第二章 机械传动与液压传动
第一节 机械传动
一、机械传动的作用和类型
机器通常由原动机、传动系统、控制系统和工作机四部分组成。传动系统是将原动机的运动和动力传给工作机的中间装置，它是机器的重要组成部分。
按工作原理，可将传动分为机械传动、流体传动和电传动三类。机械传动是一种最基本的传动方式，其作用是通过减速（或增速）、变速、换向或变换运动形式，将原动机的运动和动力传递并分配给工作机，使工作机获得所需要的运动形式和生产能力。
机械传动的型式有很多种，发展甚为迅速，新型传动不断涌现。按工作原理，机械传动分为推压传动、摩擦传动和啮合传动三类。表2-1给出了常见的机械传动。
表2-1 机械传动的类型 传动类型 推压传动 摩擦传动 连杆机构 凸轮机构 间歇机构 组合机构 直接接触传动 挠性件传动 摩擦轮传动 摩擦式无级变速传动 带传动 绳传动 圆柱齿轮传动 啮合传动 直接接触传动 齿轮传圆锥齿轮传动 动 蜗杆传动 螺旋传动 链传动 同步齿形带传动 主要型式 铰链四杆机构、滑块四杆机构、多杆机构 盘形凸轮机构、移动凸轮机构、圆柱凸轮机构 槽轮机构、棘轮机构 齿轮—连杆机构、齿轮—凸轮机构、凸轮—连杆机构 圆柱形、圆锥形、圆盘形、槽形 定轴、动轴 平带、V带、圆带、多楔带 线绳、钢丝绳 啮合形式：内啮合、外啮合、齿轮齿条 齿形曲线：渐开线、圆弧、摆线 齿向曲线：直齿、斜齿 啮合形式：内啮合、外啮合 齿形曲线：渐开线、圆弧 齿向曲线：直齿、斜齿、弧齿 圆柱蜗杆、圆弧面蜗杆、锥蜗杆 滚子链、齿形链、圆环链 挠性件传动 二、齿轮传动概述
1.齿轮传动的速比
齿轮传动是应用最多的机械传动形式之一，如图2-1所示，当一对齿轮相互啮合时，主动轮O1的轮齿（1、2、3?）通过力F的作用逐个地推动从动轮O2的轮齿（1’、2’、3’?）
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使从动轮转动，因而将主动轴的动力和运动传递给从动轴。
设主动齿轮的转速为n1，齿数为z1；从动齿轮的转速n2，齿数为z2，则传动的速比（传动比）为：
n1z2i?? （2-1）
n2z1
一对齿轮传动的速比不宜过大，否则会使结构过于庞大，不利于制造和安装。通常，一对圆柱齿轮传动的速比i≤5，一对圆椎齿轮传动的速比i≤3。
2.齿轮传动的类型
按照两轴相对位置和轮齿的倾斜方向，齿轮传动可分为以下的类型（参见图2-2）：
2-1 齿轮传动 外啮合（图2-2a）
直齿 内啮合（图2-2b） 齿轮齿条（图2-2c）
两轴平行的齿轮传动—圆柱齿轮传动 外啮合（图2-2d）
（平面齿轮机构） 斜齿 内啮合 齿轮齿条 齿轮传动 人字齿（图2-2e）
直齿（图2-2f） 两轴相交的齿轮机构—圆锥齿轮传动 两轴不平行的机构 曲齿（图2-2g） （空间齿轮机构） 螺旋齿轮传动（图2-2h）
两轴交错的齿轮机构
蜗轮蜗杆传动（图2-2i）
3.齿轮传动的特点及应用
齿轮传动与其它机械传动相比，主要优点是：（1）传动速比准确；（2）传动效率高（一般为0.94 ～0.99）；（3）传递功率范围较大（功率可达几万kW）；（4）工作可靠，寿命较长；（5）结构紧凑，外廓尺寸小。
齿轮传动的主要缺点是：（1）制造和安装精度要求较高，成本较高，且高速运转时噪音较大；（2）当轴间距离较大时，传动装置较庞大。
齿轮传动的类型很多，可实现空间任意两轴间的传动，广泛应用于各种机械中。大部分齿轮传动用于传递回转运动，齿轮齿条传动则可将回转运动变换成直线运动，或者将直线运动变换成回转运动。
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图2-2 齿轮传动的类型
a—外啮合圆柱直齿齿轮传动；b—内啮合圆柱直齿齿轮传动；c—直齿齿轮齿条传动；
d—外啮合圆柱斜齿齿轮传动；e—人字齿轮传动；f—直齿锥齿轮传动；
g—曲齿锥齿轮传动；h—螺旋齿轮传动；i—蜗杆蜗轮传动
三、轮系及传动比的计算
1.轮系及分类
在机械设备中，只用一对齿轮进行传动往往是难以满足工作需要的。为了获得较大的传动比、或变速和换向，一般需要采用多对齿轮进行传动。这种由多对齿轮所组成的传动系统称为轮系。
按照轮系运转时各个齿轮的轴线位置是否固定，轮系分为定轴轮系和周转轮系两种基本类型。
传动时所有齿轮的轴线位置都是固定的，这种轮系称为定轴轮系，如图2-3所示。
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图2-3 定轴轮系
传动时至少有一个齿轮的轴线不是固定的，它绕另一齿轮的固定轴线转动，这种轮系称为周转轮系。如图2-4所示，齿轮2的轴线绕齿轮1、3和构件H的共同轴线转动。
图2-4 周转轮系
下面我们只讨论定轴轮系传动比的计算。 2.定轴轮系传动比的计算
轮系始端主动轮与末端从动轮的转速之比值，称为轮系的传动比，用i1k表示。
n （2-2） i1k?1nk
式中： n1—始端主动轮1的转速，r/min。 nk—末端从动轮k的转速，r/min。
在图2-3所示的定轴轮系中，轮1为始端主动轮，轮5为末端从动轮，设各轮的齿数分别为z1、z2、z2′、z3、z3′、z4、z5，各轮的转速分别为n1、n2、n2′、n3、n3′、n4、n5，各对齿轮传动的传动比为：
i12?68
n1z2?n2z1
i2'3n2'z3 ??n3z2'n3'z4 ?n4z3'n4z5 ?n5z4n1n2'n3'n4z2z3z4z5??????? n2n3n4n5z1z2'z3'z4i3'4?i45?i12?i2'3?i3'4?i45?由于n2?n2',n3?n3'，故得：
i15?n1zzzz?i12?i2'3?i3'4?i45?2?3?4?5 n5z1z2'z3'z4上式表明，该定轴轮系的传动比为各级传动比的连乘积，其大小等于各对齿轮中从动轮齿数连乘积与主动轮齿数连乘积之比。
图2-3中的齿轮4同时与两个齿轮啮合，与齿轮3’啮合时为从动轮，与齿轮5啮合时为主动轮，故在传动比计算式的分子分母中同时出现z4而相互抵消，这说明齿轮4的齿数多少不影响传动比的大小。这种齿轮称为惰轮或过桥齿轮。
上述结论适用于所有的定轴轮系。设齿轮1为始端主动轮，齿轮k为末端从动轮，则轮系传动比大小的计算通式为：
n从动动轮齿数的连乘 （2-3） i1k?1?nk主动动轮齿数的连乘
例：图2-5为装载机行走机构的传动系统。求传动比i17和车轴的转速n7。
图2-5 装载机行走机构的传动系统
解：装载机行走机构传动系统是由圆柱齿轮组成的定轴轮系，传动比大小按式（2-3）
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