第二章执行机构工作原理及使用方法ppt课件

1、第二章 执行机构的种类及运用方法 2.1 执行机构的功能及特性执行元件是将控制信号转换成机械运动和机械能量的转换元件执行元件的特点1. 电气执行元件 电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流AC伺服电机、步进电机以及电磁铁等。对这些伺服电机除了要求运转平稳以外，普通还要求动态性能好，适宜于频繁运用，便于维修等 2液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况下，液压元件具有分量轻、快速性好等特点 3气压式执行元件 气压式执行元件除了用紧缩空气作任务介质外，与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由

2、于空气粘性差，具有可紧缩性，故不能在定位精度要求较高的场所运用。2.2 执行元件的种类及性能 种类特点优点缺点电气式 可用商业电源；信号与动力传送方向相同；有交流直流之分；注意使用电压和功率。 操作简便；编程容易；能实现定位伺服控制；响应快、易与计算机（CPU）连接；体积小、动力大、无污染。 瞬时输出功率大；过载差；一旦卡死，会引起烧毁事故；受外界噪音影响大。 气压式 气体压力源压力57Mpa；要求操作人员技术熟练。 气源方便、成本低；无泄露而污染环境；速度快、操作简便。 功率小、体积大、难于小型化；动作不平稳、远距离传输困难；噪音大；难于伺服。 液压式 液体压力源压力2080Mpa；要求操作

3、人员技术熟练。输出功率大，速度快、动作平稳，可实现定位伺服控制；易与计算机（CPU）连接。 设备难于小型化；液压源和液压油要求严格；易产生泄露而污染环境。 机电一体化系统对执行元件的根本要求 1惯量小，动力大。 2体积小，分量轻。 3安装方便、便于维修维护。 4易于实现自动化控制。 2.3 电动执行机构 常用电动执行机构 ： DC/AC电动机、力矩电动机、步进脉冲电动机、变频调速电动机、开关电磁电动机以及其他电动机直流或交流脉宽调速电动机、电磁伸缩元件等。 常用伺服控制电动机的控制方式 主要有：开环控制、半闭环控制、闭环控制三种。 如下图数控机床伺服系统。 它由控制器、被控对象、反响丈量安装等

4、部分组成。机电一体化系统对伺服控制电动机的根本要求 为实现运动、功率/能量、控制运动方式的转换，对伺服控制电动机提出了一些根本要求。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、呼应特性好。3位置控制与速度控制精度高、调速范围大、低速平稳性好、分辨率高以及振动噪音小。4能顺应频繁启动，可靠性高、寿命长。5易于与计算机对接，实现计算机控制。伺服控制电动机根本特性 无论动力用伺服控制电动机，还是控制用伺服控制电动机，功率转速转矩的电特性是电机重要的根本特性目的之一。 对于伺服控制电机而言，恒转矩任务特性是衡量电机调速性能的重要参数之一。

5、2.3.1 直流电机驱动一、直流电机任务原理 1. 直流电机分类 1根据励磁相数 2根据励磁方式 3根据电机构造 有刷直流电机：经过换向器和电刷改动电枢励磁电流方向，实现电机驱动。 无刷直流电机：由电子换向器改动绕组励磁电流方向和相序，实现电机驱动。2.普通直流电机任务原理图2-1 直流电机模型3.无刷直流电机任务原理图2-2 无刷直流电机简图二.直流电机构造 1.普通直流电机构造图2-3 直流电机构造1风扇；2机座；3电枢；4主磁极；5刷架；6换向器；7接线板；8出线盒；9换向极；10端盖图2-4 直流电机主磁极1固定主磁极的螺钉； 2主磁极铁心；3励磁绕组 图2-5 直流电机换向极 换向极

6、用来改善换向，由铁心和套在铁心上的绕组构成，如图2.5所示。换向极铁心普通用整块钢制成，如换向要求较高，那么用1.0mm1.5mm厚的钢板叠压而成，其绕组中流过的是电枢电流。换向极装在相邻两主极之间，用螺钉固定在机座上。1换向极铁心；2换向极绕组 图2-6 直流电机电刷安装 1电刷；2刷握；3弹簧压板； 4座圈；5刷杆 电刷与换向器配合可以把转动的电枢绕组电路和外电路衔接并把电枢绕组中的交流量转变成电刷端的直流量。电刷安装由电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫构成，如下图。电刷组的个数，普通等于主磁极的个数。图2-7 直流电机电枢 电枢铁心是电机磁路的一部分，其外圆周开槽，用来嵌放电枢绕组。电

7、枢铁心普通用0.5mm厚、两边涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成，如下图。电枢铁心固定在转轴或转子支架上。铁心较长时，为加强冷却，可把电枢铁心沿轴向分成数段，段与段之间留有通风孔。图2-8 直流电机换向器 换向器是由多个紧压在一同的梯形铜片构成的一个圆筒，片与片之间用一层薄云母绝缘，电枢绕组各元件的始端和末端与换向片按一定规律衔接，如下图。换向器与转轴固定在一同。2.无刷直流电机构造图2-9 无刷直流电机构造2. 直流电机PWM调速原理图2-10 直流电机调速构造框图图2-11 直流电机调速构造框图3. PWM功率放大器 a单极性功放 b带动力控制的单极性功放图2-12 单极性PWM功放图2-13

8、 直流电机H型单极性PWM功放H型PWM功率放大器图2-15 直流电机H型双极性PWM功放直流电机的调速方式由于直流伺服电机的机械特性方程为：式中，UC 电枢控制电压；R 电枢回路电阻； 每极磁通；Ce、Ct分别为电动机的构造常数。 由此，直流伺服电机的控制方式如下：1调压调速变电枢电压，恒转矩调速2调磁调速变励磁电流，恒功率调速3改动电枢回路电阻调速典型直流伺服电动机控制数学模型2.3.3 步进电机驱动一、步进电机任务原理 1. 步进电机分类 1根据励磁相数 2根据转子构造 反响式可变磁阻式：由定子绕组产生的反响电磁力吸援用软磁钢组成的转子作步进驱动。 永磁式：由定子绕组产生的反响电磁力吸引

9、或排斥由永磁资料组成的转子作步进驱动。 混合式：定子上镶有永磁体，定子和转子的导磁体和反响式步进电机类似，由二者混合效应驱动。 使机械构造运动的安装 2.反响式步进电机构造和任务原理1反响式步进电机构造和任务原理图2-16 反响式步进电机构造 根据相数及各相通电顺序分：两相两拍，两相四拍，三相单三拍，三相双三拍，三相六拍等类型。 拍：从一相通电到另一相通电称为一拍； 步距角：步进电机每接受一个脉冲，转子转过的角度 a两相两拍任务表示 b两相四拍任务表示图2-17 反响式步进电机任务模拟图2-18 永磁式步进电机运转模拟2永磁式步进电机任务原理二、步进电机的性能参数1、齿距角z：转子相邻两齿的夹

10、角2、步距角：步进电机每接受一个脉冲，转子转过一个固定的角度3、最大静转矩Tmax：在规定的通电相数下，转矩的最大值Z：转子的齿数m：定子绕组相数k：通电形状系数K=1 单拍或双拍K=2 单双拍定子绕组每改动一次通电的方式，称为“一拍绕组的电流越大，静转矩越大，普通取TL=3050%Tmax4、最高运转频率fmax：5、最高启动频率fq max：步进电机由静止形状不失步到达稳速所允许的最高输入脉冲频率可以是空载下或有负载下步进电机不失步运转时，输入脉冲的最高频率失步丢步：齿距数少于脉冲数越步：齿距数多于脉冲数6、失调角：单相定子通电时，该相定子齿与转子齿的中心线不重合所夹角三、步进电机的驱动系

11、统构成图2-19 步进电机驱动系统四、脉冲分配器1.步进电机的运转方式 三相单三拍运转图2-20三相单三拍运转时序A-B-C-A-图2-21 三相双三拍运转时序AB-BC-CA-AB-三相双三拍运转图2-22 三相六拍运转时序A-AB-B-BC-C-CA-A 三相六拍运转图2-23 三相六拍脉冲分配器A-AB-B-BC-C-CA-A 2.分立器件脉冲分配器图2-24 CH250三相双三拍脉冲分配器A-AB-B-BC-C-CA-A 除CH250外，还有YB系列TTL集成脉冲分配器：YB013三相，YB014四相，YB015五相，YB016六相3.公用集成脉冲分配器图2-25 步进电机单片机驱动

12、软件环行分配器编码定义：0 x01-0 x03-0 x02-0 x06-0 x04-0 x05-0 x01- A- AB- B- BC- C- CA- A-4.用单片机实现脉冲分配高低压功率放大器 特点：具有高压驱动，电流增长速度快、前沿变陡，电机的扭矩和频率得到提高。 特点：仅在脉冲开场时接通高压电源，其他时间仅接通低压电源供电。具有效果高、电流上升率高、高速运转性能好，但波形陡有时存在过冲景象，谐波丰富，在低速运转时易产生振动。 2功率放大器 功率放大器是实现控制信号与步进电机匹配的重要组件。 常见的步进电机功率放大器的组成与特点如下： 单电压功率放大电路 特点：电路构造简单，但串联R2耗

13、费能量降低放大功率；电感较大使电路对脉冲反响较慢,输出波形差。主要用于转速要求不高的小型步进电机控制。3.电流检测型驱动图2-28 电流检测驱动电路原理恒流斩波驱动a恒流斩波驱动电路 b电路波形图2-29恒流斩波驱动电路4.细分驱动图2-30基于AD转换的细分驱动原理及波形细分驱动电路a恒频脉宽调制细分电路 b阶梯波构成图2-31 恒频脉宽调制细分电路六、步进电机驱动参数设计与选用1、脉冲当量：步进电机每接受一个脉冲时，任务台走过的位移单位为 mm/pulse= 0.0010.0025 精细机床0.0050.01 数控机床 0.10.15 普通机床角脉冲当量：就是步距角(/pulse)当经过中

14、间传动安装时，角脉冲当量为：如以下图，步进电机经过丝杠螺母副带开任务台运动时，其脉冲当量为：M驱动器指令脉冲Z1Z2 设计时，先根据运动精度选定，再根据负载确定步进电机的参数，并选定丝杠的导程p,计算出传动比i后，最后设计传动齿轮的各参数等。 2、最大静转矩Tmax与相数、拍数 普通根据 TL3050%Tmax选择Tmax其中：TL为把负载折合到步进电机轴的负载力矩，假设相数、拍数较多，可选0.5，否那么选0.3，思索控制回路的复杂和经济程度，普通取相数较少的。3、最高运转频率与速度关系 根据任务台的最高速度vmax选择步进电机最高运转频率fmax得留意量纲：vmax (m/min) 步进电机

15、的加减速性能与转动惯量所产生的惯性力矩有关惯性力矩： 转动惯量和角加速度越大，步进电机的启动频率越低，加减速性能越差，越容易失步。 经过减小步距角和减小转动惯量改善启动、加减速性能5、电机负载转矩计算 作用在步进电机轴的总的负载转矩按下式计算：4、转动惯量与加减速性能其中：Jm是电机轴本身的转动惯量Kg.m2Jd是系统折算到电机轴的总的转动惯量Kg.m2是电机启动、制动时的角加速度rad/s2F 作用在任务台的摩擦力NFW作用在任务台的外力N伺服系统传动链的总效率取0.70.85 丝杠螺母预紧时的传动效率取0.9F0丝杠螺母预紧时的力N P是丝杠螺距mmi是总传动比2.3.4 步进电机的驱动与

16、控制 步进电机的驱动电路：主要由脉冲分配器和功率放大器两部份组成。 变频控制信号：主要有脉冲频率信号和方向控制信号。步进电机驱动电路的组成 1环形脉冲分配器 由于步进电机的任务原理是各绕组必需按一定的顺序通电变化才干正常任务A B C A B ；A AB B BC C CA A AB B ，完成这种通电顺序变化规律的部件称为环形脉冲分配器。实现脉冲环形分配的方法主要有三种： 软件分频可充分利用计算机资源降低硬件本钱，可适用多相脉冲分配，但将占用计算机运转时间，影响步进电机的运转速度。 IC集成电路分频DDT分频器灵敏性强，可搭接成恣意通电顺序的环形分配器，不站用计算机的任务时间。 CH250

17、管角定义与三相六拍任务形状的接线图 公用环形分频器运用方便，接口简单，专业化消费质量可靠，本钱低等。如：CH250三相绕组分频器 ；L297和PMM8714两相绕组分频器；PMM8713五相绕组电机分频器等。3.5 交流AC伺服电动机及其驱动1常用交流伺服电动机永磁同步型SM、电磁感应型IM伺服电动机。2根本任务原理 检测交流伺服电动机SM型/IM型气隙磁场的大小和方向，用电力电子转化器替代整流子和电刷，经过控制与气隙磁场方向一样的磁化电流和与与气隙磁场方向相垂直的等效电流的方法，最终控制交流伺服电动机主磁通量大小和转矩，实现对电机的有效控制，简称矢量控制方法。 1永磁同步型SM 转子由永磁构

18、成，不需磁化控制电流，只需检测磁铁转子位置和定子绕组磁通矢量控制电流，实现对电机主磁通矢量电流的控制，从而获得对电机的速度和位置控制。永磁同步SM型伺服电动机控制框图CONV.整流器；SM同步电机；INV.变换器；PS磁极位置检测器；REF速度基准；IGF电流函数发生器；SC速度放大器；CC电流放大器；RD速度变换器；PWM脉宽调制器；P.B.U再生电力吸收电路。2感应IM型伺服电动机控制框图3交流伺服电动机的矢量控制 r1,X1定子绕组阻抗和漏抗； r2,X2转子绕组阻抗和漏抗； rm,Xm铁芯等效阻抗和主磁通所对应电抗； Im负载范围内不变。S转差率2.4直线电动机想象把旋转电动机自转子轴

19、至定子外圆周沿径向AA剖开，转子和定子都展成直条状，就成了直线电动机。 按机械特性可分为 :推力型电动机 冲量型电动机 功率型电动机 直线电动机运用直线电机可替代的运动方式直线电动机的分类按机械特性可分为1) 推力型电动机：也称力电动机。这类作往复运动的直线电动机要求起动推力很大。 2冲量型电动机：也称能电动机。这类电动机的瞬时功率很大 3功率型电动机：也称功电动机。长间隔或长时延续运转，要求功率因数高，主要用于以一定的速度拖动负载 直线电动机的构造有平面型和管型两类，平面型又分为单边型和双边型两种，管型有圆管型和方型两种。 直线电动机的特点优点：1.可直接产生直线运动，不需求运动转换，使机构

20、简化，便于控制，系统可靠性提高。2.瞬时线速度很高时，零部件不受离心力的作用。3.定子和动子之间的电磁推力可消除运转中的机械接触，因此机械功率损耗和磨损可减到很小。4.由于无机械接触，噪声较小。5.平面型直线电动机容易散热，容量大的直线电动机常不需求附加冷却安装。缺陷：1.有所谓边端效应，由于磁路开断，铜损和漏抗压降大。 2.由于气隙大，功率因数比同样容量的旋转电动机低。 思索题直流电动机的电磁转矩由哪些要素决议？直流电动机有哪几种调速方式？交流异步电动机的电磁转矩由哪些要素决议？为什么异步电动机的转速随转矩增大而下降才干稳定运转？交流异步电动机有哪几种调速方式？步进电动机有哪些特点？步进电动

21、机有哪些主要目的？直线电动机有哪些特点？可用于简化哪些运动机构？磁致伸缩式附：工业机器人末端执行器圆弧开合型2.5微动机构根本要求：1) 低摩擦、高灵敏度，最小挪动量到达运用要求；2) 传动平稳、可靠，无空程和爬行，有足够的刚度，制动后能坚持稳定的位置；3) 抗干扰才干强，快速呼应性好；4具有好的动特性,即具频响高；5) 良好的构造工艺性；6应能实现自动控制。圆弧平行开合型直线平行开合型特种末端执行器真空吸附手电磁吸附手乖巧手液压与气动执行安装的组成液压与气动执行安装分别以液体和气体作为任务介质进展能量传动和控制，通常，它们由不同的元件如阀、缸、马达、泵、管路等构成根本回路，进而组成为有机整体

22、。液压与气动执行安装普通由四部分组成 ： 液压与气动执行安装的组成能源安装：将机械能转换为流体的压力能的安装，常见的设备包括空气紧缩机和液压泵。执行元件：将流体的压力能转换为机械能输出的安装，它可以是做直线运动的液压缸或气缸，也可以是做回转运动的液压马达或气压马达。控制元件：对系统中流体压力、流量和流动方向进展控制或调理的安装，还包括实现信号转换、逻辑运算等功能的信号控制元件，主要是指各种阀。辅助元件：保证系统正常运转的辅助安装，如液压系统的蓄能器、滤油器、油箱和管件以及气动系统的空气过滤器、油雾器、消声器等。液压与气压传动的优点 液压传动具备有功率密度大的突出优点。在同等输出功率下具有体积小

23、、质量小、运动惯性小、动态性能好的特点。液压与气动元件的布置不受严厉的空间位置限制，系统中各部分用管道衔接，规划安装有很大的灵敏性，能构成用其它方法难以组成的复杂系统。可以在运转过程中实现大范围的无级调速。减速比可达2000：1。液压传动和液气联动传送运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向。操作控制方便，易于实现自动控制、中远间隔控制、过载维护。液压与气动元件属机械工业根底件，规范化、系列化、通用化程度较高，有利于缩短机器的设计、制造周期和降低本钱。此外，气压传动还有以空气做任务介质，处置方便、无介质费用、走漏污染环境小、不需求思索介质蜕变及补充等问题等突出的优点。液压与气压传动的缺

24、陷 在传动过程中，能量需经两次转换，传动效率偏低。由于传动介质的可紧缩性和走漏等要素的影响，不能严厉保证定比传动。液压传动性能对温度比较敏感，油温变化会引起液压油的粘度变化，从而影响运动速度；系统不能在高温下任务，采用石油基液压油作传动介质时还需留意防火问题。液压与气动元件制造精度高，系统任务过程中发生缺点不易诊断。2.5.1能源安装液压能源安装气动能源安装2.5.1.1液压能源安装液压泵利用容积大小的变化吸油和压油，将机械能转变成液压能，是液压系统的主要能源安装。液压泵的种类很多，按其构外型式，主要有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等类型 。液压泵的分类按照泵的排量能否改动，液压泵分为定量泵和变量泵。

25、 常用液压泵的主要性能 性 能外啮合齿轮泵双作用叶片泵限压式变量叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵额定压力/MPa低压(2.51.6)中压(6.316)中压(6.316)高压(1020)高压(2140)流量调节不能不能能能能总效率/(%)低(6387)较高(6582)高(8592)高(8183)高(8188)输出流量脉动最大小一般一般一般自吸性能好较差较差差差对油污染的敏感性不敏感较敏感较敏感敏感敏感噪声大小较大大大常用泵符号 液压泵是向液压系统提供一定流量和压力的油液的动力元件，它是每个液压系统不可短少的中心元件，合理的选好液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善任务性能和保证系

26、统的可靠任务都非常重要 a) 单向定量泵 b) 双向定量泵 c)单向变量泵 d) 双向变量泵液压泵的选择选择液压泵的原那么是：根据主机工况、功率大小和系统对任务性能的要求，首先确定的压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号 。普通在负载小、功率小、精度要求不高的机械设备中，可用价钱廉价的齿轮泵、双作用叶片泵；精度较高的机械设备如磨床可用螺杆泵、双作用叶片泵；在负载较大并有快速和慢速任务行程的机械设备中如组合机床可运用限压式变量叶片泵；负载大、功率大的机械设备如龙门刨床、拉床可运用柱塞泵，对于功率密度要求高、构造复杂的系统如飞机发动机地面模拟系统也多采用价钱昂贵的柱塞泵；而机械

27、设备的辅助安装，如机床送料、夹紧等不重要的地方，可运用价廉的齿轮泵。液压泵的选择选择液压泵时，按下式确定液压泵的油压pp:式中，p1为执行液压件最大任务油压； 为进油沿程油压损失。按下式选取液压泵供油量流量qp :式中， 为各个执行液压件同时任务时所需的最大流量；K为思索系统走漏的修正系数；qmin为溢流阀所需最小溢流量。液压泵的功率P为(液压泵总效率为p) 2.5.1.2气动能源安装 空气紧缩机是气动执行安装的动力源，它把电机输出的机械能转换成气压能保送给气动系统。空气紧缩机的种类很多，但按任务原理主要可分为容积式和速度式叶片式两类。在容积式紧缩机中，气体压力的提高是由于紧缩机内部的任务容积

28、被减少，使单位体积内气体的分子密度添加而构成的；而在速度式紧缩机中，气体压力的提高是由于气体分子在高速流动时忽然受阻而停滞下来，使动能转化为压力能而到达的。 气动能源安装空气紧缩机是气动执行安装的动力源，它把电机输出的机械能转换成气压能保送给气动系统。空气紧缩机的种类很多，但按任务原理主要可分为容积式和速度式叶片式两类。在容积式紧缩机中，气体压力的提高是由于紧缩机内部的任务容积被减少，使单位体积内气体的分子密度添加而构成的；而在速度式紧缩机中，气体压力的提高是由于气体分子在高速流动时忽然受阻而停滞下来，使动能转化为压力能而到达的。 容积式紧缩机按构造不同又可分为活塞式、膜片式和螺杆式等；速度式

29、按构造不同可分为离心式和轴流式等，目前，运用最广泛的是活塞式紧缩机。 气动能源安装普通规定：排气量大于或等于612m3/min时，就应独立设置紧缩空气站；假设排气量低于6m3/min时，可将紧缩机或气泵直接安装在主机旁。气压传动系统所运用的紧缩空气必需经过枯燥和净化处置，由于紧缩空气中的水分、油污和灰尘等杂质会混合而成胶体渣质，假设不经处置而直接进入管路系统时，能够会呵斥不良后果。空气紧缩机的图形符号 空气紧缩机的选择选择空气紧缩机的主要性能目的是任务压力的额定排气量应大于气动系统的任务压力和所需的自在空气耗费量。供气量q为式中，qmax为系统中一台设备的最大自在空气耗费量；Z为系统中气动设备

30、数量；Kl为漏损系数，普通取1.151.5；K2为备用系数，普通取1.31.6；为利用系数，Z越大越低，对应Zl80，有=1.00.42.5.2执行元件 液压执行元件 液压马达 液压缸 气动执行元件 气动马达 气缸 2.5液压执行元件液压执行元件是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换安装，主要包括液压缸和液压马达。液压马达习惯上是指输出旋转运动的液压执行元件，而把输出直线运动包括输出摆动运动的液压执行元件称为液压缸。 常用的液压马达的符号 (a) 单作用定量马达 (b) 双作用定量马达 (c) 单作用变量马达 液压马达 从能量转换的观念来看，液压马达与液压泵是可逆任务的液压元件 。由于它

31、们具有同样的根本构造要素密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。 但是，由于液压马达和液压泵的任务条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类别的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。首先液压马达应可以正、反转，因此要求其内部构造对称；液压马达的转速范围需求足够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求，因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承。其次液压马达由于在输入压力油条件下任务，因此不器具备自吸才干，但需求一定的初始密封性，才干提供必要的起动转矩。 液压马达的分类液压马达按其构造类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500

32、rmin属于高速液压马达，额定转速低于500rmin的属于低速液压马达。高速液压马达的根本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调理调速及换向灵敏度高。 低速液压马达的根本型式是径向柱塞式，主要特点是排量大、体积大、转速低有时可达每分钟几转甚至零点几转，可直接与任务机构衔接，不需求减速安装，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大可达几千到几万Nm，所以又称为低速大转矩液压马达。 液压马达规格的参数 液压马达的实践角速度m为：式中，qm为液压马达实践流量；Vm为液压马达每转排量；为容积效率。 液压马达的输出转矩Tm为 式中，p

33、m为液压马达的油压；m为液压马达的机械效率。 液压马达的输入功率为 Pim=pmqm 液压马达的输出功率为 Pom=Tmm 液压马达规格的选择 在伺服系统中，既要求大功率又要求快速呼应的情况极少。因此在负载和功率比较大的情况下，液压马达规格的选择主要是满足负载要求，而在要求呼应快的小负载或完成计算功能的液压伺服系统中，液压马达的规格就根据液压固有频率值来确定。 (1) 按最大功率或最大负载力矩选择为了使动力元件在整个任务循环中都能满足负载要求，应使其输出特性曲线能包围全部负载曲线。 按照负载匹配条件，有：式中TL*为最大功率点的负载力矩；L*为最大功率点的负载速度；ps为供油压力；qom为伺服

34、阀空载流量；Dm为液压马达每弧度排量，Dm=Vm/2 假设按最大负载力矩选择，那么经过对系统任务循环分析，作出位移、速度、加速度时间图，再按负载条件就可求出负载力矩时间图，从而确定出最大负载转矩。 或 或 (2) 根据液压固有频率选择：需求针对特定的系统，在确定系统的固有频率h后，计算出马达的每弧度排量，从而确定马达的规格。如对于四通阀控液压马达组合，Dm计算公式为：式中，Vt为液压马达两腔的总容积；Ke为油液等效体积模量；Jt为折算到液压马达轴上的转动惯量。液压固有频率根据系统要求的频宽确定，可以根据阅历推断。 液压缸 液压缸是将液体的压力能转换成机械能，用于驱开任务机构作直线往复运动或往复

35、摆动的液压执行元件。其构造简单、任务可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等机构配合能实现多种机械运动，在液压系统中得到广泛的运用。 液压缸按其构造方式，可以分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸三类。活塞缸和柱塞缸实现直线住复运动，输出推力和速度，摆动缸那么能实现小于360的往复摆动，输出转矩和角速度。 液压缸的符号及阐明 液压缸规格的选择原那么 液压缸规格的选择原那么与液压马达一样，只需把式(5.7)和式(5.8)中的Dm换成Ap液压缸活塞有效面积，TL*换成大功率点的负载力，L*换成最大功率点的负载速度；式(5.9)中，把Jt换成负载质量m，Dm换成Ap，就可以计算出Ap，再确定液压缸的规格。

36、普通说来，阀控液压缸的液压固有频率随活塞行程变化。当行程较长时，固有频率就降低。此时宜用液压马达驱动，经过丝杠或齿轮齿条安装把旋转运动变成直线运动。2.5.2.2气动执行元件 气动执行元件是将紧缩空气的压力能转化为机械能的元件，它驱动机构实现直线往复、摆动或回转运动，其输出为力转矩和速度角速度，主要包括气缸和气动马达。常用的气动马达的符号 常用的气缸符号气动马达 气动马达将紧缩空气的压力能转换成旋转的机械运动，在气压传动中运用最广泛的是叶片式和活塞式气动马达。 由于气动马达具有一些比较突出的特点，在某些工业场所，它比电动马达和液压马达更适用，这些特点是：具有防爆性能。由于气动马达的任务介质空气

37、本身的特性和构造设计上的思索，可以在任务中不产生火花，故适宜于有爆炸、高温、灰尘的场所，并能用于空气极潮湿的环境，而无漏电的危险。马达本身的软特性使之能长期满载任务，温升较小，且有过载维护的性能。有较高的起动转矩，能带载启动。换向容易，操作简单，可以实现无级调速。与电动机相比，单位功率尺寸小，分量轻，适用于安装在位置狭小的场所及手工工具上。但气动马达也具有输出功率小，耗气量大，效率低、噪声大和易产生振动等缺陷。气缸 与液压传动相比较，气缸的任务介质是空气，既廉价又不污染环境，管路不易堵塞，回气可随意排入大气；具有防火、防爆性能，高温下能可靠平安任务；空气粘度小，所以管道压力损失小，便于集中供气

38、向中远间隔保送；动作迅速，反响快；可靠性高，寿命长；构造简单，维护方便，安装自在度大；蓄能方便；允许任务温度范围广。 但是由于气体的可紧缩性大，所以速度稳定性差，且随负载变化而变化，所以位置及速度控制的精度低，容易产生爬行；任务压力低，所以输出的推力小、总输出力不宜大于l040kN。 规范化气缸的标志 规范化气缸的标志是用符号“QG表示气缸，用符号“A、B、C、D、H表示五种系列。详细的标志方法是：五种规范化气缸的系列为：QGA无缓冲普通气缸；QGB细杆规范杆缓冲气缸QGC粗杆缓冲气缸；QGD气液阻尼缸；QGH回转气缸。QGA/B/C/D/H缸径行程2.5.3控制元件 液压控制元件 方向控制阀

39、 压力控制阀 流量控制阀 气动控制元件 方向控制阀压力控制阀 流量控制阀 2.5.3.1液压控制元件 在液压系统中，除需求液压泵供油和液压执行元件来驱开任务安装外，还要配备一定数量的液压控制阀来对液流的流动方向、压力的高低以及流量的大小进展控制，以满足负载的任务要求。 各类液压控制阀虽然方式不同，控制的功能各异，但具有共性。首先，在构造上，一切的阀都有阀体、阀芯座阀或滑阀和驱使阀芯动作的零部件如弹簧、电磁铁等组成；其次，在任务原理上，都是依托改动阀孔的通流面积大小和阀孔的开、闭来限制、改动液体的流量大小和液体流动、停顿；一切阀的阀口大小，阀进、出油口间的压差以及经过阀的流量之间的关系都符合孔口

40、流量公式，只是各种阀控制的参数各不一样而已。 液压控制阀的分类 根据其内在联络、外部特征、构造和用途等方面的不同，可将液压阀按不同方式进展分类。 液压传动系统对液压控制阀的根本要求 动作灵敏、运用可靠，任务时冲击振动和噪声要小，运用寿命要长。油液经过液压阀时压力损失要小，密封性能好，内走漏要小，无外走漏。构造简单紧凑、安装、维护、调整方便，运用性好。方向控制阀 方向控制阀主要用来通断油路或改动油液流动的方向，从而控制液压执行元件的起动或停顿并改动其运动方向。它主要有单向阀和换向阀。单向阀的主要作用是控制油液的单向流动。液压系统对单向阀的主要性能要求是正向流动P1流向P2阻力损失小，反向流动P2

41、流向P1时密封性能好，油流不能经过，要求动作灵敏。 a) 普通单向阀 b) 液控单向阀典型单向阀的图形符号换向阀 换向阀是利用阀芯对阀体的相对运动，控制油路通断或变换油流动方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的起动、停顿或变换运动方向。系统对换向阀性能的主要要求是：油液流经换向阀时压力损失要小；互不相通的油口间的走漏要小；换向要平稳，动作迅速且可靠。换向阀的种类很多，其分类方式也各有不同:按阀芯相对于阀体的运动方式来分有滑阀和转阀两种；按操作方式来分有手动、机动、电磁动、液动和电液动几种；按阀芯任务时在阀体中所处的位置有二位和三位等；按换向阀所控制的通路数不同有二通、三通、四通和五通等系列化

42、和规格化了的规范换向阀。 换向阀图形符号的规定和含义 用方框表示阀的任务位置数，有几个方框就是几位阀。在一个方框内，箭头“或堵塞符号“、“与方框相交的点数就是通路数，有几个交点就是几通阀。箭头“表示阀芯处在这一位置时两油口相通，但不一定是油液的实践流向，“或“表示此油口被阀芯封锁堵塞不通流。三位阀中间的方框、两位阀画有复位弹簧的那个方框为常态位置即未施加控制信号以前的原始位置。在液压系统原理图中，换向阀的图形符号与油路的衔接，普通应画在常态位置上。同时在常态位上应标出油口的代号P为压力油进口，T为回油口，A、B为与执行元件相连的两个油口。控制方式和复位弹簧的符号画在方框的两侧。 换向阀位和通路

43、的图形符号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) 三位五通换向阀支配方式符号 a) 手柄式 b) 机动滚轮式 c) 电磁动 d) 弹簧 e) 液动 f) 液压先导控 g) 电磁-液压先导控制换向阀常见的滑阀机能及其特点 换向阀处于中间位置常态位置时，阀内各油口的连通方式称为滑阀机能或中位机能，通常用一个大写英文字母表示。压力控制阀 在液压传动系统中，控制油液压力高低的液压阀称之为压力控制阀，简称压力阀。 这类阀的共同点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理任务。 溢流阀的主要作用是对液压系统定压或进展平安维护。a) 溢流阀用于过载维护 b)

44、 变量泵调速系统溢流阀的作用液压系统对溢流阀性能的要求 定压精度高。灵敏度高。任务平稳且无振动和噪声。当阀封锁时密封好，走漏小。对于经常开启的溢流阀，主要要求前三项性能；而对于平安阀，那么主要要求第2和第4两项性能 。流量控制阀 流量阀用调理阀芯开口的大小来控制经过的流量，以实现任务机构的速度控制和调理。常用的流量控制阀有节流阀、调速阀、分流阀及其与单向阀、行程阀组合而成的各种组合式流量阀。 在液压传动系统中节流元件与溢流阀并联于液压泵的出口，构成恒压油源，使泵出口的压力恒定。 节流元件用来调理流量是有条件的，即要求有一个接受节流元件压力信号的环节与之并联的溢流阀或恒压变量泵。经过这一环节来补

45、偿节流元件的流量变化。 液压传动系统对流量控制阀的要求 较大的流量调理范围，且流量调理要均匀。当阀前、后压力差发生变化时，经过阀的流量变化要小，以保证负载运动的稳定。油温变化对经过阀的流量影响要小。液流经过全开阀时的压力损失要小。当阀口封锁时，阀的走漏量要小。2.5.3.2气动控制元件 气动控制元件是在气压传动系统中控制和调理紧缩空气的压力、流量、流动方向与发送信号的重要元件，利用它们可以组成各种气动控制回路，使气动执行元件按设计的程序正常地进展任务。控制元件按功能和用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类。此外，尚有经过改动气流方向和通断实现各种逻辑功能的气动逻辑元件和射流元件等。

46、 方向控制阀 气动换向阀和液压换向阀类似、分类方法与符号也大致一样。气动换向阀按阀芯构造不同可分为滑柱式又称柱塞式、也称滑阀、截止式又称提动式、平面式又称滑块式、旋塞式和膜片式，其中以截止式换向阀和滑柱式换阀运用较多。由于紧缩空气具有可紧缩性，气压传动中还有一些具有特殊用途的单向型控制阀，如梭阀、双压阀、快速排气阀。 a) 梭阀 b) 双压阀 c) 快速排气阀特殊用途的单向型控制阀的图形符号压力控制阀 压力控制阀按其功能可分为：减压阀、顺序阀和平安阀 减压阀与液压传动中的减压阀一样能起减压作用，但它更主要的作用是调压和稳压。 顺序阀是依托气路中压力的作用而控制执行元件按顺序动作的压力控制阀，其

47、作用和任务原理与液压顺序阀根本一样 。为了防止管路、受压容器等的破坏，限制系统中最高压力的压力控制阀称为平安阀。 a) 减压阀 b) 顺序阀 c) 平安阀压力控制阀的图形符号流量控制阀 经过改动阀口的通流面积来控制紧缩空气流量的元件称为气动流量控制阀。流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。 在气动系统中，气缸的运动速度、换向阀的切换时间和气动信号的传送速度等，都需求经过控制调理紧缩空气的流量来实现。 a) 节流阀 b) 单向节流阀 c) 排气节流阀流量控制阀的图形符号气动逻辑元件 气动逻辑元件是利用紧缩空气为任务介质，经过元件的可动部件在气控信号的作用下动作，改动气流方向以实现一定逻

48、辑功能的流体控制元件。气动方向阀有开关特性，也具有一定的逻辑功能，但这类阀的尺寸大，输出功率大，用于直接控制气动执行元件。在气动控制系统中那么广泛地采用各种方式的气动逻辑元件简称为逻辑阀。 2.5.4辅助元件 液压系统典型辅助元件 气动系统典型辅助元件 2.5.4.1液压系统典型辅助元件 液压系统中的辅助元件是指除液压动力元件，执行元件和控制元件以外的其它各类组成元件，如管件、油箱、滤油器、密封安装、压力表和蓄能器等。它们对保证液压系统有效地传送力和运动和提高液压系统的任务性能起重要的作用。 a) 油箱 b) 滤油器 c) 蓄能器I d) 蓄能器II典型液压附件的图形符号油箱 油箱的主要功能是

49、储存油液，此外还起着分发油液中的热量、逸出混在油液中的气体、沉淀油中的污物等作用。 液压系统中的油箱有总体式和分别式两种。 体式是利用机器设备机身内腔作为油箱例如压铸机、注塑机等，构造紧凑，各处漏油易于回收，但维修不便，散热条件不好。分别式是设置一个单独油箱，与主机分开，减少了油箱发热和液压源振动对任务精度的影响，因此得到了普通的运用，特别是在组合机床、自动线和精细机械设备上大多采用分别式油箱。 滤油器 滤油器的功用在于过滤混在液压油中的杂质，使进入到液压系统中的油液的污染度降低，保证系统正常地任务。 普通对滤油器的根本要求是 有足够的过滤精度。 有足够的过滤才干。 滤油器应有一定的机械强度，

50、不因液压力的作用而破坏。滤芯抗腐蚀性能好，并能在规定的温度下耐久地任务。滤芯要利于清洗和改换，便于拆装和维护。蓄能器 蓄能器是液压系统中的储能元件，它储存多余的压力油液，并在需求时释放出来供应系统，可用作辅助动力源、保压和补充走漏、缓和冲击、吸收压力脉动。 蓄能器在液压系统中的安装位置随其功用而定，主要应留意： 气囊式蓄能器应垂直安装，油口向下。用于吸收液压冲击和压力脉动的蓄能器应尽能够安装在振源附近。装在管路上的蓄能器须用支板成支架固定。蓄能器与液压泵之间应安装单向阀，防止液压泵停顿时，蓄能器储存的压力油倒流而使泵反转。蓄能器与管路之间也应安装截止阀，供充气和检修之用。2.5.4.2气动系统

51、典型辅助元件气动辅件包括气源净化安装、油雾器、转换器、消声器、管道及管接头等。 气源净化安装普通包括空气过滤器、除油器、空气枯燥器、后冷却器和储气罐。空气过滤器的原理是根据固体物质和空气分子的大小和质量不同，利用惯性、阻隔或吸附的方法将灰尘和杂质与空气分别。 a) 空气过滤器 b) 除油器 c) 空气枯燥器 d) 后冷却器 e) 储气罐气源净化安装部分附件的符号气源净化安装除油器用于分别紧缩空气中所含的油分和水分。 空气枯燥器是吸收和排除紧缩空气中的水分和部分油与杂质，使湿空气变成干空气的安装。 后冷却器用于将空气紧缩机排出的气体冷却并除去水分。普通采用蛇管式或套管式冷却器。 储气罐的作用是消

52、除压力动摇，保证输出气流的延续性；储存一定数量的紧缩空气，调理用气量或以备发生缺点和暂时需求应急运用；进一步分别紧缩空气中的水分和油分。 其他辅助元件 油雾器是以紧缩空气为动力，将光滑油放射成雾状并混合于紧缩空气中，使该紧缩空气具有光滑气动元件的才干。消声器是指能阻止声音传播而允许气流经过的一种气动元件。在气动控制系统中，也与其它自动控制安装一样，有发信、控制和执行部分，其控制部分任务介质为气体，而信号传感部分和执行部分不一定全用气体，能够用电或液体传输，这就要经过转换器来转换。常用的转换器有气-液、气-电、电-气转换器等。 a) 油雾器 b) 消声器 c) 气-液转换器气动系统部分附件的图形

53、符号2.5.5根本回路 液压根本回路 调压回路 减压回路 卸载回路 平衡与自锁回路调速回路 气动根本回路 压力控制回路 速度控制回路 延时控制回路 2.5.5.1液压根本回路 调压回路压力调定回路由溢流阀来调定泵的最高供油压力；比例调压回路调理比例溢流阀的输入电流，即可改动系统压力，到达调压目的；压力限定回路用限压式变量泵或恒压变量泵保证系统压力恒定。 a) 压力调定回路 b) 比例调压回路 c) 压力限定回路典型的调压回路减压回路 图a)中，泵同时向缸C1、C2供油。任务时，C2缸压力较高，C1缸所需的较低压力，由减压阀P获得。图b)中，二级减压回路在先导式减压阀P1的遥控油路上，接入远程调

54、压阀P2，来调理减压阀P1的出口压力。 a) b) 典型的减压回路卸载回路 卸载回路采用滑阀机能为H、K、M型的换向阀。换向阀在中位时，可使液压泵经换向阀而卸载换向阀假设用液动控制时，可用单独的控制油路。 典型的卸载回路平衡与自锁回路 在图a)所示的系统中，当采用滑阀机能为O、M型的换向阀任务油口A、B封锁时，可使活塞在任何行程位置停留；由于阀有内漏，这种回路虽然构造简单，但闭锁度较低。在图b)所示的系统中，缸的两油路中接液控单向阀液压锁，活塞可在行程的任何位置锁紧，但换向阀的中位机能要用H型，不能用O型。 a) 用换向阀的闭锁回路 b) 用液控单向阀的闭锁回路平衡与自锁回路调速回路 在图a)所示的系统中，利用装在进油路上的节流阀，进展节流调速。在图b)所示的系统