第一讲  1M410000机电安装工程技术基础知识

　　1． 常用机械传动系统的基础知识

　　2． 常用电工技术的基础知识

　　一、常用机械传动系统的基础知识

　　1M411011  常用机械传动系统的类型有：

　　1． 齿轮传动：

　　（1） 分类：①平面齿轮传动 ②空间齿轮传动。

　　（2） 特点：

　　优点 ①适用的圆周速度和功路率范围广。

　　②传动比准确、稳定、效率高。

　　③工作可靠性高、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

　　缺点 ①要求较高的制造和安装精度、成本较高。

　　②不适宜远距离两轴之间的传动。

　　（3）渐开线标准齿轮基本尺寸的名称有 ①齿顶圆②齿根圆③分度圆④摸数⑤压力角等。

　　2． 涡轮涡杆传动：

　　适用于空间垂直而不相交的两轴间的运动和动力。

　　（1） 特点：

　　优点  ①传动比大。

　　②结构尺寸紧凑。

　　缺点 ①轴向力大、易发热、效率低。

　　②只能单向传动。

　　（2） 涡轮涡杆传动的主要参数有：①模数②压力角③蜗轮分度圆④蜗杆分度圆⑤导程⑥蜗轮齿数⑦蜗杆头数⑧传动比等。

　　3． 带传动：包括  ①主动轮   ②从动轮   ③环形带

　　（1） 适用于两轴平行回转方向相同的场合，称为开口运动，中心距和包角的概念。

　　（2） 带的型式按横截面形状可分为平带、V带和特殊带三大类。

　　（3） 应用时重点是：①传动比的计算

　　②带的应力分析计算

　　③单根V带的许用功率。

　　（4）带传动的特点：

　　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过载时打滑防止损坏其他零部件；

　　④结构简单、成本低廉。

　　缺点：

　　①传动的外廓尺寸较大；

　　②需张紧装置；

　　③ 由于打滑，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。

　　4． 链传动包括  ①主动链

　　②从动链

　　③环形链条。

　　1） 滚子链和环形链

　　（2） 链传动的传动比不大于8，中心距不大于5～6m，传递功率不大于lOOkW，链轮圆周速度不大于15m／s.

　　（3）链传动与带传动相比的主要特点：没有弹性滑动和打滑，能保持准确的传动比；需要张紧力较小，作用在轴上的压力也较小；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。

　　（4）链传动与齿轮传动相比，其主要特点：制造和安装精度要求较低；中心距较大时，其传动结构简单；瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差。

　　5．轮系

　　由一系列齿轮组成的传动系统统称为轮系，广泛应用于各种机械设备中。

　　（1）轮系分为定轴轮系和周转轮系两种类型。定轴轮系传动时，每个齿轮的几何轴线

　　都是固定的；周转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）轮系中的输入轴与输出轴的角速度（或转速）之比称为轮系的传动比。定轴轮系的    传动比在数值上等于组成该轮系的各对啮合齿轮传动比的连乘积，也等于各对啮合齿轮中所有从动齿轮齿数的乘积与所有主动齿轮齿数乘积之比。

　　（3）在周转轮系中，轴线位置变动的齿轮，即既作自转，又作公转的齿轮，称为行星轮

　　（4）周转轮系的传动比不能直接用求解定轴轮系传动比的方法来计算，必须利用相对    运动的原理，用相对速度法（或称为反转法）将周转轮系转化成假想的定轴轮系进行计算。

　　（5）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；实现运动的合成与分解。

　　1M411012  传动件的主要类型和特点在机械设备中，轴、键、联轴节和离合器是最常见的传动件，用于支持、固定旋转零件和传递扭矩。

　　（1）轴  轴是机器中的重要零件之一，用于支持旋转的机械零件传递扭矩。

　　*按承受载荷的不同轴可分为转轴、传动轴和心轴。转轴既传递扭矩又承受弯矩，如齿轮减速器中的轴；传动轴只传递扭矩而不承受弯矩或弯矩很小，如汽车的传动轴；心轴则只承受弯矩而不传递扭矩，如自行车的前轴。

　　*轴按轴线的形状不同，分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。

　　*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。

　　*轴的结构应满足制造与安装要求、轴上零件的定位与固定、改善轴的受力状况以及减小应力集中等要求。

　　*进行轴的强度、刚度计算的准则是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。

　　*轴的强度计算步骤通常为： 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）。

　　*轴的刚度不足，将会产生较大的变形而影响机器的工作。

　　（2）键    键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递扭矩，如减速器中齿轮与轴的连接。有些键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。

　　*键分为平键、半圆键、楔向键、切向键和花键等。

　　*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。

　　*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，只适用于轻载连接。

　　*楔向键的上下面是工作面，键的上表面有1：100的斜度……

　　*切向键是由一对楔向键组成，能传递很大的扭矩，常用于重型机械设备中。

　　*花键是在轴和轮毂孔周向均布多个键齿构成的，称为花键连接。它适用于定心精度要求高、载荷大和经常滑移的连接。

　　（3）联轴器、离合器

　　*联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的连接，使其一起回转并传递转矩。

　　*用离合器连接的两根轴在机器工作中就能方便地使它们分离或结合。如汽车中发动机与变速器的连接。联轴器分刚性和弹性两大类。

　　*刚性联轴器由刚性传力件组成，分为固定式和可移动式两类。

　　*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。

　　*离合器主要分牙嵌式和摩擦式两类，此外，还有电磁离合器和自动离合器。

　　1M411013  常用轴承的类型、特性及其润滑和密封方式

　　轴承的功用是为支承轴及轴上零件，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）轴承的类型和特性

　　* 滑动轴承

　　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。滑动轴承按照承受的载荷，主要分为：

　　向心滑动轴承（也称径向滑动轴承，主要承受径向载荷）和推力滑动轴承（承受轴向载荷）。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、轴瓦和连接螺栓等组成。

　　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。常用的轴承材料有：轴承合金（巴氏合金）；青铜；特殊性能的轴承材料。

　　*滚动轴承

　　滚动轴承一般由内圈、外围、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、外围上有滚道。

　　滚动轴承与滑动轴承相比，具有摩擦阻力小、起动灵敏、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。

　　滚动轴承通常按其承受载荷的方向和滚动体的形状分类：

　　按承受载荷的方向或公称接触角的不同，可分为向心轴承和推力轴承。向心轴承主要承受径向载荷，其公称接触角从0-45度推力轴承，主要承受轴向载荷，其公称接触角从45～90度。

　　按滚动体的形状，可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。

　　（2）润滑和密封方式

　　轴承润滑的目的在于降低摩擦、减少磨损，同时还起到冷却、吸振、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，必须正确选用润滑剂和润滑方式。

　　*润滑剂分类：液体润滑剂——润滑油、半固体润滑剂——润滑脂和固体润滑剂等三大类。在润滑性能上润滑油一般比润滑脂好，应用最广，但润滑脂具有不易流失等优点。固体润滑剂主要用于一些特殊要求的场合。

　　*黏度是润滑油最重要的物理性能，也是选择润滑油的主要依据。

　　*轴承的润滑方法多种多样，常用的有油杯润滑、油环润滑和油泵循环供油润滑。

　　*密封方式主要有：密封胶、填料密封、油封、密封圈（O、V、U、Y形）、机械密封及防尘节流密封及防尘迷宫密封等。

　　1M411020  掌握电工技术的基础知识

　　1M411021  交流，直流电源的区别及其对负载作用的差异

　　电气安装工程总体由三大部分组成：

　　电源及其开关控制设备；

　　供电用和控制用线路；

　　用电负载，即用电设备、器具的电气部分。

　　这三大部分按预期要求合理、可靠地组合起来形成电路，可获得满足需要的功能。

　　（1）电源

　　电源可分为直流电源和交流电源两种。

　　直流电源： 直流电源G的电动势正、端电压Uab、对负载R提供的电流I等的方向不随时间变化而变化。

　　交流电源：交流电源g的电动势e、端电压Uab对负载R提供的电流i等的方向和大小随着时间作周期性变化，如变化规律随时间呈正弦变化状态称正弦交流电源，所构成的电路称正弦交流电路。

　　正弦变化交流电动势的瞬时值e的表达为：

　　e＝emsin（ωt+ψ）

　　em-电动势的最大值（幅值）（V）；

　　ω-角频率（rad／s）；

　　ψ-初相角（初相位、初相）（rad）；

　　t -时间（s）；

　　T -周期（重复变化一次的时间）（s）

　　周期T是指正弦变化一次的时间，而频率f是指每秒变化的次数）简称赫；周期丁与频率f的关系为：f=1/T.

　　我国电力供应规定交流变化的频率为50Hz，有的国家规定为60Hz，称为工频在e＝emsin（wt+ψ）公式中wt+ψ称为相角或相位，当t＝0时相角ψ称为初相角，三相交流电源，即由三个初相角间互差120度的交流电源组成的供电系统。

　　（2）负载

　　按用电设备、器具等负载的特性来分，有电阻、电容、电感三种或这三种相互间的组合。

　　电阻：  电阻在电路中表示的符号如图1M411021-4，用R表示，量值单位为欧姆（Ω）。

　　如电路中电阻及有电流I流过，电阻要消耗电能，消耗的功率为I2R，当电流值单位为安培（A）i电阻值的单位为欧姆时，被消耗的功率值的单位为瓦（W）。

　　工程中常用的导线或母排的电阻值可以用以下公式计算。

　　R=ρl/s

　　l——导线或母排的长度（m）；

　　S——导线或母排的截面积（mm2）；

　　ρ-导线或母排原材料（铜或铝）的电阻率（n·mm2／m）。

　　因为通常金属材料的电阻值会随着温度升高而升高，但有些材料的电阻值却相反，如碳的电阻值会随着温度升高而降低，所以要标明对应的温度值电容在电路中表示的符号如图1M411081-5，用C表示，量值单位为法拉（F）如电路中电容c两端有电压存在，表示电容储存着电能，理论上纯电容不消耗电能，储能值为1/2CU2，当电容值单位为法拉（F）、电压值单位为伏（V）时，则电容储存的电能单位值为焦耳（J）。

　　因为电容有储能作用，所以在工程做交接试验后，或停电检修时，要对电容量大的电缆线路或变压器等实施对地放电措施，把可能存有的储存电能释放，以免电击对人身伤害。

　　电感

　　电感在电路中的符号如图·1M411021-6，用L表示，量值单位为亨利（H）。

　　如电路中电感有电流I流过，电感便会储存磁能，理论上电感不消耗电能，仅把电能转化成磁能，储能值为1/2LI2.当电感值单位为亨利（H），电流值单位为安培（A）时，则电感储存的磁能单位值为焦耳（J）。

　　在工程中较常见的由电能转为磁能的是各类开关设备上作起动或脱扣用的电感线圈，因为电感存有可转换成电能的磁能，所以开断电感线圈时，线圈两端会因磁能释放而产生高电压。在电感量大的线圈中为避免产生的高电压损坏绝缘，通常采用与电感线圈并联一个适当的电阻，使电感断电时，由磁能转换的电能在电阻上消耗掉，这个电阻称释放电阻。

　　在工程实际中的负载构成形式，往往表现是三类负载的不同组合。如白炽灯泡可  视作纯电阻负载，铁磁线圈本体可视作电阻和电感串联的负载，如上述带释放电阻的铁磁线圈视作电阻和电感串联后再与释放电阻并联的负载，有补偿电容器的日光灯可视作电阻和电感串联后与电容并联的负载；电动机、变压器可视作电阻和电感串联的负载等。

　　3）电源对负载的作用

　　直流电源对负载的作用

　　直流电源的电压（U）加到负载电阻（R）的两端，立即产生直流电流（I），电流的方向由电源的正极流向电源的负极，电流的大小符合欧姆定律，即I＝U/R.

　　直流电源的电压（U）加到负载电容（C）的两端，立即产生直流充电电流（I），电流的方向由电源的正极流向电源负极。电容充电，电容的电压Uc趋向电源电压值一致，但充电电流由大变小，符合微分关系，因而可以认为，充电电流I始值较大，随着充电过程时间的延续，电容电压Uc变率duc趋向零。电容充电完成，直流电源电压（U）与电容两端电压（Uc）一致，这时充电电流（／）为零。这个现象在工程中用万用表检测电容绝缘是否良好时，往往可以发现绝缘完好的电容，万用表的指针一开始向低阻方向摆动到较大值，然后慢慢指向测定值，就是因为有充电电流存在的缘故。而同样用万用表测量电阻的电阻值，就没有这个现象。直流电源的电压（U）加到负载电感（L）的两端，由于电感反电势（U1）的抵抗，直流电流（I）初始较小，电流的方向由电源的正极流向电源的负极，反电势（ul）符合微分关系，随着电感磁场建立过程的延续。“趋向为零，电感线圈内直流电流J达到最大值，最大值受电感线圈直流电阻的大小限制，亦符合欧姆定律。这就是在工程中用万用表检测铁磁线圈直流电阻时，指针由高阻方向缓慢地指向测定值的缘故。

　　*正弦交流电源对负载的作用

　　正弦交流变化电源的电压（u）加到负载电阻（R）的两端，产生正弦变化的交流电流（i）其变化规律与电压（u）一致，且波形相同，初相角相同。

　　正弦交流变化电源的电压（u）加到负载电容（C）的两端，产生正弦变化的交流电流（i），其变化规律与电压（u）一致，且波形相同，其初相角超前于电压（u）的初相角90度。

　　正弦交流变化电源的电压（u）加到负载电感（L）的两端，产生正弦变化的交流电流i其变化规律与电压（u）一致，且波形相同，但电流初相角滞后于电压（u）的初相角90度。

　　IM411022  电路的有载、空载、短路三种状态及其特征在机电安装工程中安装和试运行或建成后的使用和生产中，由于需要或故障的原因，电路会出现有载、空载、短路三种不同状态，掌握这三种不同状态的特征，有利于对电力电路运行情况作出正确判断。（1）有载状态对机电安装工程而言，电路有载是处于正常工作状态。有载状态下的电力电路中各项电量参数（如电压、电流、功率等）和非电量参数（如发热情况、电动应力情况、噪声等级等）都处在预期的正常状态。最明显的特征是电路中既有电压，又有电流，发生电能与其他能的正常转换。（2）空载状态对机电安装工程而言，电路空载是处于备用状态，备用状态可分为热备用和冷备用状态。 （3）短路状态对机电安装工程而言，电路短路是处于故障状态，故障发生的位置可能是构成电路的任何部位，但通常指不经负载流通电流谓短路。

　　1M411023  电流、电压、功率及主要非电物理量测量的基本原理和方法

　　为了实施对机电安装工程试运行情况和日后生产或使用情况进行有效监视，电气工程中有许多测量电量的仪表，如电流表、电压表、功率表等。同时为正确反映机械设备等的其他非电物理量，以利手动或启动调节工艺参数和使用状态，如设备的转速、造纸机上纸的厚度、照明的照度、轴瓦的温度、室内空气的温度等都可转换成电量用仪表反映，仪表的显示有指针式、数字式、记录式等不同类型。

　　（1）直流电流的测量

　　按被测量直流电流数值的大小，可分成大、中、小三段，机电安装工程很少遇到处于小段的测量

　　*中段直流电流的测量： 将直流电流表（A）串人负载电路内，注意表的极性，使直流电流J自表的正极流入，负极流出，接反后会无法测量或损坏仪表，同时为保证测量精度应选用直流电流表内阻远小于负载电阻R的仪表，RA／R应小于允许误差的1／5.允许误    差的确定，往往是选用仪表精度等级的依据，通常由设计来作出规定。

　　*大段直流电流的测量：在负载电路内串入一个电阻值较小，基本不会影响负载电流I变异的分流器F，分流器F的电阻值是个常数，目的是保持测量的准确性。

　　只要用直流毫伏表、电位差计或直流数字电压表（mV），测量出分流器F两端的直流电压值Uf，通过I＝Uf／Rf，计算，便可获得所测直流电流I的数值。当然也可在专用的毫伏计、电位差计、直流数字电压表的显示部分制成相对应的直流电流读数。这些仪表接线同样要注意极性。

　　大段直流电流测量除用分流器法外，还有直流互感器法，直流比较仪法等。

　　（2）直流电压的测量

　　同样直流电压值也分大、中、小三段。

　　*中段直流电压的测量：

　　将直流电压表的两根连线并联在负载只或电源的两端，便可读得负载上或电源的直流电压值，同样要注意连线的极性不可错接。直流电压表的内阻Rv要远大于负载电阻R，R／Rv至少应小于允许误差的1／5.

　　*大段直流电压的测量：

　　用一大阻值的电阻R与一直流毫安表串联起来，且电阻R的阻值远远大于毫安表的内阻，同时电阻R在使用温度范围内，阻值是稳定的，则毫安表测得电流I乘上R为所测电压值。毫安表的显示部分可指出相对应电压值的读数。这个方法称附加电阻法。

　　大段直流电压测量除用附加电阻法外，还有电阻分压器法、直流电压互感器法等。

　　（3）直流功率的测量

　　由于直流功率P＝UI，所以功率表要输入电压u和电流I两个信号，图中x号为功率表的电压、电流线圈的始端，rg为电压线圈的附加电阻，功率表读数直接指出电路负载功率值，这个方法适用于I在0．025～10A，U在1-1000V之间。

　　（4）正弦交流电的有效值

　　正弦交流电的电流和电压是随时间发生变化的，某一时间的数值称瞬时值，在工程实际应用中和各类电工产品铭牌标示上以及仪表测量显示都以有效值表示。有效值的定义为：

　　在相同的电阻上，正弦交流在一个周期内损失的电能与一直流量损失的电能相同，则这个直流量的数值称正弦交流的有效值。所以正弦交流电流的有效值为：

　　因此，交流电流的有效值又称为交流电流的均方根值。同理，交流电压的有效值为：

　　I＝o．707Im；U=0.707Um； e=0.707Em

　　（5）交流电流的测量

　　同样交流电流值分为大、中、小段，机电安装工程也以测量中段为主 .

　　*中段交流电流的测量：

　　将电流表A串人负载电路内即可读得交流电流的有效值，交流电流表无极性要求，同本条（1）所述理由RA／R应小于允许误差1／5，以保证测量精度。

　　*大段交流电流的测量：

　　将适配的交流电流互感器串入负载电路内，互感器由于电磁作用，在二次侧n2线圈内便有二次电流I2流通，通过计算便可得负载电流I1（称一次电流）的数值。

　　I1=KI2（K=n2/n1）

　　采用交流电流互感器测量交流大电流的注意事项：

　　①国家标准规定，不论互感器一次侧电流额定值大小为多少，互感器二次侧电流额定值为5A不变；

　　②互感器二次侧接线不允许开路，且二次电路标有的接地端钮必须接地；

　　③电流互感器主线路（一次侧）与测量线路（二次侧）间有电的隔离，这对高压电流测量十分有利。所以电流互感器的规格型号有不同的电压等级，千万注意不能以低压电流互感器替代高压电流互感器，一定要与负载电路的电压等级适配二次侧线路中电流表如与电流互感器配套的，显示额定数值不是5A，而是已乘K值后的一次侧电流数值。

　　同样交流电压值分为大、中、小段，要求同本条（2）所述理由，R／Rv应小于允许误差1／5，以保证测量精度。

　　*大段交流电压的测量：电压的测量在交流电压小于1500V时，可以用与大段直流电压测量方法相同，采用附加电阻法。

　　当电压大于1500V时，需采用交流电压互感器法，交流电压互感器有一次、二次线圈，一次并联于被测电压U1，二次接电压表V，不论一次电压U1高低多少，二次电压额定值通常为I00V.U1=KU2（K=n1/n2）

　　*交流瞬时功率  P=UIcosф-Uicos（2ωt-ф）

　　* 交流有功功率：

　　交流瞬时功率在一个周期T的平均值称为平均功率，又称有功功率，以P表示，单位为瓦（W）。 P=UIcosф。

　　*交流视在功率：

　　交流电路的UI不是实际消耗功率，称视在功率，以S表示，即s＝UI，单位为伏安（VA）。视在功率用以标记电气设备的额定状态，如额定电压、额定电流，两者乘积；单相时

　　*交流无功功率：

　　为设计计算需要，引入无功功率Q的概念，单位为乏（var）。 Q＝UIsinф， 由于电路有容性感性之分，亦即ф<0、Q<0电路呈容性，ф>0、Q>0电路呈感性。容性电路、电流超前于电压变化，感性电路电流滞后于电压变化。

　　*交流功率测量：

　　同样要有电流、电压两个信号输入功率表，1M411023-12（a）所示为直接接入法测量，图1M411023-12（b）为经互感器接入法。

　　无功功率接线时注意将有星标*的端钮接在低电位端。

　　（8）主要非电物理量采用电测量

　　*测量系统由待测的非电量转换成相应的电量传感器、对电量进行测量的测量电路、非电量显示及处理电路三部分组成。

　　*测量的特点；灵敏度高、响应快、反作用小、可无接触测量及远距离测量；由于大多采用固体传感元件，故具有使用寿命长、体积小、质量小、可靠性高及价格便宜等优点；易用超声、红外、激光、微波、放射线等先进技术；易于连续测量、并易进行数据传输、记录和处理。