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第一節(jié) 機器的組成

    一、按功能分析機器的組成

       各種機器的構(gòu)造不同,工作對象也不同。

    11所示為一臺礦石球磨機的外形圖。電動機通過一級圓柱齒輪減速器和一對開式齒輪傳動,驅(qū)動由一對滑動軸承支撐的球膳機滾筒旋轉(zhuǎn),礦石逐漸被滾筒內(nèi)的鋼球所粉碎。

12所示為一臺牛頭刨床。電動機通過帶傳動、齒輪傳動和擺動導桿機構(gòu),使滑枕和刨刀做往復直線移動,從而產(chǎn)生刨刀的切l運動。與此同時,通過曲柄搖桿機構(gòu)、棘輪機構(gòu)和螺旋機構(gòu)實現(xiàn)工作臺必要的橫向進給運動,從而使刨刀將工件加工成為所需要的平面。通過上述的各個部分,最終將電動機的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榕俚逗凸ぷ髋_往復運動的機械能。

機器的用途不同,因而組成也各不相同。

從功能角度分析,大部分機器都包含有外界輸入能量的動力部分、履行機器功能的執(zhí)行部分(即工作部分)、介于動力部分和工作部分之間的傳動部分及控制部分,如圖l -3所示。

(一)動力部分

動力部分是指原動機及其相應(yīng)的配套裝置。它的作用是將非機械能轉(zhuǎn)換為機械能并給機器提供動力。

其中,一次動力機是將自然界的一次能源直接轉(zhuǎn)化為機械能,例如水輪機和內(nèi)燃機等;而二次動力機則是將二次能源,例如電能轉(zhuǎn)化為機械能,如電動機等。

用的動力機有電動機和內(nèi)燃機。

電動機根據(jù)使用電源的不同,分為交流電動機和直流電動機。

交流電動機又分為三相交流異步電動機和同步電動機。

內(nèi)燃機是指燃料在氣缸內(nèi)部燃燒,直接將工質(zhì)所含的化學能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。

內(nèi)燃機的特點是功率范圍寬,操作簡便,啟動迅速并且便于移動,大多用于車輛、船舶以及野外作業(yè)的工程機械、農(nóng)用機械等。

(二)傳動部分

傳動部分是在動力部分和執(zhí)行部分之間的中間裝置。

它的任務(wù)就是將原動機提供的機械能以動力和運動的形式傳遞給工作部分。

現(xiàn)代機器的傳動裝置可以按照以下方法分類:

 1按照傳動的工作原理分類,如圖1-4所示;

2按照傳動比變化的情況分類,如表1-1所示。

(三)工作部分(執(zhí)行部分)

工作部分是直接完成機器預(yù)定功能的部分,如車床的刀架;車輛的車廂;飛機的客艙、貨艙等。

工作部分是機器直接進行生產(chǎn)的部分,是機器用途、性能綜合體現(xiàn)的部分,是機器設(shè)備區(qū)分和分類的依據(jù)。

動力部分、傳動部分以及控制部分都應(yīng)該根據(jù)工作部分的功能要求、運動參數(shù)和動力參數(shù)的合理范圍進行設(shè)計和選擇。

它們是為實現(xiàn)工作部分的技術(shù)能力而服務(wù)的。

有不少機器其原動機和傳動部分大致相同,但由于其工作部分不同,而構(gòu)成了用途、性能不同的機器。如汽車、拖拉機、推土機等,其原動機均為內(nèi)燃機,其傳動部分也大同小異,但由于其工作部分不同就形成了不同類的機器。

(四)控制部分

控制部分是指為了提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量,減輕人們的勞動強度,節(jié)省人力、物力等而設(shè)置的那些控制器。

控制系統(tǒng)是由控制器和被控對象組成的。

——由手動—如操縱代替控制器的手動控制系統(tǒng);

由機械裝置作為控制器組成的機械控制系統(tǒng);

由氣壓、液壓裝置作為控制器的氣動、液壓控制系統(tǒng);

由電氣裝置或計算機作為控制器的電氣或計算機控制系統(tǒng)等。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展,計算機控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

以圖1-6所示的工業(yè)加熱爐為例,電動機通過傳動機構(gòu)帶動加熱爐中的鏈輪轉(zhuǎn)動,從而使鏈條上的工件向前移動;加熱爐中有煤氣通過噴嘴噴出并燃燒,加熱工件。

控制的任務(wù)是保持爐溫穩(wěn)定或者按照一定的規(guī)律變化。爐溫的高低受到煤氣成分和壓力、加工件數(shù)量以及環(huán)境溫度等因素的影響。調(diào)整煤氣閥門的開度,可以控制爐溫的高低。

綜上所述,可以看出,控制器要完成被控參數(shù)的調(diào)節(jié),應(yīng)有四個基本部分:

    (1)給定值發(fā)生器。它輸出與被控量目標值相對應(yīng)的信號。

    (2)比較器。把被控參數(shù)的實際值與給定值比較,產(chǎn)生誤差信號送給驅(qū)動器。

    (3)驅(qū)動和執(zhí)行機構(gòu)。它把誤差信號放大,變成能驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的物理量,參與被控量的調(diào)節(jié)。

    (4)檢測變換元件。對被控參數(shù)的實際值進行測量,并把測得的物理量轉(zhuǎn)換成電量。

1模擬控制與數(shù)字控制

控制系統(tǒng)中,連接各環(huán)節(jié)間的信號分為兩種。

—— 一種是模擬量,即時間上和數(shù)值上都連續(xù)變化的物理量,例如溫度、壓力、流量、電壓、電流等;

——另一種是數(shù)字量,即在時間上和數(shù)值上不連續(xù)變化的物理量,例如數(shù)字邏輯電路中的開關(guān)信號和計算機中的數(shù)。

在一個系統(tǒng)中,如果各環(huán)節(jié)間所有的信號都是模擬量這個系統(tǒng)就稱為模擬控制系統(tǒng)或模擬控制器;

如果各環(huán)節(jié)間有一個或多個信號為數(shù)字信號,則該系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)或數(shù)字控制器。數(shù)字控制系統(tǒng)代表了當前自動控制技術(shù)的發(fā)展方向。

2閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)

    (1)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

    反饋就是將輸出量返回饋送,并與輸入量進行比較的過程,比較的結(jié)果稱為偏差。自動控制過程就是測偏和糾偏的過程。這一原理稱為反饋控制原理。

在閉環(huán)控制系統(tǒng)中,操縱變量作用于被控對象的被控變量,而被控變量的變化又通過自動控制去影響操縱變量。

(2)開環(huán)控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中,輸出量不影響系統(tǒng)的控制作用,即系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間沒有反饋通道。與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同,它不需要被控對象的反饋信號,控制器直接根據(jù)給定值控制被控對象工作。這種控制系統(tǒng)不能自動消除被控參數(shù)與給定值之間的誤差。

3計算機控制

自動控制系統(tǒng)的基本功能是進行信號的傳遞、加工和比較。

——這些功能是由檢測變換裝置、控制器和執(zhí)行機構(gòu)完成的

其中,控制器是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,它決定了控制系統(tǒng)的控制性能和應(yīng)用范圍。

若將自動控制系統(tǒng)中控制器的功能用計算機來實現(xiàn),就構(gòu)成了計算機控制系統(tǒng)。

如果計算機是微型計算機,就稱之為微機控制系統(tǒng)。

簡單來說,計算機控制系統(tǒng)就是由各種各樣的計算機參與控制的一類系統(tǒng),它將計算機技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合,其特點是:

在一般的模擬控制系統(tǒng)中,控制規(guī)律是由硬件產(chǎn)生的,要改變控制規(guī)律就要更改硬件電路。而在計算機控制系統(tǒng)中,控制規(guī)律是用軟件實現(xiàn)的,計算機執(zhí)行預(yù)定的控制程序,就能實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制。

因此,要改變控制規(guī)律,只要改變控制程序就可以了,這就使控制系統(tǒng)的設(shè)計和修改更加靈活方便。

二、按結(jié)構(gòu)分析機器的組成 

 機器是由許多零件、構(gòu)件和機構(gòu)組成,如圖1-8所示。

——零件是機器的制造單元。

機器零件根據(jù)使用的范圍又分為通用零件和專用零件兩類。

通用零件是指各種機器中常用的零件,如螺栓、螺母、齒輪等。

專用零件是指某種機器中特有的零件,如內(nèi)燃機的凸輪軸等。

——構(gòu)件是機器的運動單元,或運動整體。

構(gòu)件可以是一個零件,也可以是幾個零件的剛性組合。

例如,內(nèi)燃機的曲軸就是由一個零件組成的構(gòu)件,而連桿是由連桿體、連桿蓋、蓮桿軸瓦、螺栓和螺母等若干零件組合起來的構(gòu)件,如圖l -9所示。

 

——機構(gòu)是由許多構(gòu)件組合而成的,各構(gòu)件之間具有確定的相對運動,它在機器中起傳傳遞運動或變換運動方式的作用,如齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等。

最簡單的機器中包含一個機構(gòu),如螺旋千斤頂就是由一個螺旋傳動機構(gòu)組成的。大多數(shù)機器都包含若干個機構(gòu)。

——機器與機構(gòu)的區(qū)別在于:機器能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換(如內(nèi)燃機、發(fā)電機和電動機)或代替人的勞動去做有用的機械功(如起重機、機床),而機構(gòu)則沒有這種功能。僅從結(jié)構(gòu)和運動的觀點看,機器與機構(gòu)并無區(qū)別。

——“機械”為機器與機構(gòu)的統(tǒng)稱。