機械/電氣/氣壓/液壓傳動方式的比較

來源：控特電機

在機械機構(gòu)中，動力傳遞經(jīng)歷了從古老的機械方式（齒輪、連桿）一步步進化到了如今大量使用電機、氣動、液壓傳動的過程，這不僅帶來了動力效率的改變，也使得加工中可以精確控制機械結(jié)構(gòu)運動，使理想中數(shù)字化、自動化的加工方式成為可能。

機械傳動

1. 齒輪傳動

齒輪傳動是機械傳動中應(yīng)用最廣的一種傳動形式。它的傳動比較準確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長。齒輪傳動根據(jù)不同的標準可以分為很多不同的類型。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動；適用的圓周速度和功率范圍廣；傳動比準確、穩(wěn)定、效率高；工作可靠性高、壽命長；可實現(xiàn)平行軸、任意角相交軸和任意角交錯軸之間的傳動。

缺點：要求較高的制造和安裝精度、成本較高；不適宜遠距離兩軸之間的傳動；無過載保護作用。

2. 渦輪渦桿傳動

適用于空間垂直而不相交的兩軸間的運動和動力。

優(yōu)點：傳動比大；結(jié)構(gòu)尺寸緊湊。

缺點：軸向力大、易發(fā)熱、效率低、只能單向傳動。

渦輪渦桿傳動的主要參數(shù)有：模數(shù)；壓力角；蝸輪分度圓；蝸桿分度圓；導(dǎo)程；蝸輪齒數(shù)；蝸桿頭數(shù)；傳動比等。

3. 帶傳動

帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動。帶傳動通常由主動輪、從動輪和張緊在兩輪上的環(huán)形帶組成。

1）用于兩軸平行回轉(zhuǎn)方向相同的場合，稱為開口運動，中心距和包角的概念。

2）帶的型式按橫截面形狀可分為平帶、V帶和特殊帶三大類。

3）應(yīng)用時重點是：傳動比的計算；帶的應(yīng)力分析計算；單根V帶的許用功率。

4）帶傳動的主要特點：

優(yōu)點：適用于兩軸中心距較大的傳動，帶具有良好的撓性，可緩和沖擊，吸收振動；過載時打滑防止損壞其他零部件；結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。

缺點：傳動的外廓尺寸較大；需張緊裝置；由于打滑，不能保證固定不變的傳動比；帶的壽命較短；傳動效率較低。

4. 鏈傳動

鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。包括主動鏈、從動鏈、環(huán)形鏈條。

優(yōu)點：鏈傳動有許多優(yōu)點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸小；所需張緊力小，作用于軸上的壓力??；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。

鏈傳動與齒輪傳動相比，制造和安裝精度要求較低；中心距較大時，其傳動結(jié)構(gòu)簡單；瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，傳動平穩(wěn)性較差。

缺點：鏈傳動的缺點主要有：僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動中。

5. 輪系

由兩個以上的齒輪組成的傳動稱為輪系。根據(jù)輪系中是否有軸線運動的齒輪可將齒輪傳動分為普通齒輪傳動和行星齒輪傳動，輪系中有軸線運動的齒輪就稱為行星齒輪。

1）輪系分為定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系兩種類型。

2）輪系中的輸入軸與輸出軸的角速度（或轉(zhuǎn)速）之比稱為輪系的傳動比。等于各對嚙合齒輪中所有從動齒輪齒數(shù)的乘積與所有主動齒輪齒數(shù)乘積之比。

3）在周轉(zhuǎn)輪系中，軸線位置變動的齒輪，即既作自轉(zhuǎn)，又作公轉(zhuǎn)的齒輪，稱為行星輪，軸線位置固定的齒輪則稱為中心輪或太陽輪。

4）周轉(zhuǎn)輪系的傳動比不能直接用求解定軸輪系傳動比的方法來計算，必須利用相對運動的原理，用相對速度法（或稱為反轉(zhuǎn)法）將周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化成假想的定軸輪系進行計算。

5）輪系的主要特點：

適用于相距較遠的兩軸之間的傳動；可作為變速器實現(xiàn)變速傳動；可獲得較大的傳動比；實現(xiàn)運動的合成與分解。

電氣傳動

電氣傳動，是指用電動機把電能轉(zhuǎn)換成機械能，去帶動各種類型的生產(chǎn)機械、交通車輛以及生活中需要運動的物品。

電氣傳動的主要特點有：

1.精確度高：伺服電機作為動力源，由滾珠絲杠和同步皮帶等組成結(jié)構(gòu)簡單而效率很高的傳動機構(gòu)。它的重復(fù)精度誤差是0.01%。

2.節(jié)省能源：可將工作循環(huán)中的減速階段釋放的能量轉(zhuǎn)換為電能再次利用，從而減低了運行成本，連接的電力設(shè)備僅是液壓驅(qū)動所需電力設(shè)備的25%。

3.精密控制：根據(jù)設(shè)定參數(shù)實現(xiàn)精確控制，在高精度傳感器、計量裝置、計算機技術(shù)支持下，能夠大大超過其他控制方式能達到的控制精度。

4.改善環(huán)保水平：由于使用能源品種的減少及其優(yōu)化的性能，污染源減少了，噪音降低了，為工廠的環(huán)保工作，提供了更良好的保證。

5.降低噪音：其運行噪音值低于70分貝，大約是液壓驅(qū)動注塑機噪音值的2/3。

6.節(jié)約成本：此機去除了液壓油的成本和引起的麻煩，沒有硬管或軟喉，無須對液壓油冷卻，大幅度降低了冷卻水成本等。

氣壓傳動

氣壓傳動以壓縮氣體為工作介質(zhì)，靠氣體的壓力傳遞動力或信息的流體傳動。

優(yōu)點：

1）以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。

2）因空氣的粘度很?。s為液壓油動力粘度的萬分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動那樣嚴重污染環(huán)境。

3）與液壓傳動相比，氣壓傳動動作迅速、反應(yīng)快、維護簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。

4）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。

5）成本低，過載能自動保護。

缺點：

1）由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。但采用氣液聯(lián)動裝置會得到較滿意的效果。

2）因工作壓力低（一般為0.31MPa），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，總輸出力不宜大于10～40kN。

3）噪聲較大，在高速排氣時要加消聲器。

4）氣動裝置中的氣信號傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動控制系統(tǒng)不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。

液壓傳動

液壓傳動是應(yīng)用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進行控制的傳動方式。

優(yōu)點：

1）從結(jié)構(gòu)上看，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率在四類傳動方式中是力壓群芳的，有很大的力矩慣量比，在傳遞相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活。

2）從工作性能上看，速度、扭矩、功率均可無級調(diào)節(jié)，動作響應(yīng)性快，能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，調(diào)速范圍可達100：1到2000：1；動作快速性好，控制、調(diào)節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，便于與電氣控制相配合，以及與CPU(計算機）的連接，便于實現(xiàn)自動化。

3）從使用維護上看，元件的自潤滑性好，易實現(xiàn)過載保護與保壓，安全可靠；元件易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化。

4）所有采用液壓技術(shù)的設(shè)備安全可靠性好。

5）經(jīng)濟：液壓技術(shù)的可塑性和可變性很強，可以增加柔性生產(chǎn)的柔度，和容易對生產(chǎn)程序進行改變和調(diào)整，液壓元件相對說來制造成本也不高，適應(yīng)性比較強。

6）液壓易與微機控制等新技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成“機-電-液-光”一體化已成為世界發(fā)展的潮流，便于實現(xiàn)數(shù)字化。

任何事物都是一分為二的，有優(yōu)點也有缺點。液壓傳動也不例外：

缺點：

1）液壓傳動因有相對運動表面不可避免地存在泄漏，同時油液不是絕對不可壓縮的，加上油管等彈性變形，液壓傳動不能得到嚴格的傳動比，因而不能用于如加工螺紋齒輪等機床的內(nèi)聯(lián)傳動鏈中。

2）油液流動過程中存在沿損失、局部損失和泄漏損失，傳動效率較低，不適宜遠距離傳動

3）在高溫和低溫條件下，采用液壓傳動有一定的困難。

4）為防止漏油以及為滿足某些性能上的要求，液壓元件制造精度要求高，給使用與維修保養(yǎng)帶來一定困難。

5）發(fā)生故障不易檢查，特別是液壓技術(shù)不太普及的單位，這一矛盾往往阻礙著液壓技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅