机电设备概论中职全套教学课件PPT资料.pptx

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例如:

数控机床、卧式车床、铣床、线切割机、塑料机械、纺织机械、食品包装机械、自动化生产线、工业机器人、电动机等，都属于产业类机电设备，其中卧式车床与立式铣床的外形如图1一1所示。

民生类机电设备民生类机电设备是指用于人民生活领域的机电设备。

例如，VCD,DVD、空调、电冰箱、微波炉、全自动洗衣机、汽车、医疗器械以及健身运动器械等。

信息类机电设备信息类机电设备是指用于信息的采集、传输和存储处理的机电设备。

计算机终端、通信设备、传真机、打印机、复印机及其他办公自动化设备等。

第一章机电设备的发展及介类,上一页下一页,返回,2.按国民经济行业分类按国民经济行业分类，将机电设备分为四大类:

通用机械类、通用电工类、通用或专用仪器仪表类、专用设备类，其分类方法见表1一1。

这种分类方法常用于行业设备资产管理、设备选型、机电产品目录、资料手册的编目等。

第一章机电设备的发展及介类,上一页下一页,返回,四、未来的机电设备当今，随着科学技术的迅速发展，通信技术、网络技术、光学技术等先进科学技术大量应用到机电设备的设计、生产、维修等领域，使机电设备向高效率、高精度、高智能和网络化等方向发展。

高效率作为典型的机电设备的数控机床，由于高速加工技术的普及，机床各方面的速度得到了普遍提高。

第一章机电设备的发展及介类,上一页下一页,返回,2.高精度目前普通数控机床的定位精度已经达到0.008mm左右，亚微米级机床达到0.0005mm左右，纳米级机床达到0.005-0.O1，最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床也已问世。

数控系统中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧达到1m的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质，并可进行自动拐角处理等。

3.高智能随着模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展，机电设备的“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。

机电设备将能够及时记录自身的工作状态，并能够预测自身即将出现的故障，从而提醒设备维修人员及时维修。

高智能化的机电设备的使用将大大降低人的劳动强度，减少在设备操纵与维护上所需要的人力与时间，进一步增强企业的竞争力，提高企业的经济效益。

机电设备的高智能化是机电设备发展的必然趋势之一。

第一章机电设备的发展及介类,4.网络化将来的机电设备都会有与计算机相连的网络接口，在出厂时每一台机电设备都设有特定的信息代码，该代码所包含的信息可以在网络上查询，生产厂家和使用单位都可以通过互联网实现对该设备工作状态的实时监控、远程控制、故障异地诊断等，从而提高设备的使用效率，降低设备的维护成本。

网络化也必然成为机电设备发展的必然趋势之一。

上一页,返回,图1一1产业类机电设备,返回,表1-1机电设备的分类,返回,第二章机电设备的构成,第一节机械系统第二节液压与气压传动系统第三节电气控制系统,第一节机械系统,机械系统主要包括:

机体、传动机构和润滑、密封装置。

一、机体机体是指机器或机电设备的躯体，如机壳、机架、机床的床身、立柱、变速箱体等。

其功能是用于固定各种传动装置、驱动装置、控制装置以及执行机构等，机体结构的合理性和材料的使用直接影响机电设备的性能。

二、传动装置传动装置是把动力源的动力和运动传递给工作机械（执机构）的机构。

在传递过程中有时需完成变速、变向和改变转矩的任务。

下一页返回,第一节机械系统,上一页下一页,返回,常用的机械传动装置有:

带传动装置、链传动装置、齿轮传动装置以及滚珠丝杠传动装置等。

常用的变速装置主要是分级变速装置。

（一）链传动1.链传动的类型链传动类型主要是齿形链和套筒滚子链，如图2-1、图2-2所示。

按照用途不同，链可分为起重链、牵引链和传动链三大类。

.起重链主要用于起重机械中提起重物，其工作速度0.25m/s;

牵引链主要用于链式输送机中移动重物，其工作速度4m/s;

传动链用于一般机械中传递运动和动力，通常工作速度15m/s,第一节机械系统,上一页下一页,返回,2.链传动的特点链传动主要有以下特点:

.和带传动相比，链传动能保持平均传动比不变，传动效率高;

张紧力小，因此作用在轴上的压力较小，能在低速重载和高温条件下及尘土飞扬的不良环境中工作;

.和齿轮传动相比，链传动可用于中心距较大的场合且制造精度较低;

.只能传递平行轴之间的同向运动，不能保持恒定的瞬时传动比，运动平稳性差，工作时有噪声。

3.链传动的应用链传动既可用于减速传动，也可用于增速传动，最适合于两轴相距较远，工作现场温度高，不允许打滑的场合，如输送机械设备、起重机械设备等。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,

（二）带传动1.带传动的类型根据带的横截面形状，带传动可分为平带传动、V带传动、圆带传动和同步带传动，如图2-3所示。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,2.带传动的特点传动带作为中间挠性件具有弹性，是通过与带轮间的摩擦力进行传动的，故有以下特点:

。

传动带具有弹性和挠性，可吸收振动并缓和冲击，从而使传动平稳，噪声小;

.当过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动而不损伤其他零件，起过载保护作用;

.适合于主、从动轴间中心距较大的传动;

由于有弹性滑动存在，故不能保证准确的传动比，效率较低;

.张紧力会产生较大的压轴力，使轴和轴承受力较大，传动带寿命降低。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,3.传动带的应用生产上应用的带传动以平带和V带使用最多，在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下，V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力要大，所以V带传动能力强，结构更紧凑，在机械传动中应用最广泛。

V带按其宽度和高度相对尺寸的不同又分为普通V带，窄V带，宽V带，汽车V带，齿形V带，大楔角V带等多种类型。

目前，普通V带应用最广，平带多用于高速远距离传动，多楔带相当于平带与多根V带的组合，兼有两者的优点，多用于结构要求紧凑的大功率传动中。

圆带主要用于功率很小的简单传动，如缝纫机和医疗设备上。

同步带因为有齿的啮合，能保证恒定的传动速比，并且刚度好，可以广泛用于输送自动线上，在机床、通风设备和计算机中也有应用。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,（三）齿轮传动,1.齿轮传动的类型齿轮传动类型如图2-4所示，按齿轮轴线的相对位置关系可分为平行轴的直齿轮传动、斜齿轮传动和齿轮齿条传动;

相交轴的锥齿轮传动，交错轴的弧齿圆柱齿轮和蜗轮蜗杆传动。

此外还有人字齿轮传动、行星齿轮传动等。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,2.齿轮传动特点.传动比恒定不变，适应的速度范围广;

传动功率范围较大，可以从几瓦到几万千瓦;

.传动效率高，可达0.98-0.99;

.结构紧凑，工作可靠，使用寿命长;

.制造和安装精度要求高，精度较低的齿轮在高速运转时会产生较大的振动和噪声;

.不适合中心距较大的传动。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,3.齿轮传动的应用,齿轮传动是最常用的传动形式。

一般在仪表中主要用于传递运动，并且多采用摆线齿轮;

在机器中既用于传递运动又用于传递转矩，并且多使用渐开线齿轮。

（四）滚珠丝杠传动如图2-5所示，滚珠丝杠传动机构主要由螺母1、丝杠2、滚珠3和滚珠循环装置4等组成。

滚珠沿螺纹滚道滚动，并沿滚珠循环装置的通道返回，构成封闭循环。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,由于滚动运动与滑动运动相比摩擦阻力小得多，所以机械效率可以达到90%以上，并且运动稳定，动作灵敏。

一般用于高速度和高位置精度的机械传动中，如数控机床和精密机床的进给机构、精密测量仪器以及各种自动控制装置中。

（五）常用变速机构机床中常用的分级变速机构有:

塔轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构及配换齿轮变速机构等，见图2-6,第一节机械系统,上一页下一页,返回,（六）传动链及其传动比将若干个传动副组合起来所构成的传动系统称为传动链。

在研究传动系统时，常常把各种传动件进行简化，用规定的示意性符号代表传动件，绘成传动系统图。

为了使用方便，表2一1给出了常用传动副及这些传动副传动速比的计算式。

图2-7所示的传动链中，运动从电动机轴经带传动输入到I轴;

又经z1z2齿轮传动传给II轴;

再经z3.z4齿轮传动给III轴;

最后，经z7z8:

齿轮传动到IV轴，运动从IV轴输出。

第一节机械系统,若已知电动机的转速为ni，带轮的直径为d1d2和各齿轮的齿数Z1,Z2,Z3,Z4,Z7,Z8，即可确定任一轴的转速。

如求IV轴的转速，可按下式计算,上一页下一页,返回,第一节机械系统,上一页下一页,返回,三、润滑方法及装置为了减少机械系统中的零部件工作时产生的摩擦阻力，降低磨损程度，同时控制机械系统的温升，提高机械效率延长使用寿命，必须对机械的摩擦部位进行润滑。

（一）滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑包括动压滑动轴承润滑和静压滑动轴承润滑。

动压滑动轴承润滑动压滑动轴承是滑动轴承中应用最广泛的一类，包括液体（油与非油润滑介质）与气体动压润滑两种类型。

油润滑动压轴承，包括有单油楔（整体式）、双油楔、多油楔（整体或可倾瓦式）、阶梯面等多种类型，润滑特点各有不同。

一般要求在回转时产生动压效应，主轴与轴承,第一节机械系统,上一页下一页,返回,的间隔较小（高精度机床要求达到1-3m），有较高的刚度，温升较低等。

2.静压滑动轴承润滑静压轴承是利用静压润滑原理润滑的滑动轴承。

通过外部压力油把主轴支承起来，在任何转速下（包括启动和停车）轴颈和轴承均有一层油膜分离摩擦表面，与轴的转数和油的豁度无关，摩擦副处于流体润滑状态，不发生金属接触。

因此有极低的摩擦，其摩擦系数为0.0003-0.001。

即使使用低豁度液体、水和液压介质等也能承受载荷的变化。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,3.常用润滑剂,

（1）润滑油润滑油是主要的润滑剂，主要的物理性能指标是豁度，豁度表征液体流动的内摩擦性能，豁度越大，其流动性愈差。

润滑油另一物理性能是油性，表征润滑油在金属表面上的吸附能力。

油性愈大，对金属的吸附能力愈强，油膜愈容易形成。

（2）润滑脂轴颈速度小于1-2m/s的滑动轴承可以采用润滑脂，润滑脂是用矿物油、,第一节机械系统,上一页下一页,返回,各种稠化剂（如钙、纳、铿、铝等金属皂）和水调和而成，润滑脂的稠度（针入度）大，承载能力大，但物理和化学性质不稳定，不宜在温度变化大的条件下使用，多用于低速重载或摆动的轴承中。

（3）固体润滑剂和气体润滑剂固体润滑剂有石墨、二硫化钥（MoS2）和聚四氟乙烯（PT_FE）等多种品种。

一般在重载条件下，或在高温工作条件下使用。

气体润滑剂常用空气，多用于高速及不能用润滑油或润滑脂处。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,

（二）滚动轴承润滑根据轴承的工作条件，采用不同的润滑方式。

当轴颈的圆周速度小于5m/s时，可采用润滑脂或黍片度较高的润滑油润滑。

润滑脂的填充量一般占轴承空间的1/3一1/2，由于润滑脂易密封，可长期不必补充。

当轴颈圆周速度大于5m/s时，可以采用浸油、滴油、飞溅润滑和喷油润滑。

（三）传动零件的润滑齿轮传动、蜗杆传动和链传动等因啮合过程中都存在摩擦，所以必须进行润滑。

一般对开式传动副采用人工定期加润滑脂或润滑油进行润滑，对闭式传动副应根据传动件的运动速度选用不同的润滑方式。

当传动件运动速度较低时，通常采用油浸式润滑或定期滴油润滑，当传动件运动速度较高时，通常采用润滑液压泵加压喷油润滑。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,四、密封装置,对机器的接合面应采用适当的密封装置，以防润滑油流失，灰尘水分侵入。

根据密封处的各零件之间是否有相对运动，可分为静密封和动密封。

静密封装置静密封通常是指两个静止面之间的密封。

常用的静密封装置有研合面密封、垫圈密封、0形圈密封和密封胶密封，如图2-8所示。

第一节机械系统,上一页下一页,返回,研合面密封的接合面应经精密研磨加工，靠螺栓连接压紧，中间没有垫片，常用于气缸密封。

垫圈密封使用方便，价格低廉，应用广泛。

垫圈材料有金属、橡胶、纤维质和塑料等，以适合密封不同的介质。

0形密封圈是一种剖面呈圆形的密封元件，一般用合成橡胶制成，它是靠变形堵住泄漏缝隙，密封效果好。

适合于液压元件、真空设备等密封。

密封胶密封是在接合面涂上一层胶而产生密封效果。

常用于减速器、鼓风机等剖分面和法兰的密封。

第一节机械系统,上一页,返回,2.动密封装置,动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本形式。

按密封条件与其作相对运动的零部件是否接触，可以分为接触式密封和非接触式密封，一般来说，接触式密封的密封性能好，但受到摩擦损伤的限制，适用于密封面线速度较低的场合。

非接触式密封的密封性能较差，适用于较高的速度。

动密封和静密封实质区别在于是否存在相对运动。

常用的旋转动密封装置及特性见表2-2,第二节液压与气压传动系统,下一页,返回,一、液压传动系统

（一）液压系统的工作原理图2-9是液压千斤顶的工作原理图。

图中杠杆1、小活塞2、小液压缸3和单向阀4,5组成手动液压泵;

大液压缸6和大活塞7组成升举液压缸;

控制阀9为控制装置;

油箱10和油管11为辅助元件。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,需要千斤顶工作时，向上提起杠杆1，小活塞2被提起，小液压缸3下腔的容积增大，而通往大液压缸的油路此时被单向阀5（球阀）关闭，它阻止大液压缸的油液向小液压缸倒流。

单向阀4的钢球在弹簧力的作用下，暂时关闭小液压缸通往油箱的油路，使小液压缸随着容积的增大而形成了真空，油箱中的油在大气压力作用下，推开钢球后进入小液压缸，这是吸油过程。

当把杠杆1向下压时，小活塞2下移，小液压缸3容积减小，单向阀4关闭，油液不能流向油箱，只能推开单向阀5的钢球，沿油路进入大液压缸6的下腔，这是压油过程。

大液压缸6的下腔是密封容器，进入的油要占有一定的体积，就把大活塞7向上推出一段距离，重物8也就被升举起来。

上述过程反复进行，就可将重物升到需要的高度。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,

（二）液压系统的组成和特点,1.液压传动系统的组成液压传动系统有以下四个主要部分组成:

动力部分，执行部分，控制部分，辅助部分。

.动力部分:

把机械能换成油液压力能，常见的是液压泵;

.执行部分:

把液体的压力能转换成机械能输出的装置，如作直线运动的液压缸或作回转运动的电机;

.控制部分:

对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，如溢流阀、流量控制阀、换向阀等;

.辅助部分;

保证液压传动系统正常工作所需的上述三种以外的装置，如油箱、过滤器、油管和管接头等。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,2.液压传动的特点液压传动之所以能得到广泛的应用，是由于它与机械传动、电气传动相比具有以下的主要特点:

.由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。

例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。

由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,.液压传动装置的质量轻、结构紧凑、惯性小。

例如，相同功率液压电机的体积为电动机的12%-13%。

液压泵和液压电机单位功率的质量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压电机可小至0.0025N/W（牛/瓦），发电机和电动机则约为0.03N/W,第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,（三）液压元件,1.液压泵液压泵是动力元件，常见的类型有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。

图2一10是齿轮泵工作原理，它由一对互相啮合的齿轮和泵体组成。

其啮合处将油腔分成两部分，即吸油腔和压油腔。

当电动机通过联轴器带动主动齿轮按图示方向转动时，从动齿轮同时转动。

此时，吸油腔中啮合的轮齿逐渐脱开，使密封容积逐渐增大而形成局部真空，油箱中油液在大气压力作用下经吸油口进入吸油腔，并随齿轮转动被带到压油腔。

在压油腔内，因齿轮啮合致使密封容积减小，油液受到压缩，被挤出压油腔，并经过管路输送到执行装置。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,齿轮泵的流量不可调节，只能作定量泵使用。

由于效率和工作压力低、噪声大，一般用于工作环境较差的低压轻载系统。

图2-11是叶片泵的工作原理图。

这种泵主要由定子、转子、叶片等组成。

定子与转子不同心，偏心距为0，叶片可以在槽内作径向滑动。

当电动机带动转子旋转时，叶片在离心力作用下紧贴在定子内表面上。

因此，当转子按图示方向转动时，位于下半部的各密封容积不断增大，形成局部真空，将油箱里的油吸入，而位于上半部的各密封腔容积不断减小，于是油液便从压油腔压出。

叶片泵结构较复杂，制造精度要求高，一般用于要求传动平稳、功率不大的中压液压系统中。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,2.液压缸液压缸能将液压能转换成直线运动形式的机械能，输出速度和力。

液压缸的种类很多，常用的是单杆活塞式液压缸，单杆活塞式液压缸其最大的特点是，活塞两端的有效作用面积不等。

当左、右两腔相继进入流量及压力相等的油液时，因无杆腔活塞面积大，所以活塞的推力大，速度小;

而有杆腔进油时，因活塞受力面积小，所以活塞的推力小，速度快。

这一特点适合有些机械的要求，即工作行程时要求力大速度慢，而返程时要求力小而速度快。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,如图2一12所示，其主要部件是液压缸和活塞，液压缸有两个进油口，活塞一端有杆，一端无杆。

当液压缸右腔进油、左腔回油时，活塞带动负载左移，反之活塞向右移动。

3.液压电机液压电机习惯上是指输出旋转运动的，将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。

从能量转换的观点来看，液压泵与液压电机是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压电机工况;

反之，当液压电机的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。

因为它们具有同样的基本结构要素密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,液压电机的种类很多，常用的有齿轮式、叶片式等。

其结构如图2-13所示。

液压电机的功率和转矩变化范围大，无级调速方便，在压力要求较高的工程机械上应用较多。

4.控制阀控制阀又称调节阀，是工业过程控制中的主要执行单元仪表，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。

控制阀一般由执行机构,第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,和阀门组成。

在液压系统中，为了控制与调节工作油的压力、流量和流动方向，使用了许多不同形式的阀，如换向阀、压力阀、流量阀和电液伺服阀等。

下面介绍常用的电磁换向阀和电液伺服阀。

（1）电磁换向阀它是利用电磁的吸引推动阀芯在阀体内运动，实现切换油路，从而控制执行元件换向、启动和停止。

图2-14为二位四通电磁换向阀的工作原理图，这里“位”是指换向阀的工作位置数，“通”是指与阀体连接的主油路数。

这种阀有两个工作位置，四个通道，即图中所示的P,A,B,T，其中P表示进油口，T为回油口，A,B为通往液压缸或液压电机两腔的油口。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,换向工作原理如下:

当电磁铁不通电时，如图2一14（a）所示，滑阀3在弹簧力作用下，处在极左位置，压力油从P口流入阀体后经滑阀与阀体间的通道，从B口流出经油管进入液压缸的右腔，推动活塞向左运动。

同时液压缸左腔的油经A口通过阀体从T口流回油池。

需要活塞换向时，电磁铁衔铁吸合，将滑阀3推向右端刹立置，如图2-14（b）所示j功油从P口流入阀体后从A口流出，进入液压缸左腔，推动活塞向右运动，右腔的油经B口和T口流回油池。

电磁换向阀除了二位四通阀以外，还有二位三通、三位四通和三位五通等多种类型，在机电设备中都普遍使用。

（2）电液伺服阀电液伺服阀的结构原理如图2-15所示。

主要由力矩电动机1,喷嘴挡板机构2,滑阀5及四个进出油口组成。

P口与液压泵连接，供给高压油，T口与油箱连接，A,B两口与液压执行装置连接。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,当电流通过力矩电动机的线圈时，在电磁力的作用下带动挡板向左或右倾斜，使喷嘴与挡板之间的间隙不等，从而造成滑阀两端的压力不等，便推动滑阀的阀芯移动，传递动力的液压主油路即被接通。

因为滑阀位移后的开度是正比于力矩电动机输入的电流，所以阀的输出流量也和输入电流成正比，输入电流反向时，输出流量也反向。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,滑阀移动的同时，挡板也随同移动，这时由于反馈弹簧的存在，将对挡板产生与位移成正比的反向力，当滑阀上的液压作用力和反馈弹簧的反向力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动。

电液伺服阀的优点是能够用小功率的电能快速、高精度地控制大功率的液压能，所在工业自动化控制方面得到广泛应用。

缺点是，这种伺服阀的精度要求很高，所以价格很贵，而且对油的清洁程度和环境温度的变化都要求很高。

第二节液压与气压传动系统,上一页下一页,返回,（四）液压系统应用举例1.电液伺服系统图2一16是机械手伸缩运动的原理图，也是电液伺服的典型应用。

该系统主要由电液伺服阀1、液压缸2、机械手手臂3、齿轮齿条机构4、电位器5、步进电动机6和放大器7等组成。