第三章执行元件的选择与设计
机电一体化系统设计
机电一体化系统设计一、概论1、机电一体化：是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
2、对检测传感器的要求：要求检测传感器具有高精度、高灵敏度和高可靠性。
3、检测传感技术的主要难点：提高可靠性、精度和灵敏度。
需要研究的问题有：①提高各种敏感材料和元件灵敏度及可靠性②改进传感器结构，开发温度与湿度、视觉与触觉同时存在的符合传感器③研究在线检测技术，提高抗干扰能力④研究具有自动诊断与自动补偿功能的传感器。
4、自动控制：自动控制是指在没有人参与的情况下，通过控制装置使被控制的对象或控制过程自动的按照预定的规律运行。
5、系统总体技术：系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和方法将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。
6、系统总体技术包括：插件、接口转换、软件开发、微机应用技术、控制系统的成套性和成套设备自动化技术。
7、系统总体技术需要研究的问题：①软件开发与应用技术，包括过程参数应用软件、实时精度补偿软件②研究接插件技术，体改可靠性③通过接口和数据总线标准化④控制系统成套性和成套设备自动化⑤软件的标准化。
8、机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个系统组成。
9、系统的五种内部功能：即主功能、动力功能、计策功能、控制功能、构造功能。
主功能是实现系统“目的功能”直接必须的功能，主要是对物质、能量、信息及其相互结合进行变换、传递和存储。
动力功能的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实时“目的功能”。
而构造功能则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必须的功能。
10、机电一体化系统设计的考虑方法同城有：几点互补法、融合法和组合法。
11、系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。
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。
《液压与气压传动》(课程代码：03631)课程考试大纲汇总
广东省高等教育自学考试《液压与气压传动》（课程代码：03631）课程考试大纲目录一、课程性质与设置目的二、考试内容与考核目标绪论第一节液压与气压传动的工作原理第二节液压与气压传动系统的组成和表示方法第三节液压与气压传动的优缺点第四节液压与气压传动的应用第五节液压与气动技术的进展第一章液体力学基础第一节工作介质第二节流体静力学第三节流体运动学和流体动力学第四节气体状态方程第五节充、放气参数的计算第六节管道流动第七节孔口流动第八节缝隙流动第九节瞬变流动第十节穿透多孔物质的液流第二章能源装置及辅件第一节概述第二节液压泵第三节油箱第四节液压辅件第五节气源装置第六节气动辅件第七节管件第三章执行元件第一节直线往复运动执行元件第二节旋转运动执行元件第三节设计计算第四章控制元件第一节概述第二节阀芯的结构和性能第三节常用液压控制阀第四节常用气动控制阀第五节液压叠加阀、插装阀和多路阀第六节电液伺服控制阀第七节电液比例控制阀第八节电液数字控制阀第九节气动比例/伺服、数字控制阀第十节气动逻辑控制元件第十一节集成式多功能元件第五章密封件第一节密封的作用与分类第二节密封件的材料第三节常用密封件第四节新型密封件第五节组合式密封件第六节防尘圈第七节旋转密封件第八节胶密封与带密封第六章基本回路第一节液压基本回路第二节气动基本回路第七章系统应用与分析第一节液压系统应用与分析第二节气动系统应用与分析第八章系统设计与计算第一节概述第二节液压系统设计与计算第三节液压系统设计计算举例第四节气动程序控制系统设计三、关于大纲的说明与考核实施要求【附录】题型举例课程性质与设置目的（一）课程性质与特点《液压与气压传动》课程是高等教育自学考试机械设计制造及其自动化专业的主干课程。
液压、气压传动是与机械传动、电气传动等相并列的传动形式，是机械设备设计、使用和维护所必须掌握的技术和知识，具有实践性较强，与生产实际联系紧密的特点。
本课程主要讲授流体力学基础，各种液压、气动元件的工作原理、特点、应用和选用方法，各类液压和气动基本回路的功用、组成和应用场合，典型的液压、气动传动系统。
第三章 AD原理图设计系统
✓ Place（放置）->add
SHEET SYMBOL
设 置
非常重要：子图文件名
SHEET ENTRY
设
I/0类型：
置
✓ 输入 ✓ 输出 ✓ 双向 ✓ 未知
由母图生成子图
Design（设计）-creat sheet from sheet symbol（产生图纸） ✓生成了相应文件名的子原理图 ✓子原理图中定义了层次原理图中的I/O标号
子图生成母图
前提： ✓ 已经绘制成功了各个子图 ✓ 子图中对外接口已经绘制并定义
✓ Place -> Port
① 创建原理图(母图)
✓ File->new->schematic ② Design（设计）-creat sheet symbol from sheet or HDL
（HDL文件或图纸产生图表符） ③ 逐次选择已经创建的原理图 ④ 保存母图，并命名
✓原理图网络表： Design-
✓Export
>Netlist for document
✓项目网络表：Design-
层次原理图
概述
✓ 层次原理图产生的原因
✓ 大型电路需要多人协作完成 ✓ 层次的划分：电路功能模块划分
✓ MCU模块 ✓ 电源模块 ✓ RF模块等 ✓ 自顶向下的设计方法
✓ 产生母图（sheet symbol），由总图设计子原理图(sheet) ✓ 母图->子图 ✓ 自底向上的设计
✓ Show Reference Zones:设置是否显示图纸的参照边。 ✓ Show Border:设置是否显示图纸的边框。 ✓ Show Template Graphics:是否显示图纸的模板图形。 ✓ Boarder Color 和 Sheet Color:设置图纸工作区和边框的颜色。 ✓ Grids 选项组中的复选框和微调框用来设置图纸的栅格。内容如下: ✓ Snap:设置捕获栅格,捕获栅格是移动光标和放置原理图元素的最小步距。 ✓ Visible:栅格是否可见。 ✓ Electrical Grid 选项组用来设置电气规则栅格的尺寸,设置方式与栅格相同。
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！
液压与气动技术
殷国栋 ygd@
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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
液压与气动技术
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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
液压与气动技术
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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。
教科版初中物理八下9.3《连通器和液压技术》同步试题1
《液压与气动应用技术》各章练习题参考答案绪论一、填空题1、液压与气压传动是以__流体_______ 为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。
.2、液压传动系统主要由__动力装置_______、_执行装置________、_控制调节装置________、_辅助装置____及传动介质等部分组成。
3、能源装置是把___机械能___转换成流体的压力能的装置，执行装置是把流体的___压力能___转换成机械能的装置，控制调节装置是对液(气)压系统中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。
二、判断题（×）1、液压传动不容易获得很大的力和转矩.(√）2、液压传动可在较大范围内实现无级调速。
(√）3、液压传动系统不宜远距离传动.(√ )4、液压传动的元件要求制造精度高。
（√）5、气压传动的适合集中供气和远距离传输与控制。
（√）6、与液压系统相比，气压传动的工作介质本身没有润滑性，需另外加油雾器进行润滑。
(× )7、液压传动系统中，常用的工作介质是气油.(√ )8、液压传动是依靠密封容积中液体静压力来传递力的, 如万吨水压机。
(√）9、与机械传动相比，液压传动其中一个优点是运动平穏。
三、选择题1、把机械能转换成液体压力能的装置是( A ）。
A动力装置、B执行装置、C控制调节装置2、液压传动的优点是（ A ）。
A比功率大、B传动效率低、C可定比传动3、液压传动系统中,液压泵属于( A ），液压缸属于( B ，溢流阀属于( D ），油箱属于（ C ） .A。
动力装置 B。
执行装置 C。
辅助装置 D。
控制装置四、问答题1．什么叫液压传动？什么叫气压传动?答：液压与气压传动是以流体（液压油或压缩空气）为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。
2．液压和气压传动系统由哪些基本组成部分？各部分的作用是什么？答:液压与气压传动系统主要由以下几个部分组成：（1）动力装置把机械能转换成流体的压力能的装置，一般最常见的是液压泵或空气压缩机。
机电一体化系统设计 第3章 执行元器件
第 3 章 执行元件的选择与设计
§3-3 交流伺服电机及驱动器
伺服系统的有哪几部分组成 ➢ 机构-结构：接受执行器输出的力、力矩或功率产生机构 运动，完成最终目标。结构部分把各组成部分联成一体， 起支持与定位作用。 ➢ 能源：主要作用是给机械运动提供足够的动力，同时也 向传感器、信息处理器提供所需的能量。 ➢ 伺服电机:（M）驱动信号控制转换电路 电力电子驱动放 大模块, 电流调解单元，速度调解单元 检测装置
6）电机测试方式
通过键盘操作，伺服电机按照参数设定的脉冲频率转动。用于测试位置控制方式。
第 3 章 执行元件的选择与设计
§3-3 交流伺服电机及驱动器
交流伺服系统 PSDD驱动器驱动方式简介
电子齿轮
第 3 章 执行元件的选择与设计
§3-3 交流伺服电机及驱动器
交流伺服系统 PSDD驱动器
（1）电源输入端子：
§3-3 交流伺服电机及驱动器
交流伺服系统 PSDD驱动器驱动方式简介
4）JOG控制方式
通过按键操作控制电机点动。按下按键，电机按设定的参数转动，松开按键， 停止转动。用于手动移动机械装置到某一固定位置。
5）电机零点调试方式
长期使用后，编码器的零点可能偏移。该操作重新将编码器调零。该操作只能 在空载下进行，否则影响精度。
第 3 章 执行元件的选择与设计
§3-1 执行元件的种类、特点及基本要求
一、执行元件的种类及特点
电磁式是将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动运行机构运动。 液压式是先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力油的流向，
从而使液压执行元件驱动运行机构运动。 气压式与液压式的原理相同，只是将介质由油改为气体而已。 其他执行元件与使用材料有关，如使用双金属片、形状记忆合金
机电一体化系统第三章执行元件
一、 特点
1、稳定性好 2、可控性好 3、响应迅速 4、控制功率低，损耗小 5、转矩大
补偿绕组(c)
励磁绕组 (f) ia
Fr Ua Fc Uf
电枢绕组(a)
直流伺服电动机的结构与一般的电机结构相似，也是 由定子、转子和电刷等部分组成，在定子上有励磁绕组 和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。由于转子磁场和 定子磁场始终正交，因而产生转矩使转子转动。
步进电机驱动电源
Hale Waihona Puke 四、步进电动机的功率放大1．单电压功率放大电路
此电路的优点是电路结构简单，不足 之处是Rc消耗能量大，电流脉冲前后 沿不够陡，在改善了高频性能后，低 频工作时会使振荡有所增加，使低频 特性变坏。
2．高低电压功率放大电路
电源U1为高电压，电源大约为80～150V， U2为低电压电源，大约为5～20V。在绕组 指令脉冲到来时，脉冲的上升沿同时使VT1 和VT2导通。由于二极管VD1的作用，使绕组 只加上高电压U1，绕组的电流很快达到规定 值。到达规定值后，VT1的输入脉冲先变成 下降沿，使VT1截止，电动机由低电压U2供 电，维持规定电流值，直到VT2输入脉冲下 降沿到来VT2截止。 不足之处是在高低压衔接处的电流波形在顶 部有下凹，影响电动机运行的平稳性。
步进电机驱动电源总结
作用：对控制脉冲进行功率放大，以使步进电机获 得足够大的功率驱动负载运行。 1、步进电机是用脉冲供电，且按一定工作方式轮 流作用于各相励磁线圈上。 2、步进电机正反转是靠给各相励磁线圈通电顺序 变化来实现的。 3、速度控制是靠改变控制脉冲的频率实现的。 4、在通电脉冲内使励磁线圈的电流能快速建立， 而在断电时电流能快速消失。
伺服电机控制方式
伺服电机比较
机电一体化课程设计指导书
机电一体化系统设计课程设计指导书邓春岩编著UESTC 机电工程学院第一章绪论1.1 机电一体化课程设计的目的机电一体和课程设计是一个重要的实践教学环节。
学生需综合运用所学的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行机电结合的设计训练，主要目的是：1）学习机电一体化系统总体设计方案的分析、拟定和比较的方法。
2）对机械系统进行设计，掌握典型传动机构和导向机构等工作原理、设计计算方法和选用方法。
3）掌握控制用电机的工作原理，能够对控制用电机、驱动器进行计算与选用。
4）对控制系统进行设计，掌握典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路。
5）根据系统的要求，掌握常用传感器的工作原理和选用方法。
6）培养学生独立分析问题、解决问题的能力，学习并初步建立“系统设计”的思想。
7）训练学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力。
1.2 课程设计的内容与要求课程设计的内容应是典型的机电一体化系统或产品，如数控机床、工业机器人、三坐标测量仪、自动检测仪、全自动洗衣机、电子秤、自动售货机、家用智能装置等。
设计的内容需包扩：机械系统的设计；执行元件的计算与选择；计算机控制系统的选择、电路的设计和软件的设计；传感检测的选择与电路的设计等，根据专业性质的差异，可以适当调整相应部分设计工作量。
本次设计任务是CNC二维工作台的设计，主要包括：机械系统的设计与计算、控制电机的计算与选择、驱动器的选择与接线图的设计。
1.3 课程设计的原始数据试设计一个用于在水平面内（XOY平面）进行切割的CNC二维工作平台。
切割刀位于Y方向工作台上面，其受力点（X、Y方向的轴向载荷）到Y方向丝杠轴心线的距离为100mm。
其它参数见下表：表1.1 大题目及其参数项目名称大题编号一二三四五六备注行程 mm 500³500500³400500³300400³400400³300300³300X*Y方向的行程X丝杠转速n1200 150 120 80 50 50 单位： r/minY丝杠转速n2200 150 120 80 50 50 单位： r/min理论定位精度δ30 25 20 15 10 5 单位：μm表1.2 小题目（方案）及其参数方案项目名称方案编号ⅠⅡⅢⅣV VIX方向轴向载荷(N)F15000 4500 4000 3500 2000 1200Y方向轴向载荷(N)F24000 3500 3000 2500 1500 1000X方向工作台滑板及组件重量(N) 1000 900 800 700 600 400Y方向工作台滑板及组件重量(N) 600 500 400 400 300 200表1.3 控制实现的轨迹方案项目名称方案编号１２３４二维平台编程控制的轨迹ＮＳＣＬ注：CNC二维工作平台设计题目共五个大题目，每个大题目下面又有三个小题目（即方案）。
液压系统升降机的设计
江苏城市职业学院 毕业设计（论文） （ 届） 题目 液压系统升降机的设计 职称设计（论文）办学点（专业班级学号学生姓名液压系统升降机的设计摘要该设计的题目是液压系统升降机的设计，它主要包括三个部分的内容：主机参数的确定，液压系统的设计，控制部分的设计。
在该设计中将液压系统的设汁做为主要的内容进行设计，主机已根据升降台工作时的主要工作部件进行大概的估算设讣。
液压系统的设讣又主要包括了动力源、控制元件、执行元件、辅助元件的设计。
控制部分的设计为附加部分，主要设计控制电路图。
同时参照现有液压车的设计，结合液压车设讣生产标准进行合理的选型计算。
关键词：升降机：液压系统：执行元件前言 (5)第一章升降机机械机构 (6)1.1升降机机械结构形式和运动机理 (6)1.1. 1 机械结构型式 (6)1.1. 2升降机的运动机理 (6)1.2升降机机械结构和零件参数 (4)1.2. 1升降机结构参数的选择和确定 (4)1.2.2升降机上顶板、支架和底板结构 (7)1.3升降机系统的设计要求 (9)第二章执行元件速度和载荷 (10)2.1执行元件类型、数量和安装位置 (10)2.2速度和载荷计算 (10)2. 2. 1速度计算及速度变化规律 (10)第三章液压系统主要参数的确定 (12)3.1 系统压力的初步确定 (12)3.2液压执行元件的主要参数 (12)3.2.1液压缸的作用力 (12)3.2.2缸筒内径的确定 (12)3.2.3活塞杆直径的确定 (12)3.2.4液压缸壁厚，最小导向长度，液压缸长度的确定 (13)第四章液压系统方案的选择和论证 (14)4.1油路循环方式的分析和选择 (14)4.2开式系统油路组合方式的分析选择 (14)4.3调速方案的选择 (15)4.4液压系统原理图的确定 (15)第五章液压元件的选择计算及其连接 (16)5.1 油泵和电机选择 (16)5. 1.1泵的额定流量和额定压力 (16)5.1.2电机功率的确定 (17)5. 1.3 连轴器的选用 (18)5.2控制阀的选用 (18)5.2.1压力控制阀 (19)5.2.2流量控制阀 (19)5.2.3方向控制阀 (19)5.3管路，过滤器，其他辅助元件的选择计算 (20)5. 3. 1 管路 (20)5.3.2 过滤器的选择 (21)5. 3. 3 辅件的选择 (21)5.4 液压元件的连接 (22)5.4. 1液压装置的总体布置 (22)5.4.2液压元件的连接 (22)5.5油箱的容积 (22)5. 5. 1按使用情况确定油箱容积 (22)第六章液压缸的结构设计 (23)6.1 缸筒 (23)6. 1. 1.缸筒与缸盖的连接形式 (23)6.1. 2强度计算 (24)6. 1. 3 缸筒材料及加工要求 (24)6. 1. 4缸盖材料及加工要求 (24)6.2活塞和活塞杆 (25)6. 2. 1活塞和活塞杆的结构形式 (25)6.2.2活塞、活塞杆材料及加工要求 (26)6.3活塞杆导向套 (26)6.4排气装置 (27)6. 5密封结构的设计选择 (27)第七章液压系统性能验算 (28)总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)前言液压升降机是一种升降性能好，适用范雨广的货物举升机构，可用于生产流水线高度差设备之间的货物运送，物料上线，下线，共件装配时部件的举升，大型机库上料，下料，仓储装卸等场所，与叉车等车辆配套使用，以及货物的快速装卸等。
机电一体化技术与系统
第一章概述1、机电一体化术语的来源：最早（1971年）起源于日本2、机电一体化乃是在机械的主功能、动机功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与微电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。
3、机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：控制器、检测传感器、执行元件、动力源、机构。
P64、机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、融合（结合）法和组合法。
例：机电一体化系统设计考虑方法及设计类型考虑方法——（1）机电互补法（2）结合（融合）法设计类型——（1）开发性设计（2）适应性设计（3）变异性设计第二章机械系统部件的选择与设计1、为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。
2、差动传动方式工作原理图：由图可知螺杆2左、右两段螺纹螺距不同、旋向相同的螺纹Ph1和Ph2，若螺母旋合圈数为5，当丝杠2转动时，Ph1=15，Ph2=8，则螺母1的移动距离为多少？解：Δλ=n(Pn1-Pn2)=352．如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动x 向工作台的三相双三拍步进电机，转子齿数z 为100。
滚珠丝杠的基本导程为l 0=6mm 。
已知传动系统的横向(x 向)脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。
试求：（1）步进电机的步距角α；（2）减速齿轮的传动比i 。
解：（1）K=3相，N=3拍，z=100步进电机的步距角α=360º/(z*m)= 360º/(z*K*N)= 360º/(100*3*3)=0.4 º（2）由于一个脉冲，步进电机旋转0.4 º，工作台横向(x 向)脉冲当量0.005mm ，由于滚珠丝杠的基本导程为l 0=6mm ，对应于丝杠转动一周360 º ，设一个脉冲丝杠转动的角度为x ，则 6mm/360º=0.005/x º，得x=0.3º故减速齿轮的传动比i=0.3/0.4=3/46、滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有 内循环 和 外循环 两种。
模型飞机微小型起落架液压系统的设计
模型飞机微小型起落架液压系统的设计摘要：模型飞机的结构设计与内部系统设计能够为真实飞机生产制造提供可靠的性能参数，根据模型飞机的自主飞行情况，可以对飞机设计参数进行合理调整，进一步提高飞机设计水平，保障使用效果。
模型飞机起落架液压系统设计质量关系到飞机的飞行安全，在实际进行系统设计的过程中应从安全可靠的角度出发，保证起落架能够正常、高效收放。
本文主要根据某模型飞机的起落架制作要求设计了微小型液压控制系统，以期为飞机制造提供参考。
关键词：模型飞机；起落架；液压系统；微小型；控制系统飞机起落架的正常工作是保障飞机安全稳定运行的关键，在实际进行该结构部位设计时，应明确不同类型模型飞机的飞行控制要求，根据现实需要做好设计工作，保证起落架舱门开关动作的稳定性以及起落架收放的平稳性。
要掌握具体的技术要求，设计合理的系统方案，结合设计要求选择合适的元器件，保证微小型起落架液压系统设计的科学性与合理性，为飞机的安全可靠运行提供保障。
1.模型飞机微小型起落架液压系统设计要求以某模型飞机为例，在进行起落架液压系统设计过程中，首先要保证舱门开关过程中都能保持平稳状态，完全打开后不会随意移动，舱门关闭后作动器的各项动作也随之停止，以免出现损坏舱盖的情况，而且在完全关闭后也不会受到外界因素的影响而出现变形情况。
其次，作动器在运行过程中能够顺利进入锁止的位置并保持稳定状态，不会受到外力影响而离开指定位置。
再次，不能出现刹车动作长时间抱死的情况，应进行这一动作的周期性和间歇性设计。
最后，要将整个液压系统的额定工作压力、额定流量和重量等控制在合理的范围内，同时也要保障系统具有较强的安全保护功能。
2.模型飞机微小型起落架液压系统方案设计2.1动作回路设计模型飞机起落架液压系统设计时需要充分考虑到飞机起飞阶段和回收阶段的功能要求，在起飞之前，应将起落架及时收回而后关闭起落架舱门。
在飞机飞行期间，应保证液压系统一直保持关闭状态。
在回收阶段，先要打开起落架舱门而后放下起落架，达到指定位置后锁紧处理。
《机电一体化系统设计》复习资料解读
思考题：
1.机电一体化的涵义、目的、特征、基本组成 要素以及分别实现哪些功能?
2. 工业三大要素指的是什么？机电一体化设计 的目标是哪些？
3. 机电一体化的接口功能有哪些？根据不同的 接口功能试说明接口的种类。
4. 说明机电一体化系统设计的设计思想、方法。
5. 开发性设计、变异性设计、适应性设计有何 异同？
一对齿轮区中在的闭一环个系齿统轮中4装，则可能造成系统不稳 在电机输定出，轴常上会，使并得将系电统机产生以1～5倍的间隙 2安装在偏而心进套行1的(或低偏频心振轴荡) 。 上，通过转动为偏此心尽套量(采偏用心齿轴侧) 隙较小、精度较高 的轮齿轮转的正角中、， 心的 则反就 距齿 多转可 ，轮 采时调 从传用的节而动各齿两消副种侧啮除。调间合圆但整隙齿柱为齿。了侧13偏减降隙心速低的套箱 2制方电动造法机成来本消，除 特点是结或构减简小单啮，合但间其隙侧，隙以提4和高5减传速动齿轮精度和系 不能自动统补的偿稳。定性。
弹簧-阻尼系统图
1-主动件；2-弹簧-阻尼； 3-运动件；4-静导轨
防止爬行现象采取以 下几项措施
为防止爬行现象的出现，可同时采取以下 几项措施： ★ 采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴 塑料层导轨等； ★ 在普通滑动导轨上使用含有极性添加剂的 导轨油； ★ 用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动 链、减少传动副等方法来提高传动系统的刚度。
导向支承部件
▪ 导向支承部件的作用是支承和限制运动部件按给定的运动要 求和规定的运动方向运动。这样的部件通常被标为导轨副， 简称导轨。
▪ 导轨副主要由承导件1和运动件2两部分组成，如图2-20所 示。运动方向为直线的被称为直线导轨副，为回转的被称为 回转运动导轨副。常用的导轨副种类很多，按其接触面的摩 擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等。
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。
第三章 执行元件.
第三章 执行元件
1
第一节 直线往复运动执行元件
液压传动中的执行元件是将流体的压力能转化为机械能的元件。它驱动机 构作直线往复或旋转（或摆动）运动，其输出为力与速度，或转矩与转速。
一、液压缸
液压缸是用油液的压力能来实现直线往复运动的执行元件。
（一）液压缸的类型
液压缸按其结构形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和伸缩缸等。它们输入为 压力和流量，输出为力和速度。
2019/7/7
第三章 执行元件
16
第二节 旋转运动执行元件
图3-22 轴向点接触柱塞式液压马达结构图
1-轴；2-斜盘；3-轴承；4-鼓轮；5-弹簧；6-传动销；7-缸体； 8-配油盘；9-柱塞；10-推杆
2019/7/7
第三章 执行元件
17
第二节 旋转运动执行元件
（四）低速液压马达
低速液压马达的基本形式是径向柱塞式，它的特点是输入油液压力高、排量 大，可在马达轴转速为 10r/min以下平稳运转，低速稳定性好，输出转矩大， 可达几百 N·m到几千N·m。所以又称低速大扭矩马达。
2019/7/7
第三章 执行元件
13
第二节 旋转运动执行元件
一、液压马达 液压马达是一种将液压能转换为机械能的转换装置，是实现连续旋转或摆动的
执行元件。 （一）液压马达的工作原理
Ti Fyr Fy R sin FR tan sin T FRtan sin
2019/7/7
（一）应注意的问题
1）尽量使活塞杆在受拉力状态下承受最大负载，或在受压状态下活塞杆应具 有良好的纵向稳定性。
2）液压缸各部分的结构尽可能按推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽量 做到结构简单、紧凑，加工、装配和维修方便。
第三章液压执行元件-PPT
二、液压马达得工作原理
1、叶片式液压马达
叶片式液压马达工作原理
大家学习辛苦了，还是要坚持
❖继续保持安 静
• 原理——由于压力油作用,受力不平衡使转子 产生转矩。
• 输出转矩T——与液压马达得排量VM和液压马
达进出油口之间得压力差有关,
• 转速n——输入液压马达得流量qM大小来决定。
❖ 转动特性——能正反转(压、回油互换) ❖ 结构特点: ❖ 叶片要径向放置---适应正反转
❖ 双杆活塞缸在工作时,一个活塞杆是受拉得,而另一 个活塞杆不受力,(活塞杆始终不受压力)因此这种液 压缸得活塞杆可以做得细些。
连杆式径向 柱塞马达
❖ 曲线定子 式
定子有多段曲线,转子每转一转柱塞来回往复多次, 排量大,所以转矩大。 定子内表面采用正弦曲线,(或等加速曲线、阿基米德曲
线),保证在低转速下也能稳定工作。 为增大转矩,也有做成多排转子,各排错开可减小脉动。
❖ 多作用指定子得内曲面可以多达十几段(多次行程)。转子每转 一转,每个柱塞经过每一段时都要吸排油各一次,柱塞要进行多 次进退,对输出轴产生多次渐增转矩,并通过输出轴带动负载旋 转,因此称为多作用马达。
❖ 原因——液压n马M 达内Vq部MM 有M泄v 漏,
❖ 式中,nM —液压马达得实际转速
❖
qM —液压马达得输入流量;
❖
VM —液压马达得理论排量
❖
ηMV —液压马达得容积效率
❖ 转速过低时得爬行现象——当液压马达工作 转速过低时,往往保持不了均匀得速度,进入 时动时停得不稳定状态。
❖ 为防止“爬行” :高速液压马达工作转速不应
七、液压马达常见故障及其排除
一、转速低输出转矩小
1、由于滤油器阻塞,油液粘度过大,泵间隙过大, 泵效率低,使供油不足。清洗滤油器,更换粘度适 合得液油,保证供油量。
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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。由于其可在很宽的速度和负载范围内进行连续、精确地控
制，因而在各种机电一体化系统中得到了广泛的应用。
控制用电动机有回转和直线驱动电动机，通过电压、电流、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，而驱动精度随驱动对象的不同而不同。 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。
1、惯量小、动力大： 如对直线运动来说，设 加速度为 a ，则推力为 而对回转运动来说，设 角速度为，角加速度 为 ，则转矩 / 功率为
F ma a F /m
T J T /J P T
这里， a 和 表征了执行元件的加速性能。
二、对执行元件的基本要求
1、惯量小、动力大： 另一种表征执行元件动力大小的综合性指标是 比功率： 比功率＝ P / TT / J (1/ ) T 2 / J 包含了功率、加速性能与转速三种因素。
二、对执行元件的基本要求
(1) 惯量小、动力大 (2) 体积小、重量轻 (3) 便于维修、安装 (4) 宜于微机控制
二、对执行元件的基本要求
1、惯量小、动力大：
表征执行元件惯量的性能指标有： 直线运动为质量
m
回转运动为转动惯量 J 表征执行元件输出动力的性能指标有： 推力
F
P
转矩 T 功率
二、对执行元件的基本要求
分为鼠笼式和绕线式两种
鼠笼式异步电动机若去掉转子铁心，嵌放在铁心槽中的转子绕组，就 象一个“鼠笼”，它一般是用铜或铝铸成。
四、交流(AC)伺服电动机及其驱动
2 三相异步电动机工作原理
磁场旋转
磁铁
n1
N
f
e方向用 右手定则 确定
n
e i
S
f方向用 左手定则 确定
闭合 线圈
磁极旋转
导线切割磁力线产生感应电动势
脉宽调制(PWM)直流调速原理：
1 Ua T
Udt T U U
0
三、直流伺服电机及驱动
电动机双向调速原理
四、交流(AC)伺服电动机及其驱动
1 三相异步电动机的结构
由定子(固定部分)和转子(旋转部分)两个部分组成 。
定子构成：由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的三相定子绕组组成 机座：是用铸铁或铸钢制成的
e B l v
磁感应强度 导线长
（右手定则）
切割速度
闭合导线产生电流 i
N
通电导线在磁场中受力
n1 f
f B l i
（左手定则）
n
e i
S
结论：1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致
2. 线圈比磁场转得慢
n n1
异步
n1 f
N
n
i e
S
三相异步机的结构
定子绕组 （三相）
A Y
常数
转子电流 每极磁通
转子电路的功率因数
cos2
四、交流(AC)伺服电动机及其驱动
同步型和感应型（异步型）伺服电动机称为交流伺服电动机，
2．电动机负载增加，转速下降时
2 2 ) 2 3 ) 21) 负载转矩增加 n ( E ( I a ( T n n2 (稳定)
平
衡
此时工作点对应图中 b 点上。
E Cen
电动机的机械负载变化时，通过E的的变 化反映到电枢电路，引起电流变化。
三、直流伺服电机及驱动
1、直流伺服电动机的特性及选用
优点：较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性。 缺点：使用电刷和换向器，寿命较低，需要定期维修。
三、直流伺服电机及驱动
三、直流伺服电机及驱动
三、直流伺服电机及驱动
宽调速直流伺服电动机应根据负载条件来选择。加在电动机轴上的有
两种负载，即负载转矩和负载惯量。当选用电动机时，必须正确地计算负 载，即必须确认电动机能满足下列条件： ①在整个调速范围内，其负载转矩应在电动机连续额定转矩范围以内； ②工作负载与过载时间应在规定的范围以内；
一、执行元件的种类及特点
（2）液压式执行元件
主要包括往复运动的油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸占
绝大多数。 数字式液压式执行元件：电—液伺服马达和电—液步进马达。优 点：比电动机的转矩大，可以直接驱动运行机构，转矩／惯量比大， 过载能力强，适合于重载的高加减速驱动。电—液式马达在强力驱动
和高精度定位时性能好、使用方便。
一般动力用电动机
Y系列三相异步电动机
ST系列单相交流同步电动机
二、控制用电动机的种类、特点及选用
控制用电动机
直流力矩电动机
步进电动机
变频调速电机
二、控制用电动机的种类、特点及选用
ST系列永磁交流 伺服电动机
直流伺服电动机
开关磁阻电动机
二、控制用电动机的种类、特点及选用
二、控制用电动机的种类、特点及选用
二、控制用电动机的种类、特点及选用
二、控制用电动机的种类、特点及选用
二、控制用电动机的种类、特点及选用
第三节 直流与交流伺服电机及驱动
一、直流电动机结构
直流电动机的基本结构也是由定子、转子和结构件（端盖、轴承
等）三大部分所组成。图是一台电磁式直流电动机的结构示意图。
一、直流电动机结构
1．定子
电动机转速（额定转速）:
n
异步电动机
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但
n n1
提示：如果
n n1
转子与旋转磁场间没有相对运动
无转子电动势（转子导体不切割磁力线） 无转子电流 无转距
转矩公式的推导
电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,
受到电磁力所形成的转距之总和。
T KTΦm I 2 cos2（牛顿米）
一、执行元件的种类及特点
一、执行元件的种类及特点
（1）电气式执行元件
电气式执行元件包括控制用电动机(步进电动机、DC和AC
伺服电动机)、静电电动机、滋致伸缩器件、压电元件、超声波 电动机以及电磁铁等。其中，利用电磁力的电动机和电磁铁，因 其实用、易得而成为常用的执行元件。对控制用电动机的性能除 了要求稳速运转性能之外，还要求具有良好的加速、减速性能和 伺服性能等动态性能以及频繁使用时的适应性和便于维修性能。
定子
Z
三相定子绕组：产生旋转磁场。 转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。 线绕式 鼠笼式 转子
C
B
X
鼠笼转子
机 座
转磁场的产生
异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极 (•)电流出
A
n1
Z B
i A I m sin t
iB I m sin t 120
Y
iC I m sin t 240
二、对执行元件的基本要求
2、体积小、重量轻： 常用功率密度/比功率密度来评价这项指标： 设执行元件的重力为 G 则功率密度＝ P / G
2 ( T / J)/G 比功率密度＝
第二节
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、变颇调速电
动机、开关磁阻电动机和各种AC/DC电动机等。控制用电动机是电
一、执行元件的种类及特点
(3)气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行 元件无什么区别。具有代表性的气压执行元件有气缸、气压马达等。 气压驱动且可得到较大的驱动力、行程和速度。但由于空气粘性差， 具有可压缩性，故不能在定位精度较高的场合使用。
一、执行元件的种类及特点
二、直流电动机工作原理与运行特性
三、直流电动机的机械特性
1．当电动机稳定运行时
与负载转矩相平衡时 U 产生 I a 产生 T T n n1 ( 稳定)
E 稳定
平衡 (2–2)
此时工作点对应下图 的 a 点上。
二、直流电动机工作原理与运行特性
三、直流电动机的机械特性
n1称为同步转速
f 50Hz, p 1, n1 3000 转/ 分
转差率
( s ) 的概念：
n1 n s 100 % n 1
转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：
60 f n 1 S p
f
p
电流频率 极对数
电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
第三章 执行元件的选择与设计
第一节 执行元件的种类、特点及基本要求
一、执行元件的种类及特点
执行元件是工业机器人、CNC机床、各种自动机械、信息处理 计算机外围设备、办公室设备、车辆电子设备、医疗器械、各种光 学装置、家用电器(音响设备、录音机、摄像机、电冰箱)等机电一 体化系统(或产品）必不可少的驱动部件。 执行元件是处于机电一体化系统的机械运行机构与微电子控制 装置的接点(联接)部位的能量转换元件，能在微电子装置的控制下， 将输入的各种形式的能量转换为机械能。
定子包括机座、主磁极、换向磁极、前、后端盖和电刷装置等几 个部分。
2．转子(电枢)
转子是直流电动机实现能量转换的枢纽，又称为“电枢”。 电枢包括电枢铁心、电枢绕组及换向器。
二、直流电动机工作原理与运行特性
一、直流电动机的运转原理
ia
二、直流电动机工作原理与运行特性
一、直流电动机的工作原理
1．外部输入是直流电，而线圈内是交流电，换向片（与电刷配 合），起逆变作用。 2．ia与ea二者方向始终相反。 ea从外施电源吸收电能，是反电势。 3. 由电枢电流ia建立的电枢磁场是恒定的。 4. T的方向和电枢转向一致，是驱动转矩。
或
UE Ia Ra