第二章執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理及使用方法課件

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1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。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合使用。執(zhí)行元件的特點(diǎn)1.電氣執(zhí)行元件22.2執(zhí)行元件的種類及性能

種類特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電氣式

可用商業(yè)電源；信號(hào)與動(dòng)力傳送方向相同；有交流直流之分；注意使用電壓和功率。操作簡便；編程容易；能實(shí)現(xiàn)定位伺服控制；響應(yīng)快、易與計(jì)算機(jī)（CPU）連接；體積小、動(dòng)力大、無污染。瞬時(shí)輸出功率大；過載差；一旦卡死，會(huì)引起燒毀事故；受外界噪音影響大。氣壓式

氣體壓力源壓力5~7×Mpa；要求操作人員技術(shù)熟練。氣源方便、成本低；無泄露而污染環(huán)境；速度快、操作簡便。功率小、體積大、難于小型化；動(dòng)作不平穩(wěn)、遠(yuǎn)距離傳輸困難；噪音大；難于伺服。液壓式

液體壓力源壓力20~80×Mpa；要求操作人員技術(shù)熟練。輸出功率大，速度快、動(dòng)作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺服控制；易與計(jì)算機(jī)（CPU）連接。設(shè)備難于小型化；液壓源和液壓油要求嚴(yán)格；易產(chǎn)生泄露而污染環(huán)境。2.2執(zhí)行元件的種類及性能種類特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)可用商業(yè)3機(jī)電一體化系統(tǒng)對執(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。

機(jī)電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求（1）慣量小，動(dòng)力大。4常用伺服控制電動(dòng)機(jī)的控制方式主要有：開環(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、被控對象、反饋測量裝置等部分組成。常用伺服控制電動(dòng)機(jī)的控制方式主要有：開環(huán)控制、半閉環(huán)控制5機(jī)電一體化系統(tǒng)

對伺服控制電動(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。（5）易于與計(jì)算機(jī)對接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。機(jī)電一體化系統(tǒng)

對伺服控制電動(dòng)機(jī)的基本要求為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、6伺服控制電動(dòng)機(jī)基本特性

無論動(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)速性能的重要參數(shù)之一。伺服控制電動(dòng)機(jī)基本特性無論動(dòng)力用伺服控制電動(dòng)機(jī)，7

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)。2.3.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)一、直流電機(jī)工作原理82.普通直流電機(jī)工作原理圖2-1直流電機(jī)模型2.普通直流電機(jī)工作原理圖2-1直流電機(jī)模型93.無刷直流電機(jī)工作原理圖2-2無刷直流電機(jī)簡圖3.無刷直流電機(jī)工作原理圖2-2無刷直流電機(jī)簡圖10二.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11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；3—?jiǎng)?lì)磁繞組圖2-4直流電機(jī)主磁極1—固定主磁極的螺釘；12圖2-5直流電機(jī)換向極換向極用來改善換向，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1.0mm～1.5mm厚的鋼板疊壓而成，其繞組中流過的是電樞電流。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2-5直流電機(jī)換向極換向極用來改善換向，由13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2-6直流電機(jī)電刷裝置1—電刷；2—刷握；3—彈簧壓14圖2-7直流電機(jī)電樞電樞鐵心是電機(jī)磁路的一部分，其外圓周開槽，用來嵌放電樞繞組。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2-7直流電機(jī)電樞電樞鐵心是電機(jī)磁路的一15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。圖2-8直流電機(jī)換向器換向器是由多個(gè)緊壓在一162.無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖2-9無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)2.無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖2-9無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)172.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183.PWM功率放大器（a）單極性功放（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3.PWM功率放大器（a）單極性功放19H型PWM功率放大器圖2-15直流電機(jī)H型雙極性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20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；

Φ—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，U21典型直流伺服電動(dòng)機(jī)控制數(shù)學(xué)模型典型直流伺服電動(dòng)機(jī)控制數(shù)學(xué)模型222.3.3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)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2.3.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一、步進(jìn)電機(jī)工作原理23（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)過的角度（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)24（a）兩相兩拍工作示意（b）兩相四拍工作示意圖2-17反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作模擬（a）兩相兩拍工作示意（b）兩相四拍25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26二、步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù)1、齒距角αz：轉(zhuǎn)子相鄰兩齒的夾角2、步距角α：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(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)m：定子繞組相數(shù)k：通電狀態(tài)系數(shù)K=1單拍或雙拍K=2單雙拍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=（30～50%）Tmax二、步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù)1、齒距角αz：轉(zhuǎn)子相鄰兩齒的夾角2、274、最高運(yùn)行頻率fmax：5、最高啟動(dòng)頻率fqmax：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失步丟步：齒距數(shù)少于脈沖數(shù)越步：齒距數(shù)多于脈沖數(shù)6、失調(diào)角θ：單相定子通電時(shí)，該相定子齒與轉(zhuǎn)子齒的中心線不重合所夾角4、最高運(yùn)行頻率fmax：5、最高啟動(dòng)頻率fqmax：步進(jìn)28三、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)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)29四、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->…四、脈沖分配器1.步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行模式圖2-20三相單三拍運(yùn)行30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2-21三相雙三拍運(yùn)行時(shí)序三相雙三拍運(yùn)行31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2-22三相六拍運(yùn)行時(shí)序三相六拍運(yùn)行32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2-23三相六拍脈沖分配器2.分立器件脈沖分配器33圖2-24CH250三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：YB013三相，YB014四相，YB015五相，YB016六相……3.專用集成脈沖分配器圖2-24CH250三相雙三拍脈沖分配器3.專用集成脈沖分34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：0x01->0x03->0x02->0x06->0x04->0x05->0x01->…A->AB->B->BC->C->CA->A->…4.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖分配圖2-25步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)4.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖分配35高低壓功率放大器

特點(diǎn)：具有高壓驅(qū)動(dòng)，電流增長速度快、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)存在過沖現(xiàn)象，諧波豐富，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)。

高低壓功率放大器特點(diǎn)：具有高壓驅(qū)動(dòng)，電流增長速度快、前沿變36（2）功率放大器

功率放大器是實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)與步進(jìn)電機(jī)匹配的重要組件。常見的步進(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)簡單，但串聯(lián)R2消耗能量降低放大功率；電感較大使電路對脈沖反應(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。（2）功率放大器功率放大器是實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)與步進(jìn)電機(jī)匹配373.電流檢測型驅(qū)動(dòng)圖2-28電流檢測驅(qū)動(dòng)電路原理3.電流檢測型驅(qū)動(dòng)圖2-28電流檢測驅(qū)動(dòng)電路原理38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)電路恒流斬波驅(qū)動(dòng)（a）恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路394.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40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)分電路細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路（a）恒頻脈寬調(diào)制細(xì)分電路（b）41六、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δ：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖時(shí)，工作臺(tái)走過的位移單位為mm/pulseδ=0.001～0.0025精密機(jī)床0.005～0.01數(shù)控機(jī)床0.1～0.15一般機(jī)床角脈沖當(dāng)量δα：就是步距角α(°/pulse)當(dāng)通過中間傳動(dòng)裝置時(shí)，角脈沖當(dāng)量δα為：如下圖，步進(jìn)電機(jī)通過絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其脈沖當(dāng)量δ為：M驅(qū)動(dòng)器指令脈沖Z1Z2六、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δ：步進(jìn)電機(jī)每接受42設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)運(yùn)動(dòng)精度選定δ，再根據(jù)負(fù)載確定步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)α，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≤（30～50%）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)行頻率fmax得注意量綱：vmax(m/min)設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)運(yùn)動(dòng)精度選定δ，再根據(jù)負(fù)載確定步43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44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0.7—0.85）絲杠螺母預(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452.3.4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

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：46（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（ABCAB……；AABBBCCCAAABB……），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，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。

（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47CH250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。CH250管角定義與三相六拍工作狀態(tài)的接線圖專用483.5

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）基本工作原理檢測交流伺服電動(dòng)機(jī)（SM型/IM型）氣隙磁場的大小和方向，用電力電子轉(zhuǎn)化器代替整流子和電刷，通過控制與氣隙磁場方向相同的磁化電流和與與氣隙磁場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)對電機(jī)的有效控制，簡稱矢量控制方法。

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)對電機(jī)主磁通矢量電流的控制，從而獲得對電機(jī)的速度和位置控制。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49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。永磁同步（SM）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖CONV.—整流器；SM502）感應(yīng)（IM）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖2）感應(yīng)（IM）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖513）交流伺服電動(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應(yīng)電抗；

Im—負(fù)載范圍內(nèi)不變。S—轉(zhuǎn)差率3）交流伺服電動(dòng)機(jī)的矢量控制r1,X1—定子繞組阻抗和漏522.4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A—A'剖開，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)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A53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)應(yīng)用直線電機(jī)可替代的運(yùn)動(dòng)形式54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)。長距離或長時(shí)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)的分類按機(jī)械特性可分為55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_斷，銅損和漏抗壓降大。2.因?yàn)闅庀洞?，功率因?shù)比同樣容量的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)低。直線電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：56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)？可用于簡化哪些運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)？思考題直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由哪些因素決定？57磁致伸縮式磁致伸縮式58第二章執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理及使用方法59附：工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器附：工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器60圓弧開合型圓弧開合型612.5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)良好的結(jié)構(gòu)工藝性；6）應(yīng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。2.5微動(dòng)機(jī)構(gòu)基本要求：62圓弧平行開合型圓弧平行開合型63直線平行開合型直線平行開合型64特種末端執(zhí)行器特種末端執(zhí)行器65真空吸附手真空吸附手66電磁吸附手電磁吸附手67靈巧手靈巧手68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)行裝置的組成液壓與氣動(dòng)執(zhí)行裝置分別以液體和氣體作69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：對系統(tǒng)中流體壓力、流量和流動(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)的空氣過濾器、油霧器、消聲器等。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70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)?？梢栽谶\(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(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)充等問題等突出的優(yōu)點(diǎn)。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71液壓與氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)在傳動(dòng)過程中，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)還需注意防火問題。液壓與氣動(dòng)元件制造精度高，系統(tǒng)工作過程中發(fā)生故障不易診斷。液壓與氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)在傳動(dòng)過程中，能量需經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換，傳動(dòng)效722.5.1能源裝置液壓能源裝置氣動(dòng)能源裝置2.5.1能源裝置液壓能源裝置732.5.1.1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。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74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。

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。75常用液壓泵的主要性能性能外嚙合齒輪泵雙作用葉片泵限壓式變量葉片泵徑向柱塞泵軸向柱塞泵額定壓力/MPa低壓(2.5~1.6)中壓(6.3~16)中壓(6.3~16)高壓(10~20)高壓(21~40)流量調(diào)節(jié)不能不能能能能總效率/(%)低(63~87)較高(65~82)高(85~92)高(81~83)高(81~88)輸出流量脈動(dòng)最大小一般一般一般自吸性能好較差較差差差對油污染的敏感性不敏感較敏感較敏感敏感敏感噪聲大小較大大大常用液壓泵的主要性能性能外嚙合雙作用限壓式變量葉片泵徑76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)雙向定量泵c)單向變量泵d)雙向變量泵常用泵符號(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77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的原則是：根據(jù)主機(jī)工況、功率大小和系統(tǒng)78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ηp)

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:792.5.1.2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)?？諝鈮嚎s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，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能而達(dá)到的。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80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，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81氣動(dòng)能源裝置一般規(guī)定：排氣量大于或等于6~12m3/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)氣動(dòng)能源裝置一般規(guī)定：排氣量大于或等于6~12m3/min時(shí)82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；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1.15~1.5；K2為備用系數(shù)，一般取1.3~1.6；φ為利用系數(shù)，Z越大越低，對應(yīng)Z＝l~80，有φ=1.0~0.4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832.5.2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 2.5.2執(zhí)行元件液壓執(zhí)行元件842.5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)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)85液壓馬達(dá)從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來看，液壓馬達(dá)與液壓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)對稱；液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍需要足夠大，特別對它的最低穩(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)從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來看，液壓馬達(dá)與液壓泵是可逆工作的86液壓馬達(dá)的分類液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類。額定轉(zhuǎn)速高于500r／min屬于高速液壓馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速低于500r／min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N·m），所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)。

液壓馬達(dá)的分類液壓馬達(dá)按其結(jié)構(gòu)類型來分可以分為齒輪式、葉片式87液壓馬達(dá)規(guī)格的參數(shù)液壓馬達(dá)的實(shí)際角速度ωm為：式中，qm為液壓馬達(dá)實(shí)際流量；Vm為液壓馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量；η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；ηm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=Tmωm

液壓馬達(dá)規(guī)格的參數(shù)液壓馬達(dá)的實(shí)際角速度ωm為：88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)液壓固有頻率值來確定。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)89(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)載力矩；ωL*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/2π

若按最大負(fù)載力矩選擇，則通過對系統(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

(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90(2)根據(jù)液壓固有頻率選擇：需要針對特定的系統(tǒng)，在確定系統(tǒng)的固有頻率ωh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。(2)根據(jù)液壓固有頻率選擇：需要針對特定的系統(tǒng)，在確定系統(tǒng)91液壓缸液壓缸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。液壓缸液壓缸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)92液壓缸的符號(hào)及說明

液壓缸的符號(hào)及說明93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，ωL*換成最大功率點(diǎn)的負(fù)載速度；式(5.9)中，把Jt換成負(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。一般說來，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)。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942.5.2.2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)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95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)場合，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、灰塵的場合，并能用于空氣極潮濕的環(huán)境，而無漏電的危險(xiǎn)。馬達(dá)本身的軟特性使之能長期滿載工作，溫升較小，且有過載保護(hù)的性能。有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能帶載啟動(dòng)。換向容易，操作簡單，可以實(shí)現(xiàn)無級(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96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；結(jié)構(gòu)簡單，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l0～40kN。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97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——無緩沖普通氣缸；QGB——細(xì)桿（標(biāo)準(zhǔn)桿）緩沖氣缸QGC——粗桿緩沖氣缸；QGD——?dú)庖鹤枘岣?；QGH——回轉(zhuǎn)氣缸。QGA/B/C/D/H缸徑×行程標(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，982.5.3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控制元件液壓控制元件992.5.3.1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)量的液壓控制閥來對液流的流動(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、閉來限制、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。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100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101液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對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。油液通過液壓閥時(shí)壓力損失要小，密封性能好，內(nèi)泄漏要小，無外泄漏。結(jié)構(gòu)簡單緊湊、安裝、維護(hù)、調(diào)整方便，使用性好。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對液壓控制閥的基本要求動(dòng)作靈敏、使用可靠，工作102方向控制閥方向控制閥主要用來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，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)方向控制閥方向控制閥主要用來通斷油路或改變油液流動(dòng)的方向，103換向閥換向閥是利用閥芯對閥體的相對運(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?。换ゲ幌嗤ǖ挠涂陂g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:按閥芯相對于閥體的運(yùn)動(dòng)方式來分有滑閥和轉(zhuǎn)閥兩種；按操作方式來分有手動(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。

換向閥換向閥是利用閥芯對閥體的相對運(yùn)動(dòng)，控制油路通斷或變換104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，一般應(yīng)畫在常態(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）?？刂品绞胶蛷?fù)位彈簧的符號(hào)畫在方框的兩側(cè)。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)105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)三位五通換向閥位和通路的圖形符號(hào)a)二位二通106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)控制換向閥操縱方式符號(hào)a)手柄式107換向閥常見的滑閥機(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)大寫英文字母表示。換向閥常見的滑閥機(jī)能及其特點(diǎn)換向閥處于中間位置（常態(tài)位置）108壓力控制閥在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，控制油液壓力高低的液壓閥稱之為壓力控制閥，簡稱壓力閥。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液壓系統(tǒng)定壓或進(jìn)行安全保護(hù)。a)溢流閥用于過載保護(hù)b)變量泵調(diào)速系統(tǒng)溢流閥的作用壓力控制閥在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，控制油液壓力高低的液壓閥稱之為109液壓系統(tǒng)對溢流閥性能的要求定壓精度高。靈敏度高。工作平穩(wěn)且無振動(dòng)和噪聲。當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)密封好，泄漏小。對于經(jīng)常開啟的溢流閥，主要要求前三項(xiàng)性能；而對于安全閥，則主要要求第2和第4兩項(xiàng)性能。液壓系統(tǒng)對溢流閥性能的要求定壓精度高。110流量控制閥流量閥用調(diào)節(jié)閥芯開口的大小來控制通過的流量，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）。通過這一環(huán)節(jié)來補(bǔ)償節(jié)流元件的流量變化。流量控制閥流量閥用調(diào)節(jié)閥芯開口的大小來控制通過的流量，以實(shí)111液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對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。油溫變化對通過閥的流量影響要小。液流通過全開閥時(shí)的壓力損失要小。當(dāng)閥口關(guān)閉時(shí)，閥的泄漏量要小。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對流量控制閥的要求較大的流量調(diào)節(jié)范圍，且流量調(diào)1122.5.3.2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?？刂圃垂δ芎陀猛究煞譃榉较蚩刂崎y、壓力控制閥和流量控制閥三大類。此外，尚有通過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。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113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)快速排氣閥特殊用途的單向型控制閥的圖形符號(hào)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114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)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115流量控制閥通過改變閥口的通流面積來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、換向閥的切換時(shí)間和氣動(dòng)信號(hào)的傳遞速度等，都需要通過控制調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量來實(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)流量控制閥通過改變閥口的通流面積來控制壓縮空氣流量的元件稱116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（簡稱為邏輯閥）。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)，通過元件1172.5.4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輔助元件液壓系統(tǒng)典型輔助元件1182.5.4.1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Id)蓄能器II典型液壓附件的圖形符號(hào)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119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，減少了油箱發(fā)熱和液壓源振動(dòng)對工作精度的影響，因此得到了普通的應(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。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、120濾油器濾油器的功用在于過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。一般對濾油器的基本要求是有足夠的過濾精度。有足夠的過濾能力。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)。濾油器濾油器的功用在于過濾混在液壓油中的雜質(zhì)，使進(jìn)入到液壓121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。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，1222.5.4.2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濾器、除油器、空氣干燥器、后冷卻器和儲(chǔ)氣罐?？諝膺^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)空氣過濾器b)除油器c)空氣干燥器d)后冷卻器e)儲(chǔ)氣罐氣源凈化裝置部分附件的符號(hào)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、123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。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。124其他輔助元件油霧器是以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤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的一種氣動(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，這就要通過轉(zhuǎn)換器來轉(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)其他輔助元件油霧器是以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤滑油噴射成霧狀并1252.5.5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基本回路液壓基本回路1262.5.5.1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，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2.5.5.1液壓基本回路調(diào)壓回路a)壓力127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，來調(diào)節(jié)減壓閥P1的出口壓力。a)b)典型的減壓回路減壓回路圖a)中，泵同時(shí)向缸C1、C2供油。工作時(shí)，C2缸128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129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、M130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)1312.5.5.2氣動(dòng)基本回路與液壓系統(tǒng)一樣，無論簡單還是復(fù)雜，氣動(dòng)系統(tǒng)均由一些具有不同功能的氣動(dòng)基本回路所組成。但由于工作介質(zhì)空氣和液壓油不同，氣動(dòng)回路有其自己的特點(diǎn)：氣動(dòng)回路由空氣壓縮機(jī)站集中供氣；不設(shè)排氣管道；空氣沒有潤滑性；氣動(dòng)元件的安裝位置對其性能影響大等。2.5.5.2氣動(dòng)基本回路與液壓系統(tǒng)一樣，無論簡單還是復(fù)雜132壓力控制回路壓力控制回路使回路中的壓力保持在一定范圍以內(nèi)，或使回路得到高、低不同的壓力。圖a)示為一次壓力控制回路，用來控制貯氣罐內(nèi)的壓力，使它不超過規(guī)定的壓力。圖b)所示的二次壓力控制回路中，兩個(gè)減壓閥分別控制輸出的高低壓力P1和P2。

a)一次壓力控制回路b)二次壓力控制回路典型的壓力控制回路壓力控制回路壓力控制回路使回路中的壓力保持在一定范圍以內(nèi)，133速度控制回路速度控制回路用來調(diào)節(jié)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度或?qū)崿F(xiàn)氣缸的緩沖等。由于目前使用的氣動(dòng)系統(tǒng)的功率較小，故調(diào)速方法主要是節(jié)流調(diào)速。圖a)為單向節(jié)流閥的調(diào)速回路，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度可調(diào)整氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度。圖b)為采用節(jié)流閥的排氣節(jié)流調(diào)速回路。

a)單向節(jié)流閥調(diào)速回路b)排氣節(jié)流調(diào)速回路雙作用氣缸的速度控制回路速度控制回路速度控制回路用來調(diào)節(jié)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度或?qū)崿F(xiàn)氣缸的134延時(shí)控制回路圖a)是一種延時(shí)回路。當(dāng)有信號(hào)a輸入時(shí)，閥l換向，這時(shí)壓縮空氣只能經(jīng)節(jié)流閥緩慢向氣容3充氣，經(jīng)過一定時(shí)間后，氣容3內(nèi)壓力升高達(dá)到預(yù)定值時(shí)，閥4換向，氣缸活塞開始向右移動(dòng)。當(dāng)信號(hào)a消失后，氣容3內(nèi)的氣體可經(jīng)單向閥迅速排出，閥4立即復(fù)位，活塞向左返回原位。改變節(jié)流閥的開度，可調(diào)節(jié)延時(shí)換向時(shí)間。

a)延時(shí)通回路延時(shí)控制回路圖a)是一種延時(shí)回路。當(dāng)有信號(hào)a輸入時(shí)，閥l換135延時(shí)控制回路若將單向閥反接，即成為延時(shí)斷開回路，如圖b)所示。另外，氣動(dòng)回路基本還包括基本邏輯回路，它是把氣動(dòng)回路按照基本邏輯關(guān)系組合而成的回路。把氣控信號(hào)按照基本邏輯關(guān)系可組成“是”、“非”、“或”、“與”等基本邏輯回路。b)延時(shí)斷開回路延時(shí)控制回路若將單向閥反接，即成為延時(shí)斷開回路，如圖b)所136思考題根據(jù)液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)的不同特點(diǎn)，說明在工程實(shí)際中如何選用。液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分包括哪些？各部分作用如何？對比液壓方向控制閥的不同中位機(jī)能，說明在工程實(shí)際中如何選用。結(jié)合具體的液壓回路，說明溢流閥和安全閥的區(qū)別。主要的氣動(dòng)輔助元件有哪些？各自的作用如何？思考題根據(jù)液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)的不同特點(diǎn)137閥控液壓缸系統(tǒng)圖閥控液壓缸系統(tǒng)圖1381.液壓滑閥的流量方程A1=A2=A

Q1=CdA1

Q2=CdA2

1.液壓滑閥的流量方程A1=A2=AQ1=CdA1Q2=139Q1=Q2

Ps=P1+P2

PL=P1-P2

}

2P1=Ps+PL

2P2=Ps—PL

Q1=Q2Ps=P1+P2PL=P1-P2}2P1=140上式在工作點(diǎn)展成泰勒級(jí)數(shù)，取其一階近似式，得到增量方程：上式在工作點(diǎn)展成泰勒級(jí)數(shù)，取其一階近似式，得到增量方程：141將此方程的坐標(biāo)零點(diǎn)置于工作點(diǎn)(Xvi，PLi)，有QLi=0將此方程的坐標(biāo)零點(diǎn)置于工作點(diǎn)(Xvi，PLi)，有QLi=01422.液壓缸工作腔的連續(xù)性方程}2.液壓缸工作腔的連續(xù)性方程}143引入泄漏系數(shù)，得：Q1－Qc1=Q1－Cip(p1－p2)－CepP1=

Qc2－Q2=Cip(p1—p2)—CepP2—Q2=

V0=V01=V02Vt=V1+V2=V01+V02=2V0

QL=A

引入泄漏系數(shù)，得：Q1－Qc1=Q1－Cip(p1－p2)－144PL=QL=KqXv—KCPLOL=AYs+(Ctp+

PL=QL=KqXv—KCPLOL=AYs+(Ctp+1451.液壓滑閥的流量方程A1=A2=A

Q1=CdA1

Q2=CdA2

1.液壓滑閥的流量方程A1=A2=AQ1=CdA1Q2=146Q1=Q2

Ps=P1+P2

PL=P1-P2

}

2P1=Ps+PL

2P2=Ps—PL

Q1=Q2Ps=P1+P2PL=P1-P2}2P1=147上式在工作點(diǎn)展成泰勒級(jí)數(shù)，取其一階近似式，得到增量方程：上式在工作點(diǎn)展成泰勒級(jí)數(shù)，取其一階近似式，得到增量方程：148將此方程的坐標(biāo)零點(diǎn)置于工作點(diǎn)(Xvi，PLi)，有QLi=0將此方程的坐標(biāo)零點(diǎn)置于工作點(diǎn)(Xvi，PLi)，有QLi=01492.液壓缸工作腔的連續(xù)性方程}2.液壓缸工作腔的連續(xù)性方程}150引入泄漏系數(shù)，得：Q1－Qc1=Q1－Cip(p1－p2)－CepP1=

Qc2－Q2=Cip(p1—p2)—CepP2—Q2=

V0=V01=V02Vt=V1+V2=V01+V02=2V0

QL=A

引入泄漏系數(shù)，得：Q1－Qc1=Q1－Cip(p1－p2)－151PL=QL=KqXv—KCPLOL=AYs+(Ctp+

PL=QL=KqXv—KCPLOL=AYs+(Ctp+152本章小節(jié)重點(diǎn)掌握：1）執(zhí)行元件的主要類型和特點(diǎn)。2）機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對執(zhí)行元件基本要求。3）常用控制電機(jī)類型與主要特點(diǎn)。4）機(jī)電一體化系統(tǒng)對伺服控制電動(dòng)機(jī)基本要求。5）典型伺服控制電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)和選用原則。6）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性與主要性能指標(biāo)。7）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制（驅(qū)動(dòng)電路、變頻控制信號(hào)、環(huán)形脈沖分配器、功率放大器、細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路、典型細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路）。

本章小節(jié)重點(diǎn)掌握：153課外作業(yè)：

1題：簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)中對執(zhí)行元件的分類與特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn)）。2題：機(jī)電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行元件的基本要求是什么？3題：步進(jìn)電機(jī)具有哪些特點(diǎn)與環(huán)形分配方式是什么？4題：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源功率放大器電路種類以及工作原理是什么？5題：步進(jìn)電機(jī)細(xì)分電路的特點(diǎn)、細(xì)分方式和原理是什么？課外作業(yè)：1題：簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)中對執(zhí)行元件的分類與特154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155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。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合使用。執(zhí)行元件的特點(diǎn)1.電氣執(zhí)行元件1562.2執(zhí)行元件的種類及性能

種類特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電氣式

可用商業(yè)電源；信號(hào)與動(dòng)力傳送方向相同；有交流直流之分；注意使用電壓和功率。操作簡便；編程容易；能實(shí)現(xiàn)定位伺服控制；響應(yīng)快、易與計(jì)算機(jī)（CPU）連接；體積小、動(dòng)力大、無污染。瞬時(shí)輸出功率大；過載差；一旦卡死，會(huì)引起燒毀事故；受外界噪音影響大。氣壓式

氣體壓力源壓力5~7×Mpa；要求操作人員技術(shù)熟練。氣源方便、成本低；無泄露而污染環(huán)境；速度快、操作簡便。功率小、體積大、難于小型化；動(dòng)作不平穩(wěn)、遠(yuǎn)距離傳輸困難；噪音大；難于伺服。液壓式

液體壓力源壓力20~80×Mpa；要求操作人員技術(shù)熟練。輸出功率大，速度快、動(dòng)作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺服控制；易與計(jì)算機(jī)（CPU）連接。設(shè)備難于小型化；液壓源和液壓油要求嚴(yán)格；易產(chǎn)生泄露而污染環(huán)境。2.2執(zhí)行元件的種類及性能種類特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)可用商業(yè)157機(jī)電一體化系統(tǒng)對執(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。

機(jī)電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求（1）慣量小，動(dòng)力大。158常用伺服控制電動(dòng)機(jī)的控制方式主要有：開環(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、被控對象、反饋