机械/电气/气压/液压传动方式的比较

来源 ：控特电机

在机械机构中，动力传递经历了从古老的机械方式（齿轮、连杆）一步步进化到了如今大量使用电机、气动、液压传动的过程，这不仅带来了动力效率的改变，也使得加工中可以精确控制机械结构运动，使理想中数字化、自动化的加工方式成为可能。

机械传动

1. 齿轮传动

齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。它的传动比较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。齿轮传动根据不同的标准可以分为很多不同的类型。

优点： 结构紧凑，适用于近距离传动；适用的圆周速度和功率范围广；传动比准确、稳定、效率高；工作可靠性高、寿命长；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： 要求较高的制造和安装精度、成本较高；不适宜远距离两轴之间的传动；无过载保护作用。

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。

优点： 传动比大；结构尺寸紧凑。

缺点： 轴向力大、易发热、效率低、只能单向传动。

涡轮涡杆传动的主要参数有：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。

3. 带传动

带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。带传动通常由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形带组成。

1）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：传动比的计算；带的应力分析计算；单根V带的许用功率。

4）带传动的主要特点：

优点： 适用于两轴中心距较大的传动，带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；过载时打滑防止损坏其他零部件；结构简单、成本低廉。

缺点： 传动的外廓尺寸较大；需张紧装置；由于打滑，不能保证固定不变的传动比；带的寿命较短；传动效率较低。

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。包括主动链、从动链、环形链条。

优点： 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。

链传动与齿轮传动相比，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。

缺点： 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。

5. 轮系

由两个以上的齿轮组成的传动称为轮系。根据轮系中是否有轴线运动的齿轮可将齿轮传动分为普通齿轮传动和行星齿轮传动，轮系中有轴线运动的齿轮就称为行星齿轮。

1）轮系分为定轴轮系和周转轮系两种类型。

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。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，轴线位置固定的齿轮则称为中心轮或太阳轮。

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：

适用于相距较远的两轴之间的传动；可作为变速器实现变速传动；可获得较大的传动比；实现运动的合成与分解。

电气传动

电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品。

电气传动的主要特点有：

1.精确度高： 伺服电机作为动力源，由滚珠丝杠和同步皮带等组成结构简单而效率很高的传动机构。它的重复精度误差是0.01%。

2.节省能源： 可将工作循环中的减速阶段释放的能量转换为电能再次利用，从而减低了运行成本，连接的电力设备仅是液压驱动所需电力设备的25%。

3.精密控制： 根据设定参数实现精确控制，在高精度传感器、计量装置、计算机技术支持下，能够大大超过其他控制方式能达到的控制精度。

4.改善环保水平： 由于使用能源品种的减少及其优化的性能，污染源减少了，噪音降低了，为工厂的环保工作，提供了更良好的保证。

5.降低噪音 ：其运行噪音值低于70分贝，大约是液压驱动注塑机噪音值的2/3。

6.节约成本 ：此机去除了液压油的成本和引起的麻烦，没有硬管或软喉，无须对液压油冷却，大幅度降低了冷却水成本等。

气压传动

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。

优点：

1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。

2）因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。

3）与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。

4）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。

5）成本低，过载能自动保护。

缺点：

1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差。但采用气液联动装置会得到较满意的效果。

2）因工作压力低（一般为0.31MPa），又因结构尺寸不宜过大，总输出力不宜大于10～40kN。

3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。

4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。

液压传动

液压传动是应用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。

优点：

1）从结构上看，其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率在四类传动方式中是力压群芳的，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。

2）从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快，能迅速换向和变速，调速范围宽，调速范围可达100：1到2000：1；动作快速性好，控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，便于与电气控制相配合，以及与CPU(计算机）的连接，便于实现自动化。

3）从使用维护上看，元件的自润滑性好，易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列化、标准化、通用化。

4）所有采用液压技术的设备安全可靠性好。

5）经济：液压技术的可塑性和可变性很强，可以增加柔性生产的柔度，和容易对生产程序进行改变和调整，液压元件相对说来制造成本也不高，适应性比较强。

6）液压易与微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化已成为世界发展的潮流，便于实现数字化。

任何事物都是一分为二的，有优点也有缺点。液压传动也不例外：

缺点：

1）液压传动因有相对运动表面不可避免地存在泄漏，同时油液不是绝对不可压缩的，加上油管等弹性变形，液压传动不能得到严格的传动比，因而不能用于如加工螺纹齿轮等机床的内联传动链中。

2）油液流动过程中存在沿损失、局部损失和泄漏损失，传动效率较低，不适宜远距离传动

3）在高温和低温条件下，采用液压传动有一定的困难。

4）为防止漏油以及为满足某些性能上的要求，液压元件制造精度要求高，给使用与维修保养带来一定困难。

5）发生故障不易检查，特别是液压技术不太普及的单位，这一矛盾往往阻碍着液压技术的进一步推广应用。

审核编辑：汤梓红