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机电一体化 工业中心贾茜2013 8 第三章执行装置的构造及其使用方法 3 3液压与气动执行装置 3 4机械传动机构 3 3液压与气动执行装置 3 3 1液压执行装置1 液压系统液压系统由液压泵 减压阀 管路 控制阀 执行装置等组成 图3 15液压系统 液压泵将电机或发动机驱动的旋转机械能转变为流体能 减压阀将液压泵的出口压力保持为一定的压力值管路用于传递流体能和流体信号 控制阀用于控制液压油的流量 压力和流动方向执行装置是将流体能转变为机械能的装置 由它产生位移 速度和力等机械量 2 液压油缸液压油缸有单行程油缸和往复油缸 单行程油缸 仅在活塞的单端受到液压作用 回程运动由载荷 重力或弹簧力来驱动 往复油缸 活塞两端都受到液压作用 3 液压马达液压马达与液压泵的输入 输出关系相反 两者的构造基本相同 液压马达可以大致分为 叶片马达 齿轮马达和活塞式马达等 液压泵可以分为柱塞泵 齿轮泵 叶片泵等 3 3 2驱动方式与液压控制阀为了使液压执行装置正常工作 必须控制工作油的压力 流量和流动方向 液压控制方式有泵控制和阀控制两种 泵控制 通过改变液压泵的转速或者斜板角度来控制出口流量 阀控制 液压泵出口流量一定 用液压阀来调节油路的面积 从而控制执行装置的流量 压力 泵控制优点 结构简单 效率高 节能 阀控制优点 响应速度快 精度高 价格低 应用广泛 液压系统中常用的控制阀是模拟型的电 液伺服阀 简称伺服阀 和开关型的电磁换向阀 简称电磁阀 3 3 3气动执行装置1 气动系统 图3 16气动系统 压缩机由内燃机或电动机驱动 将旋转机械动力转化为流体的动力 二次冷却器对压缩机提供的空气进行水冷或者气冷储气罐中储存压缩空气 使系统在负荷变化时能够保持一定的气压 干燥机用来干燥压缩机产生的湿度较高的气体 减压阀用于将管路中供给的高压气体转变成一定的供压状态 2 气缸与气动马达由于空气的可压缩性 使得气缸的特性与液压油缸的特性有所不同 假设气缸不受热的影响 则质量流量QM与活塞速度v之间关系为 气动系统所产生的力为 3 气动控制阀气动控制多用于单纯的行程终点控制 因此多用换向阀和高速电磁开关阀 压力比例控制阀和流量比例控制阀等电 气伺服阀使用较少 3 4机械传动装置 机械传动装置用于传递执行装置的能量 改变运动范围 速度 方向和转矩 主要包括 齿轮减速机构 滚珠丝杠等进给机构 齿轮齿条机构 带传动机构 连杆传动机构 3 4 1齿轮与减速机构按照齿轮轴线相对位置关系 齿轮可以分为 直齿轮 斜齿轮 圆锥齿轮 螺旋齿轮 蜗轮蜗杆 行星齿轮等 齿轮齿的大小用模数来表示 模数不同的齿轮无法正确啮合 模数的定义为节距 但用分度圆 齿数表示更为简单 电机通过齿轮减速器 驱动有负荷的单连杆机械手 可得到如下关系式 图3 17齿轮减速机构 电机通过齿轮传动链带动负载时 若将负载的惯性矩向电机轴上转化 可以通过将负载惯性矩除以 2再与电机系统的惯性矩相加来实现 3 4 2同步齿形带与带传动机构同步齿形带 V型带 平型带 链 绳索 钢丝绳 连杆等机构都是长距离传递运动的机构 同步齿形带与V型带相比不需要很大的张紧 刚度更好 因为有齿的啮合 传动效率较高 链传动机构在长距离传动中有较好的刚度 但在高速运转时存在振动噪声问题 绳索传动与其他传动相比刚度最低 但由于其传递路线限制较少 所以在许多场合作为简单传动使用 四连杆机构的传动刚度好 精度高 机械手等系统上经常使用 电动机通过带传动机构驱动滑板 实现直线运动的传送机构 可得到 图3 18齿轮减速机构 3 4 3滚珠丝杠传动机构滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动 机械效率可以达90 以上 反向间隙较小 可用于高速和高位置精度的机械传动中 滚珠丝杠系统中电机转矩和转速关系为 图3 19滚珠丝杠传动机构 3 4 4阻抗匹配电器系统中 如果电源的内部阻抗与负载阻抗相同 那么负载消耗的电能最大 效率最高 机械系统和流体系统中也有相似的性质 要以最高效率获得能量 一般都要使负载阻抗与能源内部阻抗一致 这叫阻抗匹配 以齿轮减速机构为例 若从负载端计算系统总的惯性矩J 则J 2JM JL