湖南文理学院机械电子工程机电液复习资料集

第五章 电-机械转换元件

步进电机的工作原理

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

动铁式力马达的工作原理及其特点

工作原理：当电流通过控制线圈时，产生通过衔铁的磁通，因该磁通改变了通过四个气隙的磁通量，从而对衔铁产生力矩，使其绕轴心或弹簧管转筒中心转动。

特点：动铁式力矩马达比动圈式马达运动组件惯性小、支撑弹簧管刚度大、动态响应快，相同功率下负有频率是动圈式的15倍，同功率下同尺寸下输出力为动圈式的7倍。

直流比例电磁铁的工作原理及其基本特性 工作原理：采用隔磁环焊接，在导套左右两端形成极靴，共偶作气隙与衔铁的运动方向垂直，因此衔铁作直线运动时，气隙保持不变安可以控制磁极的磁性饱和度，以形成水平吸力特性。 特性：1、能够连续不断的将输入的电信号按比例的转换为机械位移或力输出；2、比例电磁铁应具有水平吸力特性；3、线性好，死区和滞环小；4、运动部件耐高压、并且静压平衡；5、动态性能好；6、结构简单、紧凑、成本低

步进液压缸和步进液压马达的工作原理

步进液压缸：给步进电机加一个脉冲信号时，步进电机转动，使滑阀产生一个开口，由于两腔压力不平衡，存在一个压力差，从而驱动活塞杆移动。

液压马达：当输入一个脉冲给步进电机时，步进电机产生一个转角，通过减速齿轮是滑阀转动一个角度由于螺杆落幕的作用滑阀产生一个移动，从而开口打开或者孔口变化，高压油也通过开口进入液压马达是马达转动。

直流伺服电动机和交流伺服电动机的工作原理 交流伺服电动机：两相伺服电机采用两相交流电驱动的感应电动机，在定子线槽内布置有两相绕组，转子做成类似与普通胶感应电动机的鼠笼型或整体薄壁驼背式结构，定子两相绕组内通以相位差近于90度的交流电时，在转子空间内产生相应的旋转磁场，并在转子导体内感生电流，由于电磁力的作用产生转矩而推动转子旋转。 直流伺服电动机：

第六章 电液伺服阀及伺服系统

电液伺服阀的定义及其作用

定义：电液伺服阀是在系统中将输入的小功率电信号转换为大功率的液压能输出的核心元件。作用：将输入的小功率电信号转换为大功率的液压能，其性能对系统特性影响很大。

电液比例阀的分类？

答：电液比例阀分为比例压力阀、比例流量阀、比例方向阀和比例复合阀等几类。

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第六章 电液伺服阀及伺服系统

电液伺服阀的一般构成及其分类 构成：电-机械转换器、液压放大器

分类：a、根据对液压流体控制的次数可分为：单级、两级、三级电液伺服阀。

b、根据第一级结构形式分为：单喷嘴挡板阀式、双喷嘴挡板阀式、滑阀式射流管式。 c、根据反馈形式分为：滑阀位置反馈式、负载流量反馈式和负载压力反馈式。 d、根据马达的形式分类：动铁式、动圈式、或干式、湿式。

单级、两级伺服阀的分类及其不同点

单级伺服阀分类：动铁式单级电液伺服阀、动圈式单级电液伺服阀

两级伺服阀分类：滑阀位置反馈两级伺服阀；负载流量反馈两级伺服阀；负载压力反馈两级伺服阀 不同点：两级电液伺服阀比单级伺服阀多一级液压放大器和一个内部反馈元件。

电液位置伺服系统的组成及其工作原理

组成：输入指令、放大器、伺服阀、液压缸、位移传感器

工作原理：指令信号电压作用于系统，液压缸活塞使输出负载力，该位置由位移传感器检测并转换为反馈信号电压，与指令电压相比较，得出偏差信号电压，经伺服放大器后输入驱动伺服阀，伺服阀输出于偏差信号成比例里的压差作用到液压缸活塞上，使位移量向着减小误差的方向变化，直到位移量等于指令信号所对应的值为止。

电液力伺服系统的组成及其工作原理

组成：输入指令、伺服放大器、伺服阀、液压缸、力传感器

工作原理：指令信号电压作用于系统，液压缸活塞使输出负载力，该力由力传感器检测并转换为反馈信号电压，与指令电压相比较，得出偏差信号电压，经伺服放大器后输入驱动伺服阀，伺服阀输出于偏差信号成比例里的压差作用到液压缸活塞上，使负载力向着减小误差的方向变化，直到负载力等于指令信号所对应的值为止。

电液速度伺服系统的组成及其工作原理 组成：、输入指令、放大器、伺服阀、液压马达、速度传感器

工作原理：指令信号电压作用于系统，液压缸活塞使输出负载力，该速度由速度传感器检测并转换为反馈信号电压，与指令电压相比较，得出偏差信号电压，经伺服放大器后输入驱动伺服阀，伺服阀输出于偏差信号成比例里的压差作用到液压缸活塞上，使速度向着减小误差的方向变化，直到速度等于指令信号所对应的值为止。

机液与电液伺服系统各自的特性？

答：电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等特点

机液伺服系统具有结构简单、工作可靠、抗污染能力强、造价低廉，但是机械连接件较多等特点。

电液位置、力、速度伺服系统的特点

电液位置伺服系统：具有输出功率大、控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等特点；

电液速度伺服系统：具有响应速度快、功率/重量比大、负载刚性高和性价比高等特点；

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电液力控制伺服系统：具有响应速度快、精度高、功率大、结构紧凑和使用方便等特点。

机液与电液伺服系统各自的特性？

答：电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等特点；

机液伺服系统具有结构简单、工作可靠、抗污染能力强、造价低廉但是机械连接件较多等特点。

为什么电液伺服系统一般都要加校正装置？在电液位置伺服系统中加滞后校正、速度与加速度反馈校正、压力反馈和动压反馈校正的主要目的是什么？

答：因为在电液伺服系统中，单纯靠调整增益往往满足不了系统的全部性能指标，所以就要在系统中加校正装置。加滞后校正的主要目的通过提高低频段增益，减小系统的稳态误差，或者在保证系统稳态精度的条件下，通过降低系统高频段的增益，以保证系统的稳定性。加速度与加速度反馈校正的主要目的是提高主回路的静态刚度，减少速度反馈回路内的干扰和非线性的影响，提高系统的静态精度。加压力反馈和动压反馈的目的是提高系统的阻尼。

第四章习题

1、如图4-15所示的机液位置伺服系统，供油压力ps?20?105Pa，滑阀面积梯度

W?2?10?2m，液压缸面积Ap?20?10?4m2，液压固有频率?h?320rad，阻尼比

s?h?0.2。求增益裕量为6dB时反馈杠杆比Kf???870kg。

l1为多少？计算时，取Cd?0.62，l2m3解：由图可得： xv?kixi?kfxp 其中 ki=l1?l2l

kf=1 l2l2

kv2?h?h

又因为 kg??20lg kg?6dB kq?CdWps? 所以 kf?kvApkq?0.22

2、如图4-16所示机液伺服系统，阀的流量增益为Kq，流量-压力系数Kc，活塞面积Ap，

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活塞杆与负载连接刚度Ks，负载质量mL，总压缩容积Vt，油的体积弹性模量?e，阀的输入位移xi，活塞输出位移xp，求系统的稳定条件。

解：由图可知，该系统为半闭环系统，且半闭环系统的稳定条件为

Kv＜2?n?n1?21-（n）?s2

其中： 综合阻尼比 ?n=KcML?n 22AP 综合谐振频率

?n?1mLmL?knks 结构谐振频率

?s?ks mL24?eAp 液压弹簧刚度 Kh?VtKqKfAp

开环放大系数 Kv? 反馈放大系数 Kf?l1 l1?l2 综上所述，将各系数代入不等式，可得系统的稳定条件为：

4?eKcApl1 ?l1?l2KqVt-31、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径d=8?10m，径向间隙rc=5?10-6m，供油压力ps=70?105Pa，采用10号航空液压油在40C工作，流量系数Cd=0.62，求阀的零位系数。

解：零开口四边滑阀的零位系数为：

零位流量增益 Kq0?CdW。ps? ?rc2W零位流量-压力系数 Kc0?

32?8

32?Cd零位压力增益 Kp0?将数据代入得

ps??rc2

Kq0?1.4m2s

Kc0?4.4?10?12m3s?Pa

Kp0?3.17?1011Pam

2、已知一正开口量U=0.05?10m的四边滑阀，在供油压力ps=70?105Pa下测得零位泄露流量qc=5L-3min，求阀的三个零位系数。

qc U解：正开口四边滑阀的零位系数为：

零位流量增益 Kq0?零位流量-压力系数 Kc0?qc 2ps零位压力增益 Kp0?将数据代入得

Kq0Kc0?2ps UKq0?1.67m2s

Kc0?5.95?10?12m3s?Pa

Kp0?2.8?1011Pam

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