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第一節(jié) 機器的組成

    一、按功能分析機器的組成

       各種機器的構造不同，工作對象也不同。

    圖1—1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，驅動由一對滑動軸承支撐的球膳機滾筒旋轉，礦石逐漸被滾筒內的鋼球所粉碎。

圖1—2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，使滑枕和刨刀做往復直線移動，從而產生刨刀的切l運動。與此同時，通過曲柄搖桿機構、棘輪機構和螺旋機構實現(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的配套裝置。它的作用是將非機械能轉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化為機械能，例如水輪機和內燃機等；而二次動力機則是將二次能源，例如電能轉化為機械能，如電動機等。

常用的動力機有電動機和內燃機。

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。

內燃機是指燃料在氣缸內部燃燒，直接將工質所含的化學能轉化為機械能的裝置。

內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的部分，是機器用途、性能綜合體現(xiàn)的部分，是機器設備區(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)的合理范圍進行設計和選擇。

它們是為實現(xiàn)工作部分的技術能力而服務的。

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品產量、質量，減輕人們的勞動強度，節(jié)省人力、物力等而設置的那些控制器。

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。

隨著科學技術的發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)生產中。

以圖1-6所示的工業(yè)加熱爐為例，電動機通過傳動機構帶動加熱爐中的鏈輪轉動，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)的調節(jié)，應有四個基本部分：

    (1)給定值發(fā)生器。它輸出與被控量目標值相對應的信號。

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

    (3)驅動和執(zhí)行機構。它把誤差信號放大，變成能驅動執(zhí)行機構的物理量，參與被控量的調節(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)行機構完成的。

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

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)，它將計算機技術與自動控制技術相結合，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)的設計和修改更加靈活方便。

二、按結構分析機器的組成 

 機器是由許多零件、構件和機構組成，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，如內燃機的凸輪軸等。

——構件是機器的運動單元，或運動整體。

構件可以是一個零件，也可以是幾個零件的剛性組合。

例如，內燃機的曲軸就是由一個零件組成的構件，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件，如圖l -9所示。

 

——機構是由許多構件組合而成的，各構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、凸輪機構等。

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

——機器與機構的區(qū)別在于：機器能實現(xiàn)能量的轉換（如內燃機、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），而機構則沒有這種功能。僅從結構和運動的觀點看，機器與機構并無區(qū)別。

——“機械”為機器與機構的統(tǒng)稱。