第 現(xiàn)代機(jī)械與現(xiàn)代機(jī)械組成機(jī)械是各類機(jī)器的通稱。它是人類改造自然，發(fā)展自己的主要?jiǎng)趧?dòng)工具。它能把熱能、電能、化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，也能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成其他類型的能量。它能改變或傳遞力并產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，完成人們所期待的許多工作。機(jī)械工業(yè)歷來(lái)都是發(fā)達(dá)國(guó)家的重要支柱產(chǎn)業(yè)，是一個(gè)國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)。從 年始，世界傳統(tǒng)工業(yè)因不適應(yīng)科技水平和社會(huì)生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，而產(chǎn)生大幅度滑坡，一度曾被稱之“夕陽(yáng)工業(yè)”。由于各國(guó)重視和發(fā)展高新技術(shù)，特別是微電子技術(shù)，微機(jī)技術(shù)的引入，使傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生了質(zhì)的變化，使其煥發(fā)了新的生命，形成了一個(gè)嶄新的現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，現(xiàn)在的世界，仍然是一個(gè)機(jī)械化生產(chǎn)的世界，現(xiàn)代機(jī)械在各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家中仍占據(jù)著重要的地位。傳統(tǒng)的機(jī)械一般是由動(dòng)力機(jī)、傳構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 控制裝置等部分組成。而現(xiàn)機(jī)械雖然沒(méi)有公認(rèn)但 年機(jī)械程師 在對(duì)國(guó)家科學(xué)報(bào)告中的提法，基本上能為大家所接受。報(bào)告中提出現(xiàn)代機(jī)械是“由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和／或機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。由此可見(jiàn)，現(xiàn)代機(jī)械應(yīng)是一個(gè)機(jī)電的機(jī)械系統(tǒng)。因此，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品，不論其功能多少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)繁、體積大小，都應(yīng)從系統(tǒng)角度，從機(jī)電或機(jī)電有機(jī)結(jié)合方面來(lái)認(rèn)識(shí)和理解。如果不從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，就不能發(fā)揮機(jī)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而僅僅只能做到機(jī)電簡(jiǎn)單的協(xié)作。不少新產(chǎn)品，常常是先由機(jī)械工程師按傳統(tǒng)思路進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)，然后由電氣工程師根據(jù)機(jī)械工程師的要求，進(jìn)行控制單元的設(shè)計(jì)。這看起來(lái)，也是機(jī)電結(jié)合，在性能上，也比傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品有很大提高，但是從系統(tǒng)總體角度來(lái)看，這類產(chǎn)品一般不會(huì)是最佳，在國(guó)際市場(chǎng)上甚至在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上也不會(huì)有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)是人類改造客觀世界的工具，它的基本功能是代替人的體力勞動(dòng)和一部分腦力勞動(dòng)。因此，人類在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的功能結(jié)構(gòu)應(yīng)該是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的最好藍(lán)本。構(gòu)成的控制系統(tǒng)及多種接口模塊組成。對(duì)它的主要要求是高速和高可靠性，同時(shí)要不斷地向柔性和智能化方向發(fā)展。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人、足等運(yùn)動(dòng)，它包括機(jī)械傳動(dòng)和操作機(jī)構(gòu)。其形式因作業(yè)對(duì)象的不同而千變?nèi)f化。當(dāng)接到“大腦”來(lái)的控制信號(hào)后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將忠實(shí)地執(zhí)行要求的指令，完成系統(tǒng)所要完成的動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用機(jī)械、電、液等機(jī)構(gòu)。由于它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目的功能的直接參與者，其性能好壞往往決定整個(gè)系統(tǒng)的性能，因此一般要求是：精度高、重復(fù)性好、重量輕，并希望實(shí)現(xiàn)組件化和系列化，以提高系統(tǒng)的整體可靠性?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的主要特征現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)是由機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一個(gè)全新的系統(tǒng)。它既不同于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，又不同于普通的電子產(chǎn)品。它是兩者的結(jié)合，互相滲透，有效地改變了傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的面貌，賦予了機(jī)械產(chǎn)品新的，同時(shí)也促進(jìn)了電子技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)大了電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。認(rèn)真分析一下現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)它在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)的主要特征。功能增加 柔性提“不斷增加新的功能和具有多種復(fù)合功能是現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品最主要區(qū)別之一。因此，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品更能拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，適用更大的范圍，能更好地滿足不同的需要。電子技術(shù)的引入，改變了傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)功能單一、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動(dòng)作、工藝順序、工作節(jié)拍等都可以根據(jù)控制系統(tǒng)中預(yù)定的程序有序高效地進(jìn)行工作。如果要改可達(dá)到預(yù)期目的，這樣的控制就實(shí)現(xiàn)了用戶歡迎的之真正體現(xiàn)了方便的多功能化。例如，一般的加工中心機(jī)床，就可以將多臺(tái)普通機(jī)的多道工序在一次裝夾中完成，改變程序就能改變加工工序，完成不同的工作，并且加工中心還有工件、刀具的自動(dòng)檢測(cè)動(dòng)功大型激光加工中心，橡膠等各種材料。這種極強(qiáng)的復(fù)合功能和良好的柔性是傳統(tǒng)機(jī)械加工系統(tǒng)所不能比擬的。機(jī)器人的示教再現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床的程序控制，這些全新的功能代替了人的許多緊張和單調(diào)重復(fù)的工作，代替了在惡劣、、有害環(huán)境中許多人工的操作。因而大大減輕了人的腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)，提高了工作效率和工作質(zhì)量，改善了人的工作條件。一些新型的現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)，可以通過(guò)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型或采用人工智能技術(shù)，隨時(shí)跟隨外界參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制和最佳操作，并能學(xué)會(huì)人們沒(méi)有直接授予的知識(shí)，指揮自己的行動(dòng)，從而逐漸智能化。“結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 改善性在傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)中，為了增加一種功能，或?qū)崿F(xiàn)某一控制規(guī)律，往往要靠增加機(jī)構(gòu)例如，汽車(chē)上采用了電子點(diǎn)火器后，由于能很好地控制點(diǎn)火時(shí)間和運(yùn)行狀態(tài)，可以有效地節(jié)約汽車(chē)耗油量；如把風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行速度隨工況變化而變化，則平均可節(jié)電工業(yè)鍋爐和電弧爐采用微機(jī)控制后，能耗都能節(jié) 左右現(xiàn)代機(jī)械的功能要求現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的功能要求非常廣泛，不同的系統(tǒng)和產(chǎn)品因其工作要求、應(yīng)用目標(biāo)和使用環(huán)境的不同，其具體功能要求有很大的差異。例如，對(duì)主要用作搬運(yùn)的工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，它主要用于物品的搬運(yùn)與工件的上下料，是一種周而復(fù)始的間歇運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)它的基本要求是較大的持重能力和作業(yè)范圍，較高的運(yùn)動(dòng)速度或加速度，一定的重復(fù)定位精度、方便的編程和示教能力要求。而對(duì)主要用于弧焊的機(jī)器人，要求其具有較高的軌跡精度和軌跡重復(fù)性，較高的運(yùn)動(dòng)速度，一定的持重能力和作業(yè)范圍，方便的編程和示教能力。較先進(jìn)的弧焊機(jī)器人還有對(duì)工件的自適應(yīng)能力，如焊縫自動(dòng)、工件定位誤差補(bǔ)償?shù)裙δ堋?duì)常用的數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，除了要求較高的分辨率和運(yùn)動(dòng)速度，良好的編程插補(bǔ)能力外，一般還有很好的自動(dòng)換刀和刀具補(bǔ)償功能。較高級(jí)的數(shù)控機(jī)床還有很好的自、自適應(yīng)功能和很強(qiáng)的自動(dòng)編程和網(wǎng)絡(luò)通信能力。各種現(xiàn)代機(jī)械的功能要求大體可歸納為 體積和重量要 如尺（長(zhǎng)寬高占地面積重量重心重量比等操作性要求 如反應(yīng)能力舒適性操作力以及編程示教能力人 機(jī)交互功能等。可靠性和要 包括機(jī)械、電氣零部件的可靠性、耐磨性和使用，控制系的能力、自檢、自等功能以及系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間等安全性要求包括機(jī)械裝置的強(qiáng)度、剛度、熱力學(xué)性能、摩擦學(xué)特性、振動(dòng)穩(wěn)定性和電器裝置的絕緣、耐壓、過(guò)流、過(guò)熱性能以及系統(tǒng)的自動(dòng)、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)處理等功能。經(jīng)濟(jì)性要求如設(shè)計(jì)和制造的經(jīng)濟(jì)性，使用和維修等經(jīng)濟(jì)性。環(huán)境保護(hù)要求如噪聲振動(dòng)塵粒等防治三廢的排放治理對(duì)周?chē)驮O(shè)備的影響以及可回收、可利用等。產(chǎn)品造型要求如外觀、色彩、與環(huán)境協(xié)調(diào)等美學(xué)指標(biāo)。其他要求不同的系統(tǒng)還有不同的特殊要求，如一些精密裝備要有良好的防振性、要密封和防護(hù)；食品和藥品加工設(shè)備要求不污染被加工產(chǎn)品等。 動(dòng)態(tài)載荷和模態(tài)分析等內(nèi)容。它是應(yīng)用現(xiàn)代，進(jìn)行科學(xué)的思維，使物質(zhì)和能源最有效利用的設(shè)計(jì)方法。它大大地提高了設(shè)計(jì)的水平，設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展。制造工藝制造工藝是機(jī)械設(shè)計(jì)具體實(shí)現(xiàn)的保證，同樣是機(jī)械技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。隨著實(shí)際需要的發(fā)展，各種現(xiàn)代制造工藝層出不窮，發(fā)展迅速。制造工藝發(fā)展的目標(biāo)可以用高效率高效率是現(xiàn)代技術(shù)的一個(gè)明顯特征。制造工藝的高效就是要縮短加工周 由于涂層刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具和聚晶石刀具等一批高性能刀具的相繼出現(xiàn)，目前高速切削的線速度可達(dá) 以上。采用新的加工工藝 對(duì)一些性能特殊、難以加工的材料，采用新的加工工藝，如在振動(dòng)和加溫過(guò)程中進(jìn)行切削；應(yīng)用激光電火花、化學(xué)腐蝕等方法加工。實(shí)行集中加工方法 像加工中心等設(shè)備集各類加工于一體，在計(jì)算機(jī)控制下，完成對(duì)工件的各種切削加工，大大縮短了加工周轉(zhuǎn)時(shí)間和輔助時(shí)間。高精度精度是機(jī)械技術(shù)水平的一個(gè)重要標(biāo)志。精度水平從 年代的年代的到目前的半個(gè)世紀(jì)提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)它對(duì)光學(xué)電子學(xué)計(jì)算高柔性加工柔性化是機(jī)械技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。所謂加工柔性化就是指加工品種的多樣性，加工的靈活性和多適應(yīng)性。由于各類程控、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等高度自動(dòng)化設(shè)備的出現(xiàn)，使柔性制造系統(tǒng)成為可能。目前柔性制造系統(tǒng)分三種類型：柔性制造單元柔性制造自動(dòng)線 和柔性制造系統(tǒng) 。它們是數(shù)控設(shè)為用自動(dòng)運(yùn)貯系統(tǒng)連接起來(lái)，由計(jì)算機(jī)控制的能加工多品種零部件的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。它們的出現(xiàn)有力地推動(dòng)了制造工藝的發(fā)展。值得是，制造工藝對(duì)高精度的要求，迫使傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)與新興學(xué)科、新興技術(shù)結(jié)合，從而形成了現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向精密機(jī)械技術(shù)包括精密加工技術(shù)和微機(jī)械技術(shù)。

精密機(jī)械技術(shù)精密加工技術(shù)精密加工一般有兩個(gè)含義：一是突破傳統(tǒng)加工方法所不能達(dá)到的精以分為：）精密切削技術(shù) 切削高精一種。但要用切削方法獲得高精度和高水平的表面粗糙度，必須排除機(jī)床、刀具、工件和外界等因素的影響。比如，為了提高機(jī)床的加工精度，要求機(jī)床具有高的剛度，小的熱變形和良好的抗振性能。這就要求采用更先進(jìn)的技術(shù)，如空氣靜壓軸承、精密陶瓷導(dǎo)軌、微驅(qū)動(dòng)和微進(jìn)給技術(shù)、精密定位技術(shù)、精密控制技術(shù)及其他先進(jìn)技術(shù)。當(dāng)然，提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速也是行之有效的辦法?，F(xiàn)在超精密加工機(jī)床的轉(zhuǎn)速已從每分鐘幾千轉(zhuǎn)提高到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)。模具成型技術(shù) 據(jù)有關(guān)資料估計(jì)，汽車(chē)、飛機(jī)、、電機(jī)、儀表及家電產(chǎn)品的以上零部件是用模具加工出來(lái)的。預(yù)計(jì)這幾年產(chǎn)品粗加工的 和精加工的將由模具來(lái)完成。模具成型的關(guān)鍵是如何提高模具本身的加工精度。它已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造件，而德國(guó)研制成功的 技術(shù)也能大微機(jī)的度，因，要求作維工和組裝時(shí)，仍需研究制造形狀的新工藝?，F(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的有微放電加工、光造型法工藝以及封裝工藝和微機(jī)械的裝配工藝等。國(guó)外有人用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)了分子結(jié)構(gòu)的微機(jī)械器件，如用個(gè)原子構(gòu)成一個(gè)軸承。不過(guò)，要把這個(gè)變成現(xiàn)實(shí)，還需較長(zhǎng)的時(shí)間。微機(jī)械技術(shù)的研究還涉及控制技術(shù)、能量傳輸、通信技術(shù)等多方面技術(shù)，必須進(jìn)行多學(xué)科的協(xié)作才能形成微機(jī)械的技術(shù)體系。檢測(cè)傳感技術(shù)中的關(guān)鍵是傳感器。它是將現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中被檢測(cè)對(duì)象的各種物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。它主要被用于檢測(cè)現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中的自身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，向控制器提供信息以決定系統(tǒng)的動(dòng)作。傳感器的精度、靈敏度和可靠性很大程度決定了系統(tǒng)性能的好壞。因此它在系統(tǒng)中占有非常重要的地位。與以計(jì)算機(jī)為中心的控制技術(shù)相比，檢測(cè)傳感技術(shù)發(fā)展比較緩慢，不能滿足技術(shù)發(fā)展的要求?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中的一些功能和性能不能有很大的改進(jìn)，其重要原因往往是沒(méi)有合適的可實(shí)用的傳感器。一種新型傳感器的出現(xiàn)，可能會(huì)使整個(gè)現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍，因此人們把傳感器稱為“現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的起點(diǎn)”并不過(guò)分。檢測(cè)傳感技術(shù)包含兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是傳感器的本身的研究和應(yīng)用；二是檢測(cè)裝置的研究與開(kāi)發(fā)。傳感器的發(fā)展是伴隨新材料、新原理的出現(xiàn)而產(chǎn)生的。 年代中導(dǎo)體術(shù)滲到傳感器領(lǐng)域，出現(xiàn)了半導(dǎo)體溫度傳感器和半導(dǎo)體磁傳感器等元件。陶瓷和有機(jī)材料進(jìn)入傳感器領(lǐng)域，出現(xiàn)了性能穩(wěn)定的新型溫度、濕度、速度、離子等傳感器。光導(dǎo)纖維在傳感器中的應(yīng)用，解決了電量傳輸?shù)牡葐?wèn)題。錄等處理的裝置。微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使測(cè)量裝置發(fā)生了根本性的變化。帶微機(jī)的測(cè)量裝置既擴(kuò)大了檢測(cè)的功能，又提高了測(cè)量精度和可靠性，成為檢測(cè)傳感技術(shù)中非常重要的部分。隨著現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)功能不斷地?cái)U(kuò)大以及控制技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)檢測(cè)傳感技術(shù)的要求越來(lái)越高，目前該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要是集成化和智能化。集成化有兩個(gè)含義：一是把相同性質(zhì)或不同性質(zhì)的傳感器集成裝配在一起，形成矩陣式傳感器或復(fù)合式傳感器；二是把傳感器和測(cè)量裝置集成在一起，形成傳感器。集成傳感器使檢測(cè)傳感裝置具有多功能、小型化，使其性能提高且更加穩(wěn)定可靠。智能化主要是指檢測(cè)傳感裝置中裝有較強(qiáng)的微型機(jī)或微處理器，使其具有自動(dòng)判斷、自動(dòng)處理和自動(dòng)操作等功能。隨著微機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)傳感技術(shù)的智能化發(fā)展很快。目前許多檢測(cè)傳感裝置中已經(jīng)具有了以下功能：能自動(dòng)對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如排序、統(tǒng)計(jì)等功能。能自動(dòng)進(jìn)行誤差及非線性修正，對(duì)環(huán)境因素帶來(lái)的溫漂和噪聲影響自動(dòng)給予抑制或消除。能自動(dòng)進(jìn)行校正、標(biāo)定。能對(duì)一些故障進(jìn)行自和一定的自處理?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中的自動(dòng)控制技術(shù)是指對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制技術(shù)，它包括對(duì)機(jī)械部分的定位自動(dòng)控制的理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制原理，它可分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。經(jīng)典控制理論研究對(duì)象主要是單變量的線性時(shí)不變系統(tǒng)。它所使用的數(shù)學(xué)工具是拉氏變換。用傳遞函數(shù)方法在頻率域內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)分析。其控制原理是負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)，以自動(dòng)調(diào)節(jié)器作為反饋控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，因此經(jīng)典控制理論亦稱自動(dòng)調(diào)節(jié)原理。陣論和集合論。它是用狀態(tài)空間法在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)分析，用狀態(tài)方程描述系統(tǒng)過(guò)程。根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)及條件，分析估算好下一步的狀態(tài)?，F(xiàn)代控制理論研究的主要內(nèi)容是最優(yōu)控制、隨機(jī)控制、自適應(yīng)控制和魯棒控制等。以上兩種控制理論人們統(tǒng)稱為傳統(tǒng)控制理論。它們的共同點(diǎn)都是基于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，即控制對(duì)象和干擾都要用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方程和函數(shù)表示?？刂频娜蝿?wù)和目標(biāo)一般都比空航天控制系統(tǒng)等用傳統(tǒng)的控制理論難于解決，從 年代以后智能控制開(kāi)始興起逐漸形成一門(mén)新興的學(xué)科。智能控制系般具有學(xué)習(xí)功能，自適應(yīng)功能和自行組織與協(xié)調(diào)功能。它采用的主要數(shù)學(xué)工具是符號(hào)推理與數(shù)值計(jì)算的結(jié)合以及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊理論等。智能控制是一門(mén)新興的多個(gè)領(lǐng)域交叉的學(xué)科，其理論還不太成熟，但是實(shí)際的需要有力推動(dòng)了智能控制理論和技術(shù)的發(fā)展，具有非常廣闊的前景。在現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中將逐漸發(fā)揮它的重要作用。 伺服系統(tǒng)工程化方面更要進(jìn)行重點(diǎn)研究。伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械參數(shù)，如位移、速度等作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、精密和測(cè)量?jī)x、自動(dòng)化系統(tǒng)和各種自動(dòng)裝卸系統(tǒng)等許多方面都有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中沒(méi)有檢測(cè)環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)。運(yùn)算處理環(huán)節(jié)的主要作用是把被控參數(shù)的實(shí)際值與給定值進(jìn)行比較和運(yùn)算，產(chǎn)生誤差信號(hào)的大小和方向，以確定驅(qū)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)的速度與方向。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，給伺服系統(tǒng)帶來(lái)了新的動(dòng)力。目前運(yùn)算處理環(huán)節(jié)中大都應(yīng)用了微型計(jì)算機(jī)，使許多先進(jìn)、有效的控制算法得以實(shí)現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的性能和運(yùn)行效率。功率放大環(huán)節(jié)的主要作用是將運(yùn)算處理環(huán)節(jié)輸出的誤差信號(hào)進(jìn)行功率放大，使驅(qū)動(dòng)部件沿著誤差信號(hào)減小的方向運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)誤差信號(hào)變化趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整功率放大系統(tǒng)，控制驅(qū)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的速度。驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的主要作用是驅(qū)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，迅速準(zhǔn)確地到達(dá)指定位置或指定速度檢測(cè)環(huán)節(jié)的作用是對(duì)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)或驅(qū)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)如位移、速度等）進(jìn)量，并變換成電信號(hào)作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)。反饋環(huán)節(jié)是將檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砘蜃儞Q，以滿足運(yùn)算處理環(huán)節(jié)對(duì)反饋信號(hào)的要求。伺服系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有三個(gè)：穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)品質(zhì)和精度穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是一個(gè)系統(tǒng)能正常工作的先決條件，同時(shí)又是系統(tǒng)動(dòng)作保持一致性的先決條件。為了保證系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，要求伺服系統(tǒng)在工作過(guò)程中能盡量減少受負(fù)載變化和電壓波動(dòng)等各種因素的干擾所造成的影響。因此，穩(wěn)定性是指控制系統(tǒng)排除干擾，使被控對(duì)象能正常有效地運(yùn)行的能力。動(dòng)態(tài)品質(zhì)：控制系統(tǒng)在控制信號(hào)或干擾信號(hào)作用下，被控量必需盡快調(diào)整到目標(biāo)值。反映這一調(diào)整過(guò)程快慢的指標(biāo)就是動(dòng)態(tài)品質(zhì)，常用過(guò)渡過(guò)程的快慢來(lái)表示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)的好壞。在被控量向目標(biāo)值調(diào)整時(shí)，由于系統(tǒng)存在慣量，如果控制器調(diào)節(jié)速度過(guò)快，被控參數(shù)就會(huì)沖過(guò)目標(biāo)值范圍而產(chǎn)生“超調(diào)”。此時(shí)控制器就需反向調(diào)節(jié)，而反向調(diào)節(jié)也可能要沖過(guò)目標(biāo)值超調(diào)無(wú)超調(diào)和振蕩，但被控參數(shù)達(dá)到目標(biāo)值范圍的過(guò)渡時(shí)間太長(zhǎng)，系統(tǒng)反應(yīng)調(diào)節(jié)就太慢了，這就稱“欠調(diào)節(jié)圖顯示了三種典型的動(dòng)態(tài)品質(zhì) 圖中的 為上升時(shí)間，代表系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的響應(yīng)速度。它主要取決于系統(tǒng)的阻尼比。 則為過(guò)渡過(guò)程時(shí)間或稱調(diào)整時(shí)間，表示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程結(jié)束的迅速程度。為超調(diào)量。前面系統(tǒng)的阻尼比小則系統(tǒng)響應(yīng)速度快，但是阻尼比過(guò)小，則會(huì)增大超調(diào)量和超調(diào)時(shí)間 精度：控制器在對(duì)被控參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)，由于種種原因，使實(shí)際被控參數(shù)與目標(biāo)值之間存在一定的誤差，這種差異就表示了系統(tǒng)的精度。伺服系統(tǒng)工作過(guò)程中通常有三種誤差，即動(dòng)態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差。系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程中，被控量與目標(biāo)量之間的偏差稱為動(dòng)態(tài)誤差；而動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程結(jié)束后被控量與目標(biāo)量之間的偏差為穩(wěn)態(tài)誤差；而靜態(tài)誤差則是指系統(tǒng)組成的元器件本身的誤差及干擾等所引起的系統(tǒng)被控量與目標(biāo)量之間的偏差。這里涉及到傳感器的靈敏度、精度、信號(hào)處理器的零點(diǎn)漂移和死區(qū)、機(jī)械部件的間隙、各元器件的非線性等，當(dāng)然這與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)算法等也有較大的關(guān)系。響應(yīng)性現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)至今已經(jīng)成為一個(gè)以機(jī)械技術(shù)為基礎(chǔ)、以電子技術(shù)為的跨學(xué)科綜合系統(tǒng)。從硬件構(gòu)成來(lái)看，它包括機(jī)械機(jī)構(gòu)、動(dòng)力設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、控制裝置等。如何把這些不同類型的功能單元有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使它們相互協(xié)調(diào)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成一個(gè)完整優(yōu)化的系統(tǒng)，這就是系統(tǒng)總體技術(shù)的研究?jī)?nèi)容。因此，所謂系統(tǒng)總體技術(shù)就是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，將整體分解成若干功能單元，找出能完成各個(gè)功能的技術(shù)方案，再把功能和技術(shù)方案組總體方案，進(jìn)而進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和選優(yōu)的綜合技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)包括的內(nèi)容很多，但歸納起來(lái)，主要是三個(gè)方面：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試和系統(tǒng)評(píng)價(jià)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是要綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)各自的特長(zhǎng)，組成一個(gè)有效、可靠、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)，去占領(lǐng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性活動(dòng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的因素很多，有技術(shù)的、經(jīng)濟(jì)的、社會(huì)的。就現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要注意以下幾個(gè)方面：整體功能優(yōu)化功能是系統(tǒng)的屬性，也是系統(tǒng)（產(chǎn)品）的價(jià)值所在。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)功能指標(biāo)。設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮功能指標(biāo)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)性，又要注意不能一味追“場(chǎng)定合理的功能指標(biāo)。技術(shù)上機(jī)電互補(bǔ)現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維方式，綜合考慮機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)各自的特點(diǎn)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。這就要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作者要從機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)技術(shù)、全面權(quán)衡技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的得失，采取正確的決經(jīng)濟(jì)效益最大系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要注意正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化制造工藝，采用先進(jìn)成熟技術(shù)，分組采用材質(zhì)和零部件，以降低生產(chǎn)成本。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)要非常重視可靠性設(shè)計(jì)和綠色設(shè)計(jì)，這樣不但可以取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以獲得很好的社會(huì)效益。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常用的原理方案設(shè)計(jì)方法是功能設(shè)計(jì)分析法。這種方法是抓住系統(tǒng)輸入輸出之間的本質(zhì)關(guān)系，將復(fù)雜系統(tǒng)的總功能，通過(guò)功能分析簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的功能單元求解，再采用形態(tài)綜合法進(jìn)行功能單元的組合，在眾多的組合方案中進(jìn)行定性到定量的優(yōu)選和評(píng)價(jià)，最后從中選出符合設(shè)計(jì)要求的最佳原理方案。系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試的主要內(nèi)容有硬件調(diào)試這里的硬件包括機(jī)械和電氣兩個(gè)方面的內(nèi)容。主要目的是發(fā)現(xiàn)和排除因設(shè)計(jì)、制造、裝配等過(guò)程中造成的。如機(jī)械方面，有運(yùn)動(dòng)部件之間的相互，運(yùn)動(dòng)范圍的變化、配合要求的不符以及（油、漏氣、漏水等問(wèn)題；電氣方面，有電壓電流不符電路轉(zhuǎn)換功能有誤以及各種因素產(chǎn)生的干擾等。調(diào)試 主要是驗(yàn)證系統(tǒng)的邏輯關(guān)系是否正確，控制功能是否符合設(shè)計(jì)要求等。功能調(diào)試 主要是把機(jī)和電、硬和軟各系統(tǒng)，調(diào)整系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)的功能和性能指標(biāo)調(diào)試方法一般有以下三種臺(tái)架試驗(yàn) 在模仿實(shí)際運(yùn)行情況中的幾種典型工況，在臺(tái)架中檢查各種功能指標(biāo)，看是否符合設(shè)計(jì)要求。計(jì)算機(jī)仿真 對(duì)于機(jī)械部分可以進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，觀察各種運(yùn)動(dòng)部件之間的動(dòng)作系。對(duì)控制系統(tǒng)就是離線仿真，目前比較流行的 已經(jīng)在實(shí)踐中受到了很好的效果。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或其局部進(jìn)行仿真，已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 在現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)正式投入運(yùn)行之前，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題。當(dāng)然這是最后也是不可缺少的調(diào)試。系統(tǒng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)評(píng)價(jià)主要是對(duì)其實(shí)現(xiàn)的功能、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行評(píng)價(jià)，現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是滿足市場(chǎng)需要，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。競(jìng)爭(zhēng)力的高低必須以各種定量指標(biāo)為依據(jù)。不同的指標(biāo)可選 法》一有關(guān)章節(jié)?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)是應(yīng)用系統(tǒng)總體技術(shù)，綜合機(jī)械、電子等，從整體目標(biāo)出現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)一般包括以下內(nèi)容分析技術(shù)資料，明確設(shè)計(jì)方向總體設(shè)計(jì)的重要前期工作就是要分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)尋找依據(jù)?，F(xiàn)在已容：技術(shù)水平 通過(guò)國(guó)內(nèi)外有關(guān)先進(jìn)技術(shù)資料和相關(guān)理論研究成果的分析，或與同類產(chǎn)品性能的比較，要清楚的了解現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平和趨勢(shì)。這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)技術(shù)定位的主要依據(jù)。如果缺少了這個(gè)技術(shù)依據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就存在極大的盲目性。功能要求系統(tǒng)的功能是用戶最關(guān)心的問(wèn)題，也是產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要內(nèi)容。如果不了解國(guó)內(nèi)外同類系統(tǒng)的主要功能和輔助功能的變化和發(fā)展，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)就會(huì)“制造工藝一個(gè)國(guó)家、一個(gè)公司的實(shí)力常常體現(xiàn)在它的制造工藝上。一個(gè)暢銷的新產(chǎn)品的出現(xiàn)往往是某個(gè)制造工藝的突破引起的，因此，要特別注意國(guó)內(nèi)外制造工藝的發(fā)展，盡可能研究分析各種工藝細(xì)節(jié)，使的設(shè)計(jì)有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的依托。當(dāng)然，這方面的資料信息，搜集和分析的難度都很大，需要付出更大的努力。綜合實(shí)際需要，確定功能指標(biāo)一項(xiàng)產(chǎn)品的推出總是以社會(huì)需要為前提的，沒(méi)有需要就沒(méi)有市場(chǎng)。但是社會(huì)需要是變化的，不同的時(shí)期、不同的環(huán)境，就會(huì)有不同的市場(chǎng)行情和需求，因此，產(chǎn)品要不斷的改進(jìn)和更新，適應(yīng)場(chǎng)的化，能像劃經(jīng)時(shí)代樣，品一是“面，也能因放，一切照搬國(guó)外的。設(shè)計(jì)師一定要樹(shù)立真正的市場(chǎng)觀念，以真實(shí)的社會(huì)需求作為最基本的出發(fā)點(diǎn)。所謂需求，實(shí)際上就是用戶對(duì)產(chǎn)品功能的需求。產(chǎn)品功能是與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素密 來(lái)表示。為了提高產(chǎn)品的價(jià)值，無(wú)非是增加功能，降低成本。但是，通常隨著功能的增加，產(chǎn)品的成本也會(huì)隨之上升。所以設(shè)計(jì)師必須進(jìn)行市場(chǎng)和用戶，以確立自己的方針和能和利用外觀功能，力求使產(chǎn)品能有效地占領(lǐng)市場(chǎng)。除上述的功能性指標(biāo)外，其他如經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（包括成本指標(biāo)、工藝性指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)、美學(xué)指標(biāo)等）和安全性指標(biāo)（包括操作指標(biāo)、自身保護(hù)指標(biāo)、安全指標(biāo)等）也要引起足夠的重視。分解系統(tǒng)功能，擬定總體方案系統(tǒng)分解是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的方法。把復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干個(gè)相互聯(lián)系、相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，可使設(shè)計(jì)和分析比較簡(jiǎn)單。根據(jù)需要，各子系統(tǒng)還可以再分解為更小的子系統(tǒng)，依次逐級(jí)分解，直至能進(jìn)行方便適宜的分析和設(shè)計(jì)為止。而系統(tǒng)總功能往往很多，為分析和研究方便，也需要進(jìn)行分解。對(duì)某一具體的現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)，其總功能分解到何種程度，取決于在哪個(gè)層次上找到相應(yīng)的技術(shù)支撐和結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能要求。對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)往往要將其總功能分解為若干級(jí)分功能，有的甚至要分解到最后不能再分解的功能單元。同級(jí)功能組合起來(lái)應(yīng)滿足上一級(jí)功能要求，最后組的整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)能滿足總功能要求。系統(tǒng)分解與功能分解雖然都是一種由大到小，由繁到簡(jiǎn)的分解過(guò)程，但它們分解的內(nèi)容是不一樣的。系統(tǒng)分解時(shí)，每個(gè)子系統(tǒng)仍是一個(gè)系統(tǒng)，它是具有比較密切結(jié)合關(guān)系的要素集合在一起，其結(jié)構(gòu)組成雖稍為簡(jiǎn)單，但其功能往往還是多項(xiàng)。而功能分解時(shí)，是按功能體系進(jìn)行逐級(jí)分解，有可能一直要分解到單元功能為止。系統(tǒng)分解與功能分解以后，復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作就相對(duì)變得比較簡(jiǎn)單。特別是分解到了功能單元，實(shí)現(xiàn)其功能的環(huán)節(jié)就比較明確。哪些采用機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)，哪些采用電類技術(shù)實(shí)現(xiàn)，哪些必須采用機(jī)與電兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)基本都能心中有數(shù)。他們就能選出實(shí)現(xiàn)各種環(huán)節(jié)功能和性能要求的多種可行結(jié)構(gòu)方案。將各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，就可形成可行的總體方案。認(rèn)真評(píng)價(jià)復(fù)查系統(tǒng)評(píng)價(jià)是一項(xiàng)很的工作，至今并無(wú)的好方法。系統(tǒng)評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)考慮的因素很多， 因素，常常使評(píng)價(jià)結(jié)果有所不同，因此評(píng)價(jià)又只是相對(duì)價(jià)值。系統(tǒng)評(píng)價(jià)的方法很多，特別是人工智能的介入，給系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)帶來(lái)了新意。但是種種方法都不十分完善全面。現(xiàn)在采用的較多的還是評(píng)審集體的方法，具體有名次計(jì)分法、平分法、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法等。評(píng)價(jià)的目標(biāo)基本上還是將系統(tǒng)的總收益與總投資費(fèi)用之比作為主要評(píng)價(jià)值?？傮w設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出綜合性能最優(yōu)或較優(yōu)的總體方案，作為進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)的依據(jù)。程，它貫穿在產(chǎn)品生命周期的全過(guò)現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類型與設(shè)計(jì)步驟現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)種類繁多，涉及的技術(shù)領(lǐng)域和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度有很大的不同，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類型也存在很大的區(qū)別。一般來(lái)說(shuō)現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為以下三種類型。開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)是一種從無(wú)到有的全新設(shè)計(jì)，是在既沒(méi)有參考樣機(jī)又沒(méi)有具體設(shè)計(jì)方案參照的情況下，根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理，根據(jù)擬設(shè)計(jì)新系統(tǒng)功能要求而進(jìn)行的創(chuàng)造性工作。開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者既有豐富的想象力，又有良好的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；有敏銳的市場(chǎng)洞察力，又要具有很強(qiáng)的突破性和創(chuàng)新意識(shí)。年喬治 德沃（首次設(shè)計(jì)出的第一臺(tái)可編程序工業(yè)機(jī)器人該說(shuō)典型的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。工業(yè)器人是一種自動(dòng)控制、重復(fù)編程、功能、多度操作機(jī)。能搬運(yùn)材料或工件，也能操作多種工具，完成相應(yīng)的作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保產(chǎn)品質(zhì)量，短生產(chǎn)準(zhǔn)備期，改善勞條件。在現(xiàn)化汽車(chē)工業(yè)電子工業(yè)中，成的焊、弧、涂機(jī)器以裝配機(jī)人經(jīng)成為可少的自化備。許家采用了工業(yè)機(jī)器人以后，已經(jīng)取得了重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！肮I(yè)機(jī)器人與其他自的主要區(qū)別在于，自是適應(yīng)大批量生產(chǎn)的的“剛性”自動(dòng)化設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人是一種適應(yīng)產(chǎn)品種類變化，具有可編程、多功能的“柔性”自動(dòng)“適應(yīng)性設(shè)計(jì) 適應(yīng)性設(shè)計(jì)是指在總的方案原理基本不變的情況下，對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行局部變動(dòng)和改進(jìn)，以適應(yīng)增加功能提高性能或降低成本、延長(zhǎng)使用的需要適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)深刻理解原系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和理論，要掌握不斷發(fā)展的高新技術(shù)，要了解市場(chǎng)變化的趨勢(shì)，因此適應(yīng)性設(shè)計(jì)并不是對(duì)原系統(tǒng)的修修補(bǔ)補(bǔ)，而是不斷地發(fā)展和提高。適應(yīng)性設(shè)計(jì)同樣需要?jiǎng)?chuàng)造和系統(tǒng)觀點(diǎn)，好的適應(yīng)性設(shè)計(jì)，將給開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)賦予旺盛的生命力。仍以工業(yè)機(jī)器人為例自 年發(fā)性設(shè)計(jì)問(wèn)世以來(lái)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已有了飛速發(fā)展，其結(jié)構(gòu)類型已從圓柱坐標(biāo)型、直角坐標(biāo)型發(fā)展到球坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型，目前還在不斷變化和發(fā)展。控制方式已從點(diǎn)位控制發(fā)展到連續(xù)軌跡控制，從位移控制、速度控制發(fā)展到力控制，控制器由簡(jiǎn)單電器控制發(fā)展到計(jì)算機(jī)集中控制和分級(jí)多層控制，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)已從直流伺服驅(qū)動(dòng)發(fā)展到交流伺服驅(qū)器人的編程方式已從示教向離線編程發(fā)展，實(shí)用的機(jī)器人編程語(yǔ)言已發(fā)展到幾十種。機(jī)器人的重復(fù)精度從提高到運(yùn)動(dòng)速度也從提高到。工業(yè)機(jī)器人之所以在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮了重要作用，一個(gè)要的原因是工業(yè)機(jī)器人在實(shí)踐中不斷得到提高和發(fā)展。這應(yīng)該歸功于適應(yīng)性設(shè)計(jì)。沒(méi)有廣大研究和設(shè)計(jì)不斷的努力和提高，工業(yè)機(jī)器人就沒(méi)有今天的業(yè)績(jī)。變參數(shù)設(shè)計(jì)變參數(shù)設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過(guò)改變規(guī)格容易，但設(shè)計(jì)也必須有比較豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)參數(shù)的改動(dòng)也必須進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算和必要的實(shí)驗(yàn)，對(duì)市場(chǎng)前景也要作充分的分析。值得強(qiáng)調(diào)的是變參數(shù)設(shè)計(jì)也必須要有總體觀念，因?yàn)槟骋粎?shù)的變化，有可能引起整個(gè)系統(tǒng)性能的變化，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)器人生產(chǎn)廠家與其他的生產(chǎn)廠家一樣，很重視產(chǎn)品的變參數(shù)設(shè)計(jì)。例如，世界上最大的工業(yè)機(jī)器人制造廠安川電機(jī)公司，就有多種工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品，其中六度的系列中就有負(fù)荷 總伸長(zhǎng)為 負(fù)荷為總伸長(zhǎng) 型；以及重復(fù)精度比上述兩類型號(hào)列則是小型化產(chǎn)品，負(fù)荷只有

略低的

等品種而，為六 ，，， 系列 系列 ，，現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)步驟沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定， 圖現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本步驟要根據(jù)具體情況實(shí)事求是地進(jìn)行一般來(lái)說(shuō)，一開(kāi)始總有一個(gè)產(chǎn)品目標(biāo)設(shè)想，然后進(jìn)行總的可行性論證和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。在總的意向確定以后，應(yīng)認(rèn)真地分析和確定總體功能、指標(biāo)，提出方案設(shè)想，然后進(jìn)行系統(tǒng)分析和功能分解，最后形成總體方案。為了保證總體方案的可行性，必要時(shí)需做方案試驗(yàn)和試驗(yàn)，同時(shí)要認(rèn)真做好分系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)以及各類接口設(shè)計(jì)。在這基礎(chǔ)上，就可以形成總體設(shè)計(jì)報(bào)告?？傮w設(shè)計(jì)中很重要的環(huán)節(jié)是要對(duì)總體設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行認(rèn)真嚴(yán)肅的評(píng)價(jià)與審定，要找一些真正內(nèi)行的進(jìn)行實(shí)事求是的評(píng)審。俗話說(shuō)，旁觀者清，特別在一些大的技術(shù)問(wèn)題上，一定聽(tīng)聽(tīng)意。不要反，總體計(jì)間不能短評(píng)審?fù)ㄒ?，一般說(shuō)，總體設(shè)計(jì)也就告一個(gè)段落，但是從現(xiàn)代設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要貫穿產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程。因此，在工程設(shè)計(jì)、試制和測(cè)試的中間或其后，總體設(shè)計(jì)仍有大量工作要做，只有把總體和系統(tǒng)的觀點(diǎn)貫穿于整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程，才能保證最后的成功?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中幾個(gè)應(yīng)注意的問(wèn)題現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要綜合運(yùn)用其各項(xiàng)共性，才能完成。這里預(yù)先提出幾個(gè)應(yīng)注意的問(wèn)題，以便大家對(duì)以后的篇章可以有更針對(duì)性的學(xué)習(xí)?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩個(gè)特點(diǎn)由于現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，因此使現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了更多的可選擇性和設(shè)計(jì)的靈活性，同時(shí)也給現(xiàn)代機(jī)械增加了復(fù)雜性。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中首先要注意設(shè)計(jì)方案中的兩個(gè)特點(diǎn)，即方案的等效性和互補(bǔ)性。等效所謂方案的等效性，就是指設(shè)計(jì)方案中有多種技術(shù)的方案同時(shí)存在，即要達(dá)到某能，的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，還可用微機(jī)控制的電子點(diǎn)火系統(tǒng)；稱重功能，有傳統(tǒng)的機(jī)械式的，也有現(xiàn)代的電子式的；最常見(jiàn)的計(jì)有技量，它們的量綱一般都不同，無(wú)法進(jìn)行直接比較，因此設(shè)計(jì)時(shí)就首先要找到它們的可比性，選擇具有相同量綱的性能指（以保證各種技術(shù)方案之間的可比性。一般說(shuō)來(lái)，具有等效性的技術(shù)方案只表現(xiàn)在系統(tǒng)某個(gè)層次的功能上，即系統(tǒng)的局部上，作為現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的總功能或主要功能，其可實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案往往表現(xiàn)為下面所述的互補(bǔ)性。具有互補(bǔ)性的技術(shù)方案是指系統(tǒng)的功能或其中某能單靠某一種技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而要通過(guò)機(jī)械與電子或的技術(shù)的有機(jī)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)的方案。例如，對(duì)軌跡的自動(dòng)功能，單用機(jī)械方案或單用電子方案都不能實(shí)現(xiàn)。它至少要有一個(gè)二度的架，需要有較精密的測(cè)角元件和其他檢測(cè)裝置，需要較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而在控制功能實(shí)現(xiàn)時(shí)又有硬、的互相配合。總之它需要機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)才能實(shí)現(xiàn)。而數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜零件自動(dòng)加工功能，機(jī)器人的搬運(yùn)、焊接、噴涂等功能都需要有多度機(jī)械機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟硬件之間的配合才能完成。機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)怎樣有機(jī)結(jié)合，怎樣優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、共同作用，這就是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要研究的主要問(wèn)題之一。系統(tǒng)性能指標(biāo)對(duì)總體方案的影響系統(tǒng)功能決定了系統(tǒng)的總體布局，但是具體的性能指標(biāo)同樣可能對(duì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案產(chǎn)生很大的影響。下面借用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明影響的情況。圖砂輪磨削速度控制的三種結(jié)構(gòu)方大家知道磨床主要是以砂輪磨削作為加工段，而砂輪磨削速度的穩(wěn)定性對(duì)被磨削零件的表面質(zhì)量有很大影響，因此不同用途、不同等級(jí)的磨床對(duì)砂輪磨削速度的穩(wěn)定性有著不同的要求。圖三種結(jié)構(gòu)方案。

是根據(jù)對(duì)砂輪磨削速度的穩(wěn)定性要求的不同，而設(shè)計(jì)的磨削速度控在圖）所示結(jié)構(gòu)方案中，砂輪轉(zhuǎn)速是原先設(shè)定的，不可調(diào)整。磨削速度的變化主是由于砂輪磨損而造成的砂輪直徑變小，變化范達(dá)圖所示結(jié)方以砂輪直徑為反饋量調(diào)整砂輪轉(zhuǎn)速即砂輪磨損產(chǎn)生的影響用提高砂輪轉(zhuǎn)速來(lái)補(bǔ)償。這時(shí)磨削速度的變化主要是電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、磨削力的變化等原因引起的，變化范圍約為圖）所示方案是在砂輪的傳動(dòng)軸上引出轉(zhuǎn)速反饋，以保證砂輪轉(zhuǎn)速不受外界干擾，這時(shí)磨削速度的變化可控制在左右，磨削速度已有比較高的穩(wěn)定性。如果以磨削速度的變化范圍為約束條件，以成本和可靠性為優(yōu)化目標(biāo)，來(lái)選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，則可有下面幾種結(jié)果：當(dāng)磨削速度變化范圍要求可大于 進(jìn)行評(píng)價(jià)可確定圖所示結(jié)構(gòu)方案最佳因?yàn)樵摲桨附Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低可靠性好。當(dāng)磨削速度變化范圍要求不大于 時(shí)，后兩種方案都是可行的，優(yōu)化結(jié)果為圖）所示方案較好。由于該方案具有機(jī)電互補(bǔ)性，因而還需進(jìn)一步進(jìn)行子功能分配、性能指標(biāo)分配等定量?jī)?yōu)化工作。經(jīng)過(guò)定量?jī)?yōu)化可得出該方案的變形方案，即采用手動(dòng)調(diào)整砂輪轉(zhuǎn)速的方案，這樣可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高可靠性當(dāng)磨削速度變化范圍要求不大于時(shí)則后兩方也都是行，優(yōu)化果是兩種方案的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值相差不多，因此還應(yīng)增加優(yōu)化指標(biāo)，進(jìn)行進(jìn)一步的定量?jī)?yōu)化，以便作出最后的決策。當(dāng)磨削速度變化范圍要求不大于時(shí)，則只有第三種方案可行，但為獲得該方的具體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案，還應(yīng)做進(jìn)一步的定量?jī)?yōu)化從上述論述可以看出，性能指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和方案都有較大的影響。因此在系統(tǒng)功能確定以后，在具體各項(xiàng)性能指標(biāo)時(shí)要慎重，以免給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和總體方案造成不良影響。在總體方案初步確定以后，對(duì)方案中的各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)統(tǒng)籌分配機(jī)與電的具體設(shè)計(jì)指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)都是互相聯(lián)系的，它們對(duì)系統(tǒng)中的某一性能都會(huì)產(chǎn)生不同的影響，合理分配各環(huán)節(jié)的性能指標(biāo)，限定它們的影響，這對(duì)系統(tǒng)的成功將起著非常大的作用。在進(jìn)行性能指標(biāo)分配時(shí)，設(shè)計(jì)一定要對(duì)各環(huán)節(jié)影響性能指標(biāo)的程度與范圍做到心中有數(shù)。在滿足約束條件的前提下，采用不同的分配方法將性能指標(biāo)分配給各環(huán)節(jié)，構(gòu)成多個(gè)可行方案。然后進(jìn)一步選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化指標(biāo)，對(duì)這些可行方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，從中選出最優(yōu)的方案。下面借車(chē)床刀架進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給精度分配為例，說(shuō)明性能指標(biāo)的分配方法。圖開(kāi)環(huán)控制車(chē)床刀架功能框圖是開(kāi)環(huán)控制的某車(chē)床刀架進(jìn)給系統(tǒng)的功能框圖。由圖 可見(jiàn)，該系統(tǒng)由數(shù)控置、驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電、器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)和刀架等環(huán)節(jié)組成?，F(xiàn)在的問(wèn)題是要對(duì)各組成環(huán)節(jié)進(jìn)行精度指標(biāo)的分配。設(shè)計(jì)的約束條件是刀架運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)特征指標(biāo)，即最大走刀速度最大定位誤差。由于這里只作精度分配，不考慮不同的結(jié)構(gòu)實(shí)首先分析各組成環(huán)節(jié)誤差產(chǎn)生的原因、誤差范圍及各精度等級(jí)的生產(chǎn)成本。產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)及原因如下：刀架環(huán)節(jié)為減少建立可行方案及優(yōu)化計(jì)算的工作量，可將一些環(huán)節(jié)合并，并用等效的綜合結(jié)果來(lái)表達(dá)。因此，這里將床身各部分的影響也都列在刀架一個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)，將刀架相對(duì)主軸軸線的徑向位置誤差作為定位誤差。經(jīng)分析可知，床身各部分影響定位誤差的主要因素是床鞍在水平面內(nèi)移動(dòng)的直線度，其精度值與響應(yīng)的生產(chǎn)成本見(jiàn)表絲杠環(huán)節(jié)絲杠螺母副傳動(dòng)精度直接影響刀架的位置誤差，它有兩種可選擇的結(jié)構(gòu)形式，即普通滑動(dòng)絲杠和滾動(dòng)絲杠，分別對(duì)應(yīng)著不同的精度等級(jí)。如果假定絲杠螺母副的傳動(dòng)間隙已通過(guò)間隙消除機(jī)構(gòu)加以消除，則傳動(dòng)誤差是影響位置誤差的主要因素，其具體數(shù)值及對(duì)應(yīng)成本列于表應(yīng)著滑動(dòng)絲杠。

兩個(gè)精度等級(jí) 器環(huán)節(jié) 該環(huán)節(jié)誤差主要來(lái)自齒輪的傳動(dòng)誤差，齒側(cè)間隙產(chǎn)生的誤差應(yīng)采用間隙消除機(jī)構(gòu)加以消除。床鞍移動(dòng)誤差和絲杠傳動(dòng)誤差的方向與量綱和定位誤差相同，不需要進(jìn)量綱轉(zhuǎn)換，齒輪的傳動(dòng)差則需依據(jù)步確定的參，如絲杠導(dǎo)、齒輪直徑傳比等，轉(zhuǎn)換成與定位誤差有相同方向和量綱的等效誤差?？紤]到兩種可能的傳動(dòng)比和兩個(gè)可能的齒輪精度等級(jí)，共得到四個(gè)品質(zhì)等級(jí)的等效誤差和響應(yīng)的成本，并列于 中。 數(shù)控環(huán)節(jié) 這個(gè)環(huán)節(jié)里包括了數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)在不同載荷作用下，其轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置對(duì)理論位置的偏移角也不同，在不失步正常運(yùn)行的情況下，該偏移角不超過(guò)個(gè)步距角。此外，雖然數(shù)控裝置的運(yùn)算精度可達(dá)很高，但由于步進(jìn)電機(jī)的控制指令是以脈沖為單位的，因此數(shù)控裝置仍會(huì)產(chǎn)生士 個(gè)步距角的舍入誤差。這樣，數(shù)控環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的總誤差 個(gè)步距角，且應(yīng)將步距角轉(zhuǎn)換成刀架運(yùn)動(dòng)方向上的脈 限制了脈沖當(dāng)量的下限，因此通?？捎米畲笞叩端俣瘸圆竭M(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率來(lái)求取最小脈沖當(dāng)量，并作為精度指標(biāo)分配的參考值。表 中列出的數(shù)控環(huán)節(jié)最小脈沖當(dāng)量是根據(jù)選定的兩種具有不同最高運(yùn)行頻率的步進(jìn)電機(jī)按上述方法計(jì)算得出的。根據(jù) ，可以找出若干滿足最大定位誤差要求的可行方案。部分可行方案列于其中總成本一欄是各可行方案的優(yōu)化指標(biāo)值。若有多個(gè)優(yōu)化指標(biāo)值，可按有關(guān)評(píng)價(jià)方法求出綜合指標(biāo)值列入該欄。表可以看出，第三個(gè)方案的成本最低。因此，是表中所列五個(gè)可行方案中的最優(yōu)方案。該方案的具體實(shí)現(xiàn)形式是：采用高頻步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，較高精度等級(jí)的齒輪和高精度的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)，較低精度的床身導(dǎo)軌支承和導(dǎo)向。選定該方案后，它對(duì)各組成環(huán)節(jié)的精度要求也就自然成為各環(huán)節(jié)進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)的精度指標(biāo)。上述兩個(gè)設(shè)計(jì)中有關(guān)性能指標(biāo)的例子，讀者只要掌握示例目的和思考方法便可。對(duì)例子中的一些具體技術(shù)和數(shù)字，不明，可以作為問(wèn)題帶入到以后的學(xué)習(xí)中。，朱，黃雨華機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：機(jī)械工業(yè) 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：中國(guó)水利水電，， 機(jī)電設(shè)計(jì)基 ：機(jī)械工業(yè)張建民 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)：理工大學(xué) 機(jī)電實(shí)用技術(shù) ：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)， 機(jī)電機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) ：機(jī)械工業(yè)，吳本奎 機(jī)電及其發(fā)展策 ：機(jī)械工業(yè) 機(jī)電技術(shù)及其應(yīng) ：機(jī)械工業(yè)唐仲文，王信義 機(jī)電技術(shù)手 ：機(jī)械工業(yè) 驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行裝電 力 電力驅(qū)動(dòng)元件的主要類型有兩回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)型電力驅(qū)動(dòng)元件 其功能是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械，輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，如步進(jìn)電、直流伺服電、交流伺服電等；直線運(yùn)動(dòng)型電力驅(qū)動(dòng)元件 其功能是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能直線步進(jìn)電、平面步進(jìn)電、直線伺服電等。

輸出直線運(yùn)動(dòng)和力，步進(jìn)電工作原理 步進(jìn)電分為反應(yīng) 所示為反應(yīng)式步進(jìn)電的工作原理。步進(jìn)電由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子包括三磁極的鐵心，其上分別纏有相繞組，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊合而成，其上做出個(gè)齒。令各繞組順次通電，例如，開(kāi)始時(shí)相通電，則磁極產(chǎn)生電磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)子，使齒對(duì)準(zhǔn)磁極。然后變換為 則的電磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子，使 齒對(duì)準(zhǔn)磁 轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)再變換為相通

齒對(duì)準(zhǔn)磁極

相循環(huán) 反應(yīng)式步進(jìn)電的工作原

轉(zhuǎn)子作出減小磁阻的反應(yīng)，轉(zhuǎn)到磁阻最小的平衡位置上停留，故名反應(yīng)式步進(jìn) 若改變通電順序按相順次通電，則轉(zhuǎn)子順時(shí)針回轉(zhuǎn)。電 為相時(shí)稱三相雙三拍方式為 可由下式計(jì)算式中，為步距角時(shí)

為步進(jìn)電的相數(shù)；為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；為狀態(tài)系雙三拍時(shí)小轉(zhuǎn)角分辨力高一般 單位為為式中，為輸入脈沖頻率單位為脈沖 為步距角圖永磁式步進(jìn) 的工作原圖所示為永磁式步進(jìn)電的工作原理。轉(zhuǎn)子為永磁體其上做出 括兩對(duì)磁極，其鐵心上分別纏圖永磁式步進(jìn) 的工作原）（相順次通電時(shí)，磁極產(chǎn)生的磁力線吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針回轉(zhuǎn)，步距角為若按）（）相順次通電，則步距角為永磁式步進(jìn)電的轉(zhuǎn)子為永磁體，定子磁極對(duì)轉(zhuǎn)子的，較反應(yīng)式為大。獲得相同轉(zhuǎn)矩時(shí)，永磁式步進(jìn)電的體積較小，耗電量亦小。永磁式步進(jìn)電轉(zhuǎn)子的電磁阻尼較大，可縮短每步的停轉(zhuǎn)時(shí)間。當(dāng)電源切斷后，轉(zhuǎn)子受永磁體磁場(chǎng)作用，有定位轉(zhuǎn)矩，被充磁限制了齒數(shù)步距角較大一般最大圖所示為混合式步進(jìn)電的工作原理。轉(zhuǎn)子由磁鋼左齒盤(pán)及右齒盤(pán)組成，左、右齒盤(pán)上均有個(gè)齒，兩齒盤(pán)上的齒在圓周方向錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距角。定子有、，共四對(duì)磁極，每對(duì)磁極的鐵心上纏有相應(yīng)的繞組。磁鋼的磁路 由極經(jīng)左齒盤(pán)、左氣隙定子鐵心右氣隙右齒盤(pán)極回到極。當(dāng)相繞組通電時(shí)相繞組的電磁路、，、由左齒對(duì) 磁極的上方 個(gè)齒和最方 個(gè)（截面圖示位置經(jīng) 極、定子心 右齒盤(pán)上正對(duì) 磁極的左方 個(gè)齒和最方 （ 截面圖示位置）及磁鋼，回到左齒盤(pán)。上述正對(duì) 與 磁極的 個(gè)齒與磁極間的氣隙最小，因此磁阻最小，磁勢(shì)最大，兩截面圖示轉(zhuǎn)子位置是磁勢(shì)與電磁勢(shì)的磁的、 相繞組通電時(shí)轉(zhuǎn)子的平衡位置。當(dāng)變換為 左齒盤(pán)；一磁鋼；一定子鐵心；一右齒盤(pán)； 相繞組通電時(shí)的電磁路圖混合式步進(jìn)電的工作原混合式步進(jìn)電的轉(zhuǎn)子由磁鋼和齒盤(pán)組成，磁鋼只有一對(duì)磁極，制造容易。齒盤(pán)上的齒不必充磁，可做得很小，齒數(shù)較多，故具有反應(yīng)式電的步距角小，位置分辨力高優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)子具有磁場(chǎng)，與定子磁極間吸力大，故具有永磁式電的體積小、省電和有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。圖步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)電源的組步進(jìn)電的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)電源用來(lái)分配脈沖和放大功率。分配脈沖可由硬件實(shí)現(xiàn)，如圖所示也可利用微機(jī)由來(lái)實(shí)現(xiàn)。硬件分配 電路組成觸發(fā)器控制電正反轉(zhuǎn)。當(dāng) （或 ）口輸入高電平，（或 口低電平時(shí)，（或輸出高電平則電機(jī)（或反轉(zhuǎn)當(dāng)電轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)觸發(fā) 將變頻信號(hào)電源送的脈沖系 送至觸發(fā)器。 個(gè)與非門(mén)電路配合下，輪流翻轉(zhuǎn)變輸出口所示。

的電平，發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配脈沖，如一接電源

輸出口，接功率放大器

，接變頻信號(hào)電 一用；三相六拍的輸，接電正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)；一用于三相雙三拍的輸，接電正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)輸，接六拍、三拍運(yùn)行時(shí)的復(fù)位控制信號(hào)； 環(huán)形分配表環(huán)形分配器的工作狀圖所示為型三相反應(yīng)式步進(jìn)電 的環(huán)形分配器集成電路的管腳功能。利用該，可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電按三相六拍或雙三拍運(yùn)行相，脈沖分配器輸出信號(hào)的功率很小，電流約為數(shù)十毫安，須借助功率放大器，使電流達(dá)到數(shù)安培至數(shù)十安培，才能滿足步進(jìn)電定子繞組通電的需要。常用的功率放大器有單電壓驅(qū)動(dòng)和雙電壓驅(qū)動(dòng)兩種。圖 相，繞組的驅(qū)動(dòng)電路，其余與相的電路相同。為大功率三管，起無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)作用。當(dāng)環(huán)形分配 相輸出信號(hào)的電壓為。，高電平時(shí) 管導(dǎo)通，電定子 相繞組通電；低電平時(shí)截止，相繞組斷電 相繞組的電感二極 用。，泄 中的感應(yīng)電流，起續(xù)流和保 管作用。電 用來(lái) 單電壓驅(qū)動(dòng)電善電流動(dòng)態(tài)性能，提高起動(dòng)頻率；電 用來(lái)抵 的副作用采電壓驅(qū)動(dòng)電路。步進(jìn)電的選用與交、直流伺服電相比，步進(jìn)電具有下列優(yōu)點(diǎn)控制簡(jiǎn)單容易步進(jìn)電的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速取決于脈沖數(shù)或脈沖頻率，而不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。脈沖信號(hào)則容易借助數(shù)字技術(shù)，予以控制。體積小步進(jìn)電及其驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，能裝入儀器、儀表及小型設(shè)備的。價(jià)格低步進(jìn)電既是動(dòng)力元件，又是角位移控制元件，不需要測(cè)量裝置和反饋系統(tǒng)，故控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。但步進(jìn)電的轉(zhuǎn)矩和功率較小，角位移和角速度精度較低，步距角小時(shí)，難于獲得高轉(zhuǎn)。上所述步電用中小型電設(shè)和器、儀中可與傳裝合，成為開(kāi)環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。在步距角小，功率小以及價(jià)格低的場(chǎng)合宜選用反應(yīng)式步進(jìn)電。在距角大，運(yùn)速度低，對(duì)位性能要求的場(chǎng)合，宜用永磁式步電。對(duì)既要求步又要能好可選步進(jìn)電。步進(jìn)電型號(hào)選擇的依據(jù)是工藝要求和步進(jìn)電的性能。步進(jìn)電的主要性能指標(biāo)如下：最大靜轉(zhuǎn)矩當(dāng)步進(jìn)電通電，并處于平衡位置時(shí)，借助外力使轉(zhuǎn)子離開(kāi)平衡位置所需極限轉(zhuǎn)矩，稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。此指標(biāo)可用來(lái)計(jì)算步進(jìn)電的負(fù)載能力指標(biāo)，即電圖圖機(jī)的矩頻特

運(yùn)行矩頻特性 步進(jìn)電的輸出轉(zhuǎn)矩隨運(yùn)行頻率的變化而改變。例為電運(yùn)行曲線運(yùn)行，則輸出轉(zhuǎn)矩越小。選擇步進(jìn)電時(shí)，為保證電有足夠的輸出轉(zhuǎn)矩而不失步，應(yīng)使步進(jìn)電的轉(zhuǎn)矩 工作點(diǎn)落在特性曲線的下方。最高啟動(dòng)頻率步進(jìn)電的最高啟動(dòng)頻率是衡量步進(jìn)電高速能力的指標(biāo)，可分為空載和額定負(fù)載兩項(xiàng)。步進(jìn)電在空載狀況下，由狀態(tài)不失步在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩狀況下加速，稱為額定負(fù)載下的最高啟動(dòng)頻率，它比空載最高啟動(dòng)頻率要低得多。步進(jìn)電的角位移分辨力步進(jìn)電的步距角代表角位移分辨力。步距角越小，則分辨力越高。利用細(xì)分電路來(lái)添加細(xì)分功能，可使分辨力大幅度提高。例如：在步距角為的步進(jìn)電上添加細(xì)分功能，則分辨力可達(dá)到靜態(tài)步距角誤差空載時(shí)實(shí)測(cè)的步進(jìn)電步距角與理論步距角之差，稱為靜態(tài)步距角誤差。它在一定程度上反映了步進(jìn)電的角位移精度。靜態(tài)步距角誤差主要決定于步進(jìn)電的制造誤差。例如，步進(jìn)電制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)步距角為時(shí)允許的靜態(tài)步距角誤差為理論步距角的直流伺服工作原理圖 所示為直流伺服電的工作原理。直流伺服電由定子、轉(zhuǎn)子、電刷、換相片等零件組成。定子上有磁，它可以是永磁體，也可以是由硅鋼片疊合而成；；；產(chǎn)生固定的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子上纏有線圈，稱電樞繞組，內(nèi)通直流電，便產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。利用電刷和換相片，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向保；；；；持不變，轉(zhuǎn)子繼續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。改變直流電 磁 電樞繞 磁極一電 一換相；的電壓，便可變換轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 直流伺服 的工作原；；；電的轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩特性表達(dá)式如；；；，；式 為電轉(zhuǎn)，；；通為電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；

為電樞電壓為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。

為電樞電 為電轉(zhuǎn) 為定子磁場(chǎng)的 直流伺服電

根據(jù)式 線又稱機(jī)械特性曲線。該曲線表明，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響很小。這種特性符合許多機(jī)械的工作要求。上述通過(guò)改變電樞電壓來(lái)達(dá)到調(diào)速目的的方法，稱為電樞控制調(diào)速法。由于定子的磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，電樞電流可以達(dá)到額定值，輸出轉(zhuǎn)矩也可以達(dá)到額定值，故又稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速法。它在機(jī)電生產(chǎn)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。有的生產(chǎn)場(chǎng)合要求恒功率調(diào)速，如數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)電的調(diào)速，工藝要求機(jī)床主軸在低轉(zhuǎn)速段按恒轉(zhuǎn)矩工作，而在中、高轉(zhuǎn)速段按恒功率調(diào)速。相應(yīng)地，直流伺服電定子磁場(chǎng)采用電磁場(chǎng)，電在中、高速段工作時(shí)，通過(guò)改變定子繞組電壓來(lái)變換磁場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速；而低速段工作時(shí)，通過(guò)改變電樞繞組電壓來(lái)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這種方法稱為混合調(diào)速法。直流伺服電用于對(duì)執(zhí)行元件的位移精度或速度精度要求較高的場(chǎng)合。一般對(duì)精進(jìn)行閉環(huán)或半閉環(huán)控制。圖）所示為半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。借助測(cè)量裝置，可測(cè)量輸入指令；一補(bǔ)償器；一驅(qū)動(dòng)電源；一直流伺服電；一傳動(dòng)元件 行元件 碼盤(pán)；一轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)；一位移（角位移）反饋信 閉（半閉）環(huán)控制伺服系服系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)誤差，并進(jìn)行誤差補(bǔ)償。例如，用碼盤(pán)測(cè)量電軸的角位移，或用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電軸的轉(zhuǎn)速等。將實(shí)測(cè)值反饋到控制端，與輸出指令比較，發(fā)出對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹噶?。圖 ）所示為閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)，它與半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的不同點(diǎn)是，前者測(cè)量系統(tǒng)的末端件（執(zhí)行元件）的運(yùn)動(dòng)誤差，因此閉環(huán)控制的精度高于半閉環(huán)控制，但閉環(huán)控制系統(tǒng)較復(fù)雜，成本較高。圖脈寬調(diào)制型驅(qū)動(dòng)

直流伺服電的驅(qū)動(dòng)電源 直流伺服電的驅(qū)動(dòng)電源有兩類：脈寬調(diào)制型電源和晶閘管放大器電源。圖所示為脈寬調(diào)制型電源的工作原理。輸入電壓值固定的直 ，自動(dòng)開(kāi)關(guān)一般以每秒至次的頻由于二極管 的儲(chǔ)能和續(xù)流作用，串狀脈沖電流變?yōu)檫B續(xù)，便可變換直流電壓。設(shè)脈寬由 則直流伺服電的電樞繞組電壓由 ，從而使電調(diào)速。脈寬調(diào)制型驅(qū)動(dòng)電源輸出的電流波形較好，使電轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但功率不大。對(duì)于大功率直流伺服電，多采用晶閘管放大器電源。后者借助晶閘管整流，獲得直流電，并通過(guò)觸發(fā)晶閘管不同的控制角，來(lái)調(diào)節(jié)直流電源的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。直流伺服電的選用直流伺服電具有精度。設(shè)統(tǒng)時(shí)藝、行元電特點(diǎn)基礎(chǔ)上，選擇直流伺服電的型號(hào)。根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和功率當(dāng)工藝或負(fù)載要求恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，選用電樞控制調(diào)速方合調(diào)速法。根據(jù)執(zhí)行元件的質(zhì)量直流伺服電按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為小慣量電和大慣量電兩種。小慣量電的轉(zhuǎn)子為細(xì)長(zhǎng)型（減速時(shí)間短，對(duì)指令響應(yīng)快，具有高的響應(yīng)性能。但散熱條件差，溫升高，為了避免溫升過(guò)高，對(duì)輸入電樞繞組的電流加以限制，導(dǎo)致電功率和轉(zhuǎn)矩小。故小慣量直流伺服電適用于驅(qū)動(dòng)小質(zhì)量的傳動(dòng)元件和執(zhí)行元件，或用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率較小的場(chǎng)合。大慣量電的轉(zhuǎn)子直徑大，輸出轉(zhuǎn)矩大，可不經(jīng)齒輪副直接傳動(dòng)絲杠。由于轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度小，散熱條件好，可輸入電樞繞組較大的電流，獲得較大的輸出功率。故大

大慣量直流伺電的機(jī)械特慣量直流伺服電適用于驅(qū)動(dòng)大質(zhì)量的傳動(dòng)元件和執(zhí)行元件，或用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率較大的場(chǎng)合。根據(jù)伺服 的特性 所示為大慣量直流伺服 的機(jī)械特性曲線圖線是五條界線其中 為絕緣限制溫度的界線； 為電 機(jī)械特性曲線。這些圖線圍成三個(gè)工作區(qū)：連續(xù)工作區(qū)、繼續(xù)工作區(qū)和加（工作區(qū)。選用直流伺服電時(shí)，應(yīng)使不同工況時(shí)電的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩工作點(diǎn)落在相應(yīng)的工作區(qū)內(nèi)大慣量直流伺服電的調(diào)速范圍寬，低高速之比在伺服電，適用于調(diào)速范圍較寬的場(chǎng)合。

以上，故又稱寬調(diào)速直交流伺服電工作原理 交流伺服電分為同步型和異步型兩類。在機(jī)電生產(chǎn)系統(tǒng)中廣泛采用同步型交流伺服電。圖所示為同步型交流伺服電的工作原理。電本身由內(nèi)通以交流電，便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和，并吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 ，式中對(duì)數(shù)。，

為交流電源的頻率，單位 為定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，滯后角為隨負(fù)載的增加而變大。在允許值內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)子同步，大于允許值時(shí)失步。電的變速系借助變頻裝置實(shí)現(xiàn)。由變頻裝置提供頻率可變的交流電源，通過(guò)改變電源頻率來(lái)變換電轉(zhuǎn)速。除電本身外，

圖同步型交流伺服電的工作原理交流伺服電一般還帶有角位移、角速度檢測(cè)裝置。這些裝置與電本身同軸，連成一臺(tái)機(jī)組。交流伺服電的驅(qū)動(dòng)電源圖 所示為半閉環(huán)控制的交流伺服系統(tǒng)。交流伺服電的驅(qū)動(dòng)電源由整流器濾波器器 及控制電路組成。整流器 將固定頻率的交流電變換為直流電，再由逆變器變換為可變頻的交流電，輸入交流伺服電同控制系統(tǒng)發(fā)出的角位移指令 器 轉(zhuǎn)換為角速度指令 放大后經(jīng)分相器 得到三相正弦信號(hào)器 。調(diào)制器發(fā)出信號(hào)，控制逆變器中的晶閘管導(dǎo)通角，使輸入交流伺服電的三相交流電流按正弦波規(guī)律變化。改變正弦波頻率，便可調(diào)節(jié)電轉(zhuǎn)速。裝 用來(lái)測(cè)量電軸的角位 或角速 測(cè)得信號(hào)反饋至控制端與指 比較后發(fā)出補(bǔ)償指令或，對(duì)電軸的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。測(cè)功率裝 用測(cè)量電的輸入功率。實(shí)測(cè)值與設(shè)定值比較后，發(fā)出補(bǔ)償指令，控制整流器通角，調(diào)節(jié)直流電源電壓 ，從而調(diào)節(jié)電的輸入功率。

的晶閘管交流伺服電的選 直流伺服電有電刷和換相片，需保養(yǎng)和定期清掃。流伺服電是無(wú)電刷電，無(wú)此項(xiàng)保養(yǎng)要求。電刷和換相片還限制了直流伺服電轉(zhuǎn)速和功率的提高，而交流伺服電的轉(zhuǎn)速和功率不受這種限制，有較寬的調(diào)速范圍整流器； 濾波器；一逆變器； 一交流伺服電；測(cè)角位移或角速度裝置；一角位移補(bǔ)償器； 微分器；一角速度補(bǔ)償器；一放大器；一分相器；一三相正弦波脈寬調(diào)制器圖交流伺服系統(tǒng)（可達(dá)和功率范圍。由于交流伺服電的轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，故快速性好。交流伺服系統(tǒng)多為閉環(huán)控制，精度很高。交流伺服電本身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，但變頻裝置復(fù)雜，價(jià)格昂貴。在選用交流伺服電時(shí)，要綜合考慮工藝對(duì)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩要求、電動(dòng)機(jī)的特性、價(jià)格等因素。直線運(yùn)動(dòng)型電力驅(qū)動(dòng)元件直線運(yùn)動(dòng)型電力驅(qū)動(dòng)元件包括直線步進(jìn)電、直線感應(yīng)電等，這里主要介紹直線步進(jìn)電。工作原理 所示為反應(yīng)式直線步進(jìn)電的工作原理。電由定子和 形鐵心， 磁極的鐵心上分別纏有一個(gè)繞組，相鄰兩磁極的間距為間距為

圖直線步進(jìn)電

相順次通電時(shí)，動(dòng)子由磁極對(duì)準(zhǔn)齒轉(zhuǎn)換為磁極對(duì)準(zhǔn)齒再轉(zhuǎn)換為磁極對(duì)準(zhǔn)齒，則動(dòng)子作向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，步距為若按三相六拍運(yùn)行則步距為利用細(xì)分電路時(shí)可實(shí)現(xiàn)很小的步距。直線步進(jìn)電可直接將電能轉(zhuǎn)換成為直線運(yùn)械能，省去采用步進(jìn)電方案中將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)元件。直線步進(jìn)電的選用 直線步進(jìn)電有下列特點(diǎn)： 與步進(jìn)電相比，直簡(jiǎn)單；

與步進(jìn)電一樣，直線步進(jìn)電動(dòng)子的位移或速度取決于脈沖信號(hào)數(shù)目或 直線步進(jìn)電既是能量轉(zhuǎn)換裝置，又是位移測(cè)量裝置，組成開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單方便；工作時(shí)不排油污，又不發(fā)出噪聲，對(duì)環(huán)境無(wú)污

；體積小，重量輕，對(duì)指令響應(yīng)速度

；驅(qū)動(dòng)力和功率較??；

直線運(yùn)動(dòng)速度受到執(zhí)行元件慣性的限制，一般不高。根據(jù)上述分析，可在以下場(chǎng)合選用直線步進(jìn)電

工藝要求的驅(qū)動(dòng)力、功率較??；

要求動(dòng)力元件的體積小，例如裝入儀器式儀表中；設(shè)備

組成直線運(yùn)動(dòng)開(kāi)環(huán)控制

組成自動(dòng)化或智能化液 驅(qū) 年制造出第一個(gè)由泵、執(zhí)行元件和控制元件組成的系統(tǒng)，并二戰(zhàn)中將傳動(dòng)技術(shù)用在潛艇、艦載飛機(jī)等軍事設(shè)備以后，技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的方方面面尤其是在重載高速的應(yīng)用場(chǎng)合如各種工程機(jī)械 掘進(jìn)機(jī)、推土機(jī)等，送設(shè)優(yōu)先用和年來(lái)的伺服閥、伺服馬達(dá)等可用高精度控制元器件，促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。傳動(dòng)系統(tǒng)主要由作為動(dòng)力源的泵、執(zhí)行元件的缸或者馬達(dá)以及用作控制元件的各種閥組成。下面簡(jiǎn)要介紹常見(jiàn)的各種泵、缸、馬達(dá)、閥以及電液脈沖馬達(dá)和伺服馬達(dá)的主要特征、選擇以及應(yīng)用。泵泵是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為能的裝置，是系統(tǒng)的動(dòng)力源。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)在泵進(jìn)油口處形成局部真空，在大氣壓的作用下將油壓入泵，然后泵再將油壓入工作系統(tǒng)。（動(dòng)壓泵和容積（靜壓泵。非容積泵包括葉輪式離心泵和螺槳式軸流泵兩種類型，其特點(diǎn)為可以輸出連續(xù)平穩(wěn)流量，但其流量隨管路阻力的增大而，且力無(wú)尺寸高、高，于統(tǒng)中。需要說(shuō)明的是齒輪泵只有定量泵，而葉片泵和柱塞泵既可以做成定量泵也可以做成變量泵。變量泵的效率在某個(gè)排量和壓力時(shí)為最高，在排量小時(shí)容積效率降低，壓力越高、轉(zhuǎn)速越低，容積效率越低。變量泵可以使用于如下場(chǎng)合：功率，所需流量變化大；要求有較大的負(fù)載能力；要求可以帶動(dòng)任意組合的多個(gè)負(fù)載工作；一個(gè)原可以帶動(dòng)裝機(jī)容量大于其功率的多個(gè)泵。定量泵的特點(diǎn)：在轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，其效率在某一壓力時(shí)為最高。定量泵主要應(yīng)用于如下場(chǎng)合功率雖然負(fù)載變化較大，但一般需要泵輸出全部流量；關(guān)式工作循環(huán)，并且泵在停機(jī)階段可以完全卸載；工作制不繁重，無(wú)較高溫升。在擇泵時(shí)要考慮泵的作壓力、流、轉(zhuǎn)速、定或者變量、量方式、容效寸、重量經(jīng)濟(jì)性以及可維修性等因素?？梢园凑杖缦虏襟E選擇泵：計(jì)算泵的輸出流量。該輸出流量為執(zhí)行器所需流量、溢流閥的最小溢流量、各元件泄漏量、電反轉(zhuǎn)引起的流量減少量、泵長(zhǎng)期使用引起的流量減少量（一般可取為）之和，還需要計(jì)算當(dāng)推動(dòng)負(fù)載經(jīng)過(guò)特定距離時(shí)所需的流量。根據(jù)系統(tǒng)流量計(jì)算泵的轉(zhuǎn)速，選擇相應(yīng)的原，并根據(jù)轉(zhuǎn)速和流量計(jì)算泵的尺寸。轉(zhuǎn)速和泵的、耐久性、氣穴和噪聲，為使泵盡量發(fā)揮其最佳性能，應(yīng)該選擇與用途相關(guān)的最佳轉(zhuǎn)速。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選擇泵的類型，是變量泵還是定量泵，是齒輪泵、葉片泵還是柱塞泵根據(jù)執(zhí)行器所需壓力、配管和控根據(jù)執(zhí)行器所需壓力、配管和控制閥的壓力損失之和確泵的輸出壓力輸出壓力不超過(guò)額定壓力的泵。一般情況下要使額定壓力有一定的裕量和余地。如果管路存在沖擊，那么該沖擊壓力不得超過(guò)泵的最高工作壓力，否則將縮短泵的使用或者損壞泵。此外，要使泵盡量在效率較高的轉(zhuǎn)速和壓力下工作，同時(shí)根據(jù)所得數(shù)據(jù)計(jì)算泵的總功率。設(shè)計(jì)和選擇油箱、油管、閥、缸、馬達(dá)以及其他多種元件在噪聲需要控制的場(chǎng)合，可以考慮選擇低噪聲泵或者降低泵的轉(zhuǎn)速，也可以采取其他控制噪聲的辦法。其實(shí)，選擇泵是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。通常要根據(jù)元件的類型和尺寸反復(fù)幾次才可能選擇到比較合理的泵。馬達(dá)和馬達(dá)和缸是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，在系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。本節(jié)將簡(jiǎn)要紹馬達(dá)和缸的種類、特性以及選擇方法馬達(dá)馬達(dá)是將能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的部件。經(jīng)常使用的馬達(dá)、葉柱塞線齒及擺動(dòng)達(dá)等。圖曲軸連桿齒輪馬達(dá)在工作時(shí)，高壓腔內(nèi)各輪齒由于高壓油的作用使各齒廓在兩個(gè)方向的受壓面積不同而產(chǎn)生作用在輸出軸上的力矩，油的不間斷流動(dòng)便帶動(dòng)負(fù)圖曲軸連桿和其他類型的馬達(dá)相比，齒輪馬達(dá)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)油液的污染不敏感、耐沖擊、慣性較小。同時(shí)，齒輪馬達(dá)也有啟動(dòng)力矩小、扭矩脈動(dòng)大、效率低和低速穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。齒輪馬達(dá)一般應(yīng)用在要求不高的場(chǎng)合。葉片馬達(dá)工作時(shí)由于作用在葉片上的力不平衡而產(chǎn)生力矩，從而使轉(zhuǎn)子帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。葉片馬達(dá)的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、噪聲低。但是，其抗污染能力較差、轉(zhuǎn)速較低、泄漏較大、在負(fù)載變化或者低速時(shí)性能不穩(wěn)定。一般可以應(yīng)用于磨床、工程機(jī)械、生產(chǎn)線以及各種隨動(dòng)系統(tǒng)中曲軸連桿式軸向柱塞馬達(dá)的原理軸向柱塞馬原理示意

和高壓油接通的柱塞缸受力作用，在柱塞上產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過(guò)偏心輪中心使輸出軸和配流軸一起旋轉(zhuǎn)的力 時(shí)，柱塞缸經(jīng)過(guò)配流軸接通回油孔， 油流回油箱的同時(shí)柱塞被偏心輪向上推動(dòng)。如果柱塞缸依次接通高、低壓油，則各柱塞對(duì)輸出軸中心產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)力可以使馬達(dá)輸出軸連續(xù)、平穩(wěn)地回轉(zhuǎn)。改變油流動(dòng)方向可以改變馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向，如果將配流軸旋轉(zhuǎn)工作可靠性高。缺點(diǎn)是體積較大、扭矩脈動(dòng)較大、低速穩(wěn)定性較差。曲軸連桿式軸向柱塞馬達(dá)廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、筑、舶提壓機(jī)的系統(tǒng)。內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)由缸體、導(dǎo)軌、柱塞組、配油傳力軸等部件組成。其工作原理。該圖表示的是具有 個(gè)柱塞和 個(gè)作用次數(shù)（每個(gè)柱塞在旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中位置循環(huán)的次數(shù)，也就是導(dǎo)軌具有的曲線凹凸數(shù)目）的柱塞馬達(dá)。當(dāng)柱塞處于內(nèi)曲線的上升區(qū)段時(shí)，高壓油經(jīng)過(guò)配油器進(jìn)入柱塞。產(chǎn)生迫使柱塞 和橫梁 一起沿徑向向外運(yùn)的力。該力的法向分力產(chǎn)生柱塞馬達(dá)軸的輸出力矩。各處于

內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)工作原理示意圖上升區(qū)段的柱塞產(chǎn)生的輸出力矩之和即為該瞬時(shí)馬達(dá)的輸出扭矩。經(jīng)過(guò)過(guò)渡區(qū)段，柱塞處于下降區(qū)段，柱塞經(jīng)過(guò)配油器將油排入回油孔。柱塞連續(xù)的進(jìn)油和排油即可使馬達(dá)輸出連續(xù)不斷的扭轉(zhuǎn)力矩。內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)是一種低速大扭矩馬達(dá)，尺寸小、扭矩脈動(dòng)小、啟動(dòng)效率高、低速性能好廣泛應(yīng)用于建筑、起重、礦山、船舶、農(nóng)業(yè)以及工程機(jī)械中擺線齒輪馬達(dá)是基于擺線針輪內(nèi)嚙合行星齒輪傳動(dòng)原理的一種高效馬達(dá)。原理如圖所示。作為定子的針輪齒廓是直徑為 轉(zhuǎn)子和定子間存在一個(gè)偏心距 （定子針輪數(shù)）個(gè)獨(dú)立的容積可以變化的密封腔。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，那些容積變大的密封腔通過(guò)配流器吸油，容積變小的密封腔通過(guò)配流器排油，不平衡力矩迫使馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如此循環(huán)，可以使馬達(dá)輸出連續(xù)的輸機(jī)械、工程機(jī)械、船舶以及某些機(jī)床中。擺動(dòng)馬達(dá)由容納工作油液的工作腔和連接在輸出軸上以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出并阻擋工作油液作用的可動(dòng)葉片組成，可以在一定角度范圍內(nèi)輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；竟ぷ髟頌椋寒?dāng)高壓油進(jìn)入葉片的一側(cè)時(shí)，該側(cè)容積最大；同時(shí)另一側(cè)容積減小，進(jìn)行排油，這種吸油和排油動(dòng)作便可使輸出軸帶動(dòng)負(fù)載在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)。擺動(dòng)馬達(dá)包括葉片式、齒輪齒條式、螺旋 擺線齒輪馬達(dá)原理示意圖的扭矩和功率。下面對(duì)典型馬達(dá)的性能作一大致比較 在選擇馬達(dá)時(shí)需要考慮工作壓力、轉(zhuǎn)速范圍、運(yùn)行扭矩、總效率、容積效率、滑差率以及安裝等因素和條件。首先根據(jù)使用條件和要求確定馬達(dá)的種類，并根據(jù)系統(tǒng)所需的轉(zhuǎn)速和扭矩以及馬達(dá)的特性曲線確定壓力降、流量和總效率。然后確定其他管路配件和附件。選擇馬達(dá)時(shí)還要注意以下問(wèn)題由于受馬達(dá)承載能力的限制，不得同時(shí)采用最高壓力和最高轉(zhuǎn)速。同時(shí)，要考慮馬達(dá)輸出軸承受徑向負(fù)載和軸向負(fù)載的能力在系統(tǒng)轉(zhuǎn)速和負(fù)載一定的前提下，選用小排量馬達(dá)可使系統(tǒng)造價(jià)降低，但系統(tǒng)壓力高，使用短；選用大排量馬達(dá)則使系統(tǒng)造價(jià)升高，但系統(tǒng)壓力低，使用長(zhǎng)。至于使用大排量還是小排量馬達(dá)需要綜合考慮。對(duì)于需要低速運(yùn)行的馬達(dá)，要核定其最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。并且為了設(shè)計(jì)馬達(dá)在極低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)馬達(dá)的泄漏必須恒定、負(fù)載也需恒定、還要少的油液粘度

的系統(tǒng)背壓以及至缸缸是將能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并輸出直線運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。最簡(jiǎn)單的缸為單作用缸，它由缸體和從有桿腔中輸出的活塞組成。缸的無(wú)桿腔上有油的。但油進(jìn)入缸的無(wú)桿腔時(shí)，只在桿伸出方向產(chǎn)生一個(gè)作用力。一般情況下，單作用缸利用重力或者裝在有桿腔中的復(fù)位彈簧完成回程動(dòng)作。雙作用缸的有桿腔和無(wú)桿腔都可以進(jìn)行吸油和回油動(dòng)作，因此，在桿伸出和回程時(shí)都可以輸出一定的力。和單作用缸不同的是，雙作用缸可以利用方法實(shí)現(xiàn)桿的回程。在活塞上裝有型密封圈來(lái)防止缸體和活塞間的泄漏；在活塞的另一側(cè)裝有錐形緩沖根據(jù)具體的性能，缸分類如下單作用型活塞缸、柱塞缸、伸縮式套筒缸。雙作用型單活塞不帶緩沖式缸、帶不可調(diào)緩沖式缸、帶可調(diào)緩沖式液壓缸不帶緩沖式缸的活塞在行程末端不；帶不可調(diào)緩沖式缸的活塞在行程末端可以恒定的值實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；帶可調(diào)緩沖式缸的活塞在行程末端可以可調(diào)節(jié)的值制動(dòng)。雙作用型雙活塞式等行程等速缸、雙向缸。等行程等速缸其雙向速度和行程都相同；而對(duì)于雙向缸在活塞桿伸出時(shí)，兩個(gè)活塞共用一個(gè)進(jìn)油腔而同時(shí)向相反的方向運(yùn)動(dòng)。串聯(lián)缸、增壓缸、齒輪齒條活塞缸以及齒輪齒條柱塞缸等組合液壓缸串聯(lián)缸在缸直徑受到限制時(shí)可以獲得極大的推力。增壓缸又叫做增壓器，適用于需要較高壓力而泵壓力又無(wú)法達(dá)到的場(chǎng)合。齒輪齒條活塞缸和齒輪齒條柱塞液壓缸是具有齒輪齒條傳構(gòu)的缸。單葉片擺動(dòng)缸和雙葉片擺動(dòng)缸。該型缸又稱擺動(dòng)馬達(dá)，單葉片擺動(dòng)缸的輸出軸只能做小于的擺動(dòng)而雙葉片擺動(dòng)缸輸出軸只可以輸出小于在選擇缸時(shí)，要根據(jù)缸（工作壓力，并注意以下問(wèn)題

的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。）和負(fù)載大小來(lái)初步確定缸的內(nèi)徑單作用缸只有在靠自重、外負(fù)載以及復(fù)位彈簧力等機(jī)械作用實(shí)現(xiàn)回程時(shí)才以使用，一般使作用缸。如要求使用較小的安裝長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的工作行程時(shí)，必須考慮使用伸縮式缸或者可以放大行程的倍增機(jī)構(gòu)?？紤]負(fù)載運(yùn)動(dòng)距離，并依此確定缸的行程。如果行程較短，活塞桿可以細(xì)些；否則，必須選用活塞桿較粗的缸。當(dāng)活塞桿受拉力時(shí)，要使活塞桿強(qiáng)度有一定的安全系數(shù)；在活塞桿受壓力時(shí)，要考慮其抗壓穩(wěn)定性問(wèn)題。根據(jù)使用的場(chǎng)合確定缸的結(jié)構(gòu)。在冶金工業(yè)、鍛壓機(jī)械、礦山機(jī)械等重型機(jī)械中一般使用焊接式缸，其他情況可以使用拉桿式或者螺紋式缸。根據(jù)負(fù)載特性和運(yùn)動(dòng)形式考慮合適的缸安裝方式，只使缸在負(fù)載運(yùn)動(dòng)方向受力，而避免缸受徑向力。伺服閥的結(jié)構(gòu)與特性電液伺服（的種類很多，在系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用據(jù)控制閥的級(jí)數(shù)分類，還可以按照前置級(jí)控制閥的型式和輸出量分類。下面主要介紹噴嘴擋板式伺服閥、射流管式伺服閥、偏轉(zhuǎn)板射流式伺服閥、動(dòng)圈式伺服閥、三級(jí)電液流量伺服閥、電力伺服閥的結(jié)構(gòu)和主要特征。噴嘴擋板式伺服閥 雙噴嘴擋板式伺服閥結(jié)構(gòu)該伺服閥采用橋型永磁式力矩馬達(dá)。銜鐵擋板組件由薄壁彈簧管支撐，并同時(shí)作為噴嘴擋板的密封裝置。反饋桿端部小球閥芯中間的小槽內(nèi)，末端從銜鐵中伸出，構(gòu)成了閥芯對(duì)力矩馬達(dá)的力反饋。在工作時(shí)，銜鐵在力矩馬達(dá)線圈產(chǎn)生的磁力作用下繞彈簧管旋轉(zhuǎn)，從而使得一側(cè)節(jié)流口減小，分流到閥芯端部，閥芯移動(dòng)，打開(kāi)滑閥進(jìn)油口和回油口，閥芯推動(dòng)反饋桿上的小球，進(jìn)而產(chǎn)生反饋力矩作用在銜鐵組件上。當(dāng)該反饋力矩和電磁力矩相等時(shí)，閥芯便停留在某一平衡位置。因此，閥芯位置與輸入電流大小成正比。噴嘴擋板式伺服閥運(yùn)動(dòng)部分慣性較小，響應(yīng)快；采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)和差動(dòng)工作方式，靈敏度高；銜鐵和擋板在中間位置附近工作，線性好；溫度和壓力零漂小。噴嘴擋板式伺服閥也有其缺點(diǎn)：由于噴嘴和擋板間的間隙小，易被堵塞，對(duì)油液的潔凈度；。噴嘴擋板式伺服閥適用于一般工業(yè)和航空航天工業(yè)的高精度位置伺服控制、速度伺服控制以及信號(hào)發(fā)生裝置。特殊的負(fù)型噴嘴擋板式伺服閥可以用于壓力伺服控制系統(tǒng)，高相應(yīng)型的伺服閥還可以用于疲勞試驗(yàn)機(jī)以及中小型振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。射流管式伺服閥常見(jiàn)的射流管式力反饋兩級(jí)流量伺服閥結(jié)構(gòu)如 所示該種伺服閥采用力反饋兩級(jí)永磁力矩馬達(dá)，射流管同銜鐵焊接為一體，并由薄壁彈支撐。從外界輸入的油由射流管?chē)娚?，然后進(jìn)入與滑閥兩端分別相通的接收孔中，推動(dòng)閥芯移動(dòng)。末端裝在閥芯小槽內(nèi)的反饋彈簧絲隨著移動(dòng)，形成對(duì)力矩馬達(dá)的力反饋。同時(shí)，薄壁彈和力矩馬達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)部分的密封射流管式力反饋兩級(jí)流量伺服閥的抗污染能力強(qiáng)、可靠性高、長(zhǎng)、壓力效率和容積效率高缺點(diǎn)為：頻率響應(yīng)低、零位泄漏大、低溫特性差。 射流管式力反饋兩 偏轉(zhuǎn)板射流式伺服閥結(jié)構(gòu)圖偏轉(zhuǎn)圖偏轉(zhuǎn)板射流式相同接收槽道的射流盤(pán)和其上開(kāi)有 型導(dǎo)流口的偏轉(zhuǎn)盤(pán)組成。當(dāng)偏轉(zhuǎn)盤(pán)在射流盤(pán)中間時(shí)，兩個(gè)接收槽道內(nèi)壓力相等，滑閥固定不動(dòng)。在偏轉(zhuǎn)盤(pán)發(fā)生偏移時(shí)，兩個(gè)接收槽道內(nèi)的壓力不再相同，壓力差迫使滑閥移動(dòng)。由此形成反饋力矩作用于力矩馬達(dá)銜鐵上，在輸入電生的電磁力矩和該反饋力矩相等時(shí)，滑閥處于平衡位置。

服閥結(jié)構(gòu)示意圖、該型伺服閥抗污染能力強(qiáng)、可靠性高長(zhǎng)，同時(shí)，零位泄漏量低溫特性差、所示

型電液伺服閥是一種動(dòng)圈兩級(jí)滑閥式流量控制電液伺服閥，其結(jié)構(gòu)如 該型伺服閥由動(dòng)圈式永磁力馬達(dá)、控制滑閥和功率控制閥組成。當(dāng) 口引入壓力油時(shí)，一路進(jìn)入左控制腔，作用在閥芯左控制端面上，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)閥芯的向右的推力。同時(shí)，油在控制滑閥的左、右控制節(jié)流口之間產(chǎn)生的壓力被引到右控制腔，作用于閥芯的右控制端面上，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)閥芯的向左的推力。在左右節(jié)流口的通流面積相同時(shí)，右控制腔中的油壓為左控 動(dòng)圈式伺服閥結(jié)構(gòu)示意右端面的推力相等，功率閥芯不動(dòng)。在輸入控制電流時(shí)，動(dòng)圈帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，左右節(jié)流口的通流面積發(fā)生變化，使得閥芯左右端面上的推力不再相等而發(fā)生移動(dòng)，直到功率閥芯的位移和控制閥芯位移相等，使節(jié)流口的通流面積再次相等，重新恢復(fù)閥芯的平衡為止。輸出流量的方向與控制電流的極性有關(guān)，大小在負(fù)載恒定時(shí)與控制電流的大小成正三級(jí)電液流量伺服閥閥組成。其結(jié)構(gòu)圖三級(jí)電液流量伺服閥結(jié)構(gòu)示意輸入電壓使前置級(jí)伺服閥控制腔輸出流量推動(dòng)功率閥閥芯移動(dòng)，位移由位移傳感器檢測(cè)、輸入電流逐步減小到零，直到功率級(jí)閥芯停留在一個(gè)新的平衡位置。在該位置反饋電壓和輸入電壓近似相等，即功率級(jí)閥芯的位移和輸入控制電壓的大小成正比。三級(jí)電液流量伺服閥的優(yōu)點(diǎn)為：易于獲得較大流量和較寬頻帶；可以方便地改變額定流子放大器需要很好地接地，以避免干電力伺服閥 所示圖圖閥芯力綜合式 力伺服圖所示的閥芯力綜合式電力伺服閥在功率滑閥閥芯上進(jìn)行反饋壓力的綜合。同時(shí)，一側(cè)的工作油（或與供油口相通，另一側(cè)的工作油（或與回油口相通，在負(fù)載腔輸出控制壓力的同時(shí)形成一個(gè)壓力差，作用在閥芯兩端的小臺(tái)階上，把閥芯推動(dòng)到某一平衡位置。此時(shí)，閥工作油口的壓力差和兩噴嘴腔的壓力差與輸入電流成正比。圖反饋噴嘴式電力伺服圖 所示的反饋噴嘴式電力伺服閥和閥芯力式電力伺服閥的工作原理相似，只是壓力反饋是通過(guò)一對(duì)反饋噴嘴在馬達(dá)擋板上進(jìn)行的。電式液壓力伺服閥對(duì)負(fù)載的動(dòng)態(tài)影響小，壓力反饋具有恒定的線性增益。反饋噴嘴式電力伺服閥在零位附近工作，線性好。但是，反饋噴嘴式電力伺服閥泄漏和功耗較大，對(duì)負(fù)載的動(dòng)態(tài)影響也較大，壓力特征線性度較差，抗污染能力有所下降。電液伺服閥由于其極高的控制和快速響應(yīng)能力，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備、航備、國(guó)防裝備等要求高、輸出功率大裝置的控制系統(tǒng)中 伺服閥在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用情電液步進(jìn)馬達(dá)的工作特性 機(jī)械（例如馬達(dá)或者缸（角位移或（角速度，由設(shè)置在閥和液械中間的速度反饋裝置（例如螺旋副來(lái)反饋負(fù)載（角位置或（角速度的數(shù)字控制式液稱為電液步進(jìn)此類液械一般為定量液， 移），采用螺旋運(yùn)動(dòng)副等機(jī)械式位置反饋裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)液械對(duì)先導(dǎo)閥的隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)電液步進(jìn)馬達(dá)主要由產(chǎn)生模擬信號(hào)的邏輯回路、作為隨的步進(jìn)馬達(dá)、先導(dǎo)閥、將先導(dǎo)閥流量轉(zhuǎn)換為角位移的定量馬達(dá)、作為反饋部件的機(jī)械式螺旋副等組成。其結(jié)構(gòu)圖和控制原理 電液步進(jìn)馬達(dá)控制原理示意，在脈沖信號(hào)作用下，步進(jìn)馬達(dá)輸出一個(gè)轉(zhuǎn)角（同時(shí)也輸出轉(zhuǎn)矩和角速度，先導(dǎo)閥的流量