第3章执行元件
机电一体化(第3章 执行元件)
电磁阀 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。广泛应用于液 压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 电磁阀可分为交流和直流两类，根据其阀位和通道数目有 电磁阀可分为交流和直流两类， 两位三通、两位四通、三位四通等。 两位三通、两位四通、三位四通等。 下图为电磁阀的结构原理图。 下图为电磁阀的结构原理图。
二、常用的控制用电动机
控制用电动机有力矩电动机、脉冲（步进）电动机、 控制用电动机有力矩电动机、脉冲（步进）电动机、变频 调速电动机、开关磁阻电动机和各种AC/DC电动机等。 电动机等。 调速电动机、开关磁阻电动机和各种 电动机等 控制用电动机是电气伺服控制系统的动力部件， 控制用电动机是电气伺服控制系统的动力部件，是将电能 转换为机械能的一种能量转换装置。 转换为机械能的一种能量转换装置。由于其可在很宽的速度和负 载范围内进行连续、精确的控制， 载范围内进行连续、精确的控制，因而在各种机电一体化系统中 得到了广泛的应用。 得到了广泛的应用。 现代化生产对电机的性能要求越来越高：精度、速度、 现代化生产对电机的性能要求越来越高：精度、速度、带 负载能力、灵活性、智能化等。 负载能力、灵活性、智能化等。 电机的控制用自动化控制设备，朝向集成化、微型化、 电机的控制用自动化控制设备，朝向集成化、微型化、智 能化方向发展。微机和单片机使电机控制产生革命性的飞跃。 能化方向发展。微机和单片机使电机控制产生革命性的飞跃。目 前已研制出了许多微机或单片机控制电机的系统及专用控制板。 前已研制出了许多微机或单片机控制电机的系统及专用控制板。 不远的将来，智能化调速系统、电机一体化等会广泛应用。 不远的将来，智能化调速系统、电机一体化等会广泛应用。 控制用电动机有回转和直线驱动电动机，通过电压、电流、 控制用电动机有回转和直线驱动电动机，通过电压、电流、 频率(包括指令脉冲 控制，实现定速、变速驱动或反复起动、 包括指令脉冲)等 频率 包括指令脉冲 等控制，实现定速、变速驱动或反复起动、 停止的增量驱动以及复杂的驱动， 停止的增量驱动以及复杂的驱动，而驱动精度随驱动对象的不同 而不同。 而不同。机电一体化系统或产品中常用的控制用电动机是指能提 供正确运动或较复杂动作的伺服电动机。 供正确运动或较复杂动作的伺服电动机。
第3章 Protel99SE原理图元件库编辑
Add按钮：加入新的同组元件 Add按钮： 按钮 Del按钮 删除列表框中选中的元件。 按钮： Del按钮：删除列表框中选中的元件。 Description按钮 单击该按钮，屏幕弹出图3 按钮： Description按钮：单击该按钮，屏幕弹出图3-4所示的元 件信息编辑对话框，用于设置元件的默认标号、封装形式（ 件信息编辑对话框，用于设置元件的默认标号、封装形式（可以 有多个）、元件的描述等信息。 ）、元件的描述等信息 有多个）、元件的描述等信息。 Update Schematics按钮：作用是使用库中新编辑的元件更 Schematics按钮： 按钮 新原理图中的同名元件。 新原理图中的同名元件。 Pins区 列出在Component区中选中元件的管脚。 Component区中选中元件的管脚 ⑶Pins区。列出在Component区中选中元件的管脚。
3.3.2
绘图工具栏
执行菜单View→Toolbars→Drawing Toolbar， 执行菜单View→Toolbars→Drawing Toolbar，或单击主工 可以打开或关闭绘图工具栏。 具栏上按钮 ，可以打开或关闭绘图工具栏。 绘图工具栏如图3 所示， 绘图工具栏如图3-1所示，利用绘图工具栏来绘制元件的外 形，大多数按钮的作用与原理图编辑器中画图工具栏对应按钮的 作用相同，与绘图工具栏相应的菜单命令均位于Place菜单下， Place菜单下 作用相同，与绘图工具栏相应的菜单命令均位于Place菜单下， 绘图工具栏的按钮功能如表3 所示。 绘图工具栏的按钮功能如表3-1所示。
Sort by Name：选中则管脚按管脚号由小到大排列。 Name：选中则管脚按管脚号由小到大排列。 Pins：选中此复选框， Hidden Pins：选中此复选框，在屏幕的工作区内显示元件 的隐藏管脚。 的隐藏管脚。 Mode区 作用是显示元件的三种不同模式， Normal、De⑷Mode区。作用是显示元件的三种不同模式，即Normal、DeMorgan和IEEE模式 以元件DM7400为例 模式。 DM7400为例， Morgan 和IEEE模式。 以元件DM7400为例，它的三种模式下的显 示图形如图3-5所示。 示图形如图3 所示。
液压传动课件 第三章.
第3章液压泵与液压马达液压泵与液压马达，是液压系统中的能量转换装置。
本章主要介绍几种典型的液压泵与液压马达的工作原理、结构特点、性能参数以及应用。
液压泵液压马达将原动机输出的机械能转换成压力能，属于动力元件，其功用是给液压系统提供足够的压力油以驱动系统工作。
因此，液压泵的输入参量为机械参量(转矩T和转速n)，输出参量为液压参量(压力p和流量q)。
将输入的液体压力能转换成工作机构所需要的机械能，属于执行元件，常置于液压系统的输出端，直接或间接驱动负载连续回转而做功。
因此，液压马达的输入参量为液压参量(压力p和流量q)，输出参量为机械参量(转矩T和转速n)。
目录▪ 3.1 液压泵与液压马达概述▪ 3.2 齿轮泵▪ 3.3 叶片泵▪ 3.4 柱塞泵▪ 3.5 液压泵的选用▪ 3.6 液压马达3.1 液压泵与液压马达概述液压泵的工作原理1—偏心轮2—柱塞3—缸体4—弹簧5—压油单向阀6—吸油单向阀a—密封油腔单柱塞容积式泵的工作原理图液压泵的性能参数主要有压力、转速、排量、流量、功率和效率。
液压泵的主要性能参数3.1 液压泵与液压马达概述压力np 额定压力 max p 最高允许压力 p 工作压力 吸入压力在正常工作条件下，按试验标准 规定连续运转所允许的最高压力泵短时间内所允许 超载使用的极限压力 实际工作时的输出压力， 即液压泵出口的压力 液压泵进口处的压力3.1 液压泵与液压马达概述转速n额定转速 maxn 最高转速 minn 最低转速 液压泵的主要性能参数在额定压力下，根据试验结果推荐能长 时间连续运行并保持较高运行效率的转速 在额定压力下，为保证使用寿命和性能所允许的短暂运行的最高转速为保证液压泵可靠工作或运行效率不致过 低所允许的最低转速3.1 液压泵与液压马达概述排量及流量液压泵的主要性能参数 tq 理论流量 q实际流量 排量V在不考虑泄漏的情况下，液压泵主轴每转一周， 所排出的液体的体积在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内 所排出的液体的体积t q nV指实际运行时，在不同压力下液压泵所排出的流量流量不均匀系数q δ瞬时理论流量 tshq 额定流量 nq 3.1 液压泵与液压马达概述液压泵的主要性能参数 排量及流量在额定压力、额定转速下，按试验标准规定 必须保证的输出流量由于运动学机理，液压泵的流量往往具有脉 动性，液压泵某一瞬间所排的理论流量 在液压泵的转速一定时，因流量脉动造成的流量不均匀程度tsh max tsh min q t()()q q q δ-=3.1 液压泵与液压马达概述输入功率P i输出功率P o理论功率P t液压泵的主要性能参数 功率原动机的输出功率，即实际驱动泵轴所需 的机械功率 i2πP T nTω==输出功率(kW)用其实际流量q 和出口压力p的乘积表示O p pq =t t t2πP pq nT ==如果液压泵在能量转换过程中没有能量损失，则输入功率与输出功率相等，即为理论功率3.1 液压泵与液压马达概述液压泵的主要性能参数效率机械效率容积效率总效率tmTTη=l l Vt t11q qqq q nV η==-=-oV miPpηηη==3.1 液压泵与液压马达概述性能曲线液压泵的容积效率、机械效率、总效率、理论流量、实际流量和实际输入功率与工作压力的关系曲线如图所示。
机电一体化技术-第03章 执行器
（4）气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。 特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外， 一般应加支撑。即使正立垂直安装，当阀的自重较大 和有振动场合时，也应加支撑。
（5）通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明， 不能装反。
控制阀的口径选择是由控制阀流量系数KV值决 定的。流量系数KV的定义为：当阀两端压差为 100kPa，流体密度为1g/cm3，阀全开时，流经控制 阀的流体流量。
7.气动执行器的安装和维护
（1）为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面 或楼板的地方。
（2）气动执行器应安装在环境温度不高于+60℃和不 低于-40℃的地方，并应远离振动较大的设备。
快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速 启闭的切断阀或双位控制系统。
6.控制阀的选择
1）控制阀结构与特性的选择
结构形式选择 主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物
理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。 特性选择
先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然 后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。
第三章 执行器
3.1 概述
1.执行器作用
接收控制器输出的控制信号，改变操 纵变量，使生产过程按预定要求正常 进行。
控制信号 执行器
操纵变量
蒸汽加热反应器工艺控制图
温度给定
﹢ ‐
温度控制器 TC
干扰 蒸汽流量
控制阀
反应器
出料温度
温度传感与变送器 TT
反应器温度控制系统方框图
2.执行器组成
电流4~20mA
气关阀
例2：加热炉炉温的控制
TT
TC
液压与气动技术(第三版)部分习题参考答案
液压与气动技术(第三版) 部分习题参考答案第2章 液压传动基础2-7 解： st t t E t 51121==︒2.351.45123040>==︒E EE ︒-︒=46.7ν）（）（s mm s mm 2232389.33887.0276.3451.4451.46.7≈=-=-⨯=)(10390010389.33236s P mkg v a ⋅⨯=⨯⨯==--ρμ2-8 解：机械（杠杆）增力75025⋅=⋅'F F)(6)(600025750KN N FF ===' 液压增力2244d F D Gππ'=)(04.41613342222KN F d D G =⨯='⋅=2-9 解：取等压面M-M21gh p gh p a s a ρρ+=+)m kg 800( 10175603321=⨯⨯==h h sρρ2-10 解：（1）取等压面M-M由于不计油液重量，不计大气压力（管内相对压力为1个标准大气压）则U 形管左边A M p p =左 ， 右边gh p g M ρ=右 即 gh p A ρ=)(760)(76.08.9106.1310101325.036mm m g p h g A g ==⨯⨯⨯==ρ （2）管内压力为1个工程大气压（a MP 0981.0）)(1110)(1.118.9900100981.06cm m g p h y a y ==⨯⨯==ρ2-11 解：（a ）)(3.6)(103.61.0410546242MPa P d Fp a =⨯=⨯⨯==ππ(b))(3.642MPa d Fp ==π2-12 解： v d Av q V 24π== )(85.025*********1062526242s m A q v v =⨯⨯=⨯⨯⨯==-ππw p v g h p v g h p ∆+++=++22222211112121ραρραρ式中a p p =1， 01=h ， 01=v ，2h =H ，代入上式，整理可得2222222v d l v gH p p a ρλραρ⋅++=-el e R vdR <=⨯⨯⨯==--5.10621020102585.063ν=2300， 层流，2=α0705.075==eR λ 2p p a -285.090010254.00705.0285.029004.08.9900232⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=-=4545(Pa)第3章 液压动力元件3-6 已知：p =10MPa ，n =1450r/min ，V =200mL/r ，95.0=V η，9.0=η求：?0=P ， ?=i P 解：（1）求液压泵的输出功率 液压泵的实际流量)min(5.27595.01450102003LVn q q v v vt v =⨯⨯⨯===-ηη 液压泵的输出功率)(92.45)(1092.451065.27510103460kW W pq P v =⨯=⨯⨯⨯== （2）求电机的驱动功率)(519.092.450kW P P i ===η3-7 已知：m =3mm ，z =15， b =25mm ， n=1450r/min ， min /25L q v =求：?=V ， ?=V η解：)(48.22102531566.666.6322rmL b zm V =⨯⨯⨯⨯==-)min (59.3214501048.223LVn q vt =⨯⨯==-7671.059.3225===vt v v q q η （可见齿轮泵容积效率较低）3-8 已知：转子外径d =83mm ，定子内径D =89mm ，叶片宽度b =30mm求：（1）当rm L V 16=时，?=e ； （2）?max =V解：（1）beD V π2=)(954.0)(0954.010893014.321622mm cm bD V e ==⨯⨯⨯⨯==-π （2）)(32mm dD e =-=)(30.501086330223max rmL beD V =⨯⨯⨯⨯==-ππ3-9 已知：︒=18γ，d =15mm ，D =116mm ， z =7， 95.0==m V ηη，n =980r/min ， p =32MPa求：?max =V ， ?=vt q ， ?=V q ， ?=i P解：z r D d V ⋅=tan 42max π)(60.46718tan 1161542r mL =⨯︒⨯⨯⨯=π)min(67.4598060.46LVn q vt =⨯==)min.(38.4395.067.45L q q v vt v =⨯=⋅=ηm v vi pq P P ηηη==)(6.25)(2563595.095.0)106/(1038.433246kW W ==⨯⨯⨯⨯=第4章 液压执行元件4-4 已知：p =3.5MPa ， D =0.09m ， d =0.04m ， v =0.0152m/s 求：F =？，?=V q 解：)(86.17)(178585.3)(422kN N d D F ==⨯-=π)(40152.022d D vA q v -⨯==π=7.76×10-5m 3/s = 4.6L/min 4-6 已知：min /30L q V =, MPa p 4= 求：（1）若 v 2 =v 3 = 4m/min ，D =？，d =?(2) F =? 解： D =1.414d324v d q v ⋅=π34v q d vπ=)(78)(108.760/614.3)106/(30424mm m d =⨯=⨯⨯⨯=-查表4-4，取d =80mm)(14.1132mm d D ==查表4-5，取D =110mm)(38)(37994411044221kN N p D F ==⨯⨯==ππ)(18)(178984)80110(4)(422222kN N p d D F ==⨯-=-=ππ)(20)(20096423KN N p d F ===π4-7 已知：单杆缸， D =125mm ，d =90mm ， min /40L q v =，a MP p 5.21= ，02=p求：（1）无杆腔进油，v 1，F 1=? （2）有杆腔进油，v 2，F 2=? （3）差动连接，v 3，F 3=？ 解：（1）无杆腔进油)(66.30)(30665.212544212111kN N p D A p F ==⨯⨯===ππ(2)有杆腔进油 5.210)90125(4)(422122212⨯⨯-⨯=⋅-==ππp d D A p F=14768N=14.77(kN)min)/(77.6)/(1128.0)(42221m s m d D q A q v vv ==-==π (3)差动连接)(9.15)(15896259044212313KN N p d A p F ==⨯⨯===ππmin)/(29.6)/(105.01090106/4044624233m s m d q A q v v v ==⨯⨯⨯⨯===-ππ第5章 液压控制元件5-6 解：（a ）a MP p 2=， (b)a MP p 11= 5-7 解：(a) 取决于调定压力值低的阀； （b ）取决于调定压力值高的阀。
第三章 执行元件讲解
不相等，因此，活塞向右
运动。
特点：
差动连接时因回油腔的油液 利用两端面积差进行工作！
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液压缸的工作原理及设计计算
柱塞式液压缸
单活塞杆式液压缸
双活塞杆式液压缸
伸缩式液压缸
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液压缸的工作原理及设计计算
双活塞杆式液压缸
单活塞杆式液压缸
伸缩式液压缸
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液压缸的工作原理及设计计算
活塞式液压缸分类：
双杆
按伸出活塞杆不同 单杆
无杆
按固定方式不同
缸体固定 活塞杆固定
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液压缸的工作原理及设计计算
（1）双杆活塞缸
特点： 1） 两腔面积相等； 2） 压力相同时，推力相等，
流量相同时，速度相等。
即具有等推力等速度特性！
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液压缸的工作原理及设计计算
单杆活塞缸 由于只在活塞的一端有活塞杆，使两 腔的有效工作面积不相等，因此在两腔分别输入流 量相同的情况特下点，：活塞的往复运动速度不相等。 12） ）压两力腔相面同积时不，等推，力A1不>单等A杆2 活塞缸的安装 流量相同时，速度不也等有缸筒固定和活 即不具有等推力等速度塞特杆性固！定两种，进、
d D v 1（5） v
由此可见，速比λv 越大，活塞杆直径d越大。
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液压缸的工作原理及设计计算
差动液压缸
单杆活塞缸的左右腔同时接 通压力油，如右图所示， 称为差动连接，此缸称为 差动液压缸。
第3章动力元件与执行元件
第3章动力元件与执行元件３．１㊀液㊀压㊀泵液压泵是液压传动系统中的能量转换元件.液压泵属于动力装置,它由原动机(如电动机㊁内燃机等)驱动,把机械能转换成液压能,以液体的压力和流量的形式输入到系统中去.３．１．１㊀液压泵的基本工作原理１．液压泵的工作原理㊀㊀图３Ｇ１所示为单柱塞液压泵的工作原理图.柱塞２装在泵体３中,和单向阀５㊁６共同图３Ｇ１㊀单柱塞液压泵工作原理图１ 偏心轮;２ 柱塞;３ 泵体;４ 弹簧;５㊁６ 单向阀;７ 油箱形成密封工作腔a ,柱塞２在弹簧４的作用下始终紧压在偏心轮１上.原动机驱动偏心轮１旋转,柱塞２在偏心轮１和弹簧４的作用下在泵体３中作往复运动.当柱塞２伸出时,密封工作腔a 的容积由小变大,形成局部真空,油箱７中的油液在大气压作用下,经过进油管顶开单向阀６进入密封工作腔a ,单向阀５在系统压力和弹簧力的作用下关闭,该过程为吸油过程;当柱塞２缩回时,密封工作腔a 的容积由大变小,其中的油液受到挤压,压力升高,单向阀６在密封工作腔a 压力油和弹簧力的作用下关闭,密封工作腔a 压力油顶开单向阀５进入系统,该过程为排油过程.原动机驱动偏心轮１不断旋转,液压泵不断地吸油和排油,这样就将原动机输入的机械能转换成液压能.由此可见,液压泵是依靠密封容积变化进行工作的,所以把液压泵称为容积式泵.单柱塞液压泵只有一个工作腔,输出的压力油是不连续的.工程上,为了使液压系统的执行元件运行平稳,希望液压泵的流量连续且脉动量小,因此要用均匀排列的三缸以上的柱塞泵或其他结构形式的液压泵.２．液压泵的特点从上述单柱塞液压泵的工作过程,可以得出液压泵的基本特点:２６㊀汽车液压与液力传动(１)具有周期性变化的密封工作容腔.容积式液压泵中的密封工作容腔处于吸油时称为吸油腔,吸油腔体积增大吸入油液,完成吸油过程;密封工作容腔处于排油时称为排油腔,排油腔体积缩小排出油液,完成排油过程.(２)具有相应的配流机构.配流机构使吸油腔和排油腔严格分开,保证液压泵连续工作.图３Ｇ１所示的单向阀５㊁６就是配流机构.吸油时,单向阀５关闭,将单向阀５后面的排油管路(排油腔)与吸油腔隔开;排油时,单向阀６关闭,使吸油管路(吸油腔)与排油腔隔开.液压泵的结构原理不同,其配流机构也不相同.(３)具有一定自吸能力.液压泵能够借助大气压力自行吸油而正常工作的能力称为泵的自吸能力.３．１．２㊀液压泵的主要性能参数１．压力㊀㊀１)工作压力p液压泵实际工作时的压力称为液压泵的工作压力.在工作过程中,液压泵的工作压力取决于负载,与液压泵的流量无关.２)额定压力p n液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定,能连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力.实际工作中,液压泵的工作压力应小于或等于额定压力.３)最高允许压力p m a x按试验标准规定,超过额定压力允许短暂运行的最高压力称为液压泵的最高允许压力.２．排量与流量液压泵的流量为单位时间内排出液压泵的油液体积.１)排量V液压泵轴每旋转一周,按其密封容腔几何尺寸变化而计算得到的排出(或输入)的油液体积,称为液压泵的排量.２)理论流量q t根据液压泵的密封容腔几何尺寸变化而计算得到的单位时间内排出(或输入)的油液体积,称为液压泵的理论流量,一般指平均理论流量.对于液压泵,有q t p＝V p n p(３Ｇ１)式中㊀q t p 泵的理论流量;V p 泵的排量;n p 泵的转速.第3章 动力元件与执行元件２７㊀㊀㊀３)实际流量q实际情况下,液压泵不可避免地存在泄漏,液压泵工作时实际排出的流量,称为液压泵的实际流量q p.它等于液压泵的理论流量q t p减去因泄漏㊁油液压缩等损失的流量Δq p,即q p＝q t p－Δq p(３Ｇ２)㊀㊀需要注意的是,泵的泄漏和油液的压缩量是受工作压力影响的,压力越高则泄漏量与压缩量越大,因此,液压泵的实际流量随着工作压力的升高而略有降低.工程实践中,常把空载情况下液压泵的输出流量视为液压泵的理论流量.４)额定流量q n在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下),液压泵必须保证的输出(或输入)流量.３．功率与效率１)理论功率P t液压泵理论上所产生(或需要)的液压功率,即P t＝Δp q t(３Ｇ３)式中㊀P t 液压泵理论功率;Δp 液压泵的进㊁排油口压力差.２)输入功率P i p液压泵的输入功率P i p为实际驱动液压泵轴的机械功率,即P i p＝２πn p T p(３Ｇ４)式中㊀P i p 泵的输入功率;n p 泵的转速;T p 泵的实际输入转矩.３)输出功率P o p液压泵的输出功率P o p为实际输出液压泵的液压功率,即P o p＝Δp p q p(３Ｇ５)式中㊀P o p 泵的输出功率;Δp p 泵的进㊁排油口压力差;q p 泵的实际流量.在实际的计算中,若油箱通大气,液压泵的进㊁排油口压力差用液压泵出口压力p p代入.４)容积损失与容积效率ηv p因油液的泄漏㊁压缩等损失的流量称为容积损失.液压泵的容积损失用容积效率来表示.液压泵的容积效率ηv p等于泵的实际流量q p与理论流量q t p之比,即ηv p＝q p q t p(３Ｇ６)㊀㊀因此,液压泵的实际流量q p为q p＝q t pηv p＝V p n pηv p(３Ｇ７)㊀㊀容积效率表示液压泵抵抗泄漏的能力.它与工作压力㊁液压泵工作腔中的摩擦副间隙２８㊀汽车液压与液力传动大小㊁油液的黏度以及转速等有关.当工作压力较高,或间隙较大,或油液黏度较低时,因泄漏较大,故容积效率较低;当转速较低时,因理论流量较小,泄漏量比例增加,也使得液压泵的容积效率降低.５)机械损失与机械效率因运动部件之间和运动部件与流体之间摩擦而损失的能量称为机械损失.液压泵的机械损失用机械效率表示.液压泵的机械效率ηm p 等于泵的理论转矩与实际输入转矩之比,即ηm p ＝T t p T p (３Ｇ８)㊀㊀因摩擦而造成的转矩损失ΔT p ,使得驱动泵的实际转矩T p 大于其理论驱动转矩T t p ,即T p ＝T t p ＋ΔT p (３Ｇ９)㊀㊀机械效率与摩擦损失有关,当摩擦损失加大时,对于液压泵,同样大小的理论输出功率需要较大的输入功率,对于液压马达,同样大小的实际输出功率需要较大的理论输出功率,故机械效率下降;当油液的黏度加大或间隙减小时,因液体摩擦或运动部件间的摩擦增大,机械效率也会降低.６)总效率液压泵的实际输出功率与输入功率之比,称为液压泵的总效率ηp ,即ηp ＝P o p P i p ＝Δp p q p ２πn p T p ＝Δp p q t p ηv p ２πn p T t p ηm p ＝ηv p ηm p (３Ｇ１０)㊀㊀因此,液压泵的总效率等于液压泵的容积效率与机械效率之积.液压泵的输入功率即原动机的驱动功率,也可写成P i p ＝Δp p q p ηp (３Ｇ１１)３．１．３㊀液压泵的分类与图形符号１．液压泵的分类㊀㊀液压泵的种类较多,液压泵按排量是否可以调节而分为定量式和变量式两类;按结构形式可分为齿轮式㊁叶片式㊁柱塞式等.图３Ｇ２㊀液压泵的图形符号(１)单向定量液压泵;(２)单向变量液压泵;(３)双向定量液压泵;(４)双向变量液压泵按齿轮啮合形式不同,齿轮泵分为外啮合齿轮泵㊁内啮合齿轮泵.叶片泵分为单作用叶片泵㊁双作用叶片泵;柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵.齿轮泵㊁双作用叶片泵和螺杆泵是定量式液压泵;单作用叶片泵㊁径向柱塞泵和轴向柱塞泵是变量式液压泵.２．液压泵的图形符号液压泵的图形符号如图３Ｇ２所示.第3章 动力元件与执行元件２９㊀３．１．４㊀齿轮泵齿轮泵是一种常用的液压泵.它的主要优点是结构简单㊁制造方便㊁外形尺寸小㊁重量轻㊁造价低㊁自吸性能好㊁对油液的污染不敏感㊁工作可靠.由于齿轮泵中的啮合齿轮是轴对称的旋转体,因此允许转速较高.其缺点是流量和压力脉动大㊁噪声高,排量不能调节.低压齿轮泵的工作压力为２．５M P a ;中高压齿轮泵的工作压力为７~２１M P a;某些高压齿轮泵的工作压力已达到３１．５M P a .齿轮泵的最高转速一般可达３０００r /m i n 左右,在个别情况下(如飞机用齿轮泵)最高转速可达８０００r /m i n .齿轮泵的低速性能较差,当其转速低于２００~３００r /m i n 时,容积效率过低,泵不能正常工作.１．外啮合齿轮泵外啮合齿轮泵的工作原理如图３Ｇ３所示,装在泵体中的一对参数相同的渐开线齿轮互相啮合.这对齿轮与前后端盖(图中未示出)和泵体形成密封工作腔,当传动轴带动齿轮按图示方向旋转时,泵的吸油腔的轮齿逐渐退出啮合,使吸油腔容积增大而吸油,油液进入齿间被带到排油腔.在泵的排油腔,轮齿逐渐进入啮合,使排油腔容积减小,将油液压出.齿轮泵齿轮啮合线分隔吸㊁排油腔,起到配油作用,因此外啮合齿轮泵不需要专门的配油机构,这是这种泵与其他类型泵的不同之处.图３Ｇ３㊀外啮合齿轮泵工作原理图１ 泵体;２ 主动齿轮;３ 从动齿轮１)外啮合齿轮泵的排量与流量根据齿轮泵的结构尺寸可计算其排量.外啮合齿轮泵排量的精确计算应依啮合原理来进行.在工程实践中,通常采用以下近似计算公式.可以认为泵的排量等于两个齿轮的齿间工作容积之和,假设齿间的工作容积与轮齿的有效体积相等,则齿轮泵的排量等于一个齿轮的所有齿间工作容积和轮齿有效体积的总和,即等于齿轮齿顶圆与基圆之间环形圆柱的体积,因此外啮合齿轮泵的排量为V p ＝πD h B ＝２πz m ２B (３Ｇ１２)式中㊀D 齿轮分度圆直径D ＝m z ,m ;h 有效齿高h ＝２m ,m ;B 齿宽,m ;m 齿轮模数,m ;z 齿轮齿数.上述公式所表示的是齿轮泵的平均流量.实际上随着啮合点位置的不断改变,齿轮泵每一瞬时的容积变化率是不均匀的,即齿轮泵的瞬时流量是变化的.２)流量脉动为了评价液压泵瞬时流量的品质,即液压泵的流量脉动,引入流量不均匀系数δq 和流３０㊀汽车液压与液力传动量脉动频率f q.流量不均匀系数δq可定义为瞬时流量最大值和最小值之差与理论流量的比值.设q s h m a x㊁q s h m i n分别表示最大㊁最小瞬时流量,则流量不均匀系数δq可表示为δq＝q s h m a x－q s h m i nq t pˑ１００％(３Ｇ１３)㊀㊀流量脉动频率f q是指单位时间内流量脉动的次数.对于齿轮泵来说,每转过一个齿时,流量脉动一次,所以流量脉动频率f q(单位H z)可表示为f q＝z n p６０(３Ｇ１４)㊀㊀３)外啮合齿轮泵结构存在的问题及解决办法(１)泄漏.齿轮泵存在三个间隙泄漏途径:一是齿轮端面与端盖间的轴向间隙(占总泄漏量的７５％~８０％);二是齿轮外圆与泵体内表面之间的径向间隙(占总泄漏量的１５％~２０％);三是轮齿啮合处的间隙.其中,轴向间隙由于泄漏途径短㊁泄漏面积大而使泄漏量最大.如果轴向间隙过大,泄漏增加,会使齿轮泵的容积效率下降.如果轴向间隙过小,则齿轮端面和端盖间的机械摩擦损失增大,会使齿轮泵的机械效率下降.因此,应严格控制齿轮泵的轴向间隙.(２)困油现象.为了保证齿轮传动的平稳性及供油的连续性,吸㊁排油腔应严格地隔开,齿轮泵齿轮啮合的重合度ε必须大于１(一般ε＝１．０５~１．３),即在前一对轮齿尚未脱开啮合之前,后一对轮齿已经进入啮合.当两对轮齿同时啮合时,在两对轮齿的啮合线之间形成一个密闭容腔,该密闭容积与泵的吸㊁排压油腔均不相通,且随齿轮的转动而变化,如图３Ｇ４所示.从图３Ｇ４(a)~(b),密闭容腔逐渐减小,直到两啮合点C㊁D处于节点P两侧的对称位置,如图３Ｇ４(b)所示,密闭容腔为最小;从图３Ｇ４(b)~(c),密闭容腔逐渐增大.图３Ｇ４㊀齿轮泵的困油现象和困油卸荷槽第3章 动力元件与执行元件３１㊀当密闭容腔由大变小时,密闭容腔中的油液受挤压,压力急剧上升,齿轮泵轴承受周期性压力冲击,同时压力油从缝隙中挤出,造成功率损失,使油液发热;当密闭容腔由小变大时,又因无油液补充而形成局部真空和空穴,出现气蚀现象,引起振动和噪声.这种因密闭容腔大小发生变化而导致压力冲击和产生气蚀的现象称为困油现象.困油现象对齿轮泵的正常工作十分有害,必须予以消除.消除困油现象的常用办法,通常是在齿轮泵的前后端盖或浮动轴套等零件上开困油卸荷槽,如图３Ｇ４(d)虚线所示.当密闭容腔减小时,使其与排油腔相通,当密闭容腔增大时,使其与吸油腔相通.一般的齿轮泵两卸荷槽是非对称布置的,使其向吸油腔侧偏移了一定距离,使V a在压缩到最小值的过程中始终与排油腔相通.但两卸荷槽的距离必须保证任何时候都不能使吸油腔和排油腔互通.(３)径向不平衡力.齿轮泵工作时,齿轮承受圆周油液压力所产生的径向力的作用.假设所有油液压力都作用在齿顶圆上,齿轮圆周压力的近似分布如图３Ｇ５所示,在吸油腔和排油腔的齿轮分别承受吸油压力p o和工作压力p p,在齿轮和泵体内表面的径向间隙中,可以认为油液压力从吸油腔压力逐渐过渡到排油腔压力.因此,油液压力产生的径向力是不平衡的.工作压力越高,径向不平衡力越大,其结果不仅加速了轴承的磨损,降低了轴承的寿命,而且使轴变形,造成齿顶和泵体内表面的摩擦等,使齿轮泵压力的提高受到限制.将齿轮圆周的压力分布曲线展开,可得齿轮圆周油液压力p随夹角φ的变化值,如图３Ｇ６所示.图３Ｇ５㊀齿轮的圆周压力近似分布图图３Ｇ６㊀齿轮的圆周压力近似分布展开图４)提高外啮合齿轮泵压力的措施低压齿轮泵的轴向间隙和径向间隙都是定值,当工作压力提高后,其间隙泄漏量大大增加,容积效率下降到不能允许的程度(如低于８０％~８５％);另外,随着压力的提高,原来并不平衡的径向力随之增大,导致轴承失效.高压齿轮泵主要是针对上述两个问题,在结构上采取了一些措施,如尽量减小径向不平衡力和提高轴的刚度与轴承的承载能力;对泄漏量最大处的间隙泄漏采用自动补偿装置等.由于外啮合齿轮泵的泄漏主要是轴向间隙泄漏,因此下面对此间隙的补偿原理作简单介绍.在中高压和高压齿轮泵中,轴向间隙自动补偿一般是采用浮动轴套㊁浮动侧板或弹性侧板,使之在液压力的作用下压紧齿轮端面,使轴向间隙减小,从而减少泄漏.图３Ｇ７所示表示浮动轴套式的间隙补偿原理.两个互相啮合的齿轮由前后轴套中的滑动轴承(或滚动轴３２㊀汽车液压与液力传动承)支承,轴套可在泵体内作轴向浮动.由排油腔引至轴套外端面的压力油,作用在一定形状和大小的面积A１上,产生液压力F１,使轴套紧贴齿轮的侧面,因而可以消除间隙并可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量.在泵起动时,浮动轴套在弹性元件橡胶密封圈的弹力F t的作用下,紧贴齿轮端面以保证密封.齿轮端面的液压力作用在轴套内端面,形成反推力F f,设计时应使压紧力F y(F１＋F t)大于反推力,一般取F y/F t＝１~１．２.此外,还必须保证压紧力和反推力的作用线重合,否则会产生力偶,致使轴套倾斜而增加泄漏.图３Ｇ７㊀浮动轴套式间隙补偿原理图为了满足液压系统对不同流量的要求,外啮合齿轮泵结构上还有双联泵和多联泵可供选择.２．内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵主要有渐开线齿轮泵和摆线转子泵两种类型.内啮合渐开线齿轮泵的工作原理如图３Ｇ８(a)所示.相互啮合的内转子和外转子之间有月牙形隔板,月牙板将吸油腔与排油腔隔开.当传动轴带动内转子按图示方向旋转时,外转子以相同方向旋转,图中左半部轮齿脱开啮合,齿间容积逐渐增大,从端盖上的吸油窗口A 吸油;右半部轮齿进入啮合,齿间容积逐渐减小,将油液从排油窗口B排出.内啮合渐开线齿轮泵与外啮合齿轮泵相比具有流量脉动小㊁结构紧凑㊁重量轻㊁噪声低㊁效率高以及没有困油现象等优点.它的缺点是齿形复杂,需专门的高精度加工设备.渐开线内啮合齿轮泵结构上也有单泵和双联泵,工程上应用也较多.摆线转子泵是以摆线成形㊁外转子比内转子多一个齿的内啮合齿轮泵.图３Ｇ８(b)所示为摆线转子泵的工作原理图.在工作时,所有内转子的齿都进入啮合,相邻两齿的啮合线与泵体和前后端盖形成密封容腔.内㊁外转子存在偏心,分别以各自的轴心旋转,内转子为主动轴,当内转子围绕轴心以图示方向旋转时,带动外转子绕外转子轴心作同向旋转.左侧油腔密封容积不断增加,通过端盖上的吸油窗口A吸油;右侧密封容积不断减小从排油窗口B排油.内转子每转一周,由内转子齿顶和外转子齿谷所构成的每个密封容积,完成吸㊁排油各一次.内啮合摆线转子泵的优点是结构紧凑㊁体积小㊁零件数少㊁转速高㊁运动平稳㊁噪声低等;缺点是啮合处间隙泄漏大,容积效率低,转子的制造工艺复杂等.内啮合齿轮泵可正㊁反转,也可作液压马达用.第3章 动力元件与执行元件３３㊀图３Ｇ８㊀内啮合齿轮泵工作原理图(a)渐开线齿轮泵;(b)摆线转子泵１ 内转子;２ 外转子;A 吸油窗口;B 排油窗口３．１．５㊀叶片泵叶片泵具有流量均匀㊁运转平稳㊁噪声低㊁体积小㊁重量轻㊁易实现变量等优点,在机床㊁工程机械㊁船舶和冶金设备中得到广泛应用.一般叶片泵的工作压力为７M P a,高压叶片泵的工作压力可达２５~３１．５M P a.叶片泵的缺点是:对油液的污染较齿轮泵敏感;泵的转速不能过高,也不宜过低,一般可在６００~２５００r/m i n范围内使用;叶片泵的结构比齿轮泵复杂;自吸性能没有齿轮泵好.叶片泵主要分为单作用(转子旋转一周完成吸㊁排油各一次)和双作用(转子旋转一周完成吸㊁排油各两次)两种形式.单作用叶片泵多为变量泵,双作用叶片泵均为定量泵.１．单作用叶片泵单作用叶片泵的工作原理如图３Ｇ９所示,泵由转子１㊁定子２㊁叶片３㊁配油盘和端盖等组成.定子具有圆柱形内表面,定子和转子间有偏心量e,叶片装在转子槽中,并可在槽内滑动,当转子转动时,由于离心力的作用,使叶片紧靠在定子内表面,配油盘上各有一个腰形的吸油窗口和排油窗口.这样在定子㊁转子㊁叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作腔,当转子按图示的方向旋转时,在右半部分,叶片逐渐伸出,叶片间的工作腔逐渐增大,通过吸油口从配油盘上的吸油窗口吸油.在左半部分,叶片被定子内表面逐渐压进槽内,密封工作腔逐渐缩小,将油液经配油盘排油窗口从排油口排出.在吸油腔和排油腔之间有一段封油区,把吸油腔和排油腔隔开,这种叶片泵转子每转一周,每个密封工作腔完成一次吸油和排油,因此称为单作用叶片泵.单作用叶片泵的排量为各工作容积在泵轴旋转一周时所排出的油液的总和,如图３Ｇ１０所示,两个叶片形成的一个工作容积V０近似地等于扇形体积V１和V２之差,即V０＝V１－V２＝１２Bβ[(R＋e)２－(R－e)２]＝４πz R B e(３Ｇ１５)式中㊀R 定子的内径,m;３４㊀汽车液压与液力传动e 转子与定子之间的偏心距,m ;B 定子的宽度,m ;β 相邻两个叶片间的夹角,β＝２π/z ;z叶片的个数.图３Ｇ９㊀单作用叶片泵的工作原理图１ 转子;２ 定子;３ 叶片㊀图３Ｇ１０㊀单作用叶片泵排量计算简图因此,单作用叶片泵的排量V p 为V p ＝z V ０＝４πR B e (３Ｇ１６)㊀㊀当单作用叶片泵转速为n p ,泵的容积效率为ηv p 时,泵的理论流量q t p 和实际流量q p分别为:q t p ＝V p n p ＝４πR B e n p (３Ｇ１７)q p ＝q t p ηv p ＝４πR B e n p ηv p (３Ｇ１８)㊀㊀单作用叶片泵的流量也是有脉动的,理论分析表明,泵内叶片数越多,流量脉动越小.此外,泵具有奇数叶片时的脉动比偶数叶片时小,所以单作用叶片泵的叶片数均为奇数,一般为１３片或１５片.单作用叶片泵的排量可调,因此常用来作为变量泵使用.变量泵可以根据液压系统中执行元件的运行速度提供相匹配的流量,尤其是运动速度变化时,避免了能量损失及系统发热,功率利用率高.按改变偏心距方式的不同,变量叶片泵的变量形式分为手动变量㊁压力补偿变量㊁功率匹配变量㊁恒压力变量以及恒流量变量等.下面介绍的是目前应用最广泛的变量叶片泵限压式变量叶片泵.限压式变量叶片泵(也称压力补偿或压力反馈式叶片泵)是利用泵出口压力控制偏心量来自动实现变量的,根据控制油的作用方式分为外反馈和内反馈式两种,下面分别说明它们的工作原理和特点.１)外反馈限压式变量叶片泵图３Ｇ１１所示为外反馈限压式变量叶片泵工作原理图.转子１中心O １固定,定子２可以左右移动,配油盘上的吸油窗口和排油窗口沿定子与转子的中心连线对称布置,泵出口油压p 经泵内通道引入柱塞缸作用于柱塞４上.在泵未运转时,定子２在调压弹簧５的作用下,紧靠柱塞４,柱塞４靠在最大流量调节螺钉３上.这时,定子２与转子１之间有一初始偏心量e o .调节最大流量调节螺钉３的位置,可以改变偏心量e 的大小.。
第三章电气控制线路设计
例3-4加热炉自动上料机构 3）启动之前，各运动部件需处于原 位，即行程开关 SQl、SQ3都处于被 压下的状态，因此，启动的条件除启 动按钮外，还有行程开关SQ1、SQ3的 状态需为动作状态。
例3-4加热炉自动上料机构控制线路
1SB1↓→M1正 转，炉门开启 2炉门降至 SQ4,KM3吸合， 推杆进。 3推杆进至SQ2， KM4吸合，推 杆退。 4推杆退至SQ1 停，KM2吸， 炉门上升至 SQ3停。
（2）“或”运算 K＝A+B
1．三种基本逻辑运算
（3）逻辑“非”
2.逻辑代数公理、定理与电器控制
例3-6 A+1＝1
2.逻辑代数公理、定理与电器控制
例3-7
2.逻辑代数公理、定理与电器控制
例3-8
A B A B
例3-10,已知逻辑函数关系画电气线路图
KM 1 SB1 KA1 ( SB2 KA2) KM 1 KM 2 ( SB4 KA2) ( SB3 KA1 KM 2)
例3-14，例3-13的电气线路图
KA1 ( SB KA1) SQ2 KA2 ( SQ1 KA2) SQ3 YA1 KA1 YA2 KA2
(二）运算元件的一般逻辑式
1用持续信号排除额外起始信号
1用持续信号排除额外起始信号
图3-41 (b)
2、用持续信号排除额外终止信号(a)
电磁吸盘控制
充磁启动：按下SB8＋ → KM5 √ → KM5+ →主 触头吸合，电磁吸盘充磁。 → KM5+辅助常开触点吸合，自锁。 充磁停止：按下 SB7(-) → KM5 × → KM5 (-)主 触头释放脱开，充磁停止。 退磁操作：按下SB9+ → KM6 √ → KM6+ →主 触头吸合，电磁吸盘退磁。 松开SB9(-) → KM6 × →KM6 (-)主触头释 放脱开，退磁结束
6第三章液压执行元件
4．调速范围 液压马达的调速范围——允许的最大转速
和最低稳定转速之比
i
nmax nmin
宽调速液压马达——既有好的高速性能又有好
的低速性能。
当负载从低速到高速在很宽的范围内工作时，
选用： 宽调速液压马达
窄调速液压马达＋机械变速
——传动机构复杂化。
液压马达的选用：
根据负载需要的转速、转矩、调速范围、启 动性能，选择液压马达的：
12密封 圈
11拉杆头 10防尘
螺栓
压盖
活塞式液压缸
柱塞式液压缸
摆动式液压缸
其他类型液压缸
双活塞杆式液压缸
单活塞杆式液压缸 伸缩式液压缸
弹簧复位式液压缸
增压缸
齿轮齿条式液压缸
串联式液压缸
（一）活塞式液压缸（液压符号——附录p291）
活塞式液压缸分为双杆式和单杆式两种。
1.双杆式活塞缸
3、轴向柱塞马达
轴向柱塞泵除阀式配流外，其它 形式原则上都可以作为液压马达 用，即轴向柱塞泵和轴向柱塞马 达是可逆的。
直轴或斜轴式液压泵都可以作液压马达用。 原理：
在配流盘的一侧槽中通入压力油，另一侧回油，将使柱 塞球头压在斜盘上，其反作用力的分力将使缸体带动轴 转动从而输出力矩和转速。
几转甚至零点几转）
输出转矩大（可达几千牛米到几万牛米）
——排量大，
体积大，
属于低速大扭矩液压马达。 径向柱塞液压马达多用于低速大转矩的情况下。
连杆——偏心定子式 该马达有五个柱塞，壳体上有五个缸，。连杆通过球铰与活塞联接，另
一端为圆弧表面，圆弧半径与偏心轮半径一致，两个圆环套在连杆的圆 弧外表面，而连杆既能沿着偏心轮的圆弧表面滑动而又不能脱开，输出 轴左端通过联轴器使配流轴同步旋转。
机械系统设计课后答案
机械系统设计课后答案机械系统设计课后答案【篇一：机械系统设计习题(有答案版)】：具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
2、机械系统的组成：1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段第二章机械系统总体设计1、功能原理方案设计步骤设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
3、功能元、功能结构功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。
反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。
这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
第三章执行系统设计1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
《工业机器人技术基础》(第3章)
（a）
（b）
图3-12 磁吸式末端执行器的工作原理
1—线圈；2—铁芯；3—衔铁
3.1.4 专用工具
工业机器人是一种通用性很强的自动化设备，可根据作业要求装配各种专用的末端 执行器来执行各种动作。
这些专用工具可通过电磁吸盘式换接器快速地进行更换，形成一整套系列满足用户 的不同加工需求，如图3-13所示。
（a）
（b） 图3-31 三轮行走机构
（c）
2．四轮行走机构
四轮行走机构在工业机器人中的应用最为广泛，其可采用不同的方式实现驱动和转 向，如图3-32所示。其中，图3-32〔a〕所示为后轮分散驱动；图3-32〔b〕所示为四轮 同步转向机构，这种机构可实现更灵活的转向和较大的回转半径。
（a）
（b）
图3-32 四轮行走机构
3.4.3 轮式行走机构
轮式行走机构在工业机器人中应用十分普遍，其主要应用在平坦的地面上，如图330所示。车轮的结构、材料取决于地面的性质和车辆的承载能力。
图3-30 轮式行走机构在工业机器人中的应用
1．三轮行走机构
三轮行走机构稳定性较好，代表性的车轮配置方式是一个前轮、两个后轮，如图331所示。其中，图3-31〔a〕所示为两个后轮独立驱动，前轮仅起支承作用，通过后轮 速度差实现转向；图3-31〔b〕所示为前轮驱动，并通过前轮转向；图3-31〔c〕所示为 两后轮驱动并配有差动器，通过前轮转向。
3.3.3 臂部结构的设计
工业机器人臂部结构的设计具体设计要求有以下几点：
〔1〕臂部的结构应该满足工业机器人作业空间的要求。 〔2〕合理选择臂部截面形状，选用高强度轻质制造材料。工字形截面的 弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多， 所以常用钢管制作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢制作支承板。 〔3〕尽量减小臂部重量和整个臂部相对于转动关节的转动惯量，以减小 运动时的动载荷与冲击。 〔4〕合理设计臂部与腕部、机身的连接部位。臂部安装形式和位置不仅 关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响机器人的外观。
第3章 电路原理图元件的设计
为】列表框中选择Themselves。在【粘贴阵列】区域，选中【使能粘贴阵列】复选框
，各项参数设置如图1所示。
5.单击
按钮，关闭【智能粘贴】对话框。此时光标变为十字型，并带有一个
矩形框，框内有粘贴阵列的虚影，随着光标而移动。
6.选择适当位置，单击鼠标，完成放置，如图2所示。
图1
图2
16
件标识已完成，如图所示。
3.2.3快速自动标号与恢复
执行菜单命令【工具】|【标注】|【静态标注原理图】，系统会按照【标注】对话 框中的最近一次设置，对当前的原理图进行快速的自动标号。
单击
按钮后，即完成自动标识。执行菜单命令【工具】|【标注】|【重置原
理图位号】，则将当前原理图中所有元件的标识复位到标识前的初始状态。
出现
按钮。
8
5.单击
按钮，系统弹出【工程变更指令】窗口，显示出标识的变化情况。
6.单击
按钮，检测修改是否正确，【检测】列中显示√标记，表示正确。单击
按钮
9
6.单击
按钮，则生成自动标识元件报告，同时弹出【报告预览】对话框，用户可
以打印或保存自动标识元件报告。
7.单击
按钮，依次关闭【工程变更指令】窗口和【标注】对话框，此时原理图中的元
例：使用智能粘贴完成对象类型转换 将图所示的一组端口替换为信号线束。
1.首先使端口处于选中状态。
2.单击【原理图标准】工具栏上的拷贝图标
，
或单击鼠标右键，执行快捷菜单中的【复制】命令，将
其复制到剪贴板上。
3.在其中的任意一个端口上按下鼠标并拖动，将这组端
口拖离当前位置。
4.执行【编辑】|【智能粘贴】命令，则系统弹出【智
11
第三章——静电敏感与执行原理
12 12 2 76.6 8.854 10 80000 10 542.6 10 15 F x0 100 10 6
另一半空气介质部分的电容为 C air 7.08 10 15 F 总电容为：
C C air C water 549.6 10 15 F
MEMS微执行器原理框图
微执行器的概念
自1982年静电微马达的研制成功至今，对微执 行器的研究工作正在深入。设计执行器的要求是 在动力源的驱动下能够完成需要的动作。因而， 在涉及到运动的微型系统中执行器十分重要。
微执行器的概念
微机械执行器是组成微机电系统的要素之一。 如，力学执行器是将电能或其它能量转换为 机械能。 理想的执行器应该是使用很少的能源，具有 很高的机械效率，对机械状态和环境条件适 应性强，需要时能产生高速运动，具有高的 能量-质量比，在控制信号与力、扭矩和速度 之间呈线性比例关系。
小变化量。
零轴稳定性 重复性：传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试
时所得特性曲线不一致程度。 频响范围：在规定误差条件下，传感器可以正常工作 的频率区间。
微传感器的概念
灵敏度
对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态 特性的斜率，即 S n y x 。非线性传感器的灵敏 度为一变量。一般希望传感器的灵敏度高，在满 量程范围内是恒定的，即传感器的输出--输入特 性为直线。
叉指电容器
静电梳齿驱动
特征：位移和电容变化量之 间呈线性关系；静电驱动的 功耗低。 一对叉指电极的电容由交叠 区域叉指垂直表面电容以及 边缘场电容所确定。由多个 叉指组成的电容相互并联， 因而，总电容是邻近叉指构 成的电容总和。
《液压与气压传动》课后习题答案
第一章习题答案1-1 填空题1.液压传动是以（液体）为传动介质，利用液体的（压力能）来实现运动和动力传递的一种传动方式。
2.液压传动必须在（密闭的容器内）进行，依靠液体的（压力）来传递动力，依靠（流量）来传递运动。
3.液压传动系统山（动力元件）、（执行元件）、（控制元件）、（辅助元件）和（工作介质）五部分组成。
4.在液压传动中，液压泵是（动力）元件，它将输入的（机械）能转换成（压力）能，向系统提供动力。
5. 在液压传动中，液压缸是（执行）元件，它将输入的（压力）能转换成（机械）能。
6.各种控制阀用以控制液压系统所需要的（油液压力）、（油液流量）和（油液流动方向），以保证执行元件实现各种不同的工作要求。
7.液压元件的图形符号只表示元件的（功能），不表示元件（结构）和（参数），以及连接口的实际位置和元件的（空间安装位置和传动过程）。
8.液压元件的图形符号在系统中均以元件的（常态位）表示。
1-2 判断题1.液压传动不易获得很大的力和转矩。
(X)2.液压传动装置工作平稳，能方便地实现无级调速，但不能快速起动、制动和频繁换向。
(X)3.液压传动与机械、电气传动相配合时，易实现较复杂的自动工作循环。
(✓)4.液压传动系统适宜在传动比要求严格的场合采用。
(X)第二章习题答案2-1 填空题1.液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的（可压缩性），可用（体积压缩系数）或（体积弹性模量）表示，体积压缩系数越大，液体的可压缩性越（大）；体积弹性模量越大，液体的可压缩性越（小）。
在液压传动中一般可认为液体是（不可压缩的）。
2.油液粘性用（粘度）表示；有（动力粘度）、（运动粘度）、（相对粘度）三种表示方法；计量单位m2/s是表示（运动）粘度的单位；l m2/s = (10心厘斯。
3.某一种牌号为L-HL22的普通液压油在40。
C时（运动）粘度的中心值为22厘斯(mm2/s)。
4.选择液压油时，主要考虑油的（粘度）。
（选项：成分、密度、粘度、可压缩性）5.当液压系统的工作压力高，环境温度高或运动速度较慢时，为了减少泄漏，宜选用粘度较（高）的液压油。
液压与气动控制技术辛连学3液压执行元件答案
3.在液压系统的液压缸是（ ）
A.动力元件B.执行元件C.控制元件D.传动元件
4.在液压传动中，液压缸的（ ）决定于流量。
A.压力B.负载C.速度D.排量
5. 将压力能转换为驱动工作部件机械能的能量转换元件是（ ）。
A、动力元件； B、执行元件； C、控制元件。
6.要求机床工作台往复运动速度相同时，应采用（ ）液压缸。
5.根据工作压力和材料，确定液压缸的壁厚尺寸、活塞杆尺寸、螺钉尺寸及端盖结构。
6.可靠的密封是保证液压缸正常工作的重要因素，应选择适当的密封结构。
7.根据缓冲要求，选择适用的缓冲机构，对高速液压缸必须要设置缓冲装置。
8.在保证获得所需要的往复运动行程和驱动力条件下，尽可能减小液压缸的轮廓尺寸。
9.对运动平稳性要求高的液压缸应设置排气装置。
A、不动 ； B、动，速度低于任一腔单独通压力油； C、.动，速度高于任一腔单独通压力油。
2021/1/4
28
第三章 液压执行元件
思考题与习题
二、单项选择题
1.液压缸差动连接工作时，缸的（ ），缸的（ ）。
A.运动速度增加了B.输出力增加了C.运动速度减少了D.输出力减少了
2.在某一液压设备中需要一个完成很长工作行程的液压缸，宜采用（ ）
A.单活塞液压缸B.双活塞杆液压缸C.柱塞液压缸D.伸缩式液压缸
2021/1/4
15
第三章 液压执行元件
第一节 液压缸 四、其他液压缸
3．增压缸 在某些短时或局部需要高压的液压系统中，常用增压缸与低压大流量泵配合作用，单作用增压缸的 工作原理如图3-16a所示，输入低压力p1的液压油，输出高压力为p2的液压油，
单作用式增压缸不能连续向系统供油，图3-16b为双作用式增压缸，可由两个高压端连续向系统供油。
课后答案
第一章：1 试说明机电一体化的涵义。
2 什么是工业三大要素？3 机电一体化系统的主要组成、作用是什么？4 机电一体化系统的构成要素是什么？它们各有什么作用？其主体和核心技术是什么？5 传统机电产品与机电一体化产品的主要区别是什么？6 机电一体化各要素及其与外界是通过什么连接的？有什么重要性？7 为什么说精密机械技术是机电一体化的基础？8 发展机电一体化的共性关键技术有那些？它们的作用如何？9 试举出几个机电一体化的家电产品。
10 试论述机电一体化的发展趋势。
第二章：1 简述机电一体化系统设计流程。
2 简述开发性设计、适应性设计、变型设计的异同？3 何谓概念设计？简述概念设计的具体设计步骤。
4 简述功能—行为—结构三者的关系。
5如何进行设计任务的抽象化，其作用是什么？6总功能为什么要分解，应如何进行分解？7什么是功能结构，三种基本结构形式是什么？7 何谓功能元，常用的基本功能元有哪些？8 举例说明什么是物理效应和功能载体？9 什么是艺术造型三要素？10 人机接口和机电接口各有哪些分类？并举例说明。
11 为什么要进行系统的评价？简述其步骤。
12 为什么要进行系统的决策？简述其步骤。
13 如何确定系统的评价指标体系？14 常用的系统评价方法是什么？15 系统调试的一般规律是什么？16 简述各种现代设计方法的内涵。
17 如何进行机电一体化系统的可靠性设计？18 传统产品设计与绿色产品设计有何区别与联系？第三章：1 试对数控机床的主轴功能进行分解，列出其形态学矩阵。
2 试以一种你熟悉的机电一体化产品为例，对其总功能进行分解。
第四章：1机电一体化的机械系统主要内容有哪些？2对机械传动机构的性能要求是什么？3常用无侧隙齿轮传动机构有哪几种？4滚珠丝杠副有哪些特点？5滚珠丝杠副常用的支承方式有哪几种？各有什么特点？6滚珠丝杠副为何要预紧？预紧力常为多少？7常用的直线运动导轨有哪些？8对机座机架的基本要求是什么？9简述花岗岩的特点及应用？10 当工作台重量为400kg，夹具和工件重量为400kg，最大工作行程为1000mm，其它条件和4.5.2节相同时，试选择设计滚珠丝杠副。
(液压与气压传动技术)第3章执行元件
第一节 液压缸
一、液压缸的作用、类型和特点
2、液压缸的类型 按结构形式，可以分为：
1）活塞式液压缸 2）柱塞式液压缸
双杆活塞缸 单杆活塞缸
3） 伸缩式液压缸
双杆活塞缸
活塞两侧的活塞杆直径相等。
进、出油口位于缸筒两端； 工作台移动范围约为活塞有 效行程的三倍。
进、出油口在活塞杆上，或 用软管连接在缸筒两端； 工作台移动范围约为活塞有 效行程的二倍。
1-缸底2-弹簧挡圈3-套环4-卡环5-活塞6- 型密封圈7-支承环8-挡圈9- 形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环
一、液压缸的典型结构 液压缸的结构形式很多，在此以单杆活塞缸
为例，说明液压缸的基本组成。
1-缸底2-弹簧挡圈3-套环4-卡环5-活塞6- 型密封圈7-支承环8-挡圈9- 形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环
第二节 液压缸的典型结构和组成
b. 速度
v1
qv
A1
4qv D2
v2
qv
A2
(D 4q2vd2)
特点：同样 q ，v1 < v2 ；
p 一样，F1 > F2 。
4. 应用：往返运动速度及推力不同的场合。
例：液压刨床
单杆活塞缸
单活塞杆液压缸左右两 腔同时接通压力油，这种 连接方式称为差动连接， 此缸称为差动缸。
此时液压缸两腔压力相等，但两腔活塞的工作 面积不相等，活塞将向有杆腔方向运动。
（3）参数计算
推力：
F
pApd2
4
速度：
(自动控制原理)第三章2
0~10mA 4~20mA 1~5V ➢温度变送器还可以作为直流毫伏转换器 来使用，将其他能够转换成直流毫伏信号 的工艺参数也变换成统一标准信号 ➢温度变送器广泛使用
两线制是指电流信号输出的变送器， 4-20mA等；三线制为电压信号输出的变送 器，0-5V等；四线制为了防止干扰，信号 线与电源线分隔开的电流信号输出变送器。
图3-10 位式输出的补偿式控制器
室外温度补偿特性
根据室外温度变化，全年自动调节控制室内温度
3.3.2 软件控制器
1.直接数字控制器(DDC) 2.计算机控制系统的基本控制算法 3.可编程控制器(PLC-Programmable Logic Controller ) 4.现场控制单元的软件结构
1)增量型PID控制算法的输出Δu(k)仅取决于最近3次的e(k)、 e(k-1)和e(k-2)的采样值，计算较为简便，所需的内存容量 不大。 2)由于微机输出增量，所以误动作影响较小，必要时可用 逻辑判断的方法去掉。 3)在手动/自动无扰动切换中，增量型PID控制算法要优于 位置型PID控制算法。 4)不产生积分失控，所以能容易获得较好的调节效果，一 旦计算机发生故障，则停止输出Δu(k)，阀位大小保持发 生故障前的状态，对生产过程无影响。
(2)改进型PID控制算法 在计算机控制系统中，如果单 纯用数字PID调节器去模仿模拟调节器，不会获得更好 的效果。
1、 P控制——比例控制
即：
比例控制规律：在该控制系统中，阀门开度的 改变量与被控变量（液位）的偏差值成比例。
令：
则：
KP：比例控制的放大倍数 KP决定了比例控制作用的强弱。 KP越大，比 例控制作用越强。 改变杠杆支点的位置，便可改变KP的数值。
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2019/11/19
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概述
液 压
液压传动系统中的执行元件，是将流体的
与 压力能转化为机械能的元件。
气
压 传
执行元件驱动机构作直线往复或旋转（或
动 技
摆动）运动。
术
压力
力（转矩）
执行
流量
元件
速度（转速）
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第一节 液压缸
液 一、液压缸的作用、类型和特点
2019/11/19
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伸缩式液压缸
液
压
特点
与
气
1.由两个或多个活塞套装而
压
传
成，前一级活塞杆是后一级
动 技
活塞缸的缸筒；
术
2.伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可 保持很小的结构尺寸；
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伸缩式液压缸
液
压
特点
与
气 压
3.在各级活塞依次伸出时，
传
液压缸的有效面积是逐级
压
与 中，常用增压缸与低压大流量泵配合作用。
气
压 传
一、单作用增压缸
动 技
其工作原理如图所示。
术
p1
D d
Q 2
p2
D p1
2(p1)
p p ( d ) 2(p2)
1
p2
Q1 (a)
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单作用增压缸不能连续 向系统供油。
(b)
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增压缸
液 在某些短时或局部需要高压的液压系统
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第二节 液压缸的典型结构和组成
液
一、液压缸的典型结构
压
与
液压缸的结构形式很多，在此以单杆活塞
气
压 缸为例，说明液压缸的基本组成。
传
动
技
术
1-缸底 2-弹簧挡圈 3-套环 4-卡环 5-活塞 6- 型密封圈 7-支承环 8-挡圈 9- 形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环
压
与 中，常用增压缸与低压大流量泵配合作用。
气
压 传
二、双作用增压缸
动 技
其工作原理如图所示。
术
Q 2
p1
(p1)
p2
(p2)
p2
可由两个高压端连(b)续向系统供油。
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摆动式液压缸
液
压
与
气
摆动式液压缸也称摆动液压马达。当它
压 传
通人压力油时，它的主轴能输出小于的摆
动 动运动，常用于工夹具夹紧装置、送料装
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第二节 液压缸的典型结构和组成
液
一、液压缸的典型结构
特点
单活塞杆液压缸左右 两腔同时接通压力油，这 种连接方式称为差动连接， 此缸称为差动缸。
1.在不增加输入流量的情况下提高活塞的 运动速度； 2.输出力降低了。
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柱塞液压缸
液
压
特点
与
气
1.柱塞式液压缸是单作用液
压
传
压缸，即靠液压力只能实现
动 技
一个方向的运动，回程要靠
动
技
变化的。
术
在输入流量和压力不变的 情况下，液压缸的输出推 力和速度逐级变化：
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伸缩式液压缸
液
压
特点
与
气
4.起动时活塞有效面积最大，
压
传
输出推力也最大，随着行程
动 技
逐级增长，推力随之减小；
术
这种推力变化情况，正适合于自动装卸车对 推力的要求。
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技 术
置、转位装置以及需要周期性进给的系统
中。
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摆动式液压缸
液 压
一、单叶片式摆动缸
与
气
压
传
动 技
R300 2。
术
R
1
R1
摆动角度较 大，可达300度
R
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(a)
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(b)
摆动式液压缸
液 压
一、双叶片式摆动缸
与
气
压
R
2
传
动
R1
技
术
摆动角度较小，可达180°，它的输出转矩是单叶片 式的两倍，而角速度则(b)是单叶片式的一半。 (c)
液
压
与
只在活塞一端有活
气
压
塞杆，缸的两腔有效工
传 动
作面积不相等。
技
术
安装也有缸筒固定和活塞杆固定两种，
进、出油口根据安装方式而定。
工作台移动范围都为活塞有效行程的
两倍。
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单杆活塞缸
液 压
速度和推力计算式
与
气
压
传
动பைடு நூலகம்
技
术
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单杆活塞缸
液
压 与
单活塞杆液压缸左右
气
两腔同时接通压力油，这
压
传
种连接方式称为差动连接，
动 技
此缸称为差动缸。
术
此时液压缸两腔压力相等，但两腔活塞的工
作面积不相等，活塞将向有杆腔方向运动。
向液压缸右腔输油，左腔通油箱，活塞向左
运动。
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单杆活塞缸
液 压 与 气 压 传 动 技 术
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双杆活塞缸
液
当活塞左右运动对应的
压 与
油压和输入流量相同时，两
气
个方向上输出的推力和速度
压
传
就是相等的。
动
技 设：A - 活塞的有效面积；D、d—活塞和活塞杆的直径；
术
q—输入流量； p1、p2—进、出口压力；
ηm、ηv—缸的机械效率、容积效率
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单杆活塞缸
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第二节 液压缸的典型结构和组成
液
一、液压缸的典型结构
压
与 只有一端有活塞杆，两端进出口油口都可通压力
气
压 油或回油，以实现双向运动，故为双作用缸。
传
动
技
术
1-缸底 2-弹簧挡圈 3-套环 4-卡环 5-活塞 6- 型密封圈 7-支承环 8-挡圈 9- 形密封圈 10-缸筒 11-管接头 12-导向套 13-缸盖 14-防尘圈 15-活塞杆 16-定位螺钉 17-耳环
术
自重（当液压缸垂直放置时）
或其它外力；
2.用两个柱塞缸组合，也能 用压力油实现往复运动；
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柱塞液压缸
液
压
特点
与
气
3.柱塞运动时，由缸盖上的
压
传
导向套来导向，因此，柱塞
动 技
和缸筒的内壁不接触，缸筒
术
内孔只需粗加工即可。
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增压缸
液 在某些短时或局部需要高压的液压系统
压
与 1、液压缸的作用
气
压
传
液压缸是将液压泵输出的压力能转
动
技
换为机械能的执行元件，它主要是用
术
来输出直线运动（也包括摆动运动），
实现直线的往复运动。
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第一节 液压缸
液 一、液压缸的作用、类型和特点
压
与 2、液压缸的类型
气
压
按结构形式，可以分为：
传
动
技
双杆活塞缸
术 1）活塞式液压缸
2）柱塞式液压缸
单杆活塞缸
3） 伸缩式液压缸
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双杆活塞缸
液
活塞两侧的活塞杆直径相等。
压
与 气
进、出油口位于缸筒两端；
压
传
工作台移动范围约为活塞
动 技
有效行程的三倍。
术
进、出油口在活塞杆上，
或用软管连接在缸筒两端；
工作台移动范围约为活塞
有效行程的二倍。
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