机电安装工程技术

机电安装工程技术
内容提要：本章首先介绍了机电安装工程技术最基本的几种传动方式，它们分别是齿轮传动、涡轮蜗杆传动、带传动、链传动、轮系传动、液压与气压传动。又对轴、键、联轴器与离合器这些机器中重要零件进行论述，最后对机电安装中的技术测量概念做了阐述。

本章重点：基本传动方式
本章难点：公差与配合概念与应用

1.1齿轮传动

齿轮传动是机械传动中最主要、应用最广泛的一种传动。齿轮传动是依靠主动齿轮依次拨动从动齿轮来实现的，它可以用于空间任意两轴间的传动，以及改变运动速度和形式。

1.1.1齿轮传动的分类

（1）按齿轮传动的相对运动分类
齿轮传动的类型较多，按照两齿轮传动时的相对运动分为平面运动和空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两大类。
平面齿轮传动：用于两平行轴之间的传动。常见的类型有直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动和人字齿轮传动等。根据齿向，平面齿轮传动还可分为外啮合、内啮合及齿轮与齿条的啮合。
空间齿轮传动：用于两相交轴或两交错轴之间的传动。常见的类型有圆锥齿轮传动、交错轴斜齿轮（螺旋齿轮）传动等。
（2）根据齿轮的工作条件分类
1)开式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑。
2)半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭。
3)闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的传动。

1.1.2齿轮传动的特点

（1）优点
1)适用的圆周速度和功率范围广；
2)传动比准确、稳定，效率高；
3)工作性能可靠，使用寿命长；
4)可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动；
5)使用的功率、速度和尺寸范围大。
（2）缺点
1)要求较高的制造和安装精度，成本较高；
2)不适用于两轴远距离之间的传动；
3)啮合传动会产生噪声。

1.2蜗轮蜗杆传动

蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90º，但彼此既不平行又不相交的情况下，通常在蜗轮传动中，蜗杆是主动件，而蜗轮是被动件。

1.2.1蜗轮蜗杆传动的特点

（1）优点
1)传动比大；
2)结构尺寸紧凑；
3)工作平稳无噪音；
4)传动功率范围大。
（2）缺点
1)轴向力大，易发热，效率低；
2)只能单向传动。

1.2.2蜗轮蜗杆传动的主要参数

常见的蜗轮蜗杆传动的主要参数包括：模数、压力角、蜗轮分度圆、蜗杆分度圆、导程、蜗轮齿数、蜗杆头数、传动比等。

1.3带传动

带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确（滑动率在2%以下）；同步带传动可保证传动同步，但对载荷变动的吸收能力稍差，高速运转有噪声。带传动除用以传递动力外，有时也用来输送物料、进行零件的整列等。

1.3.1带传动的分类

根据用途不同，有一般工业用传动带、汽车用传动带、农业机械用传动带和家用电器用传动带。摩擦型传动带根据其截面形状的不同又分平带、V带和特殊带（多楔带、圆带）等。

1.3.2带传动的特点

（1）优点
1)适用于两轴中心距较大的传动；
2)带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；
3)过载时带与带轮之间会出现打滑，打滑虽使传动失效，但可防止损坏其他部件；
4)结构简单，成本低廉。
（2）缺点
1)传动的外廓尺寸较大；
2)需张紧装置；
3)由于滑动，不能保证固定不变的传动比；
4)带的寿命较短；
5)传动效率较低。

1.4链传动

链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链条作中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。

1.4.1链传动的分类

链传动按结构的不同主要分为滚子链和齿形链。
滚子链由内链板、外链板、套筒和滚子组成，应用较广泛。滚子链已标准化，分为A、B两种系列，常用的是A系列。
齿形链由许多齿形链板用铰链联结而成，多用于高速或运动精度要求较高的传动。

1.4.2链传动特点

（1）链传动与带传动相比的主要特点
1)没有弹性滑动和打滑，能保持准确的传动比；
2)所需张紧力较小，作用在轴上的压力也较小；
3)结构紧凑；
4)能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。
（2）链传动与齿轮传动相比的主要特点
1)制造和安装精度要求较低；
2)中心距较大时，其传动结构简单；
3)瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差。
（3）链传动的缺点
1)仅能用于两平行轴间的传动；
2)成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差；
3)运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声；
4)不宜用在急速反向的传动中。

1.5轮系

将主动轴的转速变换为从动轴的多种转速，获得很大的传动比，由一系列相互啮合的齿轮组成的齿轮传动系统称为轮系。这些轮子通常是齿轮，也可以是摩擦轮等。
（1）轮系的分类
按轮系中各齿轮的几何轴线是否固定可分为定轴轮系和行星轮系。定轴轮系传动时，每个齿轮的几何轴线都是固定的；行星轮系传动时至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮的几何轴线转动。
（2）轮系的主要特点
1)适用于相距较远的两轴之间的传动；
2)可作为变速器实现变速传动；
3)可获得较大的传动比；
4)实现运动的合成与分解。

1.6液压传动

液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，包括液压传动和液力传动，液压传动是以液体的压力能进行能量传递、转换和控制的一种传动形式。

1.6.1液压传动的组成和作用

（1）动力装置：将机械能转化为液压能。如液压泵。
（2）执行装置：包括将液压能转换为机械能的液压执行器，输出旋转运动的液压马达和输出直线运动的液压缸。
（3）控制装置：控制液体的压力、流量和方向的各种液压阀。
（4）辅助装置：包括储存液体的液压箱，输送液体的管路和接头，保证液体清洁的过滤器，控制液体温度的冷却器，储存能量的蓄能器和起密封作用的密封件等。
（5）工作介质：液压液，他是动力传递的载体。

1.6.2液压元件分类

（1）动力元件：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。
（2）执行元件：液压缸：活塞液压缸、柱塞液压缸、摆动液压缸、组合液压缸。
（3）液压马达：齿轮式液压马达、叶片液压马达、柱塞液压马达。
（4）控制元件：方向控制阀：单向阀、换向阀。
（5）压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。
（6）流量控制阀：节流阀、调速阀、分流阀。
（7）辅助元件：蓄能器、过滤器、冷却器、加热器、油管、管接头、油箱、压力计、流量计、密封装置等。

1.6.3液压传动的特点

（1）优点
1)元件单位重量传递的功率大，结构简单，布局灵活，便于和其他传动方式联用，易实现远距离操纵和自动控制；
2)速度、扭矩、功率均可无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，动作快速。
3)元件自润滑性好，能实现系统的过载保护与保压，使用寿命长，元件易实现系列化、标准化、通用化。
（2）缺点
1)速比不如机械传动准确，传动效率较低；
2)对介质的质量、过滤、冷却、密封要求较高；
3)对元件的制造精度、安装、调试和维护要求较高。

1.7气压传动

以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功；传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。

1.7.1气压传动的组成

气压传动一般由四个部分组成。
（1）气源装置：气压发生装置，如空气压缩机。
（2）控制装置：能量控制装置，如压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等。
（3）执行装置：能量输出装置，如气动马达、气缸。
（4）辅助装置：包括空气过滤器、油雾器、传感器、放大器、消声器、管路、接头等。

1.7.2气压传动的特点

气压传动与机械、电气、液压传动相比较，具有下列优缺点：
（1）优点
1)工作介质是空气，来源方便；使用后直接排至大气，泄漏不会造成环境污染；
2)空气黏度小，流动压力损失小，适用于远距离输送和集中供气，系统简单；
3)压缩空气在管路中流速快，可直接利用气压信号实现系统的自动控制，完成各种复杂的动作；
4)易于实现快速的直线运动、摆动和高速转动；
5)调速方便，与机械传动相比易于布局及操纵；
6)工作环境适应性好。
（2）缺点
1)空气可压缩性大，载荷变化时，传递运动不够平稳、均匀；
2)工作压力不能过高，传动效率低，不易获得很大的力或力矩；
3)有较大的排气噪声。

1.8轴

轴是机器中重要零件之一，用于支承回转零件、传递运动和动力。

1.8.1轴的分类和特点

（1）按承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴。
（2）按轴线的形状不同，轴可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。
（3）按轴的形状分：光轴、阶梯轴、实轴、空心轴。
（4）按刚柔性分：硬轴和软轴。

1.8.2轴的材料

轴的材料通常采用碳素钢和合金钢，在碳素钢中常采用中碳钢；对于不重要或受力较小的轴，常采用碳素结构钢；对于有特殊要求的轴，常采用合金钢。

1.8.3轴的设计和计算

（1）轴的结构设计应满足制造与安装要求、轴上零件的定位与固定要求、改善轴的受力状况以及减小应力集中等要求。
（2）轴的设计计算
轴的强度、刚度计算的准则应满足轴在承担载荷后的强度和刚度要求，必要时还必须校核其振动稳定性。
1)轴的强度计算
轴的强度计算有按扭转强度计算和按弯扭合成强度计算两种方法。
2)轴的刚度计算
轴的刚度不足，将会产生较大的变形而影响机器的工作。轴的刚度分为弯曲刚度和扭转剐度，前者以挠度或偏角来度量，后者以扭转角来度量。
轴的刚度计算通常是计算轴承载时的变形量是否小于允许值。因此，轴的刚度计算包括“轴的弯曲变形计算”和“轴的扭转变形计算”两项。
3)轴的强度计算步骤
轴的受力分析与计算：根据轴上的载荷情况，计算出轴的内力，画出弯矩、扭矩、轴力、剪力等内力图。
初步设计计算：按扭转强度或弯扭组合强度初选截面。
精确校核：按疲劳强度或静强度进行精确校核。

1.9键

置于轴和轴上零件的槽或座中，使二者轴向固定以传递转矩的联接件，如减速器中齿轮与轴的联结，有些键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。

1.9.1键的分类

键分为平键、半圆键、楔键、切向键和花键等。

1.9.1各类键的特点

（1）平键
平键的两侧是工作面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙。其定心性能好，装拆方便。常用的平键有普通平键和导向平键两种。
（2）半圆键
半圆键也是以两侧为工作面，有良好的定心性能。半圆键可在轴槽中摆动以适应毂槽底面。但键槽对轴的削弱较大，只适用于轻载联结。
（3）楔键
楔键的上下面是工作面，键的上表面有1:100的斜度，轮毂键槽的底面也有1: 100的斜度。把楔键打人轴和轮毂槽内时，其表面产生很大的预紧力，工作时主要靠摩擦力传递扭矩，并能承受单方向的轴向力。其缺点是会迫使轴和轮毂产生偏心，仅适用于对定心精度要求不高、载荷平稳和低速的联结。
楔键又分为普通楔键和钩头楔键两种。
（4）切向键
切向键是由一对楔键组成，能传递很大的扭矩，常用于重型机械设备中。
（5）花键
花键是在轴和轮毂孔周向均布多个键齿构成的，称为花键联结。它适用于定心精度要求高、载荷大和经常滑移的联结，如变速器中滑动齿轮与轴的联结。按齿形不同，花键联结可分为矩形花键、三角形花键和渐开线花键等。花键联结可以做成静联结，也可以做成动联结。

1.10联轴器与离合器

联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件，使其一起回转并传递转矩和运动。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。

1.10.1联轴器的分类和特点

联轴器分刚性和弹性两大类。
（1)刚性联轴器由刚性传力件组成，分为固定式和可移式两类。
固定式刚性联轴器不能补偿两轴的相对位移，可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位移。
（2)弹性联轴器包含弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并有吸收振动和缓和冲击的能力。

1.10.2离合器的分类

离合器主要用于在机械运转中随时将主、从动轴结合或分离。离合器主要分为牙嵌式和摩擦式两类，此外，还有电磁离合器和自动离合器。

1.10.3联轴器和离合器的区别

用联轴器联结的两根轴，只有在机器停止工作后，经过拆卸才能把它们分离。如汽轮机与发电机的联结。
用离合器联结的两根轴在机器工作中就能方便地使它们分离或结合。如汽车发动机与变速器的联结。

1.11轴承

轴承的功用是支承轴及轴上零件，承受其载荷，并保持轴的旋转精度，减少轴与支承的摩擦和磨损。轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类。

1.11.1滑动轴承的类型和特性

（1）滑动轴承按照承受的载荷分为：向心滑动轴承，或称为径向滑动轴承，主要承受径向载荷；推力滑动轴承，主要承受轴向载荷。
（2）滑动轴承适用于低速、高精度、重载和结构上要求剖分的场合。在低速而有冲击的场合，也常采用滑动轴承。
（3）向心滑动轴承
1)向心滑动轴承有整体式和剖分式两种，剖分式一般由轴承盖、轴承座、轴瓦和联接螺栓等组成。
2)轴瓦是轴承中的关键零件。根据轴承的工作情况，轴瓦材料应有摩擦系数小、导热性好、热膨胀系数小、耐磨、耐蚀、抗胶合能力强、有足够的机械强度和可塑性等性能。较常见的是做成双层金属的轴瓦。轴瓦是将薄层材料粘附在浇注或压合成型的轴瓦基体上而成。粘附上去的薄层材料通常称为轴承衬。
3)常用的轴瓦和轴承衬材料有：轴承合金（又称白合金或巴氏合金）、青铜、特殊性能的轴承材料。
（4）推力滑动轴承
1)推力滑动轴承有固定式和可倾式。
2)推力滑动轴承的止推面可以利用轴的端面，也可以在轴的中段做出凸肩或装推力圆盘。

1.11.2滚动轴承的类型和特性

（1）滚动轴承的结构
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内，内、外圈上有滚道。当内、外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。保持架的作用是将滚动体均匀地隔开。
（2）滚动轴承的特性
滚动轴承与滑动轴承相比，具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便和易于更换等优点。它的缺点是抗冲击能力较差、高速时出现噪声、工作寿命不如液体润滑的滑动轴承。
（3）滚动轴承的分类
1)按承受载荷的方向或公称接触角的不同，分为向心轴承和推力轴承。
2)按滚动体的形状，分为球轴承和滚子轴承。滚子又分为圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子和滚针。

1.11.3轴承的润滑和密封方式

（１）轴承的润滑方式
轴承润滑的目的在于降低摩擦、减少磨损，同时还起到冷却、减振、防锈等作用。轴承的润滑对轴承能否正常工作起着关键作用，必须正确选用润滑方式。
轴承的润滑方式多种多样，常用的有油杯润滑、油环润滑和油泵循环供油润滑。
（２）轴承密封的方式
轴承密封方式主要有：密封胶、填料密封、油封、密封圈（O. V. U.Y形）、机械密封、防尘节流密封和防尘迷宫密封等。

1.12技术测量

技术测量，在机电安装工程中，设备安装的精度是衡量工程质量的重要标准，而技术测量是保证设备安装精度的重要环节。技术测量包括基本概念、尺寸传递、常用计量仪器及其选择、误差的检测方法及其评定方法等。

1.12.1技术测量的基本概念

技术测量是为确定量值而进行的实验过程。任何一个测量过程必须有被测的对象和所采用的计量单位。二者是怎样进行比较和比较以后的精确程度如何的问题，也就是两者比值的过程，因此，测量过程包括：测量对象、计量单位、测量方法和测量精度等四个要素。
（1）测量对象：这里主要指几何量，包括长度、角度、表面粗糙度和形位误差等。
（2）计量单位：几何量中的长度、角度、表面粗糙度的单位，根据计量法的规定，采用国际单位制。
（3）测量方法：是指进行测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合。测量方法可按不同的形式进行分类，测量方法的分类如下：
1）直接测量与间接测量 
2）绝对测量与相对测量 
3）接触测量与非接触测量   
4）单向测量与综合测量 
5）被动测量与主动测量 
6）静态测量与动态测量 三/
（4）测量精度：是指测量结果与真值的一致程度，即测量结果的可靠程度。任何测量过程不可避免地会出现误差，误差大，说明测量结果离真值远，精度就低。由于测量误差不可避免，任何测量结果都是以近似值来表示，因此，测量结果的可靠有效值是由测量误差衡量的。
在测量技术领域和技术监督工作中，常用到检验和检定，检验是确定被检几何量是否在规定的极限范围内，从而判断是否合格的实验过程，通常用无刻度量具来判断被检对象的合规性，不能得到具体数值；检定是为评定计量器具的精度指标是否合乎该计量器具的检定规程的全部过程。

1.12.2尺寸传递

（1）尺寸的统一是通过尺寸传递来实现的。尺寸传递就是将计量基准器的量值通过各级计量标准器逐级传递到各种计量器具上。尺寸的每一次传递，都是将高一级计量标准器的量值与具有同量值的低一级计量标准器相比较，以确定低一级计量标准器的实际量值，这一过程称为检定。
（2）计量法规定：“国务院计量行政部门负责建立各种计量基准器具。作为统一全国量值的最高依据。”“计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。”
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