机械工程中使用的10种动力传动装置

动力传输元件简介

储存或产生动力的方法有很多,但如果没有传动装置将动力从源头以可使用的形式传输到需要的地方,所有这些都是无用的。此外,发电和传输的基本物理学表明,高速度和低扭矩比低速度和高扭矩更有效。前者是由高电压和低电流产生的,这比低电压和高电流更经济。再次,通常需要一个传输装置来将电力转化为有用的形式。但是,什么样的元素组合能提供最佳的价格/性能?例如,应如何将电机的高速低扭矩旋转运动转化为低速高力的线性运动?

1.滑轮。

滑轮是最古老和最普遍的动力传输元件之一,但它们需要精心设计。如果皮带或电缆绕着固定的轴运行,皮带和轴之间的摩擦会导致效率低下,而且电缆会迅速磨损。滑轮通过电缆和机器之间的滚动接触减少这些影响,但它必须有足够的尺寸,通常是电缆直径的20倍,以防止电缆股的疲劳。

2.绞车

绞车是一种用于控制电缆的张力和位置的装置,将其缠绕在滚筒上。绞车是起重机的主要部件之一,因为它们为吊钩和吊杆提供提升力。

绞车也常用于为牵引车等设备提供拉力。在引入液压系统之前,绞盘也是建筑设备的主要驱动手段之一。机器人,特别是那些在比赛中使用的机器人,可能会使用绞盘来帮助自己拉上一个陡峭的斜坡,或部署一个墙。

3.皮带和电缆

皮带和电缆是非常常见的动力传输元件,因为它们的弹性性质使它们能够在圆形物体(滑轮)上传递,通常具有很高的效率。动力传输一词的字面意思是设备输出的功率等于效率和输入设备的功率的乘积。因此,分析任何动力传输系统实际上就像跟踪速度和扭矩(或力)与效率的乘积一样简单。

皮带和电缆是横向兼容的,这使得它们对错位的宽容度很高,所以它们是从汽车到办公设备的常用应用。在所有情况下,皮带或电缆的关键功能要求是传递拉伸载荷和通过滑轮。皮带或电缆的寿命是其预紧力、最小滑轮的直径和预期承载的负荷的函数。关键的效率问题是尽量减少不同直径的接触,以防止皮带和滑轮之间的差异性滑动。

必须选择皮带的横截面,以承受来自这三个来源的应力之和,同时保持所需的刚度水平。

电缆是一种灵活的抗拉元件,其元件被绞合在一起,使所有的股线都能分担负荷。当电缆通过滑轮时,各股之间会有局部滑移,因此任何单股的弯曲应力都远远低于相同直径的实心棒在滑轮上的弯曲。然而,滑移会耗散能量,所以电缆驱动主要用于低速应用。电缆能够承载的负荷是预紧力、电缆和滑轮之间的摩擦系数以及包角的函数。因此,滑轮的作用就像一个旋转的绞盘。

皮带可以有多种形式,但三种主要类型是:平带、齿形带和脉带。平带通过预紧来传递负载,与电缆一样,滑轮的作用类似于绞盘。

4.齿轮

齿轮用于将运动从一个轴传递到另一个轴,或在一个轴或滑块之间传递。有许多类型的齿轮,如正齿轮、斜齿轮、伞齿轮、蜗杆齿轮、齿轮齿条等。

5.链条和链轮

链条通常用于传递相对于其尺寸而言非常大的力和扭矩。有许多不同类型的链条,其中最常见的类型是滚子链,它使用金属链节,通过销轴连接在一起,并通过衬套间隔开。链轮是一种特殊形式的齿轮,以机械方式与链条积极啮合,因此不会出现滑动。因此,链条的用途非常广泛。它们可用于在两个旋转轴之间传输动力,也可用于将旋转运动转换为线性运动,或实现线性运动。

链条和链轮

链轮有许多不同的尺寸,可以随时使用。断链工具用于从衬套中压出销子,这样可以使链条达到适当的长度,然后用主链节重新连接。还可以获得各种特殊类型的链节,以便其他元素可以更容易地连接到链条上。也可以像链锯那样安装切割齿。所有这些都可以从目录中获得。

6.轮子

车轮和车轴是文艺复兴时期的科学家从希腊的技术文献中发现的六种简单机器之一。车轮和车轴包括一个连接在较小车轴上的车轮,使这两个部分一起旋转,力从一个传递到另一个。一个铰链或轴承支持轴,允许旋转。它可以放大力;施加在大轮子外围的一个小力可以移动连接在轴上的一个较大的负载。

7.凸轮和随动件

凸轮是一种机器元件,其特殊形状的叶子由凸轮从动件跟随,使凸轮的轮廓传递到另一个物体上。一个常见的应用是在内燃机中,凸轮由连接到曲轴的链条或皮带驱动。因此,凸轮叶与曲轴旋转同步,以根据需要打开和关闭进气和排气阀。凸轮叶的形状不仅决定了气门何时被打开,而且还决定了气门打开的速度和保持的时间,这被称为停留时间。在现代顶置凸轮发动机中,凸轮推动凸轮从动件,从动件推动气门杆。气门由气门弹簧保持在常闭位置,通过元件链使凸轮从动件与凸轮保持接触,并保持气门常闭。

8.轴

轴可能看起来是相对无害的机器元件,但它们经常要承受较大的循环弯曲和扭转载荷。还有许多不同的部件可能以无数种不同的方式连接到它们上面。此外,为了减少轴承的摩擦损失,最好是将轴的直径降到最低。所有这些事实结合起来,使轴的设计成为机器设计中更具挑战性的方面之一。轴设计的第一步是评估轴上的弯曲和扭转载荷。弯曲载荷可以从拟议系统的自由体图中确定,注意注意轴在哪里被支撑在轴承上,以及支撑点是作为简单支撑的约束还是作为力矩支撑的约束。

9.联轴器

旋转和线性执行器与被驱动部件之间需要联轴器,因为执行器要在一个自由度(线性或旋转)中移动,但它们永远不可能完全对准。当一个部件移动时,它不会总是与执行器对齐。运动的净差异与两个系统之间连接的刚度的乘积,产生了执行器上的错位力。如果使用的是刚性联轴器,力可能会非常大,有些东西,通常是轴承,将不得不放弃,它们将很快失效。此外,在这一过程中,系统的很大一部分功率会被消耗掉。当一个联轴器是理想的,并且只限制预定的运动,对所有其他轴的影响(刚度)可以忽略不计时,它被称为非影响性联轴器。

10.离合器和差速器

离合器和差速器是非常重要的传动部件,它们的操作通常对用户来说是透明的,直到它们被需要。离合器通常表现为一个刚性元件,直到超过一定的扭矩,然后它就会打滑。

一个标准的或 “开放的 “差速器可以平衡两个输出轴上的扭矩,同时限制它们的旋转位移之和等于输入旋转位移。