第2章 执行及驱动技术

1、2.4 2.4 执行及驱动技术执行及驱动技术主讲：黄平主讲：黄平2.4.1 2.4.1 概念概念 执行装置就是执行装置就是“按照电信号的指令，将来自电、液压和气压按照电信号的指令，将来自电、液压和气压等各种能源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式的机械能的等各种能源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式的机械能的装置装置”。 一、定义一、定义气动马达气缸气动执行装置可动线圈螺线管直线电机实现直线运动）电机直接驱动（步进电机）电机交流（）电机直流（实现旋转运动电动执行装置液压马达液压油缸液压执行装置按利用的能源分类DDACDC二、分类二、分类三、特点三、特点1.电动执行装置电动执行装置优点优点 以

2、电源为能源，在大多数情况下容易得到；以电源为能源，在大多数情况下容易得到；容易控制：容易控制：可靠性、稳定性和环境适应性好；可靠性、稳定性和环境适应性好；与计算机等控制装置的接口简单。与计算机等控制装置的接口简单。缺点缺点在多数情况下，为了实现一定的旋转运动或直线运动，必在多数情况下，为了实现一定的旋转运动或直线运动，必须使用齿轮等运动传递和变换机构；须使用齿轮等运动传递和变换机构；容易受载荷的影响；容易受载荷的影响；获得大功率比较困难。获得大功率比较困难。2.液压执行装置优点容易获得大功率；功率/重量比大，可以减小执行装置的体积；刚度高，能够实现高速、高精度的位置控制；通过流量控制可以实现无

3、级变速。缺点必须对油的温度（防爆炸）和污染进行控制，稳定性较差；有因漏油而发生火灾的危险；液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大。3.气功执行装置优点 利用汽缸可以实现高速直线运动；利用空气的可压缩性容易实现力控制和缓冲控制；无火灾危险和环境污染；系统结构简单，价格低。缺点由于空气的可压缩性，高精度的位置控制和速度控制都比较因难；虽然撞停等简单动作速度较高，但在任意位置上停止的动作速度很慢；能量效率较低。性能：比较项目比较项目电动式电动式液压式液压式气动式气动式输出功率/重量比小大中快速响应特性中 20Hz大 100Hz小 10Hz简单动作速度慢一般快控制特性良好一般差减速机构需要不需要

4、不需要占用空间小大大使用环境良好差良好可靠性良好差一般防爆性能差一般良好价格一般贵便宜四、性能四、性能比较比较 1. 1.电动执行装置虽然有功率不能太大的缺点，但由于其良电动执行装置虽然有功率不能太大的缺点，但由于其良好的可控性、稳定性和对环境的适应性等优点，在许多领域都得好的可控性、稳定性和对环境的适应性等优点，在许多领域都得到了广泛的应用。在有利于环境保护的电动汽车和混合能源汽车到了广泛的应用。在有利于环境保护的电动汽车和混合能源汽车上也有希望得到应用。电动机的用途很广。上也有希望得到应用。电动机的用途很广。 2.2.液压执行装置的最大优点是输出功率大，因此，在轧制、液压执行装置的最大优点

5、是输出功率大，因此，在轧制、成型、建筑机械等重型机械上和汽车、飞机上都得到了应用。成型、建筑机械等重型机械上和汽车、飞机上都得到了应用。 3.3.气动执行装置由于其重量轻、价格低、速度快等优点，气动执行装置由于其重量轻、价格低、速度快等优点，适用于工件的夹紧、输送等生产线自动化方面，应用领域也很广。适用于工件的夹紧、输送等生产线自动化方面，应用领域也很广。此外，在一些可以利用气体可压缩性的领域，也希望使用气动执此外，在一些可以利用气体可压缩性的领域，也希望使用气动执行装置。行装置。五、应用五、应用六、执行元件的特点六、执行元件的特点执行装置框图执行装置框图七、驱动部件的作用七、驱动部件的作用1

6、.功率放大 驱动部件的功能就是把控制中心送来微小信号（电压、电流、电脉冲等）作功率放大。有些信号不仅需要放大，还应变换成相应的气压信号，才能推动气压式执行机构。 2.信号量的变换 执行部件的位移、转角等物理量不能直接反馈到系统的控制器，必须先变换成相应的电信号量，然后才能反馈到系统的输入端 3.系统匹配 驱动部件的前面是控制器，驱动部件的后面是执行部件，因此，驱动部件应使它们谐调、匹配，以提高系统的效率，使整个系统处于最佳状态。 各种驱动执行元件各种驱动执行元件2.4.2 2.4.2 电动式电动式二、电动式执行元件组成1.伺服电动机2.步进电动机3.力矩电动机一、定义 利用电磁线圈将电能转换成

7、电磁力，再通过电磁力做功带动负载，从而使电能变换成机械能。（一）伺服电动机（一）伺服电动机 定义定义1 1：输出参数：输出参数( (如位置、速度、加速度或力矩等如位置、速度、加速度或力矩等) )可被控制的交流或直流电动机。可被控制的交流或直流电动机。 定义定义2 2：转子或动子的机械运动受输入电信号控制作快：转子或动子的机械运动受输入电信号控制作快速反应的电动机。速反应的电动机。1.定义定义 用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服：

8、一词源于希腊语服：一词源于希腊语“奴隶奴隶”的意思。人们想把的意思。人们想把“伺服机构伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服伺服”性能，因此而得名。性能，因此而得名。 伺服电动机可以把输入的电压信号变伺服电动机可以把输入的电压信号变换成为电机轴上的角位移或角速度输出，在控制系统中常作换成为电机轴上的角位移或角速度输出，在控制

9、系统中常作为执行元件，所以伺服电动机又称执行电动机。改变输入电为执行元件，所以伺服电动机又称执行电动机。改变输入电压的大小和方向就可以改变转轴的转速和转向。压的大小和方向就可以改变转轴的转速和转向。 5.作用作用 一般分为直流伺服和交流伺服一般分为直流伺服和交流伺服. . 对于直流伺服电动机对于直流伺服电动机 优点优点: :精确的速度控制精确的速度控制, ,转矩速度特性很硬转矩速度特性很硬, ,原理简单、原理简单、使用方便使用方便, ,价格优势价格优势 缺点缺点: :电刷换向电刷换向, ,速度限制速度限制, ,附加阻力附加阻力, ,产生磨损微粒产生磨损微粒( (对对于无尘室于无尘室) ) 对于

10、交流伺服电动机对于交流伺服电动机 优点优点: :良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡滑控制，几乎无振荡; ;高效率，高效率，90%90%以上，不发热以上，不发热; ;高速控制高速控制; ;高精确位置控制（取决于何种编码器）高精确位置控制（取决于何种编码器）; ;额定运行区域内，额定运行区域内，实现恒力矩实现恒力矩; ;低噪音低噪音; ;没有电刷的磨损，免维护没有电刷的磨损，免维护; ;不产生磨损不产生磨损颗粒、没有火花，适用于无尘间、易暴环境惯量低颗粒、没有火花，适用于无尘间、易暴环境惯量低; ; 缺点缺点: :控制较复杂控制较

11、复杂, ,驱动器参数需要现场调整驱动器参数需要现场调整PIDPID参数参数整定整定, ,需要更多的连线需要更多的连线6.伺服电动机的特点伺服电动机的特点7.应用应用 （1 1）直流伺服电动机的应用）直流伺服电动机的应用 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。 （2 2）交流伺服电动机的应用）交流伺服电动机的应用 交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W0.1-100 W，电源频率分，电源频率分50Hz50Hz、400Hz

12、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在各种自动控制、等多种。它的应用很广泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。自动记录等系统中。直流伺服电动机内部结构直流伺服电动机内部结构及工作原理及工作原理典型的直流伺服驱动直流伺服驱动器的结构 例例2-13 2-13 直流伺服驱动系统直流伺服驱动系统（二）步进电动机1.定义定义 将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电动机。 步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉

13、冲电动机。冲就动一步，所以又称脉冲电动机。 把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在自动控制装置中作为执行元件。每输入一个脉冲信号，步进电动自动控制装置中作为执行元件。每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机前进一步，故又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。 步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电

14、机绕组提供脉冲电流。步进电冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。 步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有时会时会“失步失步”。3.3.分类分类步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。

15、步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。 由铁心、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时将产生由铁心、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时将产生磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。转轴又转动一角度，依次进行步进运动。（1）机电式步进电动机）机电式步进电动机 有永磁式、反应式和永磁感应子式有永磁式、反应式和永磁感应子式3种形式。永磁式步进电动机由四相种形式。永

16、磁式步进电动机由四相绕组组成。绕组组成。A相绕组通电时，转子磁钢将转向该相绕组所确定的磁场方向相绕组通电时，转子磁钢将转向该相绕组所确定的磁场方向;A相断电、相断电、B相绕组通电时，就产生一个新的磁场方向，这时，转子就转动一相绕组通电时，就产生一个新的磁场方向，这时，转子就转动一角度而位于新的磁场方向上，被激励相的顺序决定了转子运动方向。永磁角度而位于新的磁场方向上，被激励相的顺序决定了转子运动方向。永磁式步进电动机消耗功率较小，步矩角较大。缺点是起动频率和运行频率较式步进电动机消耗功率较小，步矩角较大。缺点是起动频率和运行频率较低。低。 反应式步进电动机在定、转子铁心的内外表面上设有按一定规

17、律分布反应式步进电动机在定、转子铁心的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利用这两种齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化产生转矩。的相近齿槽，利用这两种齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化产生转矩。这种步进电动机步矩角可做到这种步进电动机步矩角可做到115，甚至更小，精度容易保证，起动，甚至更小，精度容易保证，起动和运行频率较高，但功耗较大，效率较低。和运行频率较高，但功耗较大，效率较低。 永磁感应子式步进电动机又称混合式步进电动机。是永磁式步进电动永磁感应子式步进电动机又称混合式步进电动机。是永磁式步进电动机和反应式步进电动机两者的结合，并兼有两者的优点。机和反应式步进电动机两者的结合，并兼

18、有两者的优点。 （2）磁电式步进电动机）磁电式步进电动机有反应式和索耶式两类。索耶式直线步进电动机由静止部分（称为反应板）和移动部分(称动子)组成。反应板由软磁材料制成，在它上面均匀地开有齿和槽。电机的动子由永久磁铁和两个带线圈的磁极A和B组成。动子是由气垫支承,以消除在移动时的机械摩擦,使电机运行平稳并提高定位精度。这种电机的最高移动速度可达1.5米/秒，加速度可达2g,定位精度可达20多微米。由两台索耶式直线步进电动机相互垂直组装就构成平面电动机。给x方向和y方向两台电机以不同组合的控制电流，就可以使电机在平面内做任意几何轨迹的运动。大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合在一起的新型设

19、备。平面电动机也可用于激光剪裁系统，其控制精度和分辨力可达几十微米。（3）直线式步进电动机）直线式步进电动机1. 1. 一般步进电机的精度为步进角的一般步进电机的精度为步进角的3-5%3-5%，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计误差，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计误差，具有良好的跟随性。具有良好的跟随性。2. 2. 步进电机外表不允许较高的温度。步进电机外表不允许较高的温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；

20、一般来讲，磁性材料的退磁点都机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏在摄氏130130度以上，有的甚至高达摄氏度以上，有的甚至高达摄氏200200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-9080-90度完全度完全正常。正常。3. 3. 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流

21、减小，从而导致力矩下降。越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4. 4. 步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。5. 5. 由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常的可靠。同时，由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常的可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。6. 6. 步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。7. 7. 速

22、度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。速器而直接驱动负载。8. 8. 步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。9. 9. 步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。10. 10. 步进电机低速时可以正常运转步进电机低速时可以正常运转, ,但若高于一定速度就无法启动但

23、若高于一定速度就无法启动, ,并伴有啸叫声。并伴有啸叫声。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。4.4.特点特点例例2-14 三相步进电动机驱动系统三相步进电动机驱动系统 1.定义定义 力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出机。

24、这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力。力矩电机包括：直流力矩电机、交流力矩电机、和无动力。力矩电机包括：直流力矩电机、交流力矩电机、和无刷直流力矩电机。刷直流力矩电机。（三）力矩电机（三）力矩电机2.2.构造原理构造原理 当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡。力矩电机的堵转转矩高，堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。由于转子电阻高，损耗大，所产生的热量也大，特别在低速运行和堵转时更为严重，因此，电机在后端盖上装有独立的轴流或离心式风机（输出力矩较小100机座号及以下除外），作强迫通风冷却，力矩电机配以可控硅控制装置，可进行调压调速，调速范

25、围可达1：4，转速变化率10%。本系列电机的特性使其适用于卷绕，开卷、堵转和调速等场合及其他用途，被广泛应用于纺织、电线电缆、金属加工、造纸、橡胶、塑料以及印刷机械等工业领域。 力矩电机的主要特点是具有软的机械特性,可以堵转.当负载转矩增大时能自动降低转速,同时加大输出转矩.当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速.但转速的调整率不好!因而在电机轴上加一测速装置,配上控制器.利用测速装置输出的电压和控制器给定的电压相比,来自动调节电机的端电压.使电机稳定! 具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点，可直接驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度。为取得

26、不同性能指标，该电机有小气隙、中气隙、大气隙三种不同结构形式，小气隙结构，可以满足一般使用精度要求，优点是成本较低；大气隙结构，由于气隙增大，消除了齿槽效应，减小了力矩波动，基本消除了磁阻的非线性变化，电机线性度更好，电磁气隙加大，电枢电感小，电气时间常数小，但是制造成本偏高；中气隙结构，其性能指标略低于大气隙结构电机，但远高于小气隙结构电机，而体积小于大气隙结构电机，制造成本低于大气隙结构电机。 3.3.主要特点主要特点 在机械制造、纺织、造纸、橡胶、塑料、金属线材和电线电缆等工业中，需要将产品卷绕在卷筒（盘）上。卷绕的直径从开始至末了是越卷越大，为保持被卷物张力均匀（即线速度不变），就要求

27、卷筒转速越卷越小，卷绕力越卷越大. 4.4.应用应用在电线电缆、纺织、金属加工、造纸等加工时，卷绕是一个十分重要的工序。产品卷绕时卷筒的直径逐渐增大，在整个过程中保持被卷产品的张力不变十分重要，因为张力过大会将线材的线径拉细甚至拉断，或造成产品的厚薄不均匀，而张力过小则可造成卷绕松弛。为使在卷绕过程中张力保持不变，必须在产品卷绕到卷盘上的盘径增大时驱动卷筒的电机的输出力矩也增大，同时为保持卷绕产品线速度不变，须使卷盘的转速随之降低，力矩电动机的机械特性恰好能满足这一要求。（1）卷绕）卷绕开卷亦称松卷、放卷、放线等。在工业生产中，有时需要把卷绕在滚筒上的产品输送到下一个工序。在输送过程中，要求施

28、于产品一个与传动方向相反的张力，同时要求随着筒径的变化，而保持产品传动的线速度和反向张力恒定，这就要求电机具有制动恒功率特性。 （2）开卷（制动恒功率特性）开卷（制动恒功率特性）力矩电机的机械特性可以在现代伺服驱动装置的控制下实现较高的刚度，因此可以代替原来机械传动装置实现直接驱动。目前已经有采用力矩电机为核心动力元件的数控回转工作台和数控摆角铣头等产品。这些产品在体积功率比上还不如机械传动装置当，但由于其没有传动间隙，没有磨损，传动精度和效率高等优势，已经开始在精密装备上推广使用行。 （3）无级调速）无级调速在某些特殊场合中，有时要求电机在一段时间内保持一静止的力矩，如电缆收卷起始阶段须保持

29、张紧；大型锻压机的锻件夹持装置等。由于力矩电机的阻抗较大；其堵转电流较小，同时采用了强迫通风，所以能满足一定时间内的堵转要求。允许堵转时间应按铭牌上标定值，如需较长的堵转时间，可选用较大的力矩电机，通过降低力矩电机的端电压来获得。 （4）堵转）堵转力矩电机还可根据其多种特点灵活应用，如本身具有直流串励电机特性，可部分代替直流电机使用；又如根据其转子具有高电阻特性，起动（堵转）转矩大，故可应用在启闭闸（阀）门以及阻力矩大的拖动系统中；也可利用其起动（堵转）转矩大，起动（堵转）电流小，实心转子的机械强度高的特点，而使用于频繁正、反转的装置或其他类似动作的各种机械上。（5）其它）其它2.4.3 液压

30、式液压式 液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行业应用广泛。液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行业应用广泛。在各部件制造中，对密封性、耐久性有很高的技术要求，目前在液压部件制在各部件制造中，对密封性、耐久性有很高的技术要求，目前在液压部件制造中已广泛采用造中已广泛采用滚压工艺，很好的解决了圆度、粗糙度的问题。特别是滚压工艺，很好的解决了圆度、粗糙度的问题。特别是液压缸制造中广泛应用。液压工具可以解决液压制造各种问题。液压缸制造中广泛应用。液压工具可以解决液压制造各种问题。 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、一个完整的液压系统由五个部

31、分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达如液压缸和液压马达)的作用是将液体的的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件控制元件(即各即各种液压阀种液

32、压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀分为溢流阀(安全阀安全阀)、减压阀、顺序阀等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、减压阀、顺序阀等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。控制方式

33、不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表表、油位油温计等。、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。压油等几大类。 一、何为液压一、何为液压 二、液压执行装置二、液压执行装置 （1）把液压能量变换成直线运动的液压缸。（2）把液压能量变换成连续旋转运动的液压马达。（3）把液压能量变换成摆动运动的摆动马达等。 液压执行装置在很多工业领域中获得了广泛应用

34、液压执行装置在很多工业领域中获得了广泛应用，如应用于机床、成形机械、机器人、工程车辆、露，如应用于机床、成形机械、机器人、工程车辆、露天游乐场、建筑机械、农业机械等。天游乐场、建筑机械、农业机械等。 三、液压伺服系统三、液压伺服系统 液压技术用的是液压技术用的是帕斯卡定律：密闭液体上的压强，能够大小不变地向各个方向传递,那么在一个小面积的活塞上施加一个很小的力，因为传播的是压强，所以在另一边的面积大的活塞上就会出现更大的力。 如右下图，若左边活塞的面积为S1，右边的活塞面积为S2，S1S2。因为压强p是一定的，所以p=F1/S1，因为压强传播，所以p=F2/S2,因为S1S2，所以F1F2.确

35、切地说，F2=S2/S1F1。四、基本原理四、基本原理 与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达20002000：1 1）。）。可自动实现过载保护。可自动实现过载保护。一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可

36、自行润滑，使用寿命长。寿命长。 很容易实现直线运动。很容易实现直线运动。 很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。五、液压的优点五、液压的优点六、液压的缺点六、液压的缺点由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。 由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低由于工

37、作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。的温度条件下工作。液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。 由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。 液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。术水平。 七、七、八、液压式打桩机工作原理八、液压式打桩机工作原理 利用冲击力将桩贯入地层的桩工机械。由桩锤、桩架及附属设利用冲击力将桩贯入地层的桩工机械。由桩锤、桩架及附属设备等组成备等组成.桩锤依

38、附在桩架前部两根平行的竖直导杆（俗称龙门）之桩锤依附在桩架前部两根平行的竖直导杆（俗称龙门）之间，用提升吊钩吊升。桩架为一钢结构塔架间，用提升吊钩吊升。桩架为一钢结构塔架,在其后部设有卷扬机在其后部设有卷扬机,用以起吊桩和桩锤，桩架前面有两根导杆组成的导向架，用以控制用以起吊桩和桩锤，桩架前面有两根导杆组成的导向架，用以控制打桩方向，使桩按照设计方位准确地贯入地层。塔架和导向架可以打桩方向，使桩按照设计方位准确地贯入地层。塔架和导向架可以一起偏斜，用以打斜桩。导向架还能沿塔架向下引伸，用以沿堤岸一起偏斜，用以打斜桩。导向架还能沿塔架向下引伸，用以沿堤岸或码头打水下桩。桩架能转动，也能移行。打桩

39、机的基本技术参数或码头打水下桩。桩架能转动，也能移行。打桩机的基本技术参数是冲击部分重量、冲击动能和冲击频率。桩锤按运动的动力来源可是冲击部分重量、冲击动能和冲击频率。桩锤按运动的动力来源可分为落锤、汽锤、柴油锤、液压锤等。分为落锤、汽锤、柴油锤、液压锤等。 液压锤打桩机液压锤打桩机 以油液压力为动力，可按地层土质不同调整液压，以油液压力为动力，可按地层土质不同调整液压，以达到适当的冲击力进行打桩，是一种新型打桩机以达到适当的冲击力进行打桩，是一种新型打桩机由于液压技术有许多突出的优点，从民用列国防、由一般传动到精确度很高的控制系统，由于液压技术有许多突出的优点，从民用列国防、由一般传动到精确

40、度很高的控制系统，都得到了广泛地应用。都得到了广泛地应用。 在国防工业中，陆、诲空三军的很多武器装备都采用了液压传动与控制如飞机、坦克、在国防工业中，陆、诲空三军的很多武器装备都采用了液压传动与控制如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹和火箭等舰艇、雷达、火炮、导弹和火箭等 在机床工业中，目前机床传动系统有在机床工业中，目前机床传动系统有85%85%采用液压传动与控制，如磨床、铣床、刨床、拉采用液压传动与控制，如磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、剪床和组合机床等。床、压力机、剪床和组合机床等。 在冶金工业中，电炉控制系统、轧钢机的控制系统、平炉装料、转炉控制、高炉控制、带在冶金工业中，电炉控制系统

41、、轧钢机的控制系统、平炉装料、转炉控制、高炉控制、带材跑偏和恒张力装置等都采用了液压技术。材跑偏和恒张力装置等都采用了液压技术。 在工程机械中，普遍采用了液压传动，如挖掘机、轮胎装载机、汽车起重机、履带推工机、在工程机械中，普遍采用了液压传动，如挖掘机、轮胎装载机、汽车起重机、履带推工机、轮胎起重机、自行式铲运机、平地机和振动轮胎起重机、自行式铲运机、平地机和振动 式压路机等。式压路机等。 在农业机械中，采用液压技术也很广泛、如联合收割机、拖拉机和犁等。在农业机械中，采用液压技术也很广泛、如联合收割机、拖拉机和犁等。 在汽车工业中，液压越野车、液压自卸式汽车、液压高空作业车和消防车等均采用了液

42、压在汽车工业中，液压越野车、液压自卸式汽车、液压高空作业车和消防车等均采用了液压技木；技木； 在轻纺工业中，采用溉压技术的有塑料注塑机、橡胶硫化机、造纸机、印刷机和纺织机等；在轻纺工业中，采用溉压技术的有塑料注塑机、橡胶硫化机、造纸机、印刷机和纺织机等； 在船舶工业中，应用液压技术很普遍，如全液压挖泥船、打捞船、打桩船、采油平台、水在船舶工业中，应用液压技术很普遍，如全液压挖泥船、打捞船、打桩船、采油平台、水翼船、气垫船和船舶辅机等。翼船、气垫船和船舶辅机等。 近几年又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射近几年又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟器、地震

43、再现、火箭助飞发射裴置、宇航环境模拟和高层建筑防震系统及紧裴置、宇航环境模拟和高层建筑防震系统及紧 急刹车装置等没备中，也采用了液压技术急刹车装置等没备中，也采用了液压技术 总之。一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术，其前景非常光明。总之。一切工程领域，凡是有机械设备的场合，均可采用液压技术，其前景非常光明。 九、应用领域九、应用领域液压伺服系统实例液压伺服系统实例波浪发生器波浪发生器波浪发生装置是一种在室内的水池或水路中产生与自然海域相似波浪的装置。这种装置可用于波浪对船体姿势的影响，排水状态、沙滩海岸的地形变化等方面的实验研究。 十、液压式驱动系统组成十、液压式驱动系统组成

44、 液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1、动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分，常见的是液压泵。 2、执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3、控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制，如溢流阀、流量控制阀、换向阀等。4、辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等

45、，它们同样十分重要，如油箱、过滤器、油管和管接头等 。 5、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。 例例2-15 机床工作台液压驱动系统机床工作台液压驱动系统2.4.4 气动式气动式一、定义 气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。 二、气动执行装置 （1）把压缩空气的能量变换成直线运动的气缸。（2）把压缩空气的能量变换成旋转运动的气动马达。（3）把压缩空气的能量变换成摆动运动的摆动式气动

46、执行装置等。 气动执行装置的操作方法简单，人们在其结构和回路上不断气动执行装置的操作方法简单，人们在其结构和回路上不断改进以适应各种负载条件，因此广泛应用于各种工业机械、车改进以适应各种负载条件，因此广泛应用于各种工业机械、车辆、汽车、机器人、气动工具、测量仪器等领域。辆、汽车、机器人、气动工具、测量仪器等领域。三、气动执行装置 四、气动执行装置的驱动原理五、气动执行装置实例真空吸盘应用于装卸、搬运作业时，可以减轻劳动强度并实现自动化。 六、气动执行装置实例气动手在仓库、工厂中应用的采用无杆气缸直接拉引窗帘八、气动执行装置实例自动窗帘即使工件的形状或位置存在偏差，气动手也能灵活适应。把工件放置在尼龙皮带和V形块之间，由双杆气缸推动V形块前进，并将工件推至尼龙皮带而夹紧。 九、气动执行装置实例机械手使用双杆气缸和气动夹具构成简单机械手的应用实例 气动技术应用的最典型的代表是工业机器人。代替人类的手腕、手以及手气动技术应用的最典型的代表是工业机器人。代替人类的手腕、手以及手指能正确并迅速的做抓取或放开等细微的动作。除了工业生产上的应用之外，指能正确并迅速的做抓取或放开等细微的动作。除了工业生产上的应用之外，在游乐场的过山车上的刹车装置，机械制作的动物表演以及人形报时钟的内部，在游乐场的过山车上的刹车装置，机械制作的动物表演以及人形报时钟的内部，均采用了气动