第一节 机器的组成

    一、按功能分析机器的组成

       各种机器的构造不同，工作对象也不同。

    图1—1所示为一台矿石球磨机的外形图。电动机通过一级圆柱齿轮减速器和一对开式齿轮传动，驱动由一对滑动轴承支撑的球膳机滚筒旋转，矿石逐渐被滚筒内的钢球所粉碎。

图1—2所示为一台牛头刨床。电动机通过带传动、齿轮传动和摆动导杆机构，使滑枕和刨刀做往复直线移动，从而产生刨刀的切l运动。与此同时，通过曲柄摇杆机构、棘轮机构和螺旋机构实现工作台必要的横向进给运动，从而使刨刀将工件加工成为所需要的平面。通过上述的各个部分，最终将电动机的电能转变为刨刀和工作台往复运动的机械能。

机器的用途不同，因而组成也各不相同。

从功能角度分析，大部分机器都包含有外界输入能量的动力部分、履行机器功能的执行部分（即工作部分）、介于动力部分和工作部分之间的传动部分及控制部分，如图l -3所示。

（一）动力部分

动力部分是指原动机及其相应的配套装置。它的作用是将非机械能转换为机械能并给机器提供动力。

其中，一次动力机是将自然界的一次能源直接转化为机械能，例如水轮机和内燃机等；而二次动力机则是将二次能源，例如电能转化为机械能，如电动机等。

常用的动力机有电动机和内燃机。

电动机根据使用电源的不同，分为交流电动机和直流电动机。

交流电动机又分为三相交流异步电动机和同步电动机。

内燃机是指燃料在气缸内部燃烧，直接将工质所含的化学能转化为机械能的装置。

内燃机的特点是功率范围宽，操作简便，启动迅速并且便于移动，大多用于车辆、船舶以及野外作业的工程机械、农用机械等。

（二）传动部分

传动部分是在动力部分和执行部分之间的中间装置。

它的任务就是将原动机提供的机械能以动力和运动的形式传递给工作部分。

现代机器的传动装置可以按照以下方法分类：

 1按照传动的工作原理分类，如图1-4所示；

2按照传动比变化的情况分类，如表1-1所示。

（三）工作部分（执行部分）

工作部分是直接完成机器预定功能的部分，如车床的刀架；车辆的车厢；飞机的客舱、货舱等。

工作部分是机器直接进行生产的部分，是机器用途、性能综合体现的部分，是机器设备区分和分类的依据。

动力部分、传动部分以及控制部分都应该根据工作部分的功能要求、运动参数和动力参数的合理范围进行设计和选择。

它们是为实现工作部分的技术能力而服务的。

有不少机器其原动机和传动部分大致相同，但由于其工作部分不同，而构成了用途、性能不同的机器。如汽车、拖拉机、推土机等，其原动机均为内燃机，其传动部分也大同小异，但由于其工作部分不同就形成了不同类的机器。

（四）控制部分

控制部分是指为了提高产品产量、质量，减轻人们的劳动强度，节省人力、物力等而设置的那些控制器。

控制系统是由控制器和被控对象组成的。

——由手动—如操纵代替控制器的手动控制系统；

由机械装置作为控制器组成的机械控制系统；

由气压、液压装置作为控制器的气动、液压控制系统；

由电气装置或计算机作为控制器的电气或计算机控制系统等。

随着科学技术的发展，计算机控制系统广泛应用于工业生产中。

以图1-6所示的工业加热炉为例，电动机通过传动机构带动加热炉中的链轮转动，从而使链条上的工件向前移动；加热炉中有煤气通过喷嘴喷出并燃烧，加热工件。

控制的任务是保持炉温稳定或者按照一定的规律变化。炉温的高低受到煤气成分和压力、加工件数量以及环境温度等因素的影响。调整煤气阀门的开度，可以控制炉温的高低。

综上所述，可以看出，控制器要完成被控参数的调节，应有四个基本部分：

    (1)给定值发生器。它输出与被控量目标值相对应的信号。

    (2)比较器。把被控参数的实际值与给定值比较，产生误差信号送给驱动器。

    (3)驱动和执行机构。它把误差信号放大，变成能驱动执行机构的物理量，参与被控量的调节。

    (4)检测变换元件。对被控参数的实际值进行测量，并把测得的物理量转换成电量。

1模拟控制与数字控制

控制系统中，连接各环节间的信号分为两种。

—— 一种是模拟量，即时间上和数值上都连续变化的物理量，例如温度、压力、流量、电压、电流等；

——另一种是数字量，即在时间上和数值上不连续变化的物理量，例如数字逻辑电路中的开关信号和计算机中的数。

在一个系统中，如果各环节间所有的信号都是模拟量，这个系统就称为模拟控制系统或模拟控制器；

如果各环节间有一个或多个信号为数字信号，则该系统称为数字控制系统或数字控制器。数字控制系统代表了当前自动控制技术的发展方向。

2闭环控制系统和开环控制系统

    (1)闭环控制系统。

    反馈就是将输出量返回馈送，并与输入量进行比较的过程，比较的结果称为偏差。自动控制过程就是测偏和纠偏的过程。这一原理称为反馈控制原理。

在闭环控制系统中，操纵变量作用于被控对象的被控变量，而被控变量的变化又通过自动控制去影响操纵变量。

(2)开环控制系统。在开环控制系统中，输出量不影响系统的控制作用，即系统的输出端与输入端之间没有反馈通道。与闭环控制系统不同，它不需要被控对象的反馈信号，控制器直接根据给定值控制被控对象工作。这种控制系统不能自动消除被控参数与给定值之间的误差。

3计算机控制

自动控制系统的基本功能是进行信号的传递、加工和比较。

——这些功能是由检测变换装置、控制器和执行机构完成的。

其中，控制器是控制系统的关键部分，它决定了控制系统的控制性能和应用范围。

若将自动控制系统中控制器的功能用计算机来实现，就构成了计算机控制系统。

如果计算机是微型计算机，就称之为微机控制系统。

简单来说，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统，它将计算机技术与自动控制技术相结合，其特点是：

在一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件产生的，要改变控制规律就要更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序，就能实现对被控参数的控制。

因此，要改变控制规律，只要改变控制程序就可以了，这就使控制系统的设计和修改更加灵活方便。

二、按结构分析机器的组成 

 机器是由许多零件、构件和机构组成，如图1-8所示。

——零件是机器的制造单元。

机器零件根据使用的范围又分为通用零件和专用零件两类。

通用零件是指各种机器中常用的零件，如螺栓、螺母、齿轮等。

专用零件是指某种机器中特有的零件，如内燃机的凸轮轴等。

——构件是机器的运动单元，或运动整体。

构件可以是一个零件，也可以是几个零件的刚性组合。

例如，内燃机的曲轴就是由一个零件组成的构件，而连杆是由连杆体、连杆盖、莲杆轴瓦、螺栓和螺母等若干零件组合起来的构件，如图l -9所示。

 

——机构是由许多构件组合而成的，各构件之间具有确定的相对运动，它在机器中起传传递运动或变换运动方式的作用，如齿轮机构、凸轮机构等。

最简单的机器中包含一个机构，如螺旋千斤顶就是由一个螺旋传动机构组成的。大多数机器都包含若干个机构。

——机器与机构的区别在于：机器能实现能量的转换（如内燃机、发电机和电动机）或代替人的劳动去做有用的机械功（如起重机、机床），而机构则没有这种功能。仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别。

——“机械”为机器与机构的统称。