书名：机电控制技术ISBN： 978-7-111-34653-1作者：吴年美出版社：机械工业出版社本书配有电子课件机电控制技术绪论第一节第一节 机电控制技术概述它是将机械、电气、电子、计算机和自它是将机械、电气、电子、计算机和自动控制等技术有机结合的一门复合技术，动控制等技术有机结合的一门复合技术，因此它又被称为因此它又被称为“机电一体化技术机电一体化技术” 在现代工业基础上，综合运用机械、微电子、在现代工业基础上，综合运用机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换以及软件编程等技术的群体技术信号变换以及软件编程等技术的群体技术 不是机械与电子技术的简单叠加，而是从系不是机械与电子技术的简单叠加，而是从系统论的观点出发，在信息论、控制论和系统统论的观点出发，在信息论、控制论和系统论的基础上把两者有机组合起来的应用技术论的基础上把两者有机组合起来的应用技术 机电控制技术的基本概念绪论机电控制技术的思想蕴酿于机电控制技术的思想蕴酿于20世纪世纪70年代，是自动化技术发展的必然产物年代，是自动化技术发展的必然产物 二次大战后，系统工程、控制论和信息论三门二次大战后，系统工程、控制论和信息论三门科学几乎同时诞生，机电控制技术的产生既是科学几乎同时诞生，机电控制技术的产生既是微电子技术与自动化技术发展的结果，又是信微电子技术与自动化技术发展的结果，又是信息论、控制论和系统工程付诸生产实践的结果息论、控制论和系统工程付诸生产实践的结果 在在2020世纪世纪7070年代，现代化的机械将电子技术、年代，现代化的机械将电子技术、自动化技术、计算机技术融为一体，从而使自动化技术、计算机技术融为一体，从而使机电控制技术进人了所谓的大发展阶段机电控制技术进人了所谓的大发展阶段 机电控制技术的发展过程机电控制技术的产生，并不是孤立的，而是机电控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术互相渗透的结果各种技术互相渗透的结果 绪论第二节第二节 机电控制系统的基本结构机械机械本体本体动力动力部分部分计算机计算机部分部分检测传检测传感部分感部分执行执行机构机构信息处信息处理单元理单元接口接口机电控制系统的组成绪论机电控制的技术体系机械学机械学电工学电工学电子学电子学微电微电子学子学控制论控制论机电控制的相关学科绪论检测检测传感传感信息信息处理处理自动自动控制控制伺服伺服传动传动精密精密机械机械机电控制的相关技术接口接口系统系统总体总体绪论提高设备制造精度提高设备制造精度 增强设备加工功能增强设备加工功能 提高生产效率，提高生产效率，降低成本降低成本 机电控制技术的重要地位第三节第三节 机电控制技术的重要地位及发展前景简化结构，减简化结构，减轻设备质量轻设备质量 降低产品价格降低产品价格 节约能源，降低消耗节约能源，降低消耗 提高安全性、可靠性提高安全性、可靠性 改善操作性能改善操作性能 减轻劳动强度，减轻劳动强度，改善劳动条件改善劳动条件 增强柔性应用功能增强柔性应用功能 绪论性能上向高精度、高效率、性能上向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展高性能、智能化的方向发展 功能上向小型化、轻型功能上向小型化、轻型化、多功能方向发展化、多功能方向发展 层次上向系统化、集成化方向发展层次上向系统化、集成化方向发展 机电控制技术的发展前景结束结束第一章第一章 液压传动控制技术液压传动控制技术第一节第一节第三节第三节结束结束第二节第二节第四节第四节机电控制技术机电控制技术第一章第一章第五节第五节应用举例应用举例第一节第一节 液压控制基础液压控制基础机电控制技术机电控制技术机电控制技术机电控制技术第一章第一章第一章第一章液压传动的基本概念液压传动的基本概念传动传动指能量由动力装置传向工作执行指能量由动力装置传向工作执行装置，驱动执行装置对外做功装置，驱动执行装置对外做功 分为机械传动、电气传动、气分为机械传动、电气传动、气压传动、液压传动以及由它们压传动、液压传动以及由它们组合而成的复合运动组合而成的复合运动液体液体传动传动指指以液体作为工作介质进以液体作为工作介质进行能量传递的传动方式行能量传递的传动方式分为液力传动、液压传动分为液力传动、液压传动液力传动主液力传动主要是利用液要是利用液体的动能来体的动能来传递能量传递能量液压传动则液压传动则是利用液体是利用液体的压力能来的压力能来传递能量传递能量以液压千斤顶的工作原理来说明以液压千斤顶的工作原理来说明液压传动的工作原理液压传动的工作原理动画动画工作压力比气体的高，工作压力比气体的高，惯性惯性力小，结构紧凑、轻巧力小，结构紧凑、轻巧 液压传动的特点液压传动的特点优点优点液体有不可压缩性，传动刚性较高液体有不可压缩性，传动刚性较高可以在较大的调速范围内实现无级可以在较大的调速范围内实现无级调整，还可在运行过程中进行调速调整，还可在运行过程中进行调速 工作平稳，油有吸震能力，便于实现工作平稳，油有吸震能力，便于实现快速启动、快速制动和频繁的换向快速启动、快速制动和频繁的换向 待续待续易于实现部件过载保护，超负荷时易于实现部件过载保护，超负荷时油液可以从安全溢流阀自动溢流油液可以从安全溢流阀自动溢流 优点优点操纵简单，对液体压力、流量或流动方操纵简单，对液体压力、流量或流动方向易于进行调节和控制，易实现自动化向易于进行调节和控制，易实现自动化 系统工作时，油液可以自动润滑运系统工作时，油液可以自动润滑运动偶件，有利于提高元件使用寿命动偶件，有利于提高元件使用寿命 易于实现零部件的系列化、通用化、易于实现零部件的系列化、通用化、标准化，便于组织专业化生产，液压标准化，便于组织专业化生产，液压系统的设计、制造和使用都比较方便系统的设计、制造和使用都比较方便 续前续前液压系统结构复杂，液压元件制造精液压系统结构复杂，液压元件制造精度要求高，因而成本比气压元件高度要求高，因而成本比气压元件高 局限局限性性系统很难绝对密封而产生漏油，不但引系统很难绝对密封而产生漏油，不但引起压力损失，还会造成工作环境的污染起压力损失，还会造成工作环境的污染系统工作时噪声较大系统工作时噪声较大控制部分较复杂，不适合远距离操纵控制部分较复杂，不适合远距离操纵 油粘度随温度变化，高、低温时工作易失常油粘度随温度变化，高、低温时工作易失常 液压传动系统出现故障时比较难找出原因液压传动系统出现故障时比较难找出原因液压传动系统的组成及应用液压传动系统的组成及应用某磨床工某磨床工作台液压作台液压系统工作系统工作原理图原理图 将机械能将机械能转换成液转换成液体压力能体压力能 液压液压系统系统的的组成组成能源能源装置装置执行执行装置装置控制控制装置装置辅助辅助装置装置工作工作介质介质将液体压将液体压力能转换力能转换成机械能成机械能 对液压系统中的液体的压力、流量和对液压系统中的液体的压力、流量和流动方向进行操纵或控制，控制和改流动方向进行操纵或控制，控制和改变执行元件的力或转矩、速度、方向变执行元件的力或转矩、速度、方向 除以上装除以上装置以外的置以外的其他装置其他装置 系统中传系统中传递能量的递能量的液体，即液体，即液压油液压油 液压液压传动传动技术技术的应用的应用机床机床行业行业工程工程机械机械汽车汽车行业行业起重起重运输运输轻工轻工化工化工农业农业机械机械冶金冶金机械机械矿山矿山机械机械建筑建筑机械机械铸造铸造机械机械液压传动的工作介质及其选用液压传动的工作介质及其选用液压油液压油的作用的作用将液压泵的机械能转换成将液压泵的机械能转换成液体的压力能并传至各处液体的压力能并传至各处传递运动传递运动和动力和动力润滑润滑冷却冷却密封密封对液压元件内各移动对液压元件内各移动部位进行充分润滑，部位进行充分润滑，降低元件磨损降低元件磨损 带走系带走系统中的统中的热量热量 黏性对细小的黏性对细小的间隙有一定密间隙有一定密封的作用封的作用 主要由石腊基的原油精制而主要由石腊基的原油精制而成，再添加抗氧化剂和防锈成，再添加抗氧化剂和防锈剂；这是用途最广的一种，剂；这是用途最广的一种，其缺点是耐火性能差其缺点是耐火性能差 液压液压油的油的种类种类矿物矿物油系液油系液压油压油 耐火耐火性液性液压油压油一种乳化型液压油，专用于一种乳化型液压油，专用于有引起火灾危险的场合，有有引起火灾危险的场合，有水中油滴型（水中油滴型（O/W）和油中）和油中水滴型（水滴型（W/O）两种；水中）两种；水中油滴型的润滑性差，会侵蚀油滴型的润滑性差，会侵蚀油封和金属；油中水滴型则油封和金属；油中水滴型则化学稳定性很差化学稳定性很差单位体单位体积液体积液体的质量的质量 液压液压油的油的物理物理性质性质密度密度 可压可压缩性缩性黏度黏度液体在压力作液体在压力作用下其体积发用下其体积发生变化的性质生变化的性质 液体在外力作用下流动或有流动趋液体在外力作用下流动或有流动趋势时，分子间的内聚力要阻止分子势时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生一种内摩擦力相对运动而产生一种内摩擦力 又称绝对又称绝对黏度，符黏度，符号号表示表示 液体的动力液体的动力黏度与其密黏度与其密度的比值，度的比值，用符号用符号v表示表示 动力动力黏度黏度运动运动黏度黏度矿物油系工业液压油的相对密度约为矿物油系工业液压油的相对密度约为0.850.95，W/O型的型的相对密度约为相对密度约为0.920.94，O/W型的相对密度约为型的相对密度约为1.051.10 液压油在低、中压时可视为非压缩性液体；液压油在低、中压时可视为非压缩性液体；在高压时纯油的可压缩性是钢的在高压时纯油的可压缩性是钢的100150倍倍 液压油牌号采用在液压油牌号采用在40温度下运动黏度平均温度下运动黏度平均cSt值值来标号，如某一种牌号来标号，如某一种牌号L-HL22普通液压油，是指普通液压油，是指其在其在40温度时运动黏度平均值为温度时运动黏度平均值为22cSt 系统压力增大时，液压油黏度增大；液压油黏度对系统压力增大时，液压油黏度增大；液压油黏度对温度变化十分敏感，温度升高则黏度下降，造成泄温度变化十分敏感，温度升高则黏度下降，造成泄漏、磨损增加、效率降低等；温度降低则黏度增大，漏、磨损增加、效率降低等；温度降低则黏度增大，会引起液体流动困难以及液压泵转动不易等会引起液体流动困难以及液压泵转动不易等 液压系统的工作条件：液压系统的工作条件：应按系统中的液压元应按系统中的液压元件，主要是液压泵来确定液压油的黏度；同时，还应件，主要是液压泵来确定液压油的黏度；同时，还应考虑工作压力范围、油膜承载能力、润滑性、系统温考虑工作压力范围、油膜承载能力、润滑性、系统温升程度、液压油与密封材料和涂料是否相容等要求升程度、液压油与密封材料和涂料是否相容等要求液压液压油的油的选用选用液压系统的工作环境：液压系统的工作环境：主要考虑环境主要考虑环境温度的变化范围、有无明火和高温热源、抗燃温度的变化范围、有无明火和高温热源、抗燃性等要求，还应考虑环境污染、毒性和气味等性等要求，还应考虑环境污染、毒性和气味等综合经济分析：综合经济分析：选择液压油时，应综合分析价选择液压油时，应综合分析价格和使用寿命，高质量的液压油从一次购置的角度来格和使用寿命，高质量的液压油从一次购置的角度来看花费较大，但从使用寿命、元件更换、运行维护、看花费较大，但从使用寿命、元件更换、运行维护、生产效率的提高等来讲，总的经济效益也许是合算的生产效率的提高等来讲，总的经济效益也许是合算的讨论液体在静止状态或相对静讨论液体在静止状态或相对静止状态下受力的平衡问题，属止状态下受力的平衡问题，属于流体静力学研究的范畴于流体静力学研究的范畴液压传动的流体力学基础液压传动的流体力学基础液体静液体静力学基础力学基础液压传动是借压力油的流动来传递能量液压传动是借压力油的流动来传递能量的；研究流体与物体相互作用规律及其的；研究流体与物体相互作用规律及其应用的科学是流体力学；此处仅讨论与应用的科学是流体力学；此处仅讨论与液压传动相关的流体力学问题，以帮助液压传动相关的流体力学问题，以帮助理解液压传动的基本原理和规律理解液压传动的基本原理和规律 静止液体内任一点的液体静静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等压力在各个方向上都相等液体液体静压力静压力静止液体在单位面积上所受的法向压静止液体在单位面积上所受的法向压力称为静压力，用符号力称为静压力，用符号P表示；物理学表示；物理学中称为压强，液压传动中称为压力中称为压强，液压传动中称为压力 以绝对真空作为基准所表示的压力以绝对真空作为基准所表示的压力称为称为绝对压力绝对压力；以大气压力作为基；以大气压力作为基准所表示的压力称为准所表示的压力称为相对压力相对压力重要重要特性特性液体静压力的方向总是液体静压力的方向总是作用面的内法线方向作用面的内法线方向帕斯卡帕斯卡原理原理施加在密闭容器内静止液体上的外加压施加在密闭容器内静止液体上的外加压力将以等值同时传到液体内部所有各点，力将以等值同时传到液体内部所有各点，称为静压传递原理或称帕斯卡原理称为静压传递原理或称帕斯卡原理 由此可知，液压系统的压由此可知，液压系统的压 力是由外界负载决定的，力是由外界负载决定的， 与流入的液体多少无关与流入的液体多少无关两点两点假设假设假设液体是没有黏性的，假设液体是没有黏性的，即不考虑液体的内摩擦力即不考虑液体的内摩擦力 油液的可压缩性很小，油液的可压缩性很小，一般情况下可忽略不计一般情况下可忽略不计 液体具有黏性，流动状态其分子间会产生液体具有黏性，流动状态其分子间会产生摩擦力；流动液体分子间的摩擦问题较为摩擦力；流动液体分子间的摩擦问题较为复杂，为简化研究，不妨假设为理想液体复杂，为简化研究，不妨假设为理想液体液体动液体动力学基础力学基础连续性连续性原理原理不可压缩液体作定常流动时的不可压缩液体作定常流动时的连续性方程连续性方程：Q = A1v1 = A2v2 理想液体在管内作定常流动时，根据物理想液体在管内作定常流动时，根据物质不灭定律，管内的液体既不能增多，质不灭定律，管内的液体既不能增多，也不会减少，因此在单位时间内流过管也不会减少，因此在单位时间内流过管子每个截面的液体质量一定是相等的子每个截面的液体质量一定是相等的流量连续性流量连续性方程示意图方程示意图伯努利伯努利方程方程描述了管流中的压力与流速间的关系，它描述了管流中的压力与流速间的关系，它是能量守恒定律在流动液体中的表现形式是能量守恒定律在流动液体中的表现形式伯努利伯努利方程方程示意图示意图即即伯努利方程的物理意义为：伯努利方程的物理意义为：在密闭管道内作定常流动的理想液体在密闭管道内作定常流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能；在沿管道流动的过程中，能和动能；在沿管道流动的过程中，三种形式的能量可以以转化，但在任三种形式的能量可以以转化，但在任一截面处，其能量的总和为一常数一截面处，其能量的总和为一常数 实际液体在管道中实际液体在管道中流动时，由于液体流动时，由于液体具有黏性，会产生具有黏性，会产生内摩擦力，且管道内摩擦力，且管道形状和尺寸的变化形状和尺寸的变化会使液体产生局部会使液体产生局部扰动，因而会造成扰动，因而会造成能量损失，精确计能量损失，精确计算时应予以考虑算时应予以考虑 返回返回