械概论课件

机械结构和机械零件

2.1機械的基本概念一、機械的定義與常用術語機械是各類機器、儀器、設備的通稱。簡單的機械只有少數零件組成，如夾鉗、手電筒鑽等。而複雜的機械則由許多零部件組成，如汽車、拖拉機、機床等。（1）零件組成機械或機器的不可分拆的單個製件。它是機械製造過程中的基本單元。（2）部件由若干個零件裝配組成的獨立體。它是機械的一部分。有時將若干個部件組成並具有獨立功能的更大部件稱為總成。（3）機構各組成部分間具有一定的相對運動的裝置。能傳遞、轉換運動或實現某種特定的運動，如鐘錶的齒輪機構、車床的走刀機構和起重機的變幅機構等。

(5)儀器以通過某種方式實現資訊轉變和形成一種資訊流為主要目的的技術系統。如數據儀、測量儀、打字機等。

(6)設備以通過某種方式實現物料轉變和形成一種物料流為主要目的的技術系統。如機床、紡織機、粉碎機、分選機等。二、機械的分類機械的種類繁多，按其功能和用途大致劃分為18大類，包括動力機械、起重運輸機械、工程機械、交通運輸機械、農業機械、林業機械、礦山機械、冶金機械、化工機械、輕紡機械、各類加工機床、通用機械和生活用機械等等。

2.2機械機構一、機構的定義1）機構是有確定相對運動的構件組合體；2）機構是機械系統的組成單元。二、機構的分類機構能傳遞、轉換運動或實現某種特定的運動。常用的機構有：連杆機構、凸輪機構、齒輪機構、帶傳動機構、鏈傳動機構、螺旋機構、步進機構等。(一)連杆機構連杆是聯接兩個及兩個以上運動副（轉動或移動副）的構件。用運動副按順序把幾個構件聯接起來則組成連杆機構（connectingrodgear）。其作用是傳遞動力和完成一定規律的運動。連杆機構可分為平面連杆機構和空間連杆機構。1、平面連杆機構平面連杆機構（planarlinkage）是由若干個互相作平面運動的剛性構件用運動副聯接起來的機構。其運動副多為面接觸的低副，所以又稱平面低副機構。最常用的平面連杆機構是四杆機構

,如圖返回圖2.1-1鉸鏈四杆機構的類型（a）曲柄搖杆機構；（b）雙曲柄機構；（c）雙搖杆機構；（d）曲柄滑塊機構；（e）雙滑塊機構(二)凸輪機構凸輪機構（cammechanism）是由凸輪的回轉或往復運動推動從動件作一定的往復移動或擺動的高副機構，如表2.1-1。凸輪具有曲線輪廊或凹槽，有平面凸輪和空間凸輪等。從動件（推杆）與凸輪作點接觸或線接觸，其接觸端的形狀有尖頭式、滾子式和平底式等。為了保持推杆與凸輪始終相接觸，可採用彈簧或依靠重力。不同類型的凸輪與推杆組合起來，即可得到各種類型的凸輪機構，通常凸輪是主動件，但有時可作從動件使用。凸輪機構的特點是結構緊湊，運動可靠。但製造要求高，易磨損、有雜訊。它最適用於從動件作間歇運動的場合。如在內燃機中的應用。(三)間歇運動機構間歇運動機構（intermittentmotionmechanism）是將主動件的連續運動變成從動件有停歇的週期性運動的機構。它可以分為單向運動和往復（雙向）運動兩類。1、單向間歇運動機構

（1）棘輪機構（ratchetandpawl）它可將連續轉動或往復運動變成單向的步進運動。主要由棘輪和棘爪等組成。棘輪機構常用在各種機床和自動機構的間歇進給或回轉工作臺的轉位上。（2）槽輪機構（genevagear）它有外嚙合和內嚙合兩種形式。工程中最常見的是單臂外嚙合槽輪機構。它由帶圓柱銷的轉臂、具有四條徑向槽的槽輪和機架組成。

（3）不完全齒輪機構它是由齒輪機構演變而來的間歇機構。主動輪1只在一段圓周上有4個齒，從動輪2共有16個齒間，當主動齒輪作等速轉動時，從動輪轉動一周可有4次間歇運動，輪2停歇期間，兩輪的鎖止弧起定位作用。不完全齒輪機構多用在專用機床中，如專用靠模銑床。

第三節機械傳動與典型傳動方式

機械傳動是原動機與執行機構之間傳遞運動與動力的子機械系統。常見的機械傳動有帶傳動、鏈傳動與齒輪傳動。一、帶傳動與鏈傳動1．帶傳動帶傳動（圖2.3-1）由主動帶輪2、撓性帶3、從動帶輪4、機架1和張緊裝置5組成。它的工作原理是利用摩擦傳動。即，張緊裝置使從動輪的軸向外移動，從而使帶張緊，帶與帶輪之間產生正壓力，主動輪通過摩擦驅動帶運動（緊邊受力F1大於松邊受力F2），帶又靠摩擦帶動從動輪轉動。帶傳動的傳動比

i24=n2/n4=d4/d2

帶傳動的特點：

1）由於帶是彈性件，在運動過程中它的受力變形特性使它傳遞運動不穩定，因而帶傳動的傳動比是不穩定的；

2）由於帶有彈性，使它具有吸振的作用。

3）有超載打滑、起安全保護的作用。因此，帶傳動一般用於高速級傳動。且功率不`大的場合（一般<75KW），帶的工作速度一般為5～25m/s,傳動比i<7(少數可達10)。按截面形狀，傳送帶可分為為：矩形截面的平型帶，梯形截面的V帶，圓形截面的圓形帶和具有楔形截面的多楔帶。

2．鏈傳動鏈傳動由主、從動鏈輪，鏈和機架組成。鏈傳動屬於一種輪齒嚙合傳動。其中，鏈作為中間撓性件在主、從動輪之間傳遞運動。鏈輪輪齒不能保證鏈條的速度是恒定值。因此鏈傳動的傳動比不是恒定值。鏈傳動的平均傳動比

i12=n1/n2=Z2/Z1鏈傳動的特點:可以作較遠距離傳動，傳力能力大，機械效率較高，在惡劣環境中亦能正常工作，但有振動、雜訊較大。通常用做低速級傳動。二、齒輪傳動1.齒輪傳動的特點和類型齒輪傳動是應用最廣的一種機械傳動。其主要優點是：1）適用的圓周速度和功率範圍廣；2）傳動比準確；3）機械效率高；4）工作可靠；5）壽命長；6）可實現平行軸、相交軸、交錯軸之間的傳動；7）結構緊湊。其主要缺點是：1）要求有較高的製造和安裝精度，成本較高；2）不適宜於遠距離兩軸之間的傳動。按照工作條件的不同，齒輪傳動可分為閉式傳動和開式傳動。閉式傳動的齒輪封閉在有潤滑油的箱體內，因而能保證良好的潤滑和潔淨的工作條件，閉式傳動多用於重要場合。開式傳動的齒輪是外露的，不能保證良好的潤滑和防止灰塵等的侵入，因此齒輪易於磨損，開式傳動多用於低速級和不重要的場合。齒輪傳動的類型很多，按照兩齒輪軸線的相對位置和齒向的不同，齒輪傳動可分類如下：(a)外嚙合齒輪傳動(b)內嚙合齒轉傳動(c)齒輪與齒條傳動

圓柱齒輪傳動

斜齒輪傳動人字齒輪傳動圓柱齒輪傳動

圓錐齒輪傳動直齒圓錐齒輪的設計、製造和安裝比較簡便、應用最廣泛；曲齒圓錐齒輪傳動平穩、承載能力較高，常用於汽車、工程機械等高速重載傳動上。

螺旋齒輪傳動蝸杆蝸輪傳動蝸杆為主動件，蝸輪為從動蝸杆蝸輪傳動亦可以具有反向自鎖的功能。傳動比特別大2.漸開線齒廓、分度圓、模數為了便於齒輪各部分尺寸的計算，在齒輪上選擇一個圓作為計算的基準，稱該圓為齒輪的分度圓。分度圓的直徑、半徑、齒厚、齒槽寬和齒距分別用d、r、s、e和p表示，則p=s+e。設齒輪的齒數用z表示，則在分度圓上，dπ=pz，於是得分度圓直徑d=pz/π上式中π為一無理數，由此式計算出的d若也為無理數，這將給齒輪的設計、製造和檢驗等帶來很大不便。所以，工程上將比值p/π規定為一些簡單的數值，並使之標準化。這個比值稱為模數，用m表示。即

m=p/π

標準模數系列表（摘自GB/T1357-87）mm第一系列…1.522.5345681012162025324050第二系列…1.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(11)141822283645注：選用模數時，應優先選用第一系列，其次是第二系列，括弧內的模數盡可能不用。模數是決定齒輪尺寸的一個基本參數，齒數相同的齒輪，模數大則齒輪尺寸也大。

齒輪傳動的傳動比:i12=n1/n2=Z2/Z1對齒輪齒條傳動,齒輪1的轉速n1與齒條2的速度V2的關係式如下:

V2=mz1n1/2

第四節常用零件及應用一、聯接與聯接件在機械中，許多零、部件之間以一定的方式組合成一個整體，這就需要使用各種聯接。聯接的類型很多，常用的聯接有螺紋聯接、鍵聯接、銷聯接、鉚釘聯接、焊接、膠接、過盈配合聯接及型面聯接等。其中以螺紋聯接、鍵聯接、焊接在機械中應用最為廣泛。聯接可分為可折聯接和不可拆聯接。螺紋聯接、鍵聯接為可折聯接，焊接為不可拆聯接。在選擇聯接類型時，多以使用要求及經濟要求為依據。一般地說，採用可拆聯多系由結構、安裝、運輸、維修上的原因。不可拆聯接的製造成本通常較可拆聯接低廉。1.螺紋聯接螺紋聯接是機械中應用極為廣泛的一種可拆聯接。它具有結構簡單、裝拆方便、聯接可靠、互換性強等特點。據統計在現代機械中具有螺紋結構的零件約占零件總數的一半以上。螺紋聯接的基本類型和螺紋聯接件(1).螺紋聯接的基本類型螺紋聯接的基本類型有螺栓聯接（普通螺栓聯接、鉸制孔用螺栓聯接）、雙頭螺柱聯接、螺釘聯接和緊定螺釘聯接。螺栓聯接：是利用一端有頭，另一端制有螺紋的螺栓，穿過被聯接件的通孔，旋上螺母擰緊後將被聯接件聯成一體。被聯接件上不必切制螺紋，結構簡單，裝拆方便，主要用於被聯接件不太厚，並有足夠裝拆空間的場合。雙頭螺柱聯接：是利用兩端均有螺紋的螺柱，將其一端擰入一被聯接的螺紋孔中，另一端則穿過另一被聯接件的通孔，旋上螺母，擰緊後將被聯接件聯成一體。這種聯接多用於被聯接件之一太厚而不便鑽孔，或為了結構緊湊而必須採用盲孔的聯接。螺釘聯接：不用螺母，利用螺釘穿過一被聯接件的通孔，擰入另一被聯接件的螺紋孔內而實現聯接。軸向預緊力Fp為了保證螺證螺紋聯接的可靠性或被聯接件的氣密性，螺紋聯接一般需要預緊，即在安裝時必須把螺母或螺釘擰緊，使在螺杆中產生一定的軸向預緊力Fp。預緊力應有適當的大小，預緊力太小達不到預緊的目的，預緊力太大又易使螺紋聯接件失效。預緊力Fp和擰緊力矩T的大小有關，對於常用的粗牙鋼制螺紋聯接可近似按下式計算

T≈0.2Fpd

式中d為螺紋的公稱直徑(mm)2.鍵聯接安裝在軸上的零件（如凸輪、飛輪、帶輪、齒輪等）都是以它們的輪轂部分與軸聯接在一起的。鍵聯接主要用來實現軸、轂之間的周向固定以傳遞扭矩。鍵可分類平鍵、半圓鍵、楔鍵及花鍵等幾大類，且大都是標準件。(1).平鍵聯接平鍵的兩側面是工作面，上表面與輪上的鍵槽底部之間留有空隙（圖2.4-3a），鍵的上、下表面為非工作面，工作時靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞扭矩，故定心性較差。根據其用途，平鍵又可分為普通平鍵、導向平鍵和滑鍵等。(2).花鍵聯接將具有均布的多個凸齒的軸置於輪轂相應的凹槽中所構成的聯接稱花鍵聯繫（圖2.4-3b）。鍵齒側是工作面。由於是多齒傳遞載荷，故花鍵聯接比平鍵聯接的承載能力高，定心性和導向性好，對軸的削弱小（齒淺．應力集中小），花鍵聯接一般用於定心精度要求高和載荷較大的地方。但花鍵加工需用專門的設備和工具，成本較高。二、軸和軸承1．軸(1).軸的功能軸是機械中的重要零件，機械中作旋轉運動的零件大都裝在其上。它有以下兩個功能。a.支承回轉零件，如齒輪、帶輪等；b.傳遞運動和動力。(2).軸的分類按軸的作用和所承受的載荷情況，可將軸分為三類：

a..心軸這種軸只受彎矩而不傳遞轉矩，稱為心軸。心軸可以是轉動的,也可以是固定不動的

b.傳動軸傳動軸僅傳遞運動和動力，即只承受扭矩而不承受彎矩或彎矩很小。c.轉軸轉軸既支承回轉零件又傳遞運動和動力，即同時承受彎矩和扭矩。轉軸是機構中最常見的軸。軸的常用材料有優質碳素鋼和合金鋼等。優質碳素鋼價格低廉，對應力集中的敏感性小，並有良好的熱處理性能，故應用很廣。一般機械的軸常用35、40、45和50鋼，其中以45鋼應用最廣。2.軸承軸承是用來支承軸的部件，有時也用來支承軸上的回轉件。在機械中應用極為廣泛。根據軸承工作表面的摩擦性質不同，可分為滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）和滑動摩擦軸承（簡稱滑動軸承）。按其所能承受載荷的方向不同，又可分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承。對於滑動軸承，按油膜壓力形成的方法不同，可分為動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承兩種。滾動軸承磨擦阻力小，效率高，起動輕快且潤滑簡便，一般不需自行設計製造，因而在各種機械中得到廣泛應用。(1).滾動軸承參見2.4－5所示，滾動軸承由外圈（環）1、內圈（環）2、滾動體3和保持架4組成。內外圈上常制有凹槽，稱為滾道。保持架的作用是把滾動體均勻隔開。滾動體是滾動軸承的主體，工作時沿滾道自轉並公轉。它的大小、數量和形狀與軸承的承載能力密切相關。各種滾動體形狀如圖2.4－5所示。(2).滾動軸承的代號滾動軸承的類型、規格繁多，為了便於設計、製造和選用，國家標準對軸承的類型系列、尺寸、結構特點、精度等級等用規定的代號（數字和字母）表示。通常在軸承的端面列印其代號。內徑右起第一、第二位數字表示軸承內徑，它用代號00（10）、01（12）、02（15）、03（17）、04~99分別表示軸承內徑，其中括弧內為該代號所表示的內徑；當軸承內徑在20~495mm範圍內時，其內徑值為其代號的數值乘以5。直徑系列右起第三位數字表示軸承直徑系列。同一內徑的軸承可有不同的外徑和寬度。直徑系列可分為特輕、輕窄、中窄、重窄、輕寬和中寬六個系列。類型右起第四位數字表示軸承的類型。如果第四位前面沒有數字，則第四位數字為“0”時，“0”可以不標出。其類型即為單列向心球軸承。特殊結構右起第五、六位數字表示軸承的特殊結構形式，其代號含義可查閱滾動軸承的產品樣本。寬度系列右起第七位數表示軸承的寬度系列。它表示相同的內徑和外徑的軸承的不同寬度，其代號的具體含義可查閱滾動軸承產品樣本。精度等級代號中字母表示軸承的精度等級，目前我國生產的軸承有B、C、D、E、G五個精度等級。其中B級精度最高，G級最低。G級精度應用最廣，其代號可以不標出。軸承代號舉例如下：C205表示：單列向心滾動軸承輕窄系列，內徑25，C級精度。7306單列圓錐滾子軸承,重系列，內徑30，G級精度。(3).滑動軸承滑動軸承由於是面接觸，在接觸面之間有油膜減振，所以具有承載能力大、抗振性能好、工作平穩、雜訊小等特點。若採用液體磨擦滑動軸承時，則可長期保持較高的旋轉精度。因此在高速、高精度、重載和結構上要求剖分等場合，滑動軸承仍佔有重要地位，是滾動軸承所不能完全替代的。另外，由於它結構簡單、製造容易、成本低，故也廣泛應用於各種簡單機械中。(4).推力滑動軸承推力滑動軸承用來承受軸向載荷，如圖2.4-7所示。推力滑動軸承的軸頸有三種形式。實心推力軸頸、環形軸頸和多環形軸頸。三、彈簧彈簧是一種彈性元件，在外載荷作用下，彈簧能夠產生彈性變形並吸收能量，載荷除去後，它又能立即恢復原來的形狀，同時釋放出能量。在機械中應用很廣，彈簧主要功用有：a.控制機構的運動和構件位置:利用彈簧的彈力保持零件之間的接觸，以控制機構的運動，如凸輪機構、閥門、離合器中的控制彈簧。b.吸振和緩沖:彈簧以變形能的形式吸收振動和衝擊的能量，如車輛中的緩衝器彈簧。c.儲存能量:利用彈簧變形所能儲存的能量做功，如鐘錶的發條、遊絲（用盤簧）的彈簧。d.測量載荷:測量力的大小，如彈簧秤和測力器中的彈簧。彈簧的基本類型如表2-2所示。按承受載荷的形式，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧四種。按彈簧的形狀，可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、盤形彈簧和板簧等。彈簧常用的材料有：碳素彈簧鋼、低錳合金鋼（如65Mn）、矽錳彈簧鋼（如60Si2Mn）、鉻釩鋼（如50CrVA）等。

第五節典型機械傳動裝置一、減速器將具有減速功能的輪系封閉在剛性殼體內而組成的獨立部件稱之減速器（亦稱減速箱）。通常裝置在機械的原動機和工作機之間，用於降低轉速、增大轉矩。減速器分類如下：按傳動原理可分為普通減速器和行星減速器兩大類。按齒輪傳動的類型可分為：圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸杆減速器、圓錐—圓柱齒輪減速器、蝸杆—圓柱齒輪減速器等。按傳動的級數可分為單級、雙級及多級減速器。減速器的結構特點：減速器主要由齒輪（或蝸杆、蝸輪）、軸、軸承和箱體及其他附件組成。齒輪可為直齒（傳動比i≤4）、斜齒或人字齒（i≤6）。箱體常用鑄鐵鑄造。支承多採用滾動軸承，只有高速、重型減速器才採用滑動軸承。為了避免減速器外廓尺寸過大，限制單級減速器的最大傳動比i≤10，否則採用雙級減速器。減速器的潤滑：減速器中，齒輪（或蝸杆、蝸輪）和軸承的潤滑是非常重要的。潤滑的目的主要是為了減少摩擦和磨損，提高傳動效率，通過潤滑油帶走熱量。當齒輪的圓周速度u<12m/s減速器中的齒輪一般採用侵油潤滑。為了避免攪油及飛濺損失過大能量，齒輪的侵油深度一般不宜超過全齒高。

左圖為減速器原理圖,右圖為變速器原理圖二、行星齒輪傳動。它由固定的齒輪1、行星齒輪2和系杆H三個構件組成。系杆輸入運動，齒輪2在隨系杆繞軸線O1轉動（稱公傳）的同時繞與系杆相連的軸線O2轉動（稱自轉）。即齒輪2作行星運動。因此，本傳動稱為行星齒輪傳動。

下图中小齿轮标号错误，应为2

工程機械底盤

5.1工程機械底盤的基本組成工程機械底盤是整機的支承，並能使整機以作業所需要的速度和牽引力沿規定方向行駛。一般由傳動系、行走系、轉向系和制動系組成。一、傳動系傳動系是動力裝置和行走機構之間的動力傳動和操縱、控制機構組成的系統。它將動力裝置輸出功率傳給驅動輪，並改變動力裝置的功率輸出特性以滿足工程機械作業行駛要求。傳動系根據動力傳動形式分為機械式、液力機械式、全液壓式和電傳動式等四種傳動系統類型。在鏟土運輸機械中多數為機械式與液力機械式傳動系統。近年來在挖掘機上採用全液壓式傳動系統較多。在大型工程機械上已出現由電動機直接裝在車輪上的電動輪式傳動系統，但尚未全面推廣應用。二、行走系行走系用以支承工程機械底盤各部件並保證工程機械的行駛。根據行走裝置的不同行走系可以分為履帶式、輪胎式、軌行式和步行式四種。履帶式由機架、履帶架和四輪一帶等組成。輪式由機架、懸架、橋殼與輪胎、輪輞等組成。軌行式由機架、轉向架和輪對等組成。步行式由機架和步行裝置等組成。一、轉向系轉向系用以保證工程機械行走時改變行走方向。履帶式工程機械由操縱傳動系中轉向離合器和轉向制動器實現轉向，或由分別操縱左右兩側履帶的傳動實現轉向。輪胎式工程機械轉向系由轉向器、動力轉向裝置和轉向傳動系統等組成。軌行式工程機械由軌道引導轉向。步行式多用於有轉臺回轉裝置的工程機械，步行裝置置於轉臺兩側，轉臺相對於底架回轉，就可實現步行方向的改變。二、制動系制動系用以保證工程機械行走時減速與停止。履帶式工程機械由行走制動器實現制動。輪胎式工程機械因行走速度高，為確保安全，故設有主制動裝置、停放制動裝置。軌行式工程機械的制動裝置與制動系統與機車車輛的制動裝置與制動系統類似。

5.2

傳動系統功用及組成一、傳動系統的功用工程機械的動力裝置和驅動輪之間的傳動部件總稱為傳動系統。工程機械之所以需要傳動系統而不能把柴油機或汽油機與驅動輪直接相連接，是由於柴油機或汽油機的輸出特性具有轉矩小、轉速高和轉矩、轉速變化範圍小的特點，這與工程機械運行或作業時所需的大轉矩、低速度以及轉矩、速度變化範圍大之間存在矛盾。為此，傳動系統的功用就是將發動機的動力按需要適當降低轉速增加轉矩後傳動驅動輪上，使之適應工程機械運行或作業的需要。此外，傳動系統還具有切斷動力的功能，以滿足發動機不能有載起動和作業中換檔時切斷動力，以及實現機械前進與後退的要求。二、傳動系統的組成1.機械式傳動系統的組成

圖5.2-1所示為輪式工程機械用機械式傳動系統的傳動簡圖主傳動器、差速器和半軸裝在同一殼體內，形成一個整體，稱為驅動橋.轉向？

圖5.2-1輪式工程機械傳動系統簡圖1-離合器；2-變速器；3-萬向節；4-驅動橋；5-差速器；6-半軸；7-主傳動器；8-傳動軸

圖5.2-2所示為履帶式工程機械傳動系統簡圖轉向？圖5.2-2履帶式工程機械傳動系統簡圖1-內燃機；2-齒輪箱；3-主離合器；4-變速器；5-主傳動齒輪；6-轉向離合器；7-終傳動裝置；8-驅動鏈輪；A-工作裝置液壓油泵；B-離合器液壓油泵；C-轉向離合器液壓油泵機械傳動系統中,履帶式與輪式的不同點轉向方式不同，即履帶式工程機械在驅動橋內設置了轉向離合器。另外，在動力傳至驅動鏈輪之前，為進一步減速增矩，增設了終傳動裝置，以滿足履帶式機械較大牽引力的需求。2.液力機械式傳動系統的組成液力機械式傳動系統愈來愈廣泛地用在工程機械上。目前，國產ZL系列裝載機全部採用液力機械式傳動系統。圖5.2-3所示為ZL50型裝載機傳動系統簡圖。圖5.2-3ZL50裝載機傳動系統簡圖1-液力變矩器；2-單向離合器；3-行星變速器；4-換檔離合器；5-脫橋機構；6-傳動軸這種液力機械式傳動系統與機械式傳動系統相比，主要有以下幾個優點：（1）能自動適應外阻力的變化，使機械能在一定範圍內無級地變更其輸出軸轉矩與轉速，當阻力增加時，則自動降低轉速，增加轉矩，從而提高機械的平均速度與生產率；（2）因液力傳動的工作介質是液體，所以能吸收並消除來自內燃機及外部的衝擊和振動，從而提高了機械的壽命；（3）因液力裝置自身具有無級調速的特點，故變速器的檔位數可以減少，並且因採用動力換檔變速器，減小了駕駛員的勞動強度，簡化了機械的操縱。

3.全液壓式傳動系統的組成由於全液壓傳動具有結構簡單、佈置方便、操縱輕便、工作效率高、容易改型換代等優點，近年來，在公路工程機械上應用廣泛。例如，具有全液壓式傳動系統的挖掘機，目前已基本取代了機械式傳動系統的挖掘機。圖5.2-4所示為挖掘機的全液壓式傳動系統簡圖。

圖5.2-4全液壓式傳動系示意圖1-輔助齒輪泵；2-柱塞泵；3-齒輪箱；4-行走輪；5-減速器；6-柱塞式液壓馬達；7-液壓泵；8-分動箱；9-柴油機

5.3主離合器與機械變速器一、主離合器離合器的作用是按工作需要隨時將兩軸連接或分開。按其安裝位置的不同，可分為主離合器和分離合器兩種。主離合器安裝在發動機和變速器之間的飛輪殼內，它是傳動系力流的樞紐，其主要用途是臨時切斷動力，使變速器能順利掛檔和換檔。離合器按主、從動元件接合情況的不同，可分為凸爪式、齒輪式、摩擦式和液力式四種。下麵分別簡介。1、凸爪離合器凸爪離合器（圖5.3-1）又稱牙嵌式離合器,當離合器嚙合時，連接兩軸而傳遞動力；而當離合器分離時，分開兩軸而切斷動力。這種離合器大多用於轉速不高且不經常進行離合動作之處，它常用於分離合器

2、齒輪式離合器圖5.3-2為齒輪式離合器。帶內齒的齒輪2空套在軸3上，帶外齒的齒輪1通過導向平鍵或花鍵安裝軸3上，當右移齒輪1時，則1、2兩齒輪的內外齒正好嚙合，動力從軸4經齒輪5和2傳給齒輪1，使軸3旋轉；當左移齒輪1時，則1、2兩齒輪的內外齒便分開，動力被切斷，軸3停止轉動。這種離合器通常用於變速器的換檔齒輪上，一般稱為嚙合套或同步器。汽車變速箱，換檔採用這種同步器。上述兩種離合器的缺點:接合動作應在兩軸同時不回轉或兩軸的轉速差很小時才能進行，並在接合時會產生衝擊。3、摩擦式離合器摩擦式離合器是通過傳動件的摩擦力來連接兩軸的，接合動作平穩，同時可以在兩軸不停轉和不減速的情況下進行接合或分離動作。因此，在傳動中使用較廣泛。在施工機械上使用較普遍的摩擦離合器有單片式和多片式兩種。1）單片式摩擦離合器單片式摩擦離合器多用作主離合器，它是連接於發動機的第一道傳動裝置

圖5.3-3單片式摩擦離合器工作原理1-飛輪；2-曲軸；3-從動盤；4-摩擦襯片；5-壓盤；6-螺釘；7-離合器蓋；8-壓緊彈簧；9-踏板；10-滑動套；11-從動軸2）多片式摩擦離合器多片式摩擦離合器由數量較多的摩擦盤組成，由於摩擦面較多，故傳遞的扭矩較大。履帶式拖拉機上所使用的轉向離合器就是屬於這種類型的離合器。多片式摩擦離合器原理與單片式摩擦離合器相同.圖5.3-4多片式摩擦離合器1-主動盤；2-壓緊彈簧；3-彈簧座；4-鎖片；5-彈簧杆；6-螺帽；7-主動鼓；8-從動鼓；9-從動盤；10-松放圈；11-接盤；12-短半軸；13-分離軸承；14-軸承座；15-銷子；16-壓盤二、機械變速器1、變速器的作用及工作原理變速器的主要作用是改變機械的牽引力和行駛速度，以適應其外界負荷變化的要求；在發動機旋轉方向不變的情況下，使機械前進或後退行駛；在發動機不熄火時，使發動機和傳動系保持分離。機械變速器是利用齒輪傳動進行工作的。在齒輪傳動中，互相嚙合的兩個齒輪的轉速與它們的齒數成反比，因此，齒輪傳動的傳動比為：式中：n1、n2——主、從動齒輪的轉速；

z1、z2——主、從動齒輪的齒數。為了增加齒輪傳動的傳動化，通常採用多級齒輪傳動。在多級齒輪傳動中，其總傳動比等於各從動齒輪齒數的連乘積和各主動齒輪齒數的連乘積之比。這是多級齒輪傳動中的一個基本概念，它適用於任何級的齒輪傳動。如圖5.3-7所示的兩級齒輪傳動中，其總傳動比i為：在齒輪傳動中，所傳遞的扭矩是隨著傳動比的加大而提高，而轉速則是隨著傳動比的加大而降低。變速器工作時，利用齒數不同的齒輪齧合傳動，來改變其傳動比，從而達到變速和變矩的目的，這就是變速器工作的基本原理。右下圖為變速和變矩的實現方法

5.4液力機械變速系統比較下列兩種傳動系統下圖中用液力變矩器代替上圖的主離合器,有何優點呢?1.變矩器輸出轉速和扭矩範圍廣,操作簡單;2.發動機不易熄火;3.變速器結構簡化;4.吸收和減少振動及衝擊，故起停平穩，工作舒適;5.隨著外界負荷的變化，可以自動調節其扭矩.目前使用較多的液力傳動元件有液力偶合器和液力變矩器兩種。一液力偶合器液力偶合器（圖5.3-5）是由固定在主動軸上的泵輪3（主動輪）和固定在從動軸上的渦輪2（從動輪）兩大部分組成。兩輪成碗狀，其徑向排列有許多葉片（圖5.3-5a），兩輪面對面地連接安裝，並有3～4mm的間隙。液力偶合器的基本工作原理如下：

圖5.3-5液力偶合器及其裝配圖(a)外貌圖(b)原理圖1-主動軸；2-渦輪；3-泵輪；4-從動軸；5-接盤當主動軸1帶著泵輪3旋轉時，充滿在泵輪內的工作液體隨泵輪一起旋轉，並在離心力的作用下，沿葉片之間的通道流向外緣，再由外緣流入渦輪2中，衝擊渦輪的葉片使渦輪帶動從動軸4一起旋轉。液力偶合器只能用來傳遞扭矩，不能改變扭矩的大小，故目前施工機械的傳動系中應用很少。二液力變矩器液力變矩器（圖5.3-6）就是在液力偶合器的泵輪1與渦輪2之間另外增加一個固定不動的導向輪3，由三個輪的內腔共同構成一個液體迴圈路線。液力變矩器工作時，工作液在三個輪內作環形運動。在環形運動中，由於導向輪3的影響，使渦輪輸出的扭矩大於泵輪輸入的扭矩，以實現變矩作用。渦輪的總扭矩等於泵輪扭矩和導輪反作用扭矩之和。液力變矩器輸出的扭矩與輸入的扭矩之比稱為變矩係數，通常用“K”來表示。式中：K­­——液力變矩器變矩係數；MW——渦輪的扭矩；

Mb——泵輪的扭矩。目前使用的液力變矩器的變矩係數通常為3。變矩器圖5.3-6液力變矩器簡圖適用於轉速低而扭矩大的施工機械的傳動系中1-泵輪；2-渦輪；3-導向輪

5．5驅動橋一萬向傳動裝置1、萬向傳動裝置的作用及組成變速器都被固定在車架上。主傳動器的後橋是通過鋼板彈簧與車架連接的（圖5.5-1）。變速器的第二軸1與主傳動器主動軸2不在同一軸線上，而有一定的交角，由於鋼板彈簧的彈性變形，這個交角及變速器與主傳動器之間的距離還要經常變化。如果變速器與主傳動器之間用一根整體軸剛性的連接，顯然是不行的。因此，必須採用萬向傳動裝置。

圖5.5-1萬向節傳動裝置的作用1-變速器；2-萬向傳動裝置；3-驅動橋；4-後懸架；5-車架2、萬向傳動裝置構造及工作原理萬向傳動裝置是由萬向節和可伸縮的傳動軸組成。前者解決角變化的問題；後者解決軸距變化的問題。1）萬向節圖5.5-2萬向節示意圖圖5.5-3萬向節結構圖1-主動軸；2,4-萬向節叉；3-十字軸；5-從動軸

萬向節特點:一個萬向節傳動中，當主動叉等速度旋轉時，從動叉是不等速的。為了達到等速傳動的目的，可採用兩個萬向節串聯安裝（圖5.5-5）的方法，在兩個萬向節2和3之間用傳動軸將其連接。理論和實距證明：只要傳動軸兩端的萬向節叉位於同一個平面，並且主動軸和從動軸與傳動軸的夾角，那麼經過兩個萬向節傳動就可以使從動軸和主動軸的角速度相等。圖5.5-5雙向萬向節等速傳動佈置圖1，3-主動叉；2,4-從動叉2）傳動軸傳動軸是一根轉速相當高的長軸。為了減輕其重量，傳動軸一般製成空心的。最簡單的傳動軸總成是由一根可伸縮的傳動軸和兩個萬向節組成。圖5.5-6解放CA141型汽車的傳動軸總成1-凸緣叉；2-十字軸；3-中間軸；4-平衡片；5-中間軸承油封；6-中間軸承前蓋；7-橡膠墊環；8-中間軸承；9-中間軸承後蓋；10-中間軸承支架；11-萬向節滑動叉；12-油封；13-主傳動軸；14-鎖片；15-萬向節滾針軸承油封；16-萬向節滾針軸承；17-滾針軸承支承片；18-堵蓋二主傳動器主傳動器的作用是降低轉速、增大扭矩（即傳動比）及改變旋轉軸線的方向。由萬向傳動裝置輸入驅動橋（圖5.5-7）的動力，首先傳給主傳動器2，然後經差速器3分配給左、右兩根半軸4，最終傳至輪轂5，使安裝在輪轂上的驅動輪行駛。

返回差速器圖5.5-7驅動橋示意圖1-驅動橋殼；2-主減速器；3-差速器；4-半軸；5-輪轂

主傳動的形式圖5.5-8主傳動器型式1-主動錐齒輪（與傳動軸相連）；2-從動錐齒輪；3-主動圓柱齒輪；4-從動圓柱齒輪；5-半軸

三差速器1、差速器的作用及工作原理輪式機械在行駛過程中，經常需要使左、右兩側驅動輪以不同的速度旋轉。例如在轉彎時，同一時間內，外側車輪所滾動的距離要比內側車輪大。若兩側的驅動輪固定在一根軸上，則由於兩輪的旋轉速度相同，行駛的距離必然相等，這就不可避免地要引起車輪在路面上的滑動。這樣就會使輪胎的磨損加劇，轉向困難，燃料消耗增加。另外，當輪式機械在不平的道路上行駛，或左、右驅動輪因氣壓不等、磨損程度不同以及負荷不等時，也會發生類似的車輪滑移現象。為了消除滑移現象，必須要在輪式機械左、右驅動輪兩根半軸之間安裝差速器。差速器的作用是向兩半軸傳遞相同的扭矩，並允許兩半軸以不同的轉速旋轉。2、差速器的構造及原理目前應用最多的差速器是錐形行星齒輪式差速器（圖5.5-12），差速器殼2用螺栓與主傳動器從動錐形齒輪3連接成一體，差速器殼內裝有行星齒輪5（兩個或四個）、行星齒輪軸4、半軸齒輪7和8，它們可以隨差速器殼一起旋轉。行星齒輪5與左右兩個半軸齒輪7和8嚙合，而半軸齒輪則分別安裝在左右半軸1和6的花鍵部位上。圖5.5-12錐形行星齒輪式差速器1-左半軸；2-差速器殼；3-主傳動器從動錐形齒輪；4-行星齒輪軸；5-行星齒輪；6-右半軸；7-右半軸齒輪；8-左半軸齒輪工作原理分析1當輪式機械沿平路直線行駛時，兩驅動輪在同一時間內駛過相同的路程。這時，差速器殼2與兩個半軸齒輪7和8以及兩驅動車輪同速旋轉。2當機械轉彎時，內側的驅動車輪阻力較大，因而與其相連的半軸齒輪就旋轉得比差速器殼慢。這時行星齒輪不但隨差速器殼作圓周運動（公轉），而且還繞其自身的軸4轉動（自轉），於是就加速了另一個半軸齒輪的轉速，從而使兩側的驅動輪轉速不等（外側大於內側），保證了機械的順利轉彎。3當一側的驅動輪由於附著力不足而打滑時，它就飛快空轉，另一側的驅動輪就停轉，這時機械便停駛。打滑一側的半軸齒輪其轉速為差速器殼轉速的兩倍.

材料的機械性能指

標與常用工程材料

工程機械的機構零件、金屬結構、連接件均由黑色金屬、有色金屬和非金屬等材料加工製成，設計工程機械時，應考慮材料的機械性能和使用要求合理選擇材料。第一節

材料主要機械性能材料主要機械性能指標有強度（抗拉強度、屈服強度）、塑性、韌性、硬度和可焊性。

一、強度（抗拉強度、屈服強度）

下圖是常用碳素結構鋼的應力一應變曲線圖。

1。當應力值小於比例極限σp時，應力與應變之間成正比例關係，其比值即為鋼材的彈性模量E。

2。當應力到達屈服點σs時，應力即使不再增加，應變卻會繼續增加，應力一應變曲線成水準段，稱為屈服階段。可近似地認為鋼材在應力達到屈服點之前是彈性體，而在屈服點之後是塑性體。

3。應變超過屈服界階段之後，鋼由於應變硬化，應力—應變曲線開始上升，但應力與應變之間不再呈線性關係，而應變增加較快，最後達到曲線的最高點，材料出現頸縮而破壞，稱極限強度σb

。

二、鋼材的塑性和韌性鋼材的塑性用靜力拉伸試驗中的延伸率和載面收縮率來衡量。試件總伸長量與原標距之比為引伸率。延伸率是說明鋼材塑性的指標，延伸率大則鋼的塑性好，加工容易，承載時雖出現較大變形而並不破壞。鋼材的韌性表徵材料破壞前吸收機械能量的能力。測定衝擊韌性的試件帶有缺口，試件各部分尺寸如圖1.1—2所示。我國目前用帶U形缺口的梅氏試件，試驗時將試件放在試驗機的支架上，讓擺錘衝擊沒有缺口的一面。擺錘沖斷試件所耗的功（N·m）除以試件缺口截面積所得的商為鋼材的衝擊韌性。三、硬度硬度表徵材料表面抵抗硬物壓入或刻畫的能力。硬度試驗的方法很多，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。1.布氏硬度以一定壓力F將直徑為D的淬硬鋼球或硬質合金球壓入表面，並保持一段時間（10~30s），在試樣表面形成直徑為d的壓痕，以壓痕單位面積上承受的壓力值來衡量材料的硬度。查表就能得到布氏硬度值。布氏硬度的優點是測量準確性較高。但因採用的壓力較大，壓痕也較大，故不宜用來測試成品零件和較薄的試樣，通常用來測試硬度較低的原材料，如退火鋼和銅、鋁等。2.洛氏硬度洛氏硬度也是一種壓入式硬度試驗法，以壓痕深度來衡量材料的硬度。洛氏硬度的優點是壓痕小，測試簡便迅速，特別適合在生產現場測試零件硬度，但其測量準確性不及布氏硬度。

表1.1-1常用洛氏硬度尺規及適用範圍尺規壓頭載荷（kgf）硬度值有效範圍適用範圍HRA120º圓錐金剛石6060——85硬質合金、鋼的表面硬化層HRBø1.588mm鋼球10025——100退火鋼、銅合金等HRC120º圓錐金剛石15020——67經淬火、回火的鋼片四、鋼材的可焊性工程機械結構大多為焊接結構，鋼材的可焊性是衡量鋼材焊接工藝好壞的指標。人們通常用焊縫及其相鄰的基本金屬的抗裂性和使用性能來說明材料可焊性的優劣。碳素結構鋼的可焊性，可以粗略地用碳當量來表示，當碳當量<0.45%時，則認為鋼材的可焊性良好。

第二節黑色金屬材料一、鋼與鑄鐵1．鋼及分類鋼是含碳量在0.0218%~2.11%之間的鐵碳合金。有些鋼除了含有鐵和碳這兩種必備元素外，還含有其他種類的合金元素，這些鋼稱為合金鋼。不含合金元素的鋼稱為碳素鋼。鋼中常見的合金元素有鉻（Cr）、錳（Mn）、矽（Si）、鎳（Ni）、鎢（W）、鉬（Mo）等。此外，鋼中還含有少量雜質元素。其中硫和磷會使鋼的性能降低，因此高品質的鋼都要嚴格限制硫和磷的含量。

按化學成份分類低碳鋼（含碳量<0.25%）碳素鋼中碳鋼（含碳量=0.25%～0.60%）高碳鋼（含碳量>0.60%）低合金鋼（合金元素總量<5%）合金鋼中合金鋼（合金元素總量=5%～10%）高合金鋼（合金元素總量>10%2．鑄鐵及分類鑄鐵是含碳量大於2.11%的鐵碳合金，在常用的鑄鐵中，矽也是一種重要元素。灰口鑄鐵一般含有2.8%~3.8%的碳，1.0%的~3.0%矽，組織中存在片狀石墨。灰口鑄鐵的強度、塑性和韌性都較低，但有良好的鑄造性、吸震性和可切削性且成本低廉。製造箱體。球墨鑄鐵組織中存在球狀石墨，力學性能明顯優於灰口鑄鐵，與鋼接近。但鑄造性能不及灰口鑄鐵，成本也稍高。製造曲軸、連杆等機械零件。3.工程機械常用鋼工程機械大都以泥沙、岩石為作業對象，工作環境惡劣，在作業中承受較大的衝擊載荷和強烈磨料磨損。因此，工程機械用材要求具有耐疲勞性能、耐磨性、耐衝擊性、低溫韌性、耐腐蝕性和良好的可焊性。大部分材料採用碳鋼和低合金鋼，如Q235，16Mn，20CrMnTi，30CrMnSi

等，其中高強度低合金鋼，以其高強度，延伸性、耐磨性、低溫韌性和可焊性良好而得到越來越廣泛的應用。在節省材料，減輕自重，提高耐磨性方面起到很好的作用。如美國卡特皮勒公司992B裝載機鏟鬥選用的低合金鋼屈服強度達到990MPa。二、鋼的熱處理鋼的熱處理是將鋼在固態下進行加熱、保溫和冷卻，使鋼得到預期的組織和性能的工藝方法。鋼在進行加熱或冷卻的過程中，內部組織將發生變化，機械性能發生變化。但不改變其形狀和尺寸。熱處理在機械零件製造中佔有重要的地位。例如，鋼件毛坯在切削加工之前，可以通過熱處理降低其硬度，以便於切削，加工成零件之後，又可通過熱處理提高力學性能，使零件具有良好的使用性能和較長的使用壽命。熱處理的方法很多，不同的熱處理工藝，主要在於加熱溫度高低、保溫時間長短和冷卻速度快慢的不同。熱處理可分為普通熱處理工藝和表面熱處理。鋼的普通熱處理工藝是生產中應用最普通的熱處理工藝，包括退火、正火、淬火與回火四種。（1）退火退火是把鋼加熱到臨界點以上某一溫度保溫後緩慢冷卻的熱處理工藝。對鋼進行退火的目的是：降低硬度以便切削加工；提高塑性、韌性以便於進行變形加工（冷衝壓及冷拔等）；消除內應力；改善某些不良組織。（2）正火正火是將鋼加熱到完全奧氏體狀態，然後從爐中取出，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火主要用於改善中、低碳鋼的可切削性，消除某些鋼中的不良組織。一些性能要求不高的中碳鋼零件，也可以在正火後使用，而不必淬火、回火。（3）淬火

淬火是將鋼件加熱到臨界點以上並保溫一段時間，然後快速冷印，使奧氏體轉變為馬氏體的熱處理工藝。為了獲得足夠快的冷卻速度，淬火時通常是將鋼件置於水或油中冷卻。由於馬氏體具有高硬度（高碳馬氏體）或高強度（低碳馬氏體），所以淬火是使鋼強化最有效、最重要的方法之一。

（4）回火回火是將淬水後的鋼件加熱到臨界點以下某一溫度，保溫一般時間後冷卻到室溫的熱處理工藝。鋼件在淬火後強度和硬度將顯著提高，但韌性往往降低很多。此外，淬火時急劇冷卻將使鋼件產生很大的內應力，內應力可能導致零件變形甚至開裂，因此鋼件在淬火後必須及時進行回火。根據回火溫度的高低，回火工藝分為以下三種：低溫回火溫度為150~250℃。可減小鋼件的內應力，使韌性有所改善，同時保持高的硬度和強度。低溫回火適用於要求硬度高、耐磨性好的零件，如刀具、量具、冷沖模、滾動軸承等。中溫回火溫度為350~500℃，可顯著減小鋼件淬火後的內應力，提高彈性，適用於彈簧。高溫回火溫度為500~650℃，可消除內應力，使鋼件獲得較好的韌性與較高的強度，亦即通常所說的獲得良好的綜合力學性能。鋼的這種淬火並高溫回火的工藝又稱為調質。調質處理適用於中碳鋼和中碳合金鋼製造的且要求具有良好綜合力學性能的零件，如軸、螺栓、連杆、曲軸等。3.鋼的表面熱處理有些機構零件如齒輪、活塞銷、凸輪軸等，在工作時表面易磨損，整體又受較大的動負荷。這些零件的表面應具備高的硬度和耐磨性，心部應有足夠的強度和韌性。採用普通熱處理難以使鋼件兼顧到這樣表裏不一致的性能要求，鋼的表面熱處理卻能解決這個問題。

表面淬火表面淬火是對鋼件加速加熱，在熱量來不及傳到心部的情況下，表面溫度就升到臨界以上，產生奧氏體組織。隨即快速冷卻，使表面獲得馬氏體組織，從而提高表面硬度和耐磨性，鋼件心部仍保持原來的組織和性能。此外還有化學熱處理：滲碳、滲氮、滲硼、滲鋁和滲鉻等，以改變表面的化學成分，從而改變表層的組織和性能。三、型材及應用特點由鋼材軋製成的鋼板和型鋼是製造工程機械最基本的元件。

鋼板有厚鋼板和薄鋼板，製造支撐板、蓋板和封板；型鋼包括等邊角鋼、不等邊角鋼、槽鋼、普通工字鋼、槽鋼等。角鋼多用作承受軸向力杆件和支撐杆件，槽鋼和工字鋼主要用於承受橫向彎曲的杆件，鋼管由於截面對稱，截面積分布合理，是中心受壓杆件的理想截面。第三節有色金屬材料有色金屬是指除鋼鐵（黑色金屬）以外的其他金屬。有色金屬具有某些特殊的性能，如耐磨性，耐蝕性，導電性，導熱性等，所以也是工業上的重要材料。常用的有鋁、銅、鎂、鈦及其合金。但有色金屬一般價格昂貴，只有在需滿足某些特殊性能要求時才採用。一、鋁及鋁合金1.純鋁純鋁呈白色，密度小（2.7g/cm3）,熔點低（865℃），導電性和導熱性僅次於銀和銅，在大氣中有良好的抗腐蝕性。2.鋁合金在鋁中加入銅、鎂、錳和矽等元素製成的鋁合金，強度較純鋁有大幅度提高，成為重要的結構材料。鋁合金具有容重小（26500~2800N/m3），強度不比其他鋼材低，低溫衝擊韌性好，耐腐蝕強等優點，在工程機械金屬結構中是一種有發展前途的材料，可以製成重量輕又承受較高負荷的零件。如飛行器外殼。所以鋁合金是一種重要的航空結構材料。國外採用鋁合金製造汽車起重機吊臂，使起重機金屬結構自重降低40%.鋁合金的可焊性較差，彈性模數小（只有鋼的三分之一），線膨脹係數高，疲勞強度低，價格昂貴。二、銅及銅合金1.純銅純銅呈紅色，又稱紫銅，密度為8.9g/cm3，熔點為1083℃，具有優良的導電性和導熱性；化學性質較穩定，有一定耐腐蝕性，塑性好（δ=40%~50%），但強度低（230~250MPa）。純銅不宜用作結構材料，主要用於製造導電器材和配製各種合金。2.銅合金銅合金按照化學成分及外觀色澤的特點分為黃銅、青銅和白銅三大類。機械工程上常用的是黃銅和青銅。黃銅的機械性能、抗腐蝕性和工藝性能都比較好，並有美觀的金黃色光澤，價格較純銅和其他銅合金便宜，因此是應用較廣泛的銅合金。青銅的彈性、耐磨性及耐蝕性優於黃銅。可用來製造彈性、耐磨性、耐蝕性更高的零件。

第四節其他工程材料一、高分子聚合物材料聚合物是以石油、天然氣、煤及動植物等為原料，用化學方法提煉、合成，生產出的材料。由於其分子量很大，所以又稱為高分子聚合物材料，簡稱高聚物。高聚物可分為塑膠和橡膠兩大類。1.塑膠相對於橡膠而言，塑膠是在常溫下具有較高強度和剛性的高聚合物材料。按照應用範圍，塑膠可分為通用塑膠和工程塑膠兩大類。通用塑膠是指產量大、價格低、應用廣泛的塑膠，有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯烯、聚丙烯、酚醛和氨基塑膠六大品種。工程塑膠是指具有優良性能的塑膠，主要用於電器、機械、化工等工業部門。工程塑膠一般具有較高的強度、耐熱性、尺寸穩定性和抗老化性。2.橡膠橡膠是在常溫下具有很高彈性的高聚物材料。橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。橡膠的主要性能特點是彈性很好，受力時能產生100%~1000%的彈性變性；此外還具有很好的耐磨性、氣密性、耐蝕性和電絕緣性。常用於製造輪胎、電纜絕緣層、氣體和液體的輸送管道及容器、彈性元件、減震元件、密封元件等。

工程起重機

第一節起重機械的基本參數及其確定起重機的參數是表徵其技術性能的指標，也是設計和選用起重機的依據。它主要包括：起重量、幅度（或外伸距）、起升高度、工作速度、生產率、軌距（或跨度、輪距）和基距（或軸距）、工作級別、起重機外型尺寸、自重和輪壓等。一、起重量起重量通常是指最大額定起重量，它表示起重機正常工作時所允許起升的最大重物的品質（t）。對於使用吊鉤的起重機，它指允許吊鉤吊起的最大重物的品質。對於使用吊鉤以外各種吊具的起重機，如使用抓頭、電磁吸盤、集裝箱吊具等的起重機，這些吊具的品質應包在內，即為允許起升的最大重物品質與可拆吊具的品質之和。對於起重量較大的起重機，通常除主鉤外，還裝設起重能力較小、起升速度較高的副鉤，副鉤的起重量一般約為主鉤的起重量的20%～40%。輪胎、汽車、履帶等起重機的額定起重量是隨工作幅度不同而變化的，其標定起重量是指使用支腿且臂架處於最小幅度位置時允許起升的最大品質。起重量一般由使用部門根據需要提出。在選定起重量時，

應使其符合我國起重機械列標準和交通行業標準的規定，

见表9.1-1。

表9.1-1起重機械最大起重量系列（GB783-87）（t）

口述不同起重量系列的應用範圍二、幅度（或外伸距）幅度（或外伸距）是指起重機吊具伸出起重機支點以外的水準距離（m），不同形式的起重機往往採用不同的計算起點。對回轉臂架起重機，其幅度是指回轉中心線與吊具中心線間的水準距離。三、起升高度起升高度是指起重機能將額定起重量起升的最大垂直距離（m）。四、工作速度起重機的工作速度包括起升、變幅、回轉、運行四個機構的速度。五、生產率起重機的生產率是指在單位時間內吊運貨物的總噸數，通常用t/h表示。它是綜合了起重量、工作行程和工作速度等基本參數以及操作技能、作業組織等因素而表明起重機工作能力的綜合指標。要提高起重機的生產率，主要可從以下兩方面著手：一是提高起重量，如採用大噸位的起重機或採用輕型吊具，以增大起重機的有效起重量；二是增加每小時的工作迴圈次數，如提高工作機構的速度，縮短起重機吊具運行的路程，幾個工作機構盡可能同時動作，縮短掛鉤等輔助時間等；三是總結推廣先進的管理和操作經驗。六、起重機及其機構的工作級別工作級別是表明起重機及其機構工作繁忙程度和載荷狀態的參數。起重機是間歇動作的機械。工作時，各個機構不但時開時停，而且有時正轉，有時反轉；有時滿載，有時空載；有時載荷大，有時載荷小；有的起重機日夜三班工作，有的特殊用途的起重機甚至一年才用一兩次。這些現象都會對起重機的金屬結構和機構的零部件的疲勞、磨損等產生不同的影響。因此，應根據不同情況對起重機及其機構劃分為不同的工作級別，目的是為合理地設計、製造和選用起重機及其零部件提供一個統一的基礎。根據我國起重機設計規範（GB3811-83），起重機及其機構的工作級別是按它們的利用等級和載荷狀態來劃分的。利用等級反映工作的繁忙程度，起重機按其設計使用期內總的工作迴圈次數分等級，各機構按其使用期內運轉總時數分等級。起重機及其機構的載荷狀態表明它們經常受載的輕重程度，均分為輕、中、重、特重四級。根據起重機或機構的利用等級和載荷狀態，把起重機的工作級別分A1至A8共八個級別，各機構則分為M1至M8各八個工作級別。例如1～3級是指不經常使用的或經常輕閒地使用的級別，而7～8級則表示繁忙地使用或者利用等級中等但載荷狀態為重或特重的情況。第二節起重機械零部件及主要機構一．起重機械零部件1.鋼絲繩鋼絲繩是廣泛應用於起重機中的撓性構件，具有承載力大、卷繞性好、運動平穩無噪音、工作可靠等優點。(1).結構形式的選擇起重機鋼絲繩通常採用雙重繞繩：先由鋼絲撚繞成繩股，再由繩股繞繩芯撚繞成鋼絲繩(圖9.2-1)。鋼絲抗拉強度極限可達1.4-2Gpa,其中1.7、1.85GPa較常用。鋼絲按力學性能分為特號、Ⅰ號、Ⅱ號三種。特號韌性最好，用於載人的升降機，Ⅰ號韌性較好，用於一般起重機，Ⅱ號成本較低，用做捆紮繩。鋼絲表面分鍍鋅和光面兩種，前者防腐性能好，但由於鍍鋅的影響，破斷拉力和撓性有所降低。鋼絲繩分類

鋼絲繩的撚繞方向根據其外層繩股的螺旋線方向分為右旋繩和左旋繩，一般無特殊要求，多採用右旋繩。鋼絲撚成繩股與繩股撚成繩方向相同為順撚，鋼絲撚成繩股與繩股撚成繩方向相反為交撚（圖9.2-2）。交撚不會鬆散，製造方便，起升機構常採用交撚;順撚撓性好和壽命長。鋼絲繩按鋼絲與鋼絲之間的接觸形式分為點接觸、線接觸和麵接觸。點接觸鋼絲繩鋼絲易滑動，接觸應力大，影響使用壽命，但製造成本低，線接觸鋼絲繩鋼絲之間接觸良好，使用壽命約為點接觸鋼絲繩2倍，故起升機構應優先採用線接觸鋼絲繩。(2).鋼絲繩直徑的計算與選擇鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力確定：式中：d——鋼絲繩最小直徑，mm；c——選擇係數，mm/；表9.2-1Smax——鋼絲繩最大工作靜拉力，N。

對單聯滑輪組：Smax=Q/mη組

對雙聯滑輪組：Smax=Q/2mη組(3)．鋼絲繩的標記確定鋼絲繩的形式和所需鋼絲繩的最小直徑後，可在圓股鋼絲繩國家標準GB1102-88中選定所需鋼絲繩型號。鋼絲繩型號中應包括結構形式、主參數、鋼絲繩品質和撚制方法。具體標記見下例所示：6W（19）-35-155-Ⅰ-光-右交-GB1102-88這種型號標記的鋼絲繩表示：6股,每股19絲,直徑為35mm,公稱抗拉強度為1.55GPa，Ⅰ號光面製成的，右向交繞的瓦靈吞型鋼絲繩，瓦靈吞型是一種線接觸鋼絲繩。

返回2.滑輪組滑輪組是起重機械的一個重要的部件，在起升機構裏大量採用。滑輪組是由鋼絲繩依次繞過定滑輪和動滑輪組成的一種聯合裝置。具有省力和增速的作用。滑輪組按作用分省力滑輪組和增速滑輪組兩種（圖9.2.3）。增速滑輪組主要用於液壓或氣力機構中，利用油或氣缸工作裝置獲得數倍於活塞行程的速度，如輪式起重機的吊臂伸縮機構。省力滑輪組用於起重機械的起升機構上，該種滑輪組以較少的力能吊起較大的重物。省力的大小，用滑輪組的倍率m表示。滑輪組的倍率m在數值上等於滑輪組承載分支數與繞進捲筒上驅動分支數之比。倍率m的大小可用公式表示：

m=Q/S=L/H=v0/v

式中：Q——被吊起物品的重量；S----鋼絲繩自由端拉力L----鋼絲繩自由端移動的距離H----物品提升距離

v0---鋼絲繩線速度

v----物品的提升速度下圖何為省力滑輪組?何為增速滑輪組?倍率=?起重量小時，選用小的倍率，隨著起重量增大，倍率相應提高。倍率增大，起升速度相應減少。流動式起重機常用的單聯滑輪組倍率數見下表二、起重機主要機構1.起升機構起升機構是起升貨物並使它產生升降運動的機構，它是起重機最主要和最基本的機構，沒有起升機構就不能稱其為起重機。起升機構依動力裝置的不同可分為三種：（1）內燃機經機械傳動裝置帶動起升捲筒轉動.目前只在少數履帶起重機和輪胎式起重機上應用；（2）電動機經機械傳動裝置帶動起升捲筒轉動，簡稱電動起升機構，它屬於分別驅動，傳動裝置簡單，可以採用標準件，在橋式起重機、龍門起重機和塔式起重機上廣泛應用;（3）由油馬達經機械傳動裝置或直接驅動捲筒，簡稱液壓起升機構，它屬於分別驅動，具有結構簡單，外形尺寸緊湊，重量輕等優點，在汽車起重機和輪胎起重機上得到廣泛應用。下麵主要介紹後兩種起升機構。(1).電動起升機構參見圖9.2.5電動起升機構簡圖，電動機經過減速器減速後驅動捲筒旋轉，使鋼繩繞進捲筒或由捲筒放出，從而使吊鉤升降。捲筒的正反向轉動是通過改變電動機的轉向來達到的；而機構運動的停止或使貨物保持在懸吊狀態是依靠制動器抱住制動輪來實現的。制動器通常裝在高速軸上，這樣所需要的制動力矩小，因而制動器的尺寸小、重量輕.電動起升機構的動力裝置是電動機，通常採用交流電動機，也有用直流電動機。按照取物裝置的不同可分為吊鉤起升機構、電磁吸盤起升機構和抓鬥起升機構。電動機與捲筒並列佈置是大多數吊鉤起重機常用的起升機構的形式，電動機通過二級標準減速器帶動捲筒轉動；對於大起重量的起重機，為了實現低速起升以及增大電動機與捲筒之間的距離，除採用標準兩級臥式減速器外，再採用一對傳動比為3～5的開式齒輪傳動。並列式起升機構分組性好，宜先用標準件，機構佈置勻稱，安裝維修方便，因而得到廣泛應用。(2).液壓起升機構液壓起升機構主要應用於汽車起重機和輪胎起重機。按照液壓驅動裝置的類型可分為：高速油馬達、低速大扭矩油馬達和起升油缸式起升機構三種。a.高速油馬達起升機構:高速油馬達比較成熟，得到廣泛的應用。採用高速油馬達作驅動裝置的起升機構可分為單捲筒式和雙捲筒式兩種。單捲筒式起升機構按捲筒與油馬達相對位置可分為並列式與同軸式兩種。並列式佈置的起升機構是目前中小噸位輪胎式起重機最常用的，其簡圖參見9.2.6a所示。高速油馬達1經二級標準減速器3帶動捲筒4轉動。制動器2裝在高速軸上，這樣需要的制動力矩小，制動器外形尺寸小。這種形式的起升機構，其優點是分組性好，可以採用標準件，維修方便；缺點是機構佈置不夠緊湊，特別是在起重量大的情況尤為突出，因之適用於中小噸位的起重機。

雙捲筒式應用在大中型輪胎式起重機上，一般除裝設主起升機構外，還裝有副起升機構。當吊輕貨和起升高度比較大時，可用起升速度較高的副起升機構，以提高生產率。按照主副起升機構兩個捲筒的驅動方式可分為分別驅動和集中驅動,參見圖9.2.7，前者選用兩套獨立的單捲筒式起升機構組成主副起升機構，優點是構造簡單，缺點是成本高，機構不夠緊湊；後者由一個油馬達驅動兩個捲筒，在兩個捲筒上分別裝有各自的離合器和制動器，以保證兩個捲筒獨立的工作。優點是成本低、結構緊湊，可實現重力下降；缺點是結構比較複雜。這種型式的起升機構，目前在輪胎式起重機上的應用較多。

b.低速油馬達式起升機構:低速大扭矩油馬達的特點是轉速低、輸出扭矩大，這對低速重載的起重機械是非常需要的。有這類油馬達就可以將油馬達直接與捲筒聯接，一般不需要減速裝置，從而簡化了機構的傳動裝置和結構。低速大扭矩油馬達與同功率的減速器相比，體積和重量小得多，這種優點當輸出扭矩越大時越明顯。因此，低速大扭矩油馬達宜用於大中型的起重機。

2.回轉機構回轉機構的作用是將起吊的貨物繞起重機垂直軸線作水準圓弧移動。回轉機構由回轉驅動裝置支承和回轉裝置兩大部分組成。(1).回轉驅動裝置①電動回轉裝置

通常裝在回轉部分上，電動機經過減速器帶動最後一級小齒輪，小齒輪與裝在固定部分的大齒圈嚙合，以實現起重機回轉。②液壓回轉驅動裝置a.高速油馬達回轉機構在液壓回轉驅動裝置傳動方案中，高速油馬達驅動方式在傳動形式上與電動機驅動基本相同這兩種型式的回轉機構在汽車起重機和輪胎起重機中應用很廣。b.低速大扭矩油馬達回轉機構低速大扭矩油馬達的轉速在每分鐘0～100轉範圍內，因此，可以直接在油馬達軸上安裝旋轉機構的小齒輪。該型式在一些小噸位汽車起重機上應用，有的不裝制動器，也可在油馬達輸出軸上加裝制動器

(2).回轉支承裝置支承旋轉裝置的作用是保證起重機旋轉部分有確定的旋轉運動，並能承受起重機旋轉部分作用於它的垂直力、水準力和傾覆力矩。就其構造式來說可分為柱式與轉盤式兩類。

3.變幅機構用來改變起重機幅度的機構稱為變幅機構。利用變幅機構可以擴大起重機的作業範圍，當變幅機構和旋轉機構協同工作時，起重機的作業範圍是一個環形空間。變幅機構按照結構型式可分運行小車式和臂架式；按照傳動裝置構造分撓性傳動和剛性傳動。①.運行小車式運行小車式變幅是指小車沿著臂架方向運行以改變起重機幅度的方式。工作臂架置於水準位置，運行小車沿著臂架方向移動改變幅度,如塔吊。運行小車式變幅的優點是變幅時重物作水準移動，這樣可節省由於變幅時重物高度變化而消耗的能量。變幅速度較快，重物安裝時位置較易對準，幅度有效利用率較大。其缺點是臂架承受較大的彎矩，因而結構自重較大。②臂架式變幅是指臂架繞支點擺動一定角度或借助臂架伸縮以改變起重機的幅度。一般在汽車式、輪胎式等流動起重機中採用臂架式變幅的優點是起升高度較大，拆裝運輸方便。但幅度的利用率較低，變幅速度不均勻，在變幅時要達到重物水準移動，需要採取複雜的構造措施。4.制動器為保證起重機工作的安全和可靠，在起升機構中必須裝設制動器，而在其他機構中視工作要求也要裝設制動器。如起升機構中的制動器使重物的升降運動停止並使重物保持在空中，或者用制動器來調節重物的下降速度。而在回轉和行走機構中則可用制動器以保證在一定行程內停住機構。制動器的主要作用有：a支持制動，當重物的起升和下降動作完畢後，使重物保持不動；b停止制動