机电设备概论课件

1 绪论 学习目标 1 了解机电设备的发展史及机电设备进一步的发展趋势 2 掌握本课程的主要内容和主要的学习任务 设备是指人们在生产和生活中所需的机械 装置和设施等物质资料的总称 它可以长期 使用 并能在使用中基本保持原有的实物形态 机电设备则是指应用了机械 电子技术的设 备 我们通常所说的机械设备是机电设备中最重要的组成部分 本章主要介绍机电设备发展的历史阶段和今后进一步发展的趋势 以及本课程主要的内 容和主要的学习任务 1 1 机电设备的发展概述 在工业 农业 交通运输业 科研 国防以及人们的日常生产和生活中都在广泛使用各 种机电设备 例如 工业生产中使用的发电机 纺织机 各种机床等 图 1 1 为工业生产中 常见的机电设备 a b c 发电机 纺织机 a b c 常见机床 图 1 1 工业生产中常见机电设备 农业生产中使用的拖拉机 联合收割机 悬耕机等 如图 1 2 所示 你知道吗 2 拖拉机 联合收割机 悬耕机 图 1 2 农业生产中常见机电设备 交通运输业中使用的汽车 火车 飞机等各种运输工具 如图 1 3 所示 汽车 火车 飞机 图 1 3 交通运输中时常见机电设备 人们在工作过程广泛使用的打印机 一体机等办公自动化设备 如图 1 4 所示 打印机 一体机 图 1 4 办公常见机电设备 人们在日常生活中使用的空调 洗衣机等家用电器 如图 1 5 空调 洗衣机 图 1 5 日常生活中常见机电设备 在科学研究领域中使用的各种显微镜 光谱分析仪以及国防领域使用的火箭 坦克 军 舰等都属于机电设备 以上这些机电设备的广泛使用对于提高企业的产品质量 提高劳动生产率 减轻人们的 劳动强度 提高人们的生活质量 巩固国防维护国家安全等起到了举足轻重的作用 社会的 发展要求机电设备与之同步发展 而随着机电设备的不断发展 又促进了新技术 新产业的 不断出现和不断发展 同时也进一步促进了社会的不断进步和不断向前发展 1 1 1 机电设备的发展阶段 从机电设备发展进程来看 机电设备的发展和制造业的发展密不可分 大体上可以分为 三个发展阶段 3 1 早期的机械设备阶段 在早期的机械设备阶段 机械设备的动力源主要有人力 畜力以及蒸汽机 工作机构的 结构相对比较简单 对设备的控制主要通过人脑来完成 2 传统的机电设备阶段 在这一发展阶段 机电设备的动力源由普通的电动机来承担 工作机构的结构也比较复 杂 尤其是机电设备的控制部分已经由功能多样的逻辑电路代替人脑来完成 3 现代的机电设备阶段 现代机电设备是在传统机电设备的基础上 吸收了先进科学技术 在结构和工作原理上 产生了质的飞跃 它是机械技术 微电子技术 信息处理技术 控制技术 软件工程技术等 多种技术相互融合的产物 1 1 2 机电设备的发展趋势 当今 随着科学技术的迅速发展 通信技术 网络技术 光学技术等逐渐大量应用到机 电设备的设计 生产 维修等领域 使机电设备逐渐向高效率 高精度 高智能和网络化等 方向发展 1 高效率 2 高精度 3 高智能 4 网络化 1 2 本课程主要内容和任务 机电设备广泛应用在国民经济的各个领域 已经成为促进社会发展 推动社会进步的重 要物质基础 了解机电设备原理 结构 能够正确操作 维护 维修 管理机电设备的技能 型人才成为社会急需的人才 这就为中等职业学校机电技术应用专业的人才提供了广阔的施 展才华的舞台 也为机电技术应用专业自身的发展提供前所未有的发展空间 1 2 1 本课程的主要内容 机电设备概论 是中等职业学校机电技术应用专业的一门主干专业课 该课程主要介 绍了机电设备的基本知识 机电设备的构成 典型机电设备的应用及机电设备的管理和安全 使用规范的相关知识 该课程是学生进一步学习其它专业课程和进行生产实习的准备课程 1 2 2 本课程的主要任务 本课程的主要任务是使学生具备机电技术应用专业必需的机电设备基本知识 初步了解 典型机电设备的基本原理 主要结构及其系统组成 了解典型机电设备的安装 调试 使用 和维护过程 具备对典型机电设备构成的分析能力及常见故障现象的认识能力 树立机电设 备的安全使用意识 科学的工作方法及良好的职业道德意识 通过本课程的学习 使学生能够借助产品说明书查阅 分析设备功能 性能及主要技术 参数 能分析设备的结构 机械传动系统 认识电气系统及控制系统 能认识典型机电设备 4 的常见故障现象 能对典型机电设备进行常规的调整 维护 保养 能够安全正确使用机电 设备 课后作业 1 1 填空题 1 机电设备从发展历程来看 大体上经历了 等三 个阶段 2 随着科学技术的发展 机电设备将向 等趋势发展 1 2 思考题 1 请说出你听过的 见过的 用过的机电设备的名称 主要用途 动力源 2 请指出我们的家庭中有哪些机电设备 它们各有什么用途 5 第 2 章 机电设备的分类及应用 学习目标 1 掌握机电设备的分类 2 了解机电设备的应用 本章主要介绍机电设备的分类方法及常见的类型 并以用途最为广泛的金属切削机床 起重设备 以及信息社会中应用越来越广泛的新型机电设备 办公自动化设备为例 介绍 机电设备的相关基本知识 2 1 机电设备的分类 2 1 1 按机电设备的用途分类 1 产业类机电设备 a b 图 2 1 产业类机电设备 a 普通车床外形图 1 主轴箱 2 刀架 3 尾座 4 床身 5 床脚 6 丝杠 7 光杠 8 操纵杠 9 溜板箱 10 床脚 11 进给箱 12 交换齿轮箱 b 普通铣床外形图 1 立铣头 2 主轴 3 工作台 4 床鞍 5 升降台 2 信息类机电设备 传真机 打印机 一体机 打印 复印 扫 6 描 图 2 2 信息类机电设备 3 民生类机电设备 洗衣机 数码摄像机 图 2 3 民生类机电设备 2 1 2 按国民经济行业分类 表 2 1 机电设备的分类 类型设备举例 通用机 械类 机械制造设备 金属切削机床 锻压机械等 起重设备 电动葫芦 各种起重机 电梯等 农 林 牧 渔机械设备 如拖拉机 收割机等 泵 风机 通风采暖 设备 环境保护设备 木工设备 交通运输设备 铁道车辆 汽车 船舶等 等 通用电 工类 电站设备 工业锅炉 工业汽轮机 电机 电动工具 电气自动化控制装置 电炉 电焊机 电工专用设备 电工测试设备 日用电器 电冰箱 空调 微波炉 洗衣 机等 等 通用 专用仪 器仪表 类 自动化仪表 电工仪表 专业仪器仪表 气象仪器仪表 地震仪器仪表 教学仪器 医疗仪器等 成分分析仪表 光学仪器 实验仪器及装置等 专用设 备类 矿山机械 建筑机械 石油冶冻设备 电影机械设备 照相设备 食品加工机械 服装加工机械 造纸机械 纺织机械 塑料加工机械 电子 通讯设备 雷达 电 话机 电话交换机 传真机 广播电视发射设备 电视 VCD DVD 等 印刷机械 等 2 2 常用机电设备的分类 型号及主要用途 常用的机电设备广泛用于工业 农业 民生 国防等各个领域 种类众多 用途各异 下面仅介绍金属切削机床 起重设备和办公自动化设备的分类 型号及主要用途 2 2 12 2 1 金属切削机床金属切削机床 机械制造工业中的机器设备包括金属切削机床 锻造设备 铸造设备等 其中金属切削 机床应用最为广泛 1 金属切削机床的分类 金属切削机床 简称机床 的品种和规格繁多 对它们进行分类并编制制型号 可以 方便地进行区别 使用和管理 机床按照使用上的万能性程度 可以分为通用机床 专用机床 机床自动线 其中 7 通用机床加工范围较广 在这类机床上可以加工多种零件的不同工序 例如 普通车床 卧 式镗床 铣床等 都属于通用机床 专用机床是用来加工某一种 或几种 零件的特定工序 的机床 如组合机床 机床主轴箱的专用镗床等 机床自动线则由通用机床或专用机床组成 通用机床按工作原理分为 11 类 包括车床 钻床 镗床 磨床 齿轮加工机床 螺纹 加工机床 铣床 刨插床 拉床 锯床和其他机床 表 2 2 通用机床的类及分类代号 类 别 车床钻床镗床磨床 齿轮 加工 机床 螺纹 加工 机床 铣床 刨插 床 拉床锯床 其他 机床 代号 CZTM2M3MYSXBLGQ 读音车钻镗磨 二 磨 三 磨 牙丝铣刨拉割其 2 通用机床型号 1 机床型号表示方法 通用金属切削机床型号表示方法及含义如下 重大改进顺序号 主轴数或第二主参数 主参数或设计顺序号 系代号 组代号 通用特性 结构特性代号 类代号 分类代号 注 有 的代号或数字 当无内容时 则不表示 若有内容则不带括号 有 符号者 为大写的汉语拼音字母 有 符号者 为阿拉伯数字 2 机床的类 组 系的划分及其代号 位于型号首位的是金属切削机床的类 类代号 用汉语拼音字母表示 见表 2 2 如车床用 C 表示 如果类中还有分类 那么在类代号前加 阿拉伯数字表示分类代号 其中第一分类代号数字 1 省略 例如 磨床类分为 M 2M 3M 8 三个分类 机床的组代号和系代号用两位阿拉伯数字表示 前面的数字表示组代号 后面的数字 表示系代号 每类机床按主要布局及使用范围划分为 10 个组 用数字 0 9 表示 每组机床 按其主参数 主要结构及布局形式又分为若干个系 机床类 组划分详见表 1 3 3 机床的通用特性代号及结构特性代号 表 2 3 机床类 组划分表 0123456789 车床 C 仪表 车床 单轴自 动车床 多轴自动 半自动车 床 回轮 转 塔车床 曲轴及 凸轮轴 车床 立式 车床 落地及卧 式车床 仿形及多 刀车床 轮 轴 辊 锭及 铲齿车床 其他 车床 钻床 Z 坐标镗 钻床 深孔 钻床 摇臂 钻床 台式 钻床 立式钻 床 卧式钻床铣钻床 中心孔钻 床 其他钻 床 镗床 T 深孔 镗床 坐标 镗床 立式镗 床 卧式铣镗 床 精镗床 汽车拖拉 机修理用 镗床 其他镗 M 仪表 磨床 外圆磨 床 内圆 磨床 砂轮机 坐标 磨床 导轨磨 床 刀具刃磨 床 平面及端 面磨床 曲轴 凸 轮轴 花 键轴及轧 辊磨床 2M 超精机 内圆珩 磨机 外圆及其 他珩磨机 抛光机 砂带抛 光及磨 削机床 刀具刃磨 及研磨机 床 可转位刀 片磨削机 床 研磨机 磨 床 3M 球轴承 套圈沟 磨床 滚子轴承 套圈滚道 磨床 轴承套圈 超精机 叶片磨 削 机床 滚子加 工机床 钢球加工 机床 气门活塞 及活塞环 磨削机床 齿轮加工 机床 Y 仪表 齿轮 加工 机 锥齿轮 加工机 滚齿及 铣齿机 剃齿及 珩齿机 插齿机 花键轴铣 床 齿轮磨齿 机 其他齿轮 加工机 螺纹加工 机床 S 套丝机攻丝机螺纹铣床螺纹磨床螺纹车床 铣床 X 仪表 铣床 悬臂及 滑枕铣 床 龙门 铣床 平面 铣床 仿形 铣床 立式升 降台铣 床 卧式升降 台铣床 床身铣床工具铣床 刨插床 B 悬臂刨 床 龙门刨插床牛头刨床 边缘及模 具刨床 拉床 L侧拉床 卧式 拉床 连续 拉床 立式内 拉床 卧式内拉 床 立式外拉 床 键槽 轴 瓦及螺纹 拉床 锯床 G 砂轮片 锯床 卧式 带锯床 立式带 锯床 圆锯床弓锯床锉锯床 组代号 类别及代号 9 其他机床 Q 其他 仪表 机床 管子 加工机 床 木螺钉 加工机床 刻线机切断机 表 2 4 机床通用特性代号 通用 特性 高精 度 精密自动 半自 动 数控 加工中心 自动换刀 仿形轻型 加重 型 简式 或经 济型 柔性 加工 单元 数显高速 代号 GMZBKHFQCJRXS 读音高密自半控换仿轻重简柔显速 4 机床主参数或设计顺序号 主轴数或第二主参数 5 机床的重大改进顺序号 例如 型号为 CA6140 的机床含义为 C 表示车床 A 表示通用特性 结构特性代号 6 组代号 表示落地及卧式 1 系代号 40 机床主参数代号的 1 10 床身最大工件回转直径为 400mm 3 金属切削机床的技术性能与含义 为了能合理选择 正确使用和科学管理机床 必须很好地了解机床的技术性能和技术规 格 机床的技术性能是有关机床产品质量 加工范围 生产能力及经济性能的技术经济指标 包括工艺范围 技术规格 加工精度和表面质量 生产效率 自动化程度 效率 精度保持 性及维修性能等 1 工艺范围 2 技术规格 机床的技术规格可以从机床说明书中查得 它是设备维修与管理部门在机床设备选型 准备机床的维修备件 设备管理的主要原始依据之一 2 3 起重设备 汽车起重机 履带起重机 门式起重机 10 液 压 千 斤 顶 塔式起重机 桥式起重机 手动葫芦 电动葫芦 图 2 4 常见起重设备 2 3 1 概述 1 起重设备的分类 2 图 2 5 起重设 龙 门 起 重 机 履 带 起 重 机 起重设备 千 斤 顶 葫 芦 绞 车 升 降 机 桥式类型起重机 运行臂架式起重机 固定臂架式起重机 齿条千斤顶齿条斤顶 手 动 葫 芦 电 动 葫 芦 电 动 绞 车 电 动 绞 车 货 物 升 降 机 电 梯 升 船 机 通 用 桥 式 起 重 机 装 卸 桥 缆 索 起 重 机 铁 路 起 重 机 汽 车 起 重 机 轮 胎 起 重 机 塔 式 起 重 机 门 座 起 重 机 浮 式 起 重 机 平 衡 吊 悬 臂 起 重 机 桅 杆 起 重 机 螺 旋 千 斤 顶 11 图 2 5 起重机的分类 2 起重设备的基本参数 1 额定起重量 2 额定工作速度 3 起升范围和起升高度 4 跨度和幅度 5 生产率 2 3 2 普通桥式起重机的主要组成装置 2 4 办公自动化设备 办公室自动化是近年随着计算机科学发展而提出来的新概念 办公室自动化英文原称 Office Automation 缩写为 OA 办公室自动化系统一般指实现办公室内事务性业务的自动 化 而办公自动化则包括更广泛的意义 即包括网络化的大规模信息处理系统 办公自动 化没有统一的定义 凡是在传统的办公室中采用各种新技术 新机器 新设备从事办公业务 都属于办公自动化的领域 通常办公室的业务 主要是进行大量文件的处理 起草文件 通知 各种业务文本 接受外来文件存档 查询本部门文件和外来文件 产生文件复件等等 所以 采用计算机文字处理技术生产各种文档 存储各种文档 采用其它先进设备 如复印 机 传真机等复制 传递文档 或者采用计算机网络技术传递文档 是办公室自动化的基本 特征 2 4 1 办公自动化设备的分类 办公自动化设备的分类方法繁多 但基本上可以分为计算机类设备 通信类设备和 办公用机电设备三大类 1 计算机类设备 2 6 桥式起重机外观图 12 12345 678910 1112131415 1 键盘 2 鼠标 3 光笔 4 扫描仪 5 话筒 6 显示器 7 喷墨打印机 8 激光打印机 9 绘图仪 10 硬盘 11 闪盘 12 移动硬盘 13 CD ROM 14 DVD ROM 15 电脑整机 图 2 7 计算机类设备 2 通信类设备 1234 1 程控交换机 2 数据收发器 3 调制解调器 4 按键式电话 图 2 8 通信类设备 3 办公用机电设备 除了前面提到的两类设备之处 我们把其它的办公自动化设备都归纳为办公用机电设备 这类设备最多 根据其功能大致分为 1 信息复制设备 如复印机 一体化复印机 电子排版印刷系统等 2 信息存储设备 如录音机 摄像机 数码照相机等 13 3 其它辅助设备 如幻灯机 投影仪 碎纸机 装订机等 如图 2 9 所示 12345 6789 图 2 9 办公类机电设备 1 复印机 2 一体机 3 录音机 4 摄影机 5 数码照相机 6 幻灯机 7 投影仪 8 碎纸机 9 切纸机 2 4 2 打印机的常见类型及基本原理 打印机按工作原理的不同可分为击打式打印机和非击打式打印机两大系列 1 击打式打印机的工作原理及常见类型 1 击打式系列的打印机的工作原理 利用机械原理 使字锤击打活字载体上的字符 或者使用打印钢针撞击色带和纸 打印 出点阵组成的字符图形 2 击打式打印机常见类型及特点 我们在日常工作中用到的针式打印机就是击打式打印机具有代表性的一 种 特 点 其消耗品价格低廉 使用方便 缺点是打印速度慢 使用时噪声大 打印精 度不高 一般不适用于家庭用户 2 非击打式系列的打印机的常见类型及工作原理 1 非击打式打印机常见类型 非击打式打印机是指利用各种物理或化学的方法打印 这类打字机的主要产品是喷墨打 印机和激光打印机 2 非击打式系列的打印机的工作原理及特点 14 1 喷墨打印机 原理是用压力喷出墨水成像而成字 它可以用来打印一般文件 还可 以打印彩色的图片 打印机购买成本低 一般在几百元左右 特 点 其消耗品墨盒成本高昂 一个墨盒在几十到几百之间 通常用个四 五个墨 盒的价钱就相当于一台打印机的价钱 而一般一个墨盒只能打印二百 三百张文件 有条件 的家庭或是要求打印彩色图片的家庭可选用 2 激光打印机 利用的是热转印原理 成字清晰 牢固 打印精度高 打印速度快 使 用简单 故障率低 不过 第一次购买打印机的成本稍高 激光打印机又可以分为黑白激光打印机和彩色激光打印机两大类 针式打印机从商务办 公领域的淡出 为黑白激光打印机成为企业信息化建设的首选创造了很好的机会 然而 它 却又处在了喷墨打印机和多功能一体机的两面夹击中 精美的打印质量 低廉的打印成本 优异的工作效率以及极高的打印负荷是黑白激光打印机最为突出的特点 这也决定了它依然 会是当今办公打印市场的主流 尽管黑白激光打印机的价格相对喷墨打印机要高 功能也比 多功能一体机少 可是从单页打印成本以及打印速度等方面来看 它具有绝对的优势 仍然 会是追求效率的商务办公人士的首选 随着 Internet 的发展 未来的黑白激光打印机将不 再是一种简单的具有打印功能的独立外设产品 而将逐步发展成一种游在网络中的智能化 自动化的文件处理输出终端设备 过去的彩色激光打印机由于一直是面对专业领域 成本方面彩色激光打印机的整机和耗 材价格也均不菲 到目前为止彩色激光打印机其主机与耗材都是很多用户最终舍激光而求喷 墨的主要原因 但其打印色彩表现逼真 安全稳定 打印速度快 寿命长 总体拥有成本较 低等特点 相信随着彩色激光打印机技术的发展和价格的下降 会有更多的企业用户选择彩 色激光打印机 2 4 3 传真机的常见类型及基本原理 1 传真机的分类 目前市场上常见的传真机可以分为四大类 1 热敏纸传真机 也称为卷筒纸传真机 2 热转印式普通纸传真机 3 激光式普通纸传真机 也称为激光一体机 4 喷墨式普通纸传真机 也称为喷墨一体机 而市场上最常见的就是热敏纸传真机和喷墨 激光一体机 2 工作原理 15 传真机的工作原理很简单 即先扫描即将需要发送的文件并转化为一系列黑白点信 息 该信息再转化为声频信号并通过传统电话线进行传送 接收方的传真机 听到 信号后 会将相应的点信息打印出来 这样 接收方就会收到一份原发送文件的复印件 但是四种传 真机在接收到信号后的打印方式是不同的 他们的工作原理的区别也基本上在这些方面 3 传真机的使用方法 如果是对方要发传真给你 拿起话筒后按传真 复印 输入 一般是绿色的 然后放下电 话 对方收到传真信号后就会传真给你的了 如果是你要发传真比别人的 你首先打电话叫对方比个传真信号 听到哔哔 声后按 自己传真机的传真 复印 输入这个按钮 也可以不挂上电话 就可以发传真了 2 4 4 复印机的常见类型及基本原理 复印机是从书写 绘制或印刷的原稿得到等倍 放大或缩小的复印品的设备 见图 2 9 1 复印机复印的速度快 操作简便 与传统的铅字印刷 蜡纸油印 胶印等的主要区 别是无需经过其他制版等中间手段 而能直接从原稿获得复印品 复印份数不多时较为经济 复印机的类型 按工作原理 复印机可分为光化学复印 热敏复印和静电复印三类 静电复印是现在应 用最广泛的复印技术 静电复印机的工作原理 静电复印是现在应用最广泛的复印技术 它是用硒 氧化锌 硫化镉和有机光导体等作 为光敏材料 在暗处充上电荷接受原稿图像曝光 形成静电潜像 再经显影 转印和定影等 过程而成 复印技术的发展很快 光导材料的性能不断提高 品种日益增多 复印机在控制性能方 面不断改进 多数机器能自动和手动进纸 有些还能自动双面复印 复印机的应用范围日益 扩大 各种新技术的不断采用 使它已逐渐超出单纯按原样复制文件和图纸的范围 16 现在的复印机已经与现代通信技术 电子计算机和激光技术等结合起来 成为信息网络 中的一个重要组成部分 在近距或远距的数据传输过程中可作为读取和记录信息的终端机 是现代办公自动化中不可缺少的环节 课后作业 2 1 填空题 1 机电设备按照用途可分为 和 三 类 2 机电设备按照国家标准的分类方法分类 将机电设备分为 和 四大类 3 按照起重设备所具有的机构分为 和 两大类 4 起重设备的基本参数有 等 起重设备的组成装置主要有 普通桥式起重机一般主要由 和 三 部分组成 7 办公自动化设备通常分 和 三 大类 8 打印机按照工作原理不同可以分为 和 两类 9 传真机可以分为 四类 10 复印机按照工作原理不同可以分为 四类 17 2 2 连线题 1 将左边的机床名称与右边的拼音字母连接起来 车床 G 钻床 Y 镗床 B 磨床 C 齿轮加工机床 S 螺纹加工机床 X 铣床 L 刨插床 Z 拉床 T 锯床 M 2 将左边的机电设备名称与右边对应的机电设备的类型连接起来 拖拉机 通用电工类 印刷机械 通用 专用仪器仪表类 电动机 通用机械类 拉伸实验机 专用设备类 2 3 请说出你在单位有哪些机床 它们的型号如何 第 3 章 机电设备的构成 学习目标 18 1 动力源的类型 特点及选择原则 2 传动方式及特点 任何机电设备都是由设备的本体和设备的功能实现部分组成的 设备的本体是设备的基础部分 对设备其它部分起到连接 固定和承载的作用 将设备 构成一个整体 设备的机体 壳体 支架 外观装饰都属于设备的本体 对于设备的本体 除了要求符合美观实用的要求外 更重要的是要满足质量 刚度 工作精度 工作稳定性等 方面的要求 传统机电设备的功能实现部分一般可以分为原动部分 传动部分 工作部分 原动部分 是设备的动力来源 如机电设备中的电动机 工作部分是完成预定功能的终端部分 如普通 车床的主轴 拖析 升降机的平台 洗衣机的波轮等等 传动部分则是中间环节 负责把原 动部分的运动和动力传递给工作部分 一般通过机械传动和液压 气压传动来实现 现代机电设备已经渗透到人类生产和生活领域的各个方面 技术越来越先进 功能越来 越强大 它们的构成也发生了很大的变化 对原动部分和工作部分提出了新的要求 传动部 分在很大程度上实现了机 电 液一体化 现代机电设备的功能实现部分不仅有原动部分 传动部分 工作部分 还有包括自动检测技术 自动控制技术的控制系统 机电设备的各个组成部分相辅相成 密不可分的 但对于每一组成部分来讲 又有着本 身的工作特点和结构形式 熟悉机电设备的基本构成 有助于我们深入 系统地分析机电设 备的结构特点 工作原理 进而正确地使用 维护和维修机电设备 本章将从动力源 传动装置 检测与传感装置 控制系统等方面来分析机电设备的基本 构成 3 1 动力源 3 1 1 动力源的类型 我们知道任何机电设备的工作都离不开动力 电能 风能 热能 化学能等都可以作为 机电设备的动力 机电设备中最常见的动力源是电动机 在现代机电设备中 电动机已经不 单纯是能量的提供者 它在自动控制系统中还具有检测 反馈 执行等方面的作用 你知道吗 19 电动机广泛用于各种机械加工设备 农业机械 家用电器等各种机电设备中 电动机的 输出功率有百万分之几瓦到一千兆瓦以上 转速有数天一转到每分钟几十万转 品种和规格 越来越多 可适用于高山 平原 高温 低温 陆地 水下或其他液体中等的各种各样的工 作环境 下面就在机电设备中应用最广泛的动力源 电动机的分类 特点 性能及适用范围加 以介绍 3 1 2 电动机的分类 性能 特点及适用范围 1 电动机的分类 电动机是根据电磁感应原理和电磁力原理工作的 它将输入的电能转换为机械能并输出 驱动机械部分运转 使用 维护 维修机电设备都必须了解电动机的类型和性能 电动机的 品种很多 可按不同的方法分类 1 按电动机输入电流类型 可分为直流电动机和交流电动机 交流电动机又可分为 同步电动机和异步电动机 如图 3 1 所示 交流电动机 直流电动机 图 3 1 电动机 2 按电动机相数 可分为单相电动机和多相 常用三相 电动机 接在单相电源上 的电动机称为单相电动机 接在三相电源上的电动机称为三相电动机 如图 3 2 所示 20 单相电动机 多相电动机 图 3 2 单相 多相电动机 3 按电动机的容量或尺寸大小 可分为大 中 小 微型电动机 此外 在一些特定情况下 电动机还可以按其他方式 如承受负载情况 频率 转速 运动形态 励磁磁场建立与分布等进行分类 2 电动机的性能及适用范围 1 直流电动机 直流电动机 如图 3 1 所示 将直流电能转换成机械能 直流电动机有以下的特性 1 直流电动机调速范围大 速度变化较平滑 可以做到精确调速 而且调速方法比较 简单 具有优良的调速性能 例如 他励直流电动机 只需改变电枢电压 便可方便地实现 恒转矩调速 2 直流电动机过载能力大 可承受频繁的冲击负载 能实现频繁的无级快速起动 制 动和反转 以满足生产过程中各种不同的特殊运动要求 3 直流电动机的主要缺点是结构复杂 维护工作量大 价格高 直流电动机按励磁方式可分为 永励 并励 串励 复励 稳定并励 他励六种类型 此外 它还可按转速 电流 电压 用途 工作定额以及防护等级 安装结构型式和通风冷 却方式等进行分类 部分常用直流电动机的技术数据 性能及应用范围见表 3 1 表 3 1 部分常用直流电动机的技术数据 性能及应用范围 21 额定 电压 V型号名称 容量 kW 额定转速 r min 电枢励磁 性能 应用 范围 Z3 直流 电动 机 0 25 200 3000 1500 750 600 110 160 220 440 110 220 体积小 质量小 转动惯 量小 适用于整流电源供电 保护式自风冷 用于一般 调速传动 Z4 小型 直流 电动 机 2 2 450 3000 1500 1000 750 600 500 400 400 440 180 多角型结构 体积小 空间利用率高 参承受脉动 电流 换向性能好 效率高 密封他冷或自冷式 适应三 相全桥无电抗器长期工作 用于调 速要求较 高的设备 如机床 轧机 造 纸机械印 染机械等 ZT2 宽调 速直 流电 动机 0 3 55300 1000 110 220 110 220 防护式自风冷 可实现 弱磁调速 其调速范围为 1 3 和 1 4 两种 用于需 要恒功率 调速的生 产机械 ZZY 起重 冶金 用直 流电 动机 3 30 FC 25 1500 1000 750 600 220220 具有快速起动和较大的 过载能力 能承受频繁的起 动 反转 制动以及机械振 动 用于各 种起重设 备 如桥 式起重机 等 直流电动机适合于调速范围宽且需要精确调速的场合 以及对运行有特殊要求的自动控 制系统 但因直流电动机有机械换向器 需要经常维护 在不允许中断工作或维修环境恶劣 的地方不宜使用 又由于电刷和换向器之间会产生火花 在易燃易爆或高粉尘 高腐蚀的环 境中 直流电动机的使用受到限制 这些方面 交流电动机有它不可替代的优点 所以交流 电动机在机电设备中应用更广 2 同步电动机 同步电动机 如图 3 3 所示 是一种交流电动机 其转速与旋转场的转速同步 即转子 转速 n 与电网频率 f 之间有恒定的比例关系 n 60f p p 为电动机的极对数 同步电动机性 能特点有如下几个方面 图 3 3 同步电动机 22 1 转速恒定 电网频率一定时 同步电动机的转速不随负载的大小变化而改变 2 功率因数可调 调节其励磁电流 在超前的功率因数下运行 可改善电动机的功率因 数 3 效率高 异步电动机功率因数相对较低 工作效率也低 而相应的同步电动机效率较 高 低速时 同步电动机这一优点更为明显 4 运行稳定性高 当电网电压降低或电动机过负荷时 调节励磁可以保证电动机的运行 稳定性 3 异步电动机 异步电动机 如图 3 4 所示 也是一种交流电动机 其转子转速与旋转磁场的转速不同 步 存在着转差 即这种电动机负载时的转速与所接电网频率之比不是恒定关系 异步电动 机的使用最为广泛 在电网总负荷中 异步电动机占 60 左右 在各种动力系统中 90 左右 采用异步电动机作为动力源 图 3 4 异步电动机 异步电动机的特性如下 1 普通异步电动机的定子绕组接交流电网 转子绕组不需与其它电源连接 因此具有结 构简单 制造 使用 维护方便 运行可靠及质量较小 成本较低等优点 2 异步电动机有较高的运行效率和较好的工作特性 在空载到满载整个负载变化范围内 都接近恒速运行 能满足大多数生产机械的要求 3 便于派生成各种防护型式 以适应不同环境条件的需要 4 它的缺点是运行时从电网吸收无功励磁功率 使电网的功率因数降低 交流电动机的规格 品种 系列繁多 分类较为复杂 表 3 2 为常用小型交流电动机的 技术数据及用途 表 3 2 常用小型交流电动机的技术数据及用途 系列名称功率 kW额定电压 V速度 r min 主要用途 Y Y2 小型三相异步电动机 笼型车子 0 55 250 380 590 2980 YR 小型三相异步电动机 绕 线转子 4 250 380 585 1480 用于驱动一般 用途机械 YH 高转差率三相异步电动机0 55 75 380 660 2760 YYT 调压调速三相异步电动机2 361250 125 23 YZ YZR起重及冶金用异步电动机1 5 200 380 560 948 用于驱动频繁 起 制动的机 械 BPTS D 变频调速机1 5 30 380 0 3 125Hz YSPA 变频调速三相异步电动机0 55 200 380 5 67Hz 用于驱动调速 机械 1PH5 1PH6 变流笼型感应电动机3 63 3701250 1500 2000 用于驱动机床 主轴等 1FT5 永磁式交流同步电动机0 15 85 440 1200 2000 3000 4000 4500 6000 ASM 永磁交流同步机0 2 4 5 3000 2000 HD 交流永磁同步电动机0 4 7 5 1200 1500 2000 2500 3000 SL 交流笼型异步电动机1 9 851000 3000 SYJD 交流永磁伺服电动机5 8 47 5 2000 3000 ST 交流永磁同步伺服电动机 堵转转矩 4 80N m 空载转速 950 1400 用于驱动机床 进给机构等 YLJ 力矩电动机 堵转转矩 2 2 200N m 空载转速 950 1400 用于驱动金属 加工 纺织 造纸 橡胶化 工等机械 4 小功率电动机 小功率电动机是指电动机转速折算在 1500r min 时 最大连续功率不超过 1 1kW 的电动 机 它应用于机械加工设备 医疗器械 音响影视设备 日用电器 电动工具 办公自动化 设备等各种机电设备之中 小功率电动机同样也有异步电动机 同步电动机 直流电动机和交流换向器电动机之分 它的主要特点如下 1 主要用于专用用途或特殊用途的机电设备上 2 采用单相电源或低压直流电源供电 3 电动机适宜自动化和大批量生产 4 结构简单 体积小 质量小 价格低 振动和噪声小 安全性好 5 微特电机 微特电机指工作原理 结构 性能 作用 使用条件和运动方式与常规电机不同 以及 体积 输出功率很大或很小的电动机 例如 在雷达扫描跟踪 工业机器人控制 数控机床 控制中都使用微特电机 如图 3 5 所示 图 3 5 微特电机 24 微特电机按其功能大体分为 1 测位用微特电机 它能将机械角度或直线位移进行直接指示 并变换成电压信号 2 测速用微特电机 它能将机械转速变换成电压信号或脉冲数字信号 3 执行用微特电机 它能快速而正确执行步繁变化的位置和速度指令 带动负载完成所 要求的动作 4 放大用微特电机 它能对输入量或反馈量进行变换 校正和放大 以控制执行用微特 电机的运动 3 1 3 电动机的选择原则 交流电动机虽然起动 制动及调速性能不如直流电动机 但结构简单 价格便宜 维护 工作量小 特别是近年来 随着电力电子控制技术的发展 用于交流电动机调速的交流调速 装置的性能与成本逐渐可以和直流调速装置抗衡 交流调速正在趋于取代直流调速 所以 在选择电动机种类时 应考虑以下几方面问题 1 不需调速的机械 无论是长时工作 短时工作或重复短时工作的机械 都应首选交 流电动机 只有电动机的操作特别频繁 会引起电动机发热 起动特性不能满足机械需求时 才考虑用直流电动机 2 对于需要调速的机械 要综合分析机械的转速 功率 力矩 使用场合 调速成本 对电网的影响 电动机的损耗与通风等多项因素 合理选用电动机 3 2 传动装置 传动装置是一种将动力源输出的运动和动力传递给设备工作终端的装置 常用的传动装 置有带传动 螺旋传动 齿轮传动等形式的机械传动 以及液压与气压传动 机电设备的传 动装置可以采用其中一种 也可以是几种传动装置的组合 比如螺旋传动与齿轮传动的组合 带传动与齿轮传动的组合等等 机 电 液 气 一体化是一种技术先进的组合方式 有检 测系统 控制系统的机电设备 传动装置一般比较简单 如普通机床的进给机构是由轮系组 成的进给箱 而数控机床的进给机构一般由伺服电动机 简单的齿轮传动和滚珠螺旋传动组 成 现代机电设备对传动部分的传动精度 运动平稳性 快速响应性 可靠性 效率等都提 出了更高的要求 同时 还希望传动装置体积小 质量轻 下面分别介绍常用的几种传动装置 3 2 1 带传动 如图 3 6 所示 带传动是利用传动带作为中间的挠性件 依靠传动带与带轮之间的摩擦 力来传递运动的 带传动中常用的有平带传动 V 带传动 圆带传动和同步带传动 带传动 具有传动平稳 无噪声的优点 除同步带传动外 其他几种带传动 都不能保持准确的传动 比同步齿形带传动综合了带 链传动的优点 传动比准确 但它安装要求高 带与带轮制造 工艺较复杂 制造成本高 25 1 主动带轮 2 传动带 3 从动带轮 图 3 6 带传动 根据带的截面形状不同分为平带 V 型带 圆带 齿形带等 最常用的是 V 型带 带的型 号和带轮的尺寸都已标准化 可查阅相关的手册 3 2 2 齿轮传动 齿轮传动是机械传动的重要传动形式 齿轮传动常见的形式有直齿圆柱齿轮传动 斜齿 轮传动 锥齿轮传动 齿轮齿条传动等 由一系列相互啮合的齿轮组成轮系 可实现减速 变速 变向等要求 1 直齿圆柱齿轮传动 直齿圆柱齿轮传动 如图 3 7 所示 有内啮合和外啮合两种形式 如图所示 它用于传 递两平行轴之间的运动和动力 内啮合直齿圆柱齿轮传动两轴旋转方向相同 外啮合直齿圆 柱齿轮传动两轴旋转方向相反 内啮合 外啮合 图 3 7 直齿圆柱齿轮传动 2 斜齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动如图 3 8 所示 也用于传递两平行轴间的运动和动力 它与直齿圆柱 齿轮传动相比 承载能力大 传动平稳 使用寿命长 但在工作时有轴向力产生 O1O2 1 2 3 26 图 3 8 斜齿圆柱齿轮传动 图 3 9 直齿圆锥齿轮传动 图 3 10 齿轮齿条传动 3 直齿锥齿轮传动 如图 3 9 所示 直齿锥齿轮用于两相交轴之间的传动 4 齿轮齿条传动 如图 3 10 所示是齿轮齿条传动 它主要用于把齿轮的旋转运动 变为齿条的直线往复运 动 也可把齿条的直线往复运动变为齿轮的旋转运动 在大行程传动机构中往往采用齿轮齿 条传动 因为它的刚度 精度和工作性能不会因行程增大而明显降低 3 2 3 螺旋传动 螺旋传动可以把主动件的回转运动变成从动件的直线往复运动 滑动螺旋传动由螺杆和螺母组成螺旋副实现传动 它结构简单 工作连续且平稳 承载 能力大 传动精度高 但由于内外螺纹间是滑动摩擦 因而磨损快 传动效率低 图 3 11 所示为普通车床上带动大拖板移动的普通螺旋传动应用实例 图 3 11 螺旋传动 图 3 12 滚珠螺旋传动 3 2 4 蜗杆蜗轮传动 蜗杆蜗轮传动 如图 3 13 所示 是由蜗杆和蜗轮组成的 它用于传递交错轴之间的回 转运动和动力 通常两轴交错角为 90O 27 图 3 13 蜗杆蜗轮传动 蜗杆传动的特点 1 优点 1 传动比大 在传力机构中 通常传动比可在 8 80 范围内选取 在分度机构中 传动比可达 1000 以上 2 工作平稳 噪声低 3 结构紧凑 并可根据要求实现自锁 2 缺点 1 传动效率低 一般为 70 80 自锁时为 40 左右 2 增加较贵重的有色金属的消耗 成本高 3 2 5 链传动 链传动 如图 3 14 所示 是由主动链轮 链条 从动链轮组成 链轮具有特定的齿形 链条套 装在主动链轮和从动链轮上 工作时通过链条的链节与链轮轮齿啮合来传递运动和动力 1 主动链轮 2 链条 3 从动链轮 图 3 14 链传动 3 2 6 液压与气压传动 液压传动和气压传动装置 如图 3 15 所示 都是利用各种元件 液压元件或气压元件 组成具有不同控制功能的基本回路 再由若干基本回路组成传动系统来进行能量转换 传递 28 和控制 图 3 15 液压 气压传动装置 1 液压传动 气压传动的组成 表 3 3 液压 气压传动系统的组成及各部分作用 形 式 组成作用 动力元件液压泵 将机械能转换为液压能 用以 推动执行元件运动 执行元件液压缸 液压马达 将液压能转换为机械能并分别 输出直线运动和旋转运动 控制元件 压力阀 方向阀 流量阀 电液比例阀 逻辑 阀 电液数字阀 电液伺服阀等 控制液体压力 流量和流动方 向 液 压 传 动 辅助元件油管 接头 油箱 滤油器 密封件等 输送液体 储存液体 对液体 进行过滤 密封等 气压发生装 置 空气压缩机 气源净化装置 将机械能转化为空气的压力能 降低压缩空气温度除去空气中 水分 油分 执行元件气缸 气马达 摆动马达 将压缩空气的压力能转变为机 械能 并分别输出直线运动 连续回转和不连续回转运动 控制元件 压力阀 方向阀 流量阀 逻辑元件 射流元 件行程阀 转换器 传感器等 控制压缩空气压力 流量和流 动方向 气 压 传 动 辅助元件分水滤气器 油雾器 消声器及管路附件等 使压缩空气净化 润滑 消除 噪声及元件间连接等 2 液压与气压传动的特点 3 3 检测与传感装置 表 3 4 五感与传感器 功能感觉器官传感器 视觉眼光 听觉耳声音 触觉皮肤压力 温度 嗅觉鼻气体 湿度 29 味觉舌 3 3 1 自动检测系统的组成及转换原理 1 自动检测系统的组成 自动检测系统由检测对象 传感器 测量与转换电路及显示和记录装置组成 如图 3 16 所示 图 3 16 自动检测系统框图 其中 检测对象 随时为传感器提供相应的物理量 传感器 完成检测对象信息的采集 并时时监控检测对象物理量的变化 测量与转换电路 将传感器采集的物理信息转化成电路可以识别的信号 并及 时传递给显示和记录装置 显示和记录装置 随时记录测量与转换电路所传递来的设备运行的信息 2 传感器的转换原理 表 3 5 物理现象及其转换 效应现象转换内容 光电效应光 电 PN 结部分的半导体用短波长的光照射时 发生电子和空穴 并产生电动势 光电导效应光 电阻半导体用光照射时电阻发生变化的现象 热电效应温度 电某些晶体温度升高时表面会出现电荷的现象 压阻效应力 电阻外力作用在半导体或金属材料上 使材料发生变化的现象 压电效应压力 电强介质加压力时产生极化或电位差的现象 3 3 2 常用传感器的应用举例 1 压力传感器在吸尘器上的应用 图 3 17 吸尘控制电路框图 被测 量 传感器测量及转换电路显示与记录 30 图 3 18 吸尘器的剖面图 2 电阻式传感器在家用煤气报警器上的应用 图 3 19 煤气报警电路 3 4 控制系统 控制系统是现代机电设备重要的组成部分之一 主要用来处理检测与传感装置传递的信 息 并能及时对机电设备相应运动参数进行调整或修改 达到预期设计的功能 机电设备中 其它部分的功能需要在控制系统的协调和控制下才能工作 如果检测与传感装置相当于人体 的五官 那么控制系统就相当于人体的大脑和四肢 在日常生活中 电熨斗加热温度的控制 微波炉的加热时间的控制 全自动洗衣机的洗 衣全过程的控制 无人驾驶的汽车的控制 遥感卫星的控制等不同类型的机电设备 由于控 制对象不同 控制的要求也不同 因此控制装置的原理与结构也有很大的差别 但它们的基 本组成是相同的 3 4 1 控制系统的基本组成 图 3 19 控制系统的基本组成 31 3 4 2 控制系统的分类及应用 1 控制系统的分类 1 按照执行机构的控制方式分类 1 开环控制系统 2 闭环控制系统 3 半闭环控制系统 2 按照控制系统所使用的器件分类 1 电器元件控制 2 电子及半导体控制 3 可编程序控制器 PLC 的分类 1 顺序控制 2 过程控制 3 数据处理 4 联网和显示打印 可编程序控制器可以连接显示终端和打印机等外围设备 实现显示和打印功能 2 常用的控制系统应用举例 1 搅拌机叶片折断报警系统 图 3 20 搅拌机叶片折断报警系统 2 顺序起停控制电路 32 图 3 21 两台电动机顺序起动控制电路 图中 L1 L2 L3 为外接三相电源 Q 为刀开关 KM 为接触器 FR 为热熔断器 SB 为起 动按扭 M1 M2 为电动机 接触器线圈 3 小车运料过程 PLC 自动控制 图 3 22 小车运料过程示意图 33 图 3 23 小车自动控制程序设计图 课后作业 3 1 填空题 1 电动机按照输入电流类型的不同可以分为 电动机和 电动机 2 微特电动机按照功能不同大体上可以分为 等功能用的电动机 3 常用的传动装置有 等形式的机械传动以及液压与气压传动 34 4 螺旋传动一般把主动件的 运动变成从动件的往复 运动 5 齿轮传动常见的形式有 等几种 6 现代机电设备的功能实现部分一般由 及控制系统等组成 7 控制系统由 和 等部分构成 8 电气控制系统按照所使用的器件分 控制和 控制 3 2 简答题 1 直流电动机有哪些特性 2 同步电动机与异步电动机各自特点如何 3 在选择电动机种类时 应该考虑哪些方面 4 带传动有哪些特点 5 液压与气压传动的特点有哪些 3 3 请说出我们家庭中用到的机电设备各有哪几部分组成 每一部分的功能如何 第 4 章 典型机电设备 35 学习目标 1 了解典型机电的组成及各部分功用 2 掌握典型机电设备的主要参数 3 了解典型机电设备的常见故障及简单维护常识 机电设备的种类繁多 尽管各种机电设备的基本构成相同 但是不同用途 不同类型的 机电设备的具体结构 工作原理却各不相同 本章我们介绍普通车床 数控机床 电梯 自动化生产线 静电复印机等几种典型的机 电设备 认识它们的基本组成 结构特点 使用特点以及使用中应注意的问题 4 1 普通车床 普通车床是典型的机械结构复杂而电气控制系统简单的机电设备 CA6140 型卧式车床 如图 4 1 所示 是我国设计制造的一种卧式普通车床 在我国机械制造类工厂中使用极为 广泛 图 4 1 CA6140 型车床外形图 4 1 1 普通车床的工艺范围 普通车床的工