1、第二章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類及使用方法,2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能及特性,執(zhí)行元件是將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)和機(jī)械能量的轉(zhuǎn)換元件,執(zhí)行元件的特點(diǎn),1. 電氣執(zhí)行元件 電氣執(zhí)行元件包括直流(DC)伺服電機(jī)、交流（AC）伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及電磁鐵等。對(duì)這些伺服電機(jī)除了要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以外，一般還要求動(dòng)態(tài)性能好，適合于頻繁使用，便于維修等 2液壓式執(zhí)行元件 液壓式執(zhí)行元件主要包括往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達(dá)等，其中油缸最為常見(jiàn)。在同等輸出功率的情況下，液壓元件具有重量輕、快速性好等特點(diǎn) 3氣壓式執(zhí)行元件 氣壓式執(zhí)行元件除了用壓縮空氣作工作介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件沒(méi)有區(qū)別。氣壓驅(qū)動(dòng)雖可得到較大的驅(qū)動(dòng)力、行程和

2、速度，但由于空氣粘性差，具有可壓縮性，故不能在定位精度要求較高的場(chǎng)合使用。,2.2 執(zhí)行元件的種類及性能,機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求,（1）慣量小，動(dòng)力大。 （2）體積小，重量輕。 （3）安裝方便、便于維修維護(hù)。 （4）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 2.3 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 常用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ： DC/AC電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)（脈沖）電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)電磁電動(dòng)機(jī)以及其他電動(dòng)機(jī)（直流或交流脈寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)、電磁伸縮元件）等。,常用伺服控制電動(dòng)機(jī)的控制方式,主要有：開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制三種。 如圖所示數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)。,它由控制器、被控對(duì)象、反饋測(cè)量裝置等部分組成。,機(jī)電一體化系

3、統(tǒng)對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)的基本要求,為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、功率/能量、控制運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換，對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)提出了一些基本要求。 （1）性能密度大。即功率密度 Pw=P/G 或比功率密度 Pbw=(T2/J)/G 大。 （2）快速性好。加速度大、響應(yīng)特性好。 （3）位置控制與速度控制精度高、調(diào)速范圍大、低速平穩(wěn)性好、分辨率高以及振動(dòng)噪音小。 （4）能適應(yīng)頻繁啟動(dòng)，可靠性高、壽命長(zhǎng)。 （5）易于與計(jì)算機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。,伺服控制電動(dòng)機(jī)基本特性,無(wú)論動(dòng)力用伺服控制電動(dòng)機(jī)，還是控制用伺服控制電動(dòng)機(jī)，功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的電特性是電機(jī)重要的基本特性指標(biāo)之一。,對(duì)于伺服控制電機(jī)而言，恒轉(zhuǎn)矩工作特性是衡量電機(jī)調(diào)速性能的重要參

4、數(shù)之一。,2.3.1 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng),一、直流電機(jī)工作原理 1. 直流電機(jī)分類 （1）根據(jù)勵(lì)磁相數(shù) （2）根據(jù)勵(lì)磁方式 （3）根據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu) 有刷直流電機(jī)：通過(guò)換向器和電刷改變電樞勵(lì)磁電流方向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 無(wú)刷直流電機(jī)：由電子換向器改變繞組勵(lì)磁電流方向和相序，實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。,2.普通直流電機(jī)工作原理,圖2-1 直流電機(jī)模型,3.無(wú)刷直流電機(jī)工作原理,圖2-2 無(wú)刷直流電機(jī)簡(jiǎn)圖,二.直流電機(jī)結(jié)構(gòu) 1.普通直流電機(jī)結(jié)構(gòu),圖2-3 直流電機(jī)結(jié)構(gòu),1風(fēng)扇；2機(jī)座；3電樞；4主磁極；5刷架；6換向器；7接線板；8出線盒；9換向極；10端蓋,圖2-4 直流電機(jī)主磁極,1固定主磁極的螺釘； 2主磁極鐵心；

5、3勵(lì)磁繞組,圖2-5 直流電機(jī)換向極,換向極用來(lái)改善換向，由鐵心和套在鐵心上的繞組構(gòu)成，如圖2.5所示。換向極鐵心一般用整塊鋼制成，如換向要求較高，則用1.0mm1.5mm厚的鋼板疊壓而成，其繞組中流過(guò)的是電樞電流。換向極裝在相鄰兩主極之間，用螺釘固定在機(jī)座上。,1換向極鐵心；2換向極繞組,圖2-6 直流電機(jī)電刷裝置,1電刷；2刷握；3彈簧壓板； 4座圈；5刷桿,電刷與換向器配合可以把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組電路和外電路連接并把電樞繞組中的交流量轉(zhuǎn)變成電刷端的直流量。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿架、彈簧、銅辮構(gòu)成，如圖所示。電刷組的個(gè)數(shù)，一般等于主磁極的個(gè)數(shù)。,圖2-7 直流電機(jī)電樞,電樞鐵心是電機(jī)

6、磁路的一部分，其外圓周開(kāi)槽，用來(lái)嵌放電樞繞組。電樞鐵心一般用0.5mm厚、兩邊涂有絕緣漆的硅鋼片沖片疊壓而成，如圖所示。電樞鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心較長(zhǎng)時(shí)，為加強(qiáng)冷卻，可把電樞鐵心沿軸向分成數(shù)段，段與段之間留有通風(fēng)孔。,圖2-8 直流電機(jī)換向器,換向器是由多個(gè)緊壓在一起的梯形銅片構(gòu)成的一個(gè)圓筒，片與片之間用一層薄云母絕緣，電樞繞組各元件的始端和末端與換向片按一定規(guī)律連接，如圖所示。換向器與轉(zhuǎn)軸固定在一起。,2.無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu),圖2-9 無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu),2. 直流電機(jī)PWM調(diào)速原理,圖2-10 直流電機(jī)調(diào)速結(jié)構(gòu)框圖,圖2-11 直流電機(jī)調(diào)速結(jié)構(gòu)框圖,3. PWM功率放大器,（a）單極

7、性功放 （b）帶動(dòng)力控制的單極性功放 圖2-12 單極性PWM功放,圖2-13 直流電機(jī)H型單極性PWM功放,H型PWM功率放大器,圖2-15 直流電機(jī)H型雙極性PWM功放,直流電機(jī)的調(diào)速方式,由于直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為：,式中，UC 電樞控制電壓；R 電樞回路電阻； 每極磁通；Ce、Ct分別為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。 由此，直流伺服電機(jī)的控制方式如下： （1）調(diào)壓調(diào)速（變電樞電壓，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速） （2）調(diào)磁調(diào)速（變勵(lì)磁電流，恒功率調(diào)速）（3）改變電樞回路電阻調(diào)速,典型直流伺服電動(dòng)機(jī)控制數(shù)學(xué)模型,2.3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),一、步進(jìn)電機(jī)工作原理 1. 步進(jìn)電機(jī)分類 （1）根據(jù)勵(lì)磁相數(shù) （2）根據(jù)轉(zhuǎn)

8、子結(jié)構(gòu) 反應(yīng)式（可變磁阻式）：由定子繞組產(chǎn)生的反應(yīng)電磁力吸引用軟磁鋼組成的轉(zhuǎn)子作步進(jìn)驅(qū)動(dòng)。 永磁式：由定子繞組產(chǎn)生的反應(yīng)電磁力吸引或排斥由永磁材料組成的轉(zhuǎn)子作步進(jìn)驅(qū)動(dòng)。 混合式：定子上鑲有永磁體，定子和轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁體和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相似，由二者混合效應(yīng)驅(qū)動(dòng)。 使機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的裝置 2.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理,（1）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理,圖2-16 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu),根據(jù)相數(shù)及各相通電順序分：兩相兩拍，兩相四拍，三相單三拍，三相雙三拍，三相六拍等類型。 拍：從一相通電到另一相通電稱為一拍； 步距角：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度,（a）兩相兩拍工作示意 （b）兩相四拍工作示

9、意,圖2-17 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作模擬,圖2-18 永磁式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行模擬,（2）永磁式步進(jìn)電機(jī)工作原理,二、步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù),1、齒距角z：轉(zhuǎn)子相鄰兩齒的夾角,2、步距角：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度,3、最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax：在規(guī)定的通電相數(shù)下，轉(zhuǎn)矩的最大值,Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù),定子繞組每改變一次通電的方式，稱為“一拍”,繞組的電流越大，靜轉(zhuǎn)矩越大，一般取TL=（3050%）Tmax,4、最高運(yùn)行頻率fmax：,5、最高啟動(dòng)頻率fq max：步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)不失步達(dá)到穩(wěn)速所允許的最高輸入脈沖頻率（可以是空載下或有負(fù)載下）,步進(jìn)電機(jī)不失步運(yùn)行時(shí)，輸入脈沖的最高頻率,6、失調(diào)角

10、：?jiǎn)蜗喽ㄗ油姇r(shí)，該相定子齒與轉(zhuǎn)子齒的中心線不重合所夾角,三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成,圖2-19 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),四、脈沖分配器,1.步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行模式 三相單三拍運(yùn)行,圖2-20三相單三拍運(yùn)行時(shí)序 A-B-C-A-,圖2-21 三相雙三拍運(yùn)行時(shí)序 AB-BC-CA-AB-,三相雙三拍運(yùn)行,圖2-22 三相六拍運(yùn)行時(shí)序 A-AB-B-BC-C-CA-A ,三相六拍運(yùn)行,圖2-23 三相六拍脈沖分配器 A-AB-B-BC-C-CA-A ,2.分立器件脈沖分配器,圖2-24 CH250三相雙三拍脈沖分配器 A-AB-B-BC-C-CA-A 除CH250外，還有YB系列TTL集成脈沖分配器：YB0

11、13三相，YB014四相，YB015五相，YB016六相,3.專用集成脈沖分配器,圖2-25 步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)驅(qū)動(dòng) 軟件環(huán)行分配器編碼定義： 0 x01-0 x03-0 x02-0 x06-0 x04-0 x05-0 x01- A- AB- B- BC- C- CA- A-,4.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖分配,高低壓功率放大器,特點(diǎn)：具有高壓驅(qū)動(dòng)，電流增長(zhǎng)速度快、前沿變陡，電機(jī)的扭矩和頻率得到提高。,特點(diǎn)：僅在脈沖開(kāi)始時(shí)接通高壓電源，其余時(shí)間僅接通低壓電源供電。具有功效高、電流上升率高、高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能好，但波形陡有時(shí)存在過(guò)沖現(xiàn)象，諧波豐富，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)。,（2）功率放大器,功率放大器是實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)

12、與步進(jìn)電機(jī)匹配的重要組件。 常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)功率放大器的組成與特點(diǎn)如下： 單電壓功率放大電路,特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但串聯(lián)R2消耗能量降低放大功率；電感較大使電路對(duì)脈沖反應(yīng)較慢,輸出波形差。主要用于轉(zhuǎn)速要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)控制。,3.電流檢測(cè)型驅(qū)動(dòng),圖2-28 電流檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路原理,恒流斬波驅(qū)動(dòng),（a）恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路 （b）電路波形 圖2-29恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路,4.細(xì)分驅(qū)動(dòng),圖2-30基于AD轉(zhuǎn)換的細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理及波形,細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路,（a）恒頻脈寬調(diào)制細(xì)分電路 （b）階梯波形成 圖2-31 恒頻脈寬調(diào)制細(xì)分電路,六、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)與選用,1、脈沖當(dāng)量：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖時(shí)，工作臺(tái)走過(guò)的

13、位移,單位為 mm/pulse,角脈沖當(dāng)量：就是步距角(/pulse),當(dāng)通過(guò)中間傳動(dòng)裝置時(shí)，角脈沖當(dāng)量為：,如下圖，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其脈沖當(dāng)量為：,設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)運(yùn)動(dòng)精度選定，再根據(jù)負(fù)載確定步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)，并選定絲杠的導(dǎo)程p,計(jì)算出傳動(dòng)比i后，最后設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪的各參數(shù)等。,2、最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax與相數(shù)、拍數(shù),一般根據(jù) TL（3050%）Tmax選擇Tmax 其中：TL為把負(fù)載折合到步進(jìn)電機(jī)軸的負(fù)載力矩，若相數(shù)、拍數(shù)較多，可選0.5，否則選0.3，考慮控制回路的復(fù)雜和經(jīng)濟(jì)程度，一般取相數(shù)較少的。,3、最高運(yùn)行頻率與速度關(guān)系,根據(jù)工作臺(tái)的最高速度vmax選擇步進(jìn)電機(jī)最高運(yùn)

14、行頻率fmax,得,注意量綱：vmax (m/min),步進(jìn)電機(jī)的加減速性能與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所產(chǎn)生的慣性力矩有關(guān),慣性力矩：,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度越大，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率越低，加減速性能越差，越容易失步。,通過(guò)減小步距角和減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量改善啟動(dòng)、加減速性能,5、電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算,作用在步進(jìn)電機(jī)軸的總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算：,4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與加減速性能,其中：,Jm是電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Kg.m2）,Jd是系統(tǒng)折算到電機(jī)軸的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Kg.m2）,是電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的角加速度（rad/s2）,F 作用在工作臺(tái)的摩擦力（N）,FW作用在工作臺(tái)的外力（N）,伺服系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的總效率（取0.70.85）,絲杠螺

15、母預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率（取0.9）,F0絲杠螺母預(yù)緊時(shí)的力（N）,P是絲杠螺距（mm）,i是總傳動(dòng)比,2.3.4 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制,步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路：主要由脈沖分配器和功率放大器兩部份組成。 變頻控制信號(hào)：主要有脈沖頻率信號(hào)和方向控制信號(hào)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的組成,（1）環(huán)形脈沖分配器,由于步進(jìn)電機(jī)的工作原理是各繞組必須按一定的順序通電變化才能正常工作（A B C A B ；A AB B BC C CA A AB B ），完成這種通電順序變化規(guī)律的部件稱為環(huán)形脈沖分配器。實(shí)現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的方法主要有三種： 軟件分頻可充分利用計(jì)算機(jī)資源降低硬件成本，可適用多相脈沖分配，但將占用計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間，

16、影響步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。 IC集成電路分頻（DDT分頻器）靈活性強(qiáng)，可搭接成任意通電順序的環(huán)形分配器，不站用計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間。,CH250 管角定義與三相六拍工作狀態(tài)的接線圖,專用環(huán)形分頻器使用方便，接口簡(jiǎn)單，專業(yè)化生產(chǎn)質(zhì)量可靠，成本低等。如：CH250三相繞組分頻器 ；L297和PMM8714兩相繞組分頻器；PMM8713五相繞組電機(jī)分頻器等。,3.5 交流（AC）伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng),（1）常用交流伺服電動(dòng)機(jī) 永磁同步型（SM）、電磁感應(yīng)型（IM）伺服電動(dòng)機(jī)。 （2）基本工作原理 檢測(cè)交流伺服電動(dòng)機(jī)（SM型/IM型）氣隙磁場(chǎng)的大小和方向，用電力電子轉(zhuǎn)化器代替整流子和電刷，通過(guò)控制與氣隙磁場(chǎng)方

17、向相同的磁化電流和與與氣隙磁場(chǎng)方向相垂直的等效電流的方法，最終控制交流伺服電動(dòng)機(jī)主磁通量大小和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效控制，簡(jiǎn)稱矢量控制方法。 1）永磁同步型（SM ） 轉(zhuǎn)子由永磁構(gòu)成，不需磁化控制電流，只需檢測(cè)磁鐵轉(zhuǎn)子位置和定子繞組磁通矢量控制電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)主磁通矢量電流的控制，從而獲得對(duì)電機(jī)的速度和位置控制。,永磁同步（SM）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖,CONV.整流器；SM同步電機(jī)；INV.變換器；PS磁極位置檢測(cè)器；REF速度基準(zhǔn)；IGF電流函數(shù)發(fā)生器；SC速度放大器；CC電流放大器；RD速度變換器；PWM脈寬調(diào)制器；P.B.U再生電力吸收電路。,2）感應(yīng)（IM）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖,3）交

18、流伺服電動(dòng)機(jī)的矢量控制,r1,X1定子繞組阻抗和漏抗； r2,X2轉(zhuǎn)子繞組阻抗和漏抗； rm,Xm鐵芯等效阻抗和主磁通所對(duì)應(yīng)電抗； Im負(fù)載范圍內(nèi)不變。S轉(zhuǎn)差率,2.4直線電動(dòng)機(jī),設(shè)想把旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)子軸至定子外圓周沿徑向AA剖開(kāi)，轉(zhuǎn)子和定子都展成直條狀，就成了直線電動(dòng)機(jī)。,按機(jī)械特性可分為 : 推力型電動(dòng)機(jī) 沖量型電動(dòng)機(jī) 功率型電動(dòng)機(jī),直線電動(dòng)機(jī)應(yīng)用,直線電機(jī)可替代的運(yùn)動(dòng)形式,直線電動(dòng)機(jī)的分類,按機(jī)械特性可分為 1) 推力型電動(dòng)機(jī)：也稱力電動(dòng)機(jī)。這類作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的直線電動(dòng)機(jī)要求起動(dòng)推力很大。 2）沖量型電動(dòng)機(jī)：也稱能電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率很大 3）功率型電動(dòng)機(jī)：也稱功電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)距離或長(zhǎng)時(shí)

19、連續(xù)運(yùn)行，要求功率因數(shù)高，主要用于以一定的速度拖動(dòng)負(fù)載 直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有平面型和管型兩類，平面型又分為單邊型和雙邊型兩種，管型有圓管型和方型兩種。,直線電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1.可直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，不需要運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，便于控制，系統(tǒng)可靠性提高。 2.瞬時(shí)線速度很高時(shí)，零部件不受離心力的作用。 3.定子和動(dòng)子之間的電磁推力可消除運(yùn)行中的機(jī)械接觸，因而機(jī)械功率損耗和磨損可減到很小。 4.由于無(wú)機(jī)械接觸，噪聲較小。 5.平面型直線電動(dòng)機(jī)容易散熱，容量大的直線電動(dòng)機(jī)常不需要附加冷卻裝置。 缺點(diǎn)： 1.有所謂邊端效應(yīng)，因?yàn)榇怕烽_(kāi)斷，銅損和漏抗壓降大。 2.因?yàn)闅庀洞螅β室驍?shù)比同樣容量的旋轉(zhuǎn)電

20、動(dòng)機(jī)低。,思考題,直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由哪些因素決定？ 直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方式？ 交流異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由哪些因素決定？ 為什么異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩增大而下降才能穩(wěn)定運(yùn)行？ 交流異步電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方式？ 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有哪些特點(diǎn)？ 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有哪些主要指標(biāo)？ 直線電動(dòng)機(jī)有哪些特點(diǎn)？可用于簡(jiǎn)化哪些運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)？,磁致伸縮式,附：工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器,圓弧開(kāi)合型,2.5微動(dòng)機(jī)構(gòu),基本要求： 1) 低摩擦、高靈敏度，最小移動(dòng)量達(dá)到使用要求； 2) 傳動(dòng)平穩(wěn)、可靠，無(wú)空程和爬行，有足夠的剛度，制動(dòng)后能保持穩(wěn)定的位置； 3) 抗干擾能力強(qiáng)，快速響應(yīng)性好； 4）具有好的動(dòng)特性,即具頻響高； 5) 良好

21、的結(jié)構(gòu)工藝性； 6）應(yīng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。,圓弧平行開(kāi)合型,直線平行開(kāi)合型,特種末端執(zhí)行器,真空吸附手,電磁吸附手,靈巧手,液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置的組成,液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置分別以液體和氣體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳動(dòng)和控制，通常，它們由不同的元件（如閥、缸、馬達(dá)、泵、管路等）構(gòu)成基本回路，進(jìn)而組成為有機(jī)整體。 液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置一般由四部分組成 ：,液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置的組成,能源裝置：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體的壓力能的裝置，常見(jiàn)的設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)和液壓泵。 執(zhí)行元件：將流體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出的裝置，它可以是做直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸或氣缸，也可以是做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)或氣壓馬達(dá)。 控制元件：對(duì)系統(tǒng)中流體壓力、流

22、量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置，還包括實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換、邏輯運(yùn)算等功能的信號(hào)控制元件，主要是指各種閥。 輔助元件：保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的輔助裝置，如液壓系統(tǒng)的蓄能器、濾油器、油箱和管件以及氣動(dòng)系統(tǒng)的空氣過(guò)濾器、油霧器、消聲器等。,液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),液壓傳動(dòng)具備有功率密度大的突出優(yōu)點(diǎn)。在同等輸出功率下具有體積小、質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)慣性小、動(dòng)態(tài)性能好的特點(diǎn)。 液壓與氣動(dòng)元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中各部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成用其它方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。 可以在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。減速比可達(dá)2000：1。 液壓傳動(dòng)和液氣聯(lián)動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制

23、動(dòng)和頻繁的換向。 操作控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)距離控制、過(guò)載保護(hù)。 液壓與氣動(dòng)元件屬機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度較高，有利于縮短機(jī)器的設(shè)計(jì)、制造周期和降低成本。 此外，氣壓傳動(dòng)還有以空氣做工作介質(zhì)，處理方便、無(wú)介質(zhì)費(fèi)用、泄漏污染環(huán)境小、不需要考慮介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充等問(wèn)題等突出的優(yōu)點(diǎn)。,液壓與氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn),在傳動(dòng)過(guò)程中，能量需經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換，傳動(dòng)效率偏低。 由于傳動(dòng)介質(zhì)的可壓縮性和泄漏等因素的影響，不能嚴(yán)格保證定比傳動(dòng)。 液壓傳動(dòng)性能對(duì)溫度比較敏感，油溫變化會(huì)引起液壓油的粘度變化，從而影響運(yùn)動(dòng)速度；系統(tǒng)不能在高溫下工作，采用石油基液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)時(shí)還需注意防火問(wèn)題。 液壓與氣動(dòng)元

24、件制造精度高，系統(tǒng)工作過(guò)程中發(fā)生故障不易診斷。,2.5.1能源裝置,液壓能源裝置 氣動(dòng)能源裝置,2.5.1.1液壓能源裝置,液壓泵利用容積大小的變化吸油和壓油，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液壓能，是液壓系統(tǒng)的主要能源裝置。 液壓泵的種類很多，按其結(jié)構(gòu)型式，主要有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等類型 。,液壓泵的分類,按照泵的排量能否改變，液壓泵分為定量泵和變量泵。,常用液壓泵的主要性能,常用泵符號(hào),液壓泵是向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液的動(dòng)力元件，它是每個(gè)液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件，合理的選好液壓泵對(duì)于降低液壓系統(tǒng)的能耗、提高系統(tǒng)的效率、降低噪聲、改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要,a) 單向定量泵 b

25、) 雙向定量泵 c)單向變量泵 d) 雙向變量泵,液壓泵的選擇,選擇液壓泵的原則是：根據(jù)主機(jī)工況、功率大小和系統(tǒng)對(duì)工作性能的要求，首先確定的壓泵的類型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號(hào) 。 一般在負(fù)載小、功率小、精度要求不高的機(jī)械設(shè)備中，可用價(jià)格便宜的齒輪泵、雙作用葉片泵； 精度較高的機(jī)械設(shè)備（如磨床）可用螺桿泵、雙作用葉片泵；在負(fù)載較大并有快速和慢速工作行程的機(jī)械設(shè)備中（如組合機(jī)床）可使用限壓式變量葉片泵； 負(fù)載大、功率大的機(jī)械設(shè)備（如龍門刨床、拉床）可使用柱塞泵，對(duì)于功率密度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)（如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)地面模擬系統(tǒng)）也多采用價(jià)格昂貴的柱塞泵； 而機(jī)械設(shè)備的輔助裝置，如

26、機(jī)床送料、夾緊等不重要的地方，可使用價(jià)廉的齒輪泵。,液壓泵的選擇,選擇液壓泵時(shí)，按下式確定液壓泵的油壓pp: 式中，p1為執(zhí)行液壓件最大工作油壓； 為進(jìn)油沿程油壓損失。 按下式選取液壓泵供油量（流量）qp : 式中， 為各個(gè)執(zhí)行液壓件同時(shí)工作時(shí)所需的最大流量；K為考慮系統(tǒng)泄漏的修正系數(shù)；qmin為溢流閥所需最小溢流量。 液壓泵的功率P為(液壓泵總效率為p),2.5.1.2氣動(dòng)能源裝置,空氣壓縮機(jī)是氣動(dòng)執(zhí)行裝置的動(dòng)力源，它把電機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣壓能輸送給氣動(dòng)系統(tǒng)。 空氣壓縮機(jī)的種類很多，但按工作原理主要可分為容積式和速度式（葉片式）兩類。在容積式壓縮機(jī)中，氣體壓力的提高是由于壓縮機(jī)內(nèi)部的工作

27、容積被縮小，使單位體積內(nèi)氣體的分子密度增加而形成的；而在速度式壓縮機(jī)中，氣體壓力的提高是由于氣體分子在高速流動(dòng)時(shí)突然受阻而停滯下來(lái)，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能而達(dá)到的。,氣動(dòng)能源裝置,空氣壓縮機(jī)是氣動(dòng)執(zhí)行裝置的動(dòng)力源，它把電機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣壓能輸送給氣動(dòng)系統(tǒng)。 空氣壓縮機(jī)的種類很多，但按工作原理主要可分為容積式和速度式（葉片式）兩類。在容積式壓縮機(jī)中，氣體壓力的提高是由于壓縮機(jī)內(nèi)部的工作容積被縮小，使單位體積內(nèi)氣體的分子密度增加而形成的；而在速度式壓縮機(jī)中，氣體壓力的提高是由于氣體分子在高速流動(dòng)時(shí)突然受阻而停滯下來(lái)，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能而達(dá)到的。 容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)不同又可分為活塞式、膜片式和螺桿

28、式等；速度式按結(jié)構(gòu)不同可分為離心式和軸流式等，目前，使用最廣泛的是活塞式壓縮機(jī)。,氣動(dòng)能源裝置,一般規(guī)定：排氣量大于或等于612m3/min時(shí)，就應(yīng)獨(dú)立設(shè)置壓縮空氣站；若排氣量低于6m3/min時(shí)，可將壓縮機(jī)或氣泵直接安裝在主機(jī)旁。 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)所使用的壓縮空氣必須經(jīng)過(guò)干燥和凈化處理，因?yàn)閴嚎s空氣中的水分、油污和灰塵等雜質(zhì)會(huì)混合而成膠體渣質(zhì)，若不經(jīng)處理而直接進(jìn)入管路系統(tǒng)時(shí)，可能會(huì)造成不良后果。,空氣壓縮機(jī)的圖形符號(hào),空氣壓縮機(jī)的選擇,選擇空氣壓縮機(jī)的主要性能指標(biāo)是工作壓力的額定排氣量應(yīng)大于氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力和所需的自由空氣消耗量。供氣量q為 式中，qmax為系統(tǒng)中一臺(tái)設(shè)備的最大自由空氣消耗量；

29、Z為系統(tǒng)中氣動(dòng)設(shè)備數(shù)量； Kl為漏損系數(shù)，一般取1.151.5；K2為備用系數(shù)，一般取1.31.6； 為利用系數(shù)，Z越大越低，對(duì)應(yīng)Zl80，有=1.00.4,2.5.2執(zhí)行元件,液壓執(zhí)行元件 液壓馬達(dá) 液壓缸 氣動(dòng)執(zhí)行元件 氣動(dòng)馬達(dá) 氣缸,2.5液壓執(zhí)行元件,液壓執(zhí)行元件是將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達(dá)。 液壓馬達(dá)習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件，而把輸出直線運(yùn)動(dòng)（包括輸出擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件稱為液壓缸。,常用的液壓馬達(dá)的符號(hào),(a) 單作用定量馬達(dá) (b) 雙作用定量馬達(dá) (c) 單作用變量馬達(dá),液壓馬達(dá),從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來(lái)看，液壓馬達(dá)與液壓

30、泵是可逆工作的液壓元件 。因?yàn)樗鼈兙哂型瑯拥幕窘Y(jié)構(gòu)要素密閉而又可以周期變化的容積和相應(yīng)的配油機(jī)構(gòu)。 但是，由于液壓馬達(dá)和液壓泵的工作條件不同，對(duì)它們的性能要求也不一樣，所以同類別的液壓馬達(dá)和液壓泵之間，仍存在許多差別。 首先液壓馬達(dá)應(yīng)能夠正、反轉(zhuǎn)，因而要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)稱；液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍需要足夠大，特別對(duì)它的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速有一定的要求，因此，它通常都采用滾動(dòng)軸承或靜壓滑動(dòng)軸承。 其次液壓馬達(dá)由于在輸入壓力油條件下工作，因而不必具備自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。,液壓馬達(dá)的分類,液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)類型來(lái)分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。 按液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速

31、分為高速和低速兩大類。 額定轉(zhuǎn)速高于500rmin屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500rmin的屬于低速液壓馬達(dá)。 高速液壓馬達(dá)的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于啟動(dòng)和制動(dòng)，調(diào)節(jié)（調(diào)速及換向）靈敏度高。 低速液壓馬達(dá)的基本型式是徑向柱塞式，主要特點(diǎn)是排量大、體積大、轉(zhuǎn)速低（有時(shí)可達(dá)每分鐘幾轉(zhuǎn)甚至零點(diǎn)幾轉(zhuǎn)），可直接與工作機(jī)構(gòu)連接，不需要減速裝置，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，通常低速液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩較大（可達(dá)幾千到幾萬(wàn)Nm），所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。,液壓馬達(dá)規(guī)格的參數(shù),液壓馬達(dá)的實(shí)際角速度m為： 式中，qm為液壓馬達(dá)實(shí)際流量；Vm為液壓馬達(dá)

32、每轉(zhuǎn)排量；為容積效率。 液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Tm為 式中，pm為液壓馬達(dá)的油壓；m為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率。 液壓馬達(dá)的輸入功率為 Pim=pmqm 液壓馬達(dá)的輸出功率為 Pom=Tmm,液壓馬達(dá)規(guī)格的選擇,在伺服系統(tǒng)中，既要求大功率又要求快速響應(yīng)的情況極少。 因此在負(fù)載和功率比較大的情況下，液壓馬達(dá)規(guī)格的選擇主要是滿足負(fù)載要求，而在要求響應(yīng)快的小負(fù)載或完成計(jì)算功能的液壓伺服系統(tǒng)中，液壓馬達(dá)的規(guī)格就根據(jù)液壓固有頻率值來(lái)確定。,(1) 按最大功率或最大負(fù)載力矩選擇,為了使動(dòng)力元件在整個(gè)工作循環(huán)中都能滿足負(fù)載要求，應(yīng)使其輸出特性曲線能包圍全部負(fù)載曲線。 按照負(fù)載匹配條件，有： 式中TL*為最大功率點(diǎn)的負(fù)

33、載力矩；L*為最大功率點(diǎn)的負(fù)載速度；ps為供油壓力；qom為伺服閥空載流量；Dm為液壓馬達(dá)每弧度排量，Dm=Vm/2 若按最大負(fù)載力矩選擇，則通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工作循環(huán)分析，作出位移、速度、加速度時(shí)間圖，再按負(fù)載條件就可求出負(fù)載力矩時(shí)間圖，從而確定出最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。,或,或,(2) 根據(jù)液壓固有頻率選擇：,需要針對(duì)特定的系統(tǒng)，在確定系統(tǒng)的固有頻率h后，計(jì)算出馬達(dá)的每弧度排量，從而確定馬達(dá)的規(guī)格。如對(duì)于四通閥控液壓馬達(dá)組合，Dm計(jì)算公式為： 式中，Vt為液壓馬達(dá)兩腔的總?cè)莘e；Ke為油液等效體積模量；Jt為折算到液壓馬達(dá)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 液壓固有頻率根據(jù)系統(tǒng)要求的頻寬確定，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推斷。,液壓缸,液壓缸

34、是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，用于驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，與杠桿、連桿、齒輪齒條、棘輪棘爪、凸輪等機(jī)構(gòu)配合能實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，在液壓系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 液壓缸按其結(jié)構(gòu)形式，可以分為活塞缸、柱塞缸和擺動(dòng)缸三類?；钊缀椭讓?shí)現(xiàn)直線住復(fù)運(yùn)動(dòng)，輸出推力和速度，擺動(dòng)缸則能實(shí)現(xiàn)小于360的往復(fù)擺動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩和角速度。,液壓缸的符號(hào)及說(shuō)明,液壓缸規(guī)格的選擇原則,液壓缸規(guī)格的選擇原則與液壓馬達(dá)相同，只要把式(5.7)和式(5.8)中的Dm換成Ap（液壓缸活塞有效面積），TL*換成大功率點(diǎn)的負(fù)載力，L*換成最大功率點(diǎn)的負(fù)載速度； 式(5.9)中，把Jt換

35、成負(fù)載質(zhì)量m，Dm換成Ap，就可以計(jì)算出Ap，再確定液壓缸的規(guī)格。 一般說(shuō)來(lái)，閥控液壓缸的液壓固有頻率隨活塞行程變化。當(dāng)行程較長(zhǎng)時(shí)，固有頻率就降低。此時(shí)宜用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)絲杠或齒輪齒條裝置把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。,2.5.2.2氣動(dòng)執(zhí)行元件,氣動(dòng)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的元件，它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)、擺動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其輸出為力（轉(zhuǎn)矩）和速度（角速度），主要包括氣缸和氣動(dòng)馬達(dá)。,常用的氣動(dòng)馬達(dá)的符號(hào),常用的氣缸符號(hào),氣動(dòng)馬達(dá),氣動(dòng)馬達(dá)將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，在氣壓傳動(dòng)中使用最廣泛的是葉片式和活塞式氣動(dòng)馬達(dá)。 由于氣動(dòng)馬達(dá)具有一些比較突出的特點(diǎn)，在某些工業(yè)場(chǎng)合，

36、它比電動(dòng)馬達(dá)和液壓馬達(dá)更適用，這些特點(diǎn)是： 具有防爆性能。由于氣動(dòng)馬達(dá)的工作介質(zhì)空氣本身的特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的考慮，能夠在工作中不產(chǎn)生火花，故適合于有爆炸、高溫、灰塵的場(chǎng)合，并能用于空氣極潮濕的環(huán)境，而無(wú)漏電的危險(xiǎn)。 馬達(dá)本身的軟特性使之能長(zhǎng)期滿載工作，溫升較小，且有過(guò)載保護(hù)的性能。 有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能帶載啟動(dòng)。 換向容易，操作簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 與電動(dòng)機(jī)相比，單位功率尺寸小，重量輕，適用于安裝在位置狹小的場(chǎng)合及手工工具上。 但氣動(dòng)馬達(dá)也具有輸出功率小，耗氣量大，效率低、噪聲大和易產(chǎn)生振動(dòng)等缺點(diǎn)。,氣缸,與液壓傳動(dòng)相比較，氣缸的工作介質(zhì)是空氣，既廉價(jià)又不污染環(huán)境，管路不易堵塞，回氣可隨意

37、排入大氣； 具有防火、防爆性能，高溫下能可靠安全工作； 空氣粘度小，所以管道壓力損失小，便于集中供氣向中遠(yuǎn)距離輸送； 動(dòng)作迅速，反應(yīng)快；可靠性高，壽命長(zhǎng)； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，安裝自由度大； 蓄能方便； 允許工作溫度范圍廣。 但是由于氣體的可壓縮性大，所以速度穩(wěn)定性差，且隨負(fù)載變化而變化，所以位置及速度控制的精度低，容易產(chǎn)生爬行；工作壓力低，所以輸出的推力小、總輸出力不宜大于l040kN。,標(biāo)準(zhǔn)化氣缸的標(biāo)記,標(biāo)準(zhǔn)化氣缸的標(biāo)記是用符號(hào)“QG”表示氣缸，用符號(hào)“A、B、C、D、H”表示五種系列。具體的標(biāo)志方法是： 五種標(biāo)準(zhǔn)化氣缸的系列為： QGA無(wú)緩沖普通氣缸； QGB細(xì)桿（標(biāo)準(zhǔn)桿）緩沖氣缸 QG

38、C粗桿緩沖氣缸； QGD氣液阻尼缸； QGH回轉(zhuǎn)氣缸。,2.5.3控制元件,液壓控制元件 方向控制閥 壓力控制閥 流量控制閥 氣動(dòng)控制元件 方向控制閥 壓力控制閥 流量控制閥,2.5.3.1液壓控制元件,在液壓系統(tǒng)中，除需要液壓泵供油和液壓執(zhí)行元件來(lái)驅(qū)動(dòng)工作裝置外，還要配備一定數(shù)量的液壓控制閥來(lái)對(duì)液流的流動(dòng)方向、壓力的高低以及流量的大小進(jìn)行控制，以滿足負(fù)載的工作要求。 各類液壓控制閥雖然形式不同，控制的功能各異，但具有共性。 首先，在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都有閥體、閥芯（座閥或滑閥）和驅(qū)使閥芯動(dòng)作的零部件（如彈簧、電磁鐵等）組成； 其次，在工作原理上，都是依靠改變閥孔的通流面積大小和閥孔的開(kāi)、閉來(lái)限

39、制、改變液體的流量大小和液體流動(dòng)、停止；所有閥的閥口大小，閥進(jìn)、出油口間的壓差以及通過(guò)閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，只是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。,液壓控制閥的分類,根據(jù)其內(nèi)在聯(lián)系、外部特征、結(jié)構(gòu)和用途等方面的不同，可將液壓閥按不同方式進(jìn)行分類。,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)液壓控制閥的基本要求,動(dòng)作靈敏、使用可靠，工作時(shí)沖擊振動(dòng)和噪聲要小，使用壽命要長(zhǎng)。 油液通過(guò)液壓閥時(shí)壓力損失要小，密封性能好，內(nèi)泄漏要小，無(wú)外泄漏。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、安裝、維護(hù)、調(diào)整方便，使用性好。,方向控制閥,方向控制閥主要用來(lái)通斷油路或改變油液流動(dòng)的方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的起動(dòng)或停止并改變其運(yùn)動(dòng)方向。它主要有單向閥和換

40、向閥。 單向閥的主要作用是控制油液的單向流動(dòng)。 液壓系統(tǒng)對(duì)單向閥的主要性能要求是正向流動(dòng)（P1流向P2）阻力損失小，反向流動(dòng)（P2流向P1）時(shí)密封性能好，油流不能通過(guò)，要求動(dòng)作靈敏。,a) 普通單向閥 b) 液控單向閥 典型單向閥的圖形符號(hào),換向閥,換向閥是利用閥芯對(duì)閥體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，控制油路通斷或變換油流動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)液壓執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)方向。 系統(tǒng)對(duì)換向閥性能的主要要求是：油液流經(jīng)換向閥時(shí)壓力損失要小；互不相通的油口間的泄漏要小；換向要平穩(wěn)，動(dòng)作迅速且可靠。 換向閥的種類很多，其分類方式也各有不同: 按閥芯相對(duì)于閥體的運(yùn)動(dòng)方式來(lái)分有滑閥和轉(zhuǎn)閥兩種； 按操作方式來(lái)分

41、有手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁動(dòng)、液動(dòng)和電液動(dòng)幾種； 按閥芯工作時(shí)在閥體中所處的位置有二位和三位等； 按換向閥所控制的通路數(shù)不同有二通、三通、四通和五通等系列化和規(guī)格化了的標(biāo)準(zhǔn)換向閥。,換向閥圖形符號(hào)的規(guī)定和含義,用方框表示閥的工作位置數(shù)，有幾個(gè)方框就是幾位閥。 在一個(gè)方框內(nèi)，箭頭“”或堵塞符號(hào)“”、“”與方框相交的點(diǎn)數(shù)就是通路數(shù)，有幾個(gè)交點(diǎn)就是幾通閥。箭頭“”表示閥芯處在這一位置時(shí)兩油口相通，但不一定是油液的實(shí)際流向，“”或“”表示此油口被閥芯封閉（堵塞）不通流。 三位閥中間的方框、兩位閥畫(huà)有復(fù)位彈簧的那個(gè)方框?yàn)槌B(tài)位置（即未施加控制信號(hào)以前的原始位置）。在液壓系統(tǒng)原理圖中，換向閥的圖形符號(hào)與油路的連接

42、，一般應(yīng)畫(huà)在常態(tài)位置上。同時(shí)在常態(tài)位上應(yīng)標(biāo)出油口的代號(hào)（P為壓力油進(jìn)口，T為回油口，A、B為與執(zhí)行元件相連的兩個(gè)油口）。 控制方式和復(fù)位彈簧的符號(hào)畫(huà)在方框的兩側(cè)。,換向閥位和通路的圖形符號(hào),a) 二位二通 b) 二位三通 c) 二位四通 d) 二位五通,e) 三位四通 f) 三位五通,換向閥操縱方式符號(hào),a) 手柄式 b) 機(jī)動(dòng)（滾輪式） c) 電磁動(dòng) d) 彈簧,e) 液動(dòng) f) 液壓先導(dǎo)控 g) 電磁-液壓先導(dǎo)控制,換向閥常見(jiàn)的滑閥機(jī)能及其特點(diǎn),換向閥處于中間位置（常態(tài)位置）時(shí)，閥內(nèi)各油口的連通方式稱為滑閥機(jī)能（或中位機(jī)能），通常用一個(gè)大寫(xiě)英文字母表示。,壓力控制閥,在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，控制

43、油液壓力高低的液壓閥稱之為壓力控制閥，簡(jiǎn)稱壓力閥。 這類閥的共同點(diǎn)是利用作用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的原理工作。 溢流閥的主要作用是對(duì)液壓系統(tǒng)定壓或進(jìn)行安全保護(hù)。,a) 溢流閥用于過(guò)載保護(hù) b) 變量泵調(diào)速系統(tǒng) 溢流閥的作用,液壓系統(tǒng)對(duì)溢流閥性能的要求,定壓精度高。 靈敏度高。 工作平穩(wěn)且無(wú)振動(dòng)和噪聲。 當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)密封好，泄漏小。 對(duì)于經(jīng)常開(kāi)啟的溢流閥，主要要求前三項(xiàng)性能；而對(duì)于安全閥，則主要要求第2和第4兩項(xiàng)性能 。,流量控制閥,流量閥用調(diào)節(jié)閥芯開(kāi)口的大小來(lái)控制通過(guò)的流量，以實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)的速度控制和調(diào)節(jié)。 常用的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥及其與單向閥、行程閥組合而成的各種組合式

44、流量閥。 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中節(jié)流元件與溢流閥并聯(lián)于液壓泵的出口，構(gòu)成恒壓油源，使泵出口的壓力恒定。 節(jié)流元件用來(lái)調(diào)節(jié)流量是有條件的，即要求有一個(gè)接受節(jié)流元件壓力信號(hào)的環(huán)節(jié)（與之并聯(lián)的溢流閥或恒壓變量泵）。通過(guò)這一環(huán)節(jié)來(lái)補(bǔ)償節(jié)流元件的流量變化。,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)流量控制閥的要求,較大的流量調(diào)節(jié)范圍，且流量調(diào)節(jié)要均勻。 當(dāng)閥前、后壓力差發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)閥的流量變化要小，以保證負(fù)載運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定。 油溫變化對(duì)通過(guò)閥的流量影響要小。 液流通過(guò)全開(kāi)閥時(shí)的壓力損失要小。 當(dāng)閥口關(guān)閉時(shí)，閥的泄漏量要小。,2.5.3.2氣動(dòng)控制元件,氣動(dòng)控制元件是在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動(dòng)方向與發(fā)送信號(hào)的重

45、要元件，利用它們可以組成各種氣動(dòng)控制回路，使氣動(dòng)執(zhí)行元件按設(shè)計(jì)的程序正常地進(jìn)行工作。 控制元件按功能和用途可分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥三大類。此外，尚有通過(guò)改變氣流方向和通斷實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的氣動(dòng)邏輯元件和射流元件等。,方向控制閥,氣動(dòng)換向閥和液壓換向閥相似、分類方法與符號(hào)也大致相同。 氣動(dòng)換向閥按閥芯結(jié)構(gòu)不同可分為滑柱式（又稱柱塞式、也稱滑閥）、截止式（又稱提動(dòng)式）、平面式（又稱滑塊式）、旋塞式和膜片式，其中以截止式換向閥和滑柱式換閥應(yīng)用較多。 由于壓縮空氣具有可壓縮性，氣壓傳動(dòng)中還有一些具有特殊用途的單向型控制閥，如梭閥、雙壓閥、快速排氣閥。,a) 梭閥 b) 雙壓閥 c) 快

46、速排氣閥 特殊用途的單向型控制閥的圖形符號(hào),壓力控制閥,壓力控制閥按其功能可分為：減壓閥、順序閥和安全閥 減壓閥與液壓傳動(dòng)中的減壓閥一樣能起減壓作用，但它更主要的作用是調(diào)壓和穩(wěn)壓。 順序閥是依靠氣路中壓力的作用而控制執(zhí)行元件按順序動(dòng)作的壓力控制閥，其作用和工作原理與液壓順序閥基本相同 。 為了防止管路、受壓容器等的破壞，限制系統(tǒng)中最高壓力的壓力控制閥稱為安全閥。,a) 減壓閥 b) 順序閥 c) 安全閥 壓力控制閥的圖形符號(hào),流量控制閥,通過(guò)改變閥口的通流面積來(lái)控制壓縮空氣流量的元件稱為氣動(dòng)流量控制閥。流量控制閥包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥等。 在氣動(dòng)系統(tǒng)中，氣缸的運(yùn)動(dòng)速度、換向閥的切換

47、時(shí)間和氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度等，都需要通過(guò)控制調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)。,a) 節(jié)流閥 b) 單向節(jié)流閥 c) 排氣節(jié)流閥 流量控制閥的圖形符號(hào),氣動(dòng)邏輯元件,氣動(dòng)邏輯元件是利用壓縮空氣為工作介質(zhì)，通過(guò)元件的可動(dòng)部件在氣控信號(hào)的作用下動(dòng)作，改變氣流方向以實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的流體控制元件。 氣動(dòng)方向閥有開(kāi)關(guān)特性，也具有一定的邏輯功能，但這類閥的尺寸大，輸出功率大，用于直接控制氣動(dòng)執(zhí)行元件。 在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中則廣泛地采用各種形式的氣動(dòng)邏輯元件（簡(jiǎn)稱為邏輯閥）。,2.5.4輔助元件,液壓系統(tǒng)典型輔助元件 氣動(dòng)系統(tǒng)典型輔助元件,2.5.4.1液壓系統(tǒng)典型輔助元件,液壓系統(tǒng)中的輔助元件是指除液壓動(dòng)力元件，執(zhí)行

48、元件和控制元件以外的其它各類組成元件，如管件、油箱、濾油器、密封裝置、壓力表和蓄能器等。 它們對(duì)保證液壓系統(tǒng)有效地傳遞力和運(yùn)動(dòng)和提高液壓系統(tǒng)的工作性能起重要的作用。,a) 油箱 b) 濾油器 c) 蓄能器I d) 蓄能器II 典型液壓附件的圖形符號(hào),油箱,油箱的主要功能是儲(chǔ)存油液，此外還起著散發(fā)油液中的熱量、逸出混在油液中的氣體、沉淀油中的污物等作用。 液壓系統(tǒng)中的油箱有總體式和分離式兩種。 體式是利用機(jī)器設(shè)備機(jī)身內(nèi)腔作為油箱（例如壓鑄機(jī)、注塑機(jī)等），結(jié)構(gòu)緊湊，各處漏油易于回收，但維修不便，散熱條件不好。 分離式是設(shè)置一個(gè)單獨(dú)油箱，與主機(jī)分開(kāi)，減少了油箱發(fā)熱和液壓源振動(dòng)對(duì)工作精度的影響，因此得

49、到了普通的應(yīng)用，特別是在組合機(jī)床、自動(dòng)線和精密機(jī)械設(shè)備上大多采用分離式油箱。,濾油器,濾油器的功用在于過(guò)濾混在液壓油中的雜質(zhì)，使進(jìn)入到液壓系統(tǒng)中的油液的污染度降低，保證系統(tǒng)正常地工作。 一般對(duì)濾油器的基本要求是 有足夠的過(guò)濾精度。 有足夠的過(guò)濾能力。 濾油器應(yīng)有一定的機(jī)械強(qiáng)度，不因液壓力的作用而破壞。 濾芯抗腐蝕性能好，并能在規(guī)定的溫度下持久地工作。 濾芯要利于清洗和更換，便于拆裝和維護(hù)。,蓄能器,蓄能器是液壓系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件，它儲(chǔ)存多余的壓力油液，并在需要時(shí)釋放出來(lái)供給系統(tǒng)，可用作輔助動(dòng)力源、保壓和補(bǔ)充泄漏、緩和沖擊、吸收壓力脈動(dòng)。 蓄能器在液壓系統(tǒng)中的安裝位置隨其功用而定，主要應(yīng)注意： 氣

50、囊式蓄能器應(yīng)垂直安裝，油口向下。 用于吸收液壓沖擊和壓力脈動(dòng)的蓄能器應(yīng)盡可能安裝在振源附近。 裝在管路上的蓄能器須用支板成支架固定。 蓄能器與液壓泵之間應(yīng)安裝單向閥，防止液壓泵停止時(shí)，蓄能器貯存的壓力油倒流而使泵反轉(zhuǎn)。 蓄能器與管路之間也應(yīng)安裝截止閥，供充氣和檢修之用。,2.5.4.2氣動(dòng)系統(tǒng)典型輔助元件,氣動(dòng)輔件包括氣源凈化裝置、油霧器、轉(zhuǎn)換器、消聲器、管道及管接頭等。 氣源凈化裝置一般包括空氣過(guò)濾器、除油器、空氣干燥器、后冷卻器和儲(chǔ)氣罐。 空氣過(guò)濾器的原理是根據(jù)固體物質(zhì)和空氣分子的大小和質(zhì)量不同，利用慣性、阻隔或吸附的方法將灰塵和雜質(zhì)與空氣分離。,a) 空氣過(guò)濾器 b) 除油器 c) 空氣

51、干燥器 d) 后冷卻器 e) 儲(chǔ)氣罐 氣源凈化裝置部分附件的符號(hào),氣源凈化裝置,除油器用于分離壓縮空氣中所含的油分和水分。 空氣干燥器是吸收和排除壓縮空氣中的水分和部分油與雜質(zhì)，使?jié)窨諝庾兂筛煽諝獾难b置。 后冷卻器用于將空氣壓縮機(jī)排出的氣體冷卻并除去水分。一般采用蛇管式或套管式冷卻器。 儲(chǔ)氣罐的作用是消除壓力波動(dòng)，保證輸出氣流的連續(xù)性；儲(chǔ)存一定數(shù)量的壓縮空氣，調(diào)節(jié)用氣量或以備發(fā)生故障和臨時(shí)需要應(yīng)急使用；進(jìn)一步分離壓縮空氣中的水分和油分。,其他輔助元件,油霧器是以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤(rùn)滑油噴射成霧狀并混合于壓縮空氣中，使該壓縮空氣具有潤(rùn)滑氣動(dòng)元件的能力。 消聲器是指能阻止聲音傳播而允許氣流通過(guò)的一

52、種氣動(dòng)元件。 在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，也與其它自動(dòng)控制裝置一樣，有發(fā)信、控制和執(zhí)行部分，其控制部分工作介質(zhì)為氣體，而信號(hào)傳感部分和執(zhí)行部分不一定全用氣體，可能用電或液體傳輸，這就要通過(guò)轉(zhuǎn)換器來(lái)轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換器有氣-液、氣-電、電-氣轉(zhuǎn)換器等。,a) 油霧器 b) 消聲器 c) 氣-液轉(zhuǎn)換器 氣動(dòng)系統(tǒng)部分附件的圖形符號(hào),2.5.5基本回路,液壓基本回路 調(diào)壓回路 減壓回路 卸載回路 平衡與自鎖回路 調(diào)速回路 氣動(dòng)基本回路 壓力控制回路 速度控制回路 延時(shí)控制回路,2.5.5.1液壓基本回路,調(diào)壓回路 壓力調(diào)定回路由溢流閥來(lái)調(diào)定泵的最高供油壓力； 比例調(diào)壓回路調(diào)節(jié)比例溢流閥的輸入電流，即可改變系統(tǒng)壓力

53、，達(dá)到調(diào)壓目的； 壓力限定回路用限壓式變量泵或恒壓變量泵保證系統(tǒng)壓力恒定。,a) 壓力調(diào)定回路 b) 比例調(diào)壓回路 c) 壓力限定回路 典型的調(diào)壓回路,減壓回路,圖a)中，泵同時(shí)向缸C1、C2供油。工作時(shí)，C2缸壓力較高，C1缸所需的較低壓力，由減壓閥P獲得。圖b)中，二級(jí)減壓回路在先導(dǎo)式減壓閥P1的遙控油路上，接入遠(yuǎn)程調(diào)壓閥P2，來(lái)調(diào)節(jié)減壓閥P1的出口壓力。,a) b) 典型的減壓回路,卸載回路,卸載回路采用滑閥機(jī)能為H、K、M型的換向閥。換向閥在中位時(shí)，可使液壓泵經(jīng)換向閥而卸載（換向閥若用液動(dòng)控制時(shí)，可用單獨(dú)的控制油路）。,典型的卸載回路,平衡與自鎖回路,在圖a)所示的系統(tǒng)中，當(dāng)采用滑閥機(jī)能為O、M型的換向閥（工作油口A、B封閉）時(shí)，可使活塞在任何行程位置停留；由于閥有內(nèi)漏，這種回路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但閉鎖度較低。 在圖b)所示的系統(tǒng)中，缸的兩油路中接液控單向閥（液壓鎖），活塞可在行程的任何位置鎖緊，但換向閥的中位機(jī)能要用H型，不能用O型。,a) 用換向閥的閉鎖回路 b) 用液控單向閥的閉鎖回路 平衡與自鎖回路,調(diào)速回路,在圖a)所示的系統(tǒng)中，利用裝在進(jìn)油路上的節(jié)流閥，進(jìn)行節(jié)流調(diào)速。 在圖b)所示的系統(tǒng)中，節(jié)流閥裝在缸的回油路上，回油腔有背壓，運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，能承受負(fù)性負(fù)載。,a) 進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路 b) 出口節(jié)流調(diào)速回路 典型的調(diào)速回路,2.5