自动化生产线运行与维护 - 万水书苑-出版资源网

任务 2.1 机械传动技术应用

知识与能力目标 l 熟悉带传动机构及其应用。 l 熟悉滚珠丝杠机构及其应用。 l 熟悉直线导轨机构及其应用。 l 熟悉间歇传动机构及其应用。 l 熟悉齿轮传动机构及其应用。 2.1.1 带传动机构认知及应用  1．带传动机构认知 在自动化生产线机械传动系统中，常利用带传动方式实现机械部件之间的运动和动力的 传递。 带传动机构是由两个带轮和一根紧绕在两轮上的传动带组成， 利用张紧在带轮上的传动 带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力的。 带传动通常是由主动轮 1、从动轮 2 和张紧在两轮上的环形带 3 所组成。根据传动原理不 同，带传动可分为摩擦型带传动和啮合型带传动两大类，如图 2­1 所示。 （a）摩擦型 （b）啮合型 图 2­1  带传动

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_{自动化生产线核心技术应用}

项目

摩擦型带传动为具有中间挠性体的摩擦传动，带传动的优点是：带富有弹性，能缓冲吸 振，传动平稳，无噪声；过载时，传动带会在带轮上打滑，可防止其他零件损坏；结构简单， 维护方便，无须润滑，且制造和安装精度要求不高；单级可实现较大中心距的传动。但具有传 动比不准确；传动效率较低（V  带传动效率为  0.90～0.94），带的寿命较短；外廓尺寸、带作 用于轴的力等均较大；不宜用在高温、易燃及有油和水的场合等缺点。 摩擦型带传动一般适用于功率不大和无须保证准确传动比的场合。在多级减速传动装置 中，带传动通常置于与电动机相联的高速级。 摩擦型带传动的种类很多，按照带横截面形状的不同可分为（如图 2­2 所示） ： 图 2­2  摩擦型带传动的带横截面形状分类 l 普通平带传动：平带传动中带的截面形状为矩形，工作时带的内面是工作面，与圆 柱形带轮工作面接触，属于平面摩擦传动。 l  V 带传动：V 带传动中带的截面形状为等腰梯形。工作时带的两侧面是工作面，与带 轮的环槽侧面接触，属于楔面摩擦传动。在相同的带张紧程度下，V 带传动的摩擦力 要比平带传动约大  70%，其承载能力因而比平带传动高。在一般的机械传动中，V  带传动现已取代了平带传动而成为常用的带传动装置。 l 多楔带传动：多楔带传动中带的截面形状为多楔形，多楔带是以平带为基体、内表 面具有若干等距纵向  V 形楔的环形传动带，其工作面为楔的侧面，它具有平带的柔 软、V 带摩擦力大的特点。 l 圆带传动：圆带传动中带的截面形状为圆形，圆形带有圆皮带、圆绳带、圆锦纶带 等，其传动能力小，主要用于  v<15m/s，i=0.5～3 的小功率传动，如仪器和家用器 械中。 l 高速带传动：带速 v>30m/s，高速轴转速 n=10000～50000r/min 的带传动属于高速带 传动。高速带传动要求运转平稳、传动可靠并具有一定的寿命。高速带常采用重量 轻、薄而均匀、挠曲性好的环形平带，过去多用丝织带和麻织带，近年来国内外普 遍采用锦纶编织带、薄型锦纶片复合平带等。高速带轮要求质量轻、结构对称均匀、

强度高、运转时空气阻力小。通常采用钢或铝合金制造，带轮各个面均应进行精加 工，并进行动平衡。为了防止带从带轮上滑落，大、小带轮轮缘表面都应加工出凸 度，制成鼓形面或双锥面。在轮缘表面常开环形槽，以防止在带与轮缘表面间形成 空气层而降低摩擦系数，影响正常传动。 （2）啮合型带传动。 啮合传动型是指同步带传动，同步带传动是靠带上的齿与带轮上的齿槽的啮合作用来传 递运动和动力的。 同步带传动工作时带与带轮之间不会产生相对滑动， 能够获得准确的传动比， 因此它兼有带传动和齿轮啮合传动的特性和优点。 带的最基本参数是节距， 它是在规定的张紧 力下同步带纵截面上相邻两齿对称中心线的直线距离。 由于不是靠摩擦力传递动力，因此带的预紧力可以很小，作用于带轮轴和其轴承上的力 也很小。其主要缺点在于制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。同步带在各种机械中 的应用日益广泛。 总之，在两类带传动中，由于都采用带作为中间挠性元件来传递运动和动力，因而具有 结构简单、传动平稳、缓冲吸振和能实现较大距离两轴间的传动等特点。 带传动机构的比较如表 2­1 所示。 表 2­1  带传动机构的比较 类型 优点 缺点 应用 摩擦型 ①带富有弹性，能缓冲吸振，传动平稳， 无噪声 ②过载时，传动带会在带轮上打滑，可 防止其他零件损坏 ③结构简单，维护方便，无须润滑，且 制造和安装精度要求不高 ④单级可实现较大中心距的传动 ①传动比不准确 ②传动效率较低，带的寿 命较短 ③外廓尺寸、带作用于轴 的力等均较大 ④不宜用在高温、易燃及 有油和水的场合 摩擦型带传动一般适用于 中小功率、无须保证准确 传动比和传动平稳的远距 离场合 啮合型 ①工作时带与带轮之间不会产生相对滑 动，能够获得准确的传动比，兼有带传 动和齿轮啮合传动的特性和优点 ②不是靠摩擦力传递动力，带的预紧力 可以很小，作用于带轮轴和其轴承上的 力也很小 制造和安装精度要求较 高，中心距要求较严格 多用于要求传动平稳、传 动精度较高的场合  2．了解带传动机构的应用 带传动机构（特别是啮合型同步带传动机构）目前被大量应用在各种自动化装配专机、 自动化装配生产线、机械手及工业机器人等自动化生产机械中，同时还广泛应用在包装机械、 仪器仪表、办公设备及汽车等行业。在这些设备和产品中，同步带传动机构主要用于传递电动 机转矩或提供牵引力，使其他机构在一定范围内往复运动（直线运动或摆动运动）。 图 2­3 所示为多楔带传动机构在汽车发动机中的应用，图 2­4 所示为同步带传动机构在梳 棉机上的应用。

图 2­3  多楔带传动机构在汽车发动机中的应用 图 2­4  同步带传动机构在梳棉机上的应用 2.1.2 滚珠丝杠机构认知及应用  1．滚珠丝杠机构认知 滚珠丝杠由丝杠、滚珠、螺母、循环器、防尘圈组成，其内部结构如图 2­5 所示。丝杠属 于直线度非常高的转动部件， 在滚珠循环滚动的方式下运行， 实现螺母及其连接在一起的负载 滑块（例如工作台、移动滑块）在导向部件作用下的直线运动。它的功能是将旋转运动转化成 直线运动，这是艾克姆螺杆（如图 2­6 所示）的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是 将轴承从滑动动作变成滚动动作。 由于具有很小的摩擦阻力， 滚珠丝杠被广泛应用于各种工业 设备和精密仪器。 图 2­5  滚珠丝杠机构内部结构图 图 2­6  滚珠丝杠和艾克姆螺杆的比较

滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换 成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 常用的循环方式有两种：外循环和内循环，如图 2­7 所示。滚珠在循环过程中有时离开了 丝杠螺纹滚道，与丝杠脱离接触，而在螺母体内或体外循环的循环方式称为外循环；滚珠在循 环过程中始终不脱离丝杠表面， 始终与丝杠保持接触的循环方式称为内循环。 滚珠每一个循环 闭路称为列，每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有  2  列、3 列、4 列、5 列等几种，每列只有一圈；外循环每列有 1.5 圈、2.5 圈和 3.5 圈等几种。 工业应用中几种典型滚珠丝杠机构的外形如图 2­8 所示。 图 2­7  外循环和内循环 图 2­8  工业应用中几种典型滚珠丝杠机构的外形图 滚珠丝杠具有以下特点： （1）与滑动丝杠副相比驱动力矩为  1/3。由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很 多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到  1/3 以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助。 （2）高精度的保证。滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来 的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由 于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 （3）微量进给可能。滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑 动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微量进给。 （4）无侧隙、刚性高。滚珠丝杠副可以加预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进 而得到较高的刚性（滚珠丝杠内通过给滚珠加预压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的 斥力可使丝母部的刚性增强）。 （5）高速进给可能。滚珠丝杠由于运动效率高、发热小，所以可实现高速进给（运动）。 滚珠丝杠机构虽然价格较贵，但由于其具有上述的一系列突出优点，能够在自动化机械 的各种场合实现所需要的精密传动，所以仍然在工程上得到了极广泛的应用。  2．了解滚珠丝杠机构的应用 滚珠丝杠机构作为一种高精度的传动部件，被大量应用于数控机床、自动化加工中心、 电子精密机械进给机构、伺服机械手、工业装配机器人、半导体生产设备、食品加工和包装、 外循环式 内循环式

图 2­9 所示为滚珠丝杠机构在复合车床中应用的实物图，图 2­10 所示为滚珠丝杠机构应 用于金属雕刻机的实物图。 图 2­9  滚珠丝杠机构在复合车床中的应用 图 2­10  滚珠丝杠机构在金属雕刻机中的应用 2.1.3 直线导轨机构认知及应用  1．直线导轨机构认知 直线导轨机构通常也被称为直线导轨、直线滚动导轨、线性滑轨等，它实际是由能相对 轴承 复合车床 滚珠丝杠 滚珠丝杠 直线导轨 轴承 主轴

运动的导轨（或轨道）与滑块两大部分组成，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的 额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。直线运动 导轨的作用是支撑和引导运动部件按给定的方向做往复直线运动。 根据摩擦性质， 直线运动导 轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等。直线导轨机构的 内部结构如图 2­11 所示，几种典型直线导轨机构的外形如图 2­12 所示。 图 2­11  直线导轨机构的内部结构图 图 2­12  几种典型直线导轨机构的外形图 直线导轨具有以下特点： （1）自动调心能力。来自圆弧沟槽的 DF 组合，在安装的时候，借助钢珠的弹性变形及 接触点的转移，即使安装面多少有些偏差，也能被线轨滑块内部吸收，产生自动调心能力的效 果而得到高精度稳定的平滑运动。 （2）具有互换性。由于对生产制造精度严格管控，直线导轨尺寸能维持在一定的水准内， 且滑块有保持器的设计以防止钢珠脱落， 因此部分系列精度具可有互换性， 可根据需要订购导 轨或滑块，亦可分开储存导轨及滑块，以减少储存空间。 （3）所有方向皆具有高刚性。运用四列式圆弧沟槽，配合四列钢珠等 45 度的接触角度， 让钢珠达到理想的两点接触构造， 能承受来自上下和左右方向的负荷； 在必要时更可施加预压 以提高刚性。 直线导轨机构由于采用了类似于滚珠丝杠的精密滚珠结构，所以具有上述的一系列特点。 使用直线导轨机构除了可以获得高精度的直线运动以外， 还可以直接支撑负载工作， 降低了自 动化机械的复杂程度，简化了设计与制造过程，从而大幅度降低了设计与制造成本。  2．了解直线导轨机构的应用 由于在机器设备上大量采用直线运动机构作为进给、移送装置，所以为了保证机器的工 作精度， 首先必须保证这些直线运动机构具有较高的运动精度。 直线导轨机构作为自动化机械 最基本的结构模块被广泛应用于数控机床、自动化装配设备、自动化生产线、机械手、三坐标 测量仪器等装备制造行业。 图 2­13 所示为直线导轨机构在精密裁板锯的应用，图 2­14 所示为直线导轨机构在直线定 位平台的应用。 密封垫片 滚珠 保持板 端盖板 轨道 滑块

图 2­13  直线导轨机构在精密裁板锯的应用 图 2­14  直线导轨机构在直线定位平台的应用 2.1.4 间歇运动机构认知及应用  1．间歇运动机构认知 在自动化生产线中，根据工艺的要求，经常需要沿输送方向以固定的时间间隔、固定的 移动距离将各工件从当前的位置准确地移动到相邻的下一个位置， 实现这种输送功能的机构称 为间歇运动机构， 工程上有时也称为步进输送机构或步进运动机构。 例如牛头刨床工作台的横 向进给运动、 电影放映机的送片运动等都具有间歇运动机构。 工程上常见的间歇运动机构有棘 轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构。 图 2­15 所示为常用间歇运动机构的结构图。 （a）棘轮机构 （b）槽轮机构 （c）不完全齿轮机构 （d）凸轮式间歇机构 图 2­15  常用间歇运动机构的结构图 间歇运动机构可分为单向运动和往复运动两类，如图 2­16 和图 2­17 所示。 图 2­16  单向间歇运动机构 图 2­17  往复间歇运动机构

虽然各种间歇运动机构都能实现间歇输送的功能，但是它们都有其自身结构、工作特点 及工程应用领域。表 2­2 列出了常用间歇运动机构的主要优缺点及应用。 表 2­2  常用间歇运动机构的比较 类型 优点 缺点 应用 槽轮机构 结构简单，制造容易，运动可靠； 转角在很大范围内可调 工作时有较大的冲击和噪音； 运动精度不高 常用于低速场合 棘轮机构 结构简单、工作可靠，能准确控 制转动的角度 对一个已定的槽轮机构来说， 其转角不能调节；在转动始末， 加速度变化较大，有冲击 应用在转速不高、 要求 间歇转动的装置中 不完全齿轮机构 结构简单、制造方便，从动轮运 动时间和静止时间的比例不受机 构结构的限制 从动轮在转动开始及终止时速 度有突变，冲击较大 一般仅用于低速、 轻载 场合 凸轮式间歇机构 结构简单、运转可靠、传动平稳、 无噪音 凸轮加工比较复杂，装配与调 整要求也较高 适用于高速、 中载和高 精度分度的场合  2．了解间歇运动机构的应用 间歇运动机构都具有结构简单紧凑和工作效率高两大优点。采用间歇运动机构能有效地 简化自动化生产线的结构，方便地实现工序集成化，形成高效率的自动化生产系统，提高自动 化专机或生产线的生产效率，在自动化机械装备，特别是电子产品生产、轻工机械等领域得到 广泛的应用。 图 2­18 所示为间歇运动机构在电影放映机上的应用，图 2­19 所示为间歇运动机构在间歇 分割机上的应用。 图 2­18  间歇运动机构在电影放映机上的应用

图 2­19  间歇运动机构在间歇分割机上的应用 2.1.5 齿轮传动机构认知及应用  1．齿轮传动机构认知 齿轮传动机构是应用最广的一种机械传动机构，是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力 和运动的机械传动。 按照一对齿轮传动时两轮轴线的相互位置可分为平面齿轮传动和空间齿轮 传动。 （1）平面齿轮传动：平面齿轮传动的两齿轮间的轴线互相平行。按轮齿方向不同可分为 直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动和人字齿圆柱齿轮传动，如图 2­20 所示；按啮合方式 可分为外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动和齿轮齿条传动，如图 2­21 所示。 （a）直齿圆柱齿轮传动 （b）斜齿圆柱齿轮传动 （c）人字齿圆柱齿轮传动 图 2­20  平面齿轮传动按轮齿方向不同分类 （a）外啮合齿轮传动 （b）内啮合齿轮传动 （c）齿轮齿条传动 图 2­21  平面齿轮传动按啮合方式不同分类

（2）空间齿轮传动：空间齿轮传动的两齿轮间轴线不平行，可分为交错轴斜齿轮传动、 锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动，如图 2­22 所示。 （a）交错轴斜齿轮传动 （b）锥齿轮传动 （c）蜗轮蜗杆传动 图 2­22  空间齿轮传动分类 齿轮传动是依靠主动齿轮和从动齿轮齿廓之间的啮合传递运动和动力的，与其他传动相 比，齿轮传动具有如表 2­3 所示的特点。 表 2­3  齿轮传动机构的特点 类型 优点 缺点 齿轮传动 ①传递的功率大 ②速度范围广 ③效率高 ④工作可靠、寿命长 ⑤结构紧凑 ⑥能保证恒定的传动比 ①制造及安装精度要求高、成本高 ②不适于两轴中心距过大的传动 ③不宜用于振动冲击较大的场合  2．了解齿轮传动机构的应用 齿轮传动机构是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构。比较典型的应用是在各级减 速器、汽车的变速箱等机械传动变速装置中。图 2­23 所示为齿轮传动机构在减速机中的应用， 图 2­24 所示为齿轮传动机构在减速机和汽车变速箱中的应用。 图 2­23  齿轮传动机构在减速机中的应用

图 2­24  齿轮传动机构在汽车变速箱中的应用

任务 2.2 气动控制技术应用

知识与能力目标 l 熟悉气动控制系统的基本组成。 l 认识常用的气动执行元件及其应用。 l 认识常用的气动控制元件及其应用。 2.2.1 气动控制系统认知 图 2­25 所示为一个简单的气动控制系统构成图。该控制系统由静音气泵、气动二联件、 气缸、电磁阀、检测元件和控制器等组成，能实现气缸的伸缩运动控制。气动控制系统是以压 缩空气为工作介质， 在控制元件的控制和辅助元件的配合下， 通过执行元件把空气的压缩能转 换为机械能，从而完成气缸直线或回转运动，并对外做功。 图 2­25  一个简单的气动控制系统构成图 滚力变矩器 行星齿轮组 离合器和制动器 控制器 气动二联件 静音气泵 电磁阀 气缸 检测元件

一个完整的气动控制系统基本由气压发生器（气源装置）、执行元件、控制元件、辅助元 件、检测装置、控制器 6 部分组成，如图 2­26 所示。 图 2­26  气动控制系统基本组成功能图 图 2­27 所示的静音气泵为压缩空气发生装置，其中包括空气压缩机、安全阀、过载安全 保护器、储气罐、罐体压力指示表、一次压力调节指示表、过滤减压阀、气源开关等部件。气 泵是用来产生具有足够压力和流量的压缩空气并将其净化、 处理及存储的一套装置， 气泵的输 出压力可通过其上的过滤减压阀进行调节。 图 2­27  静音气泵 2.2.2 气动执行元件认知及应用 在气动控制系统中，气动执行元件是一种将压缩空气的能量转化为机械能，实现直线、摆动 或者回转运动的传动装置。气动系统中常用的执行元件是气缸和气马达。气缸用于实现直线往复 运动，气马达则是实现连续回转运动的动作。图 2­28 所示为几种常见的气动执行元件实物图。 （a）气缸 （b）气马达 图 2­28  几种常见的气动执行元件实物图 气压发生器 辅助元件 检测装置 控制器 控制 元件 执行 元件

装备中。为了满足各种应用场合的需要，实际设备中使用的气动执行元件不仅种类繁多，而且 各元件的结构特点与应用场合也都不尽相同。 表 2­4 给出了工程实际应用中常用气动执行元件 的应用特点。 表 2­4  工程实际应用中常用气动执行元件的应用特点 类型 应用特点 单作用气缸 单作用气缸结构简单，耗气量少，缸体内安装了弹簧，缩短了气缸的有效行程，活塞杆 的输出力随运动行程的增大而减小，弹簧具有吸收动能的能力，可减小行程终端的撞击 作用。一般用于行程短、对输出力和运动速度要求不高的场合 双作用气缸 通过双腔的交替进气和排气驱动活塞杆伸出与缩回，气缸实现往复直线运动，活塞前进 或后退都能输出力（推力或拉力）；活塞行程可以根据需要选定，双向作用的力和速度可 根据需要调节 摆动气缸 利用压缩空气驱动输出轴在一定角度范围内作往复回转运动，其摆动角度可在一定范围 内调节，常用的固定角度有 90°、180°、270°。用于物体的转位、翻转、分类、夹紧、阀 门的开闭、机器人的手臂动作等 无杆气缸 节省空间，行程缸径比可达 50～200，定位精度高，活塞两侧受压面积相等，具有同样的 推力，有利于提高定位精度。结构简单、占用空间小，适合小缸径、长行程的场合，但 限位器使负载停止时活塞与移动体有脱开的可能 气动手爪 气动手爪的开闭一般是通过由气缸活塞产生的往复直线运动带动与手爪相连的曲柄连 杆、滚轮或齿轮等机构驱动各个手爪同步做开闭运动。主要是针对机械手的用途而设计 的，用来抓取工件，实现机械手的各种动作 2.2.3 气动控制元件认知及应用 在气动控制系统中，控制元件控制和调节压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执 行元件具有一定的输出力和速度， 并按设计的程序正常工作。 控制元件主要有气动压力控制阀、 方向控制阀和流量控制阀。 气动压力控制阀用来控制气动控制系统中压缩空气的压力，以满足各种压力需求或节能， 将压力减到每台装置所需的压力， 并使压力稳定保持在所需的压力值上。 压力控制阀主要有安 全阀、顺序阀和减压阀 3 种。图 2­29 所示为常用气动压力控制阀的实物图。 （a）安全阀 （b）顺序阀 （c）减压阀 图 2­29  常用气动压力控制阀的实物图 表 2­5 所示为主要气动压力控制阀的类型、 作用及应用特点。 在气动控制系统工程应用中， 经常将分水滤气器、减压阀和油雾器组合在一起使用，此装置俗称气动三联件。

表 2­5  主要气动压力控制阀的类型、作用及应用特点 类型 作用及应用特点 安全阀 也称为溢流阀，在系统中起到安全保护作用。当系统的压力超过规定值时，安全阀打开，将 系统中的一部分气体排入大气，使得系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而 发生事故 顺序阀 是依靠气路中压力的作用来控制执行元件按顺序动作的一种压力控制阀，顺序阀一般与单向 阀配合在一起构成单向顺序阀 减压阀 对来自供气气源的压力进行二次压力调节，使气源压力减小到各气动装置需要的压力，并保 证压力值保持稳定 流量控制阀在气动系统中通过改变阀的流通截面积来实现对流量的控制，以达到控制气 缸运动速度或者控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度。 流量控制阀包括调速阀、 单向 节流阀和带消声器的排气节流阀 3 种。图 2­30 所示为常用气动流量控制阀的实物图。 （a）调速阀 （b）单向节流阀 （c）带消声器的排气节流阀 图 2­30  常用气动流量控制阀的实物图 表 2­6 所示为主要气动流量控制阀的类型及应用特点。 特别是单向节流阀上带有气管的快 速接头，只要将适合的气管往快速接头上一插就可以接好，使用非常方便，在气动控制系统中 得到广泛应用。 表 2­6  主要气动流量控制阀的类型及应用特点 类型 应用特点 调速阀 大流量直通型速度控制阀的单向阀为一座阀式阀芯，当手轮开启圈数少时，进 行小流量调节；当手轮开启圈数多时，节流阀杆将单向阀顶开至一定开度，可 实现大流量调节。直通式接管方便，占用空间小 单向节流阀 单向阀的功能是靠单向型密封圈来实现的。单向节流阀是由单向阀和节流阀并 联而成的流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，故常称为速度控制阀 带消声器的排气节流阀 带消声器的排气节流阀通常装在换向阀的排气口上，控制排入大气的流量，以 改变气缸的运动速度。排气节流阀常带有消声器，可降低排气噪声 20dB 以上。 一般用于换向阀与气缸之间不能安装速度控制阀的场合及带阀气缸上 方向控制阀是气动系统中通过改变压缩空气的流动方向和气流通断来控制执行元件启 动、停止及运动方向的气动元件。通常使用比较多的是电磁控制换向阀（简称电磁阀）。电磁

切换以改变气流方向的阀。 根据阀芯复位的控制方式， 又可以将电磁阀分为单电控和双电控两 种。图 2­31 所示为电磁控制换向阀的实物图。 （a）单电控 （b）双电控 图 2­31  电磁控制换向阀实物图 电磁控制换向阀易于实现电－气联合控制，能实现远距离操作，在气动控制中广泛使用。 在使用双电控电磁阀时应特别注意的是， 两侧的电磁铁不能同时得电， 否则将会使电磁阀线圈 烧坏。为此，在电气控制回路上通常设有防止同时得电的联锁回路。 电磁阀按阀切换通道数目的不同可以分为二通阀、三通阀、四通阀和五通阀；同时，按 阀芯的切换工作位置数目的不同又可以分为二位阀和三位阀。 例如， 有两个通口的二位阀称为 二位二通阀；有 3 个通口的二位阀称为二位三通阀。常用的还有二位五通阀，用在推动双作用 气缸的回路中。 在工程实际应用中，为了简化控制阀的控制线路和气路的连接，优化控制系统的结构， 通常将多个电磁阀及相应的气控和电控信号接口、 消声器和汇流板等集中在一起组成控制阀的 集合体使用，将此集合体称为电磁阀岛。图 2­32 所示为气动控制中常用电磁阀岛实物图。为 了方便气动系统的调试，各电磁阀均带有手动换向和加锁功能的手控旋钮。 图 2­32  气动控制中常用电磁阀岛实物图 电磁线圈 消声器 汇流板 气管连接头 手控旋钮 电气接口

任务 2.3 传感检测技术应用

知识与能力目标 l 熟悉常用开关量传感器及其应用。 l 熟悉常用数字量传感器及其应用。 l 熟悉常用模拟量传感器及其应用。 传感检测技术是实现自动化的关键技术之一。通过传感检测技术能有地效实现各种自动 化生产设备大量运行信息的自动检测， 并按照一定的规律转换成与之相对应的有用电信号进行 输出。 自动化设备中用于实现以上传感检测功能的装置就是传感器， 它在自动化生产线等领域 中得到了广泛的应用。 传感器种类繁多，按从传感器输出电信号的类型不同，可将其划分为开关量传感器、数 字量传感器和模拟量传感器。 2.3.1 开关量传感器认知及应用 开关量传感器又称为接近开关，是一种采用非接触式检测、输出开关量的传感器。在自 动化设备中，应用较为广泛的主要有磁感应式接近开关、电容式接近开关、电感式接近开关和 光电式接近开关等。  1．磁感应式接近开关 磁感应式接近开关，简称为磁性接近开关或磁性开关，其工作方式是当有磁性物质接近 磁性开关传感器时，传感器感应动作并输出开关信号。 在自动化设备中，磁性开关主要与内部活塞（或活塞杆）上安装有磁环的各种气缸配合 使用，用于检测气缸等执行元件的两个极限位置。为了方便使用，每一磁性开关上都装有动作 指示灯。当检测到磁信号时，输出电信号，指示灯亮。同时，磁性开关内部都具有过电压保护 电路，即使磁性开关的引线极性接反，也不会使其烧坏，只是不能正常检测工作。图 2­33 所 示为磁性开关实物及电气符号图。 （a）磁性开关实物 （b）电气符号 图 2­33  磁性开关实物及电气符号图

电容式接近开关利用自身的测量头构成电容器的一个极板，被检测物体构成另一个极板， 当物体靠近接近开关时， 物体与接近开关的极距或者介电常数发生变化， 引起静电容量发生变 化，使得和测量头连接的电路状态也相应地发生变化并输出开关信号。 电容式接近开关不仅能检测金属零件，而且能检测纸张、橡胶、塑料、木材等非金属物 体，还可以检测绝缘的液体。电容式接近开关一般应用在一些尘埃多、易接触到有机溶剂及需 要较高性价比的场合中。由于检测内容的多样性，所以得到了更广泛的应用。图 2­34 所示为 电容式接近开关实物及电气符号图。 （a）电容式接近开关实物 （b）电气符号 图 2­34  电容式接近开关实物及电气符号图  3．电感式接近开关 电感式接近开关是利用涡流效应制成的开关量输出位置传感器。它由 IC 高频振荡器和放 大处理电路组成， 利用金属物体在接近时能使其内部产生电涡流， 使得接近开关振荡能力衰减、 内部电路的参数发生变化，进而控制开关的通断。由于电感式接近开关基于涡流效应工作，所 以它检测的对象必须是金属。电感式接近开关对金属与非金属的筛选性能好，工作稳定可靠， 抗干扰能力强，在现代工业检测中得到了广泛应用。图 2­35 所示为电感式接近开关的实物及 电气符号图。 （a）电感式接近开关实物 （b）电气符号 图 2­35  电感式接近开关实物及电气符号图  4．光电式接近开关 光电式接近开关是利用光电效应制成的开关量传感器，主要由光发射器和光接收器组成。 光发射器和接收器有一体式和分体式两种。 光发射器用于发射红外光或可见光； 光接收器用于

接收发射器发射的光，并将光信号转换成电信号以开关量形式输出。图 2­36 所示为各种光电 式接近开关的实物及电气符号图。 （a）常开型 （b）常闭型 图 2­36  各种光电式接近开关的实物及电气符号图 按照接收器接收光的方式不同，光电式接近开关可以分为对射式、反射式和漫反射式 3  种。这 3 种形式的光电接近开关的检测原理和方式都有所不同。 （1）对射式光电接近开关。 对射式光电接近开关的检测原理图如图 2­37 所示。对射式光电接近开关的光发射器与光 接收器分别处于相对的位置上工作， 根据光路信号的有无来判断信号是否进行了输出改变。 此 开关最常用于检测不透明物体， 对射式光电接近开关的光发射器和光接收器有一体式和分体式 两种。 （a） （b） 图 2­37  对射式光电接近开关的检测原理图

反射式光电接近开关的检测原理图如图 2­38 所示。反射式光电接近开关的光发射器与光 接收器为一体化的结构， 在其相对的位置上安置一个反射镜， 光发射器发出的光以反射镜是否 有反射光线被光接收器接收来判断有无物体。 图 2­38  反射式光电接近开关的检测原理图 （3）漫反射式光电接近开关 漫反射式光电接近开关的检测原理图如图 2­39 所示。漫反射式光电接近开关的光发射器 和光接收器集于一体， 利用光照射到被测物体上反射回来的光线而进行工作。 漫反射式光电接 近开关的可调性很好，其敏感度可通过其背后的旋钮进行调节。 图 2­39  漫反射式光电接近开关的检测原理图 光电接近开关在安装时不能安装在水、油、灰尘多的地方，应回避强光及室外太阳光等 直射的地方，注意消除背景物体的影响。光电接近开关主要用于自动包装机、自动灌装机、自 动封装机、自动或半自动装配流水线等自动化机械装置上。 2.3.2 数字量传感器认知及应用 数字量传感器是一种能把被测模拟量直接转换为数字量输出的装置，它可直接与计算机 系统连接。数字量传感器具有测量精度和分辨率高、抗干扰能力强、稳定性好、易于与计算机 接口、便于信号处理和实现自动化测量、适宜远距离传输等优点，在一些精度要求较高的场合 应用极为普遍。 工业装备上常用的数字量传感器主要有数字编码器 （在实际工程中应用最多的 是光电编码器）、数字光栅传感器和感应同步器等。

1．光电编码器 光电编码器通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的测量装 置的位置信息。图 2­40 所示为光电编码器的实物图。 图 2­40  光电编码器实物图 根据光电编码器的工作原理，可以将其分为绝对式光电编码器和增量式光电编码器两种。 绝对式光电编码器通过读取编码盘上的二进制编码信息来表示绝对位置信息，二进制位数越 多，测量精度越高，输出信号线对应越多，结构就越复杂，价格也就越高；增量式光电编码器 直接利用光电转换原理输出 A、B 和 Z 相 3 组方波脉冲信号，A、B 两组脉冲相位差 90°，从 而可方便地判断出旋转方向，Z 相为每转一个脉冲，用于基准点定位，其测量精度取决于码盘 的刻线数，但结构相对于绝对式要简单，价格便宜。 光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量利用光电转换原理 转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小、精度高、工作可靠和接口数字化等优点。它被广 泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置 和设备中。  2．数字光栅传感器 数字光栅传感器是根据标尺光栅与指示光栅之间形成的莫尔条纹制成的一种脉冲输出数 字式传感器。 它被广泛应用于数控机床等闭环系统的线位移和角位移的自动检测以及精密测量 方面，测量精度可达几微米。图 2­41 所示为数字光栅传感器的实物图。 图 2­41  数字光栅传感器实物图 数字光栅传感器具有测量精度高、分辨率高、测量范围大、动态特性好等优点，适合于 非接触式动态测量，易于实现自动控制，广泛用于数控机床和精密测量设备中。但是光栅在工 业现场使用时，对工作环境要求较高，不能承受大的冲击和振动，要求密封，以防止尘埃、油 污和铁屑等污染，故成本较高。

感应同步器是应用定尺与滑尺之间的电磁感应原理来测量直线位移或角位移的一种精密 传感器。感应同步器分为直线式和旋转式两类。前者由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量； 后者由定子和转子组成，用于角位移测量。1957 年美国的 R.W.特利普等在美国取得感应同步 器的专利，原名是位置测量变压器，感应同步器是它的商品名称，初期用于雷达天线的定位和 自动跟踪、导弹的导向等。在机械制造中，感应同步器常用于数字控制机床、加工中心等的定 位反馈系统中和坐标测量机、镗床等的测量数字显示系统中。它对环境条件要求较低，能在有 少量粉尘、 油雾的环境下正常工作。 由于感应同步器是一种多极感应元件， 对误差起补偿作用， 所以具有很高的精度。图 2­42 所示为直线式感应同步器的结构，图 2­43 所示为旋转式感应同 步器的结构。 图 2­42  直线式感应同步器的结构 图 2­43  旋转式感应同步器的结构

感应同步器具有对环境温度和湿度变化要求低、测量精度高、抗干扰能力强、使用寿命 长和便于成批生产等优点， 在各领域应用极为广泛。 直线式感应同步器已经广泛应用于大型精 密坐标镗床、坐标铣床及其他数控机床的定位、数控和数显等；圆盘式感应同步器常用于雷达 天线定位跟踪、导弹制导、精密机床或测量仪器设备的分度装置等领域。 2.3.3 模拟量传感器认知及应用 模拟量传感器是将被测量的非电学量转化为模拟量电信号的传感器。它检测在一定范围内 变化的连续数值，发出的是连续信号，用电压、电流、电阻等表示被测参数的大小。在工程应 用中，模拟量传感器主要用于生产系统中位移、温度、压力、流量及液位等常见模拟量的检测。 在工业生产实践中，为了保证模拟信号检测的精度和提高抗干扰能力，便于与后续处理 器进行自动化系统集成，所使用的各种模拟量传感器一般都配有专门的信号转换与处理电路， 将两者组合在一起使用， 把检测到的模拟量变换成标准的电信号输出， 这种检测装置称为变送 器。图 2­44 所示为各种变送器的实物图。 （a）压力变送器 （b）温度变送器 （c）液位变送器 （d）差压变送器 图 2­44  各种变送器实物图 变送器所输出的标准信号有标准电压和标准电流。 电压型变送器的输出电压为­5V～+5V、  0～5V、0～10V 等，电流型变送器的输出电流为 0～20mA 和 4～20mA 等。由于电流信号抗 干扰能力强，便于远距离传输，所以各种电流型变送器得到了广泛应用。变送器的种类很多， 用在工业自动化系统上的变送器主要有温/湿度变送器、压力变送器、液位变送器、电流变送 器和电压变送器等。

任务 2.4 电动机驱动技术应用

知识与能力目标 l 熟悉直流电动机及其应用。 l 熟悉交流电动机及其应用。 l 了解步进电动机及其应用。 l 了解伺服电动机及其应用。

直流电动机是利用定子和转子之间的电磁相互作用将输入的直流电能转换成机械能输出 的电动机， 因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。 直流电动机按励磁方式分为永 磁、他励和自励 3 类，其中自励又分为并励、串励和复励 3 种。  1．他励直流电动机 他励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电， 因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响，接线如图 2­45（a）所示。图中 M 表示电动 机，若为发电动机，则用 G 表示。永磁直流电动机也可看做他励直流电动机。  2．并励直流电动机 并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，并励绕组两端电压就是电枢两端电压， 但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过它的励磁电流较 小，接线如图  2­45（b）所示。作为并励发电动机来说，是电动机本身发出来的端电压为励 磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流 电动机相同。  3．串励直流电动机 串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后再接于直流电源。由于励磁绕组是和电枢 串联的， 所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。 为了使励磁绕组中不致引 起大的损耗和电压降， 励磁绕组的电阻越小越好， 所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成， 它的匝数较少，接线如图 2­45（c）所示。这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。  4．复励直流电动机 复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组，接线如图  2­45（d）所示。若串励绕组产 生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同则称为积复励；若两个磁通势方向相反，则称 为差复励。 （a）他励 （b）并励 （c）串励 （d）复励 图 2­45  直流电动机的励磁方式 不同励磁方式的直流电动机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是并 励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和复励式。 直流电动机具有以下特点： （1）调速性能好。所谓“调速性能” ，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人 为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下实现均匀、平滑的无级调速，而且调

速范围较宽。 （2）启动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下启动或要求 均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机 拖动。 在实际工程中依据应用的需要，很多直流电动机带有减速机构，将转速降到需要的速度 并提高转矩输出。图 2­46 所示为各种直流电动机的实物图。 图 2­46  各种直流电动机实物图 应用中直流电动机有  3  种调速方法，即调节励磁电流、调节电枢端电压和调节串入电枢 回路的电阻。调节电枢回路串联电阻的办法比较简便，但能耗较大。直流电动机的转向控制可 采用改变电枢电压极性或励磁电压极性来实现， 但两者不能同时改变， 否则直流电动机运转方 向不变。 直流电动机一般常用于低电压要求的电路中。例如电动自行车、计算机风扇、收录机电 动机等就是采用直流电动机作为动力的。 直流电动机由于具有良好的调速性能、 较大的启动转 矩和过载能力， 在许多工业部门， 特别是在启动和调速要求较高的生产机械中得到了广泛的应 用。例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车以及电缆设备要求严格线速度 一致的地方等很多都采用直流电动机作为原动机来拖动机械工作。 2.4.2 交流电动机认知及应用 交流电动机是利用定子和转子之间的电磁相互作用将输入的交流电能转换成机械能输出 的电动机。 交流电动机根据转子转速与旋转磁场之间的关系又可以分为异步电动机和同步电动 机。同时，根据电动机正常运行通电的相数又可以分为单相交流电动机和三相交流电动机。同 样，很多交流电动机也带有减速机构，将转速降到需要的速度并提高转矩输出。图 2­47 所示 为各种交流电动机的实物图。

图 2­47  各种交流电动机实物图 由于三相异步电动机具有良好的工作性能和较高的性价比，所以在工农业生产中得到极 为普遍的应用。在实际应用中，三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和改变转差 率调速 3 种。由于变频调速的调速性能优越，具有能平滑调速、调速范围广及效率高等诸多优 点，所以随着变频器性价比的提高和应用的推广，越来越成为最有效的调速方式。对三相异步 电动机运转方向的改变，只需通过改变交流电动机供电电源的相序即可。当然，如果采用变频 器驱动电动机，其转速和转向就均可通过变频器来实现。 交流电动机的工作效率较高，没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一 系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面均 得到广泛应用。特别是中小型轧钢设备、矿山机械、机床、起重运输机械、鼓风机、水泵及农 副产品加工机械等领域，大部分都采用三相异步电动机来拖动机械工作。 2.4.3 步进电动机认知及应用 步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信 号时，它就驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度（即步距角），故又称脉冲电动 机。 根据步进电动机的工作原理， 步进电动机工作时需要满足一定相序的较大电流的脉冲信号， 生产装备中使用的步进电动机都配备有专门的步进电动机驱动装置来直接控制与驱动步进电 动机的运转工作。 步进电动机分为机电式、磁电式、直线式 3 种基本类型。  1．机电式步进电动机 机电式步进电动机由铁芯、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时将产生磁力，推 动其铁芯芯子运动， 通过齿轮机构使输出轴转动一定角度， 通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在 新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一定角度，依次进行步进运动。  2．磁电式步进电动机 磁电式步进电动机主要有永磁式、反应式和永磁感应子式 3 种形式。 （1）永磁式步进电动机由四相绕组组成。A 相绕组通电时，转子磁钢将转向该相绕组所 确定的磁场方向；A 相断电、B 相绕组通电时，就产生一个新的磁场方向，这时转子就转动一 定角度而位于新的磁场方向上， 被激励相的顺序决定了转子运动方向。 永磁式步进电动机消耗 功率较小，步矩角较大。缺点是启动频率和运行频率较低。 （2）反应式步进电动机在定转子铁芯的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利 用这两种齿槽相对位置的变化引起磁路磁阻的变化产生转矩。这种步进电动机步矩角可做到

1°～15°，甚至更小，精度容易保证，启动和运行频率较高，但功耗较大，效率较低。 （3）永磁感应子式步进电动机又称混合式步进电动机，是永磁式步进电动机和反应式步 进电动机两者的结合，兼有两者的优点。  3．直线式步进电动机 直线式步进电动机由静止部分（称为反应板）和移动部分（称动子）组成。反应板由软 磁材料制成，在它上面均匀地开有齿和槽。电机的动子由永久磁铁和两个带线圈的磁极  A  和  B 组成。动子由气垫支承，以消除在移动时的机械摩擦，使电机运行平稳并提高定位精度。这 种电机的最高移动速度可达 1.5m/s，加速度可达 2g，定位精度可达 20 多微米。由两台直线式 步进电动机相互垂直组装就构成平面电动机。 给 x 方向和 y 方向两台电机以不同组合的控制电 流， 就可以使电机在平面内做任意几何轨迹的运动。 大型自动绘图机就是把计算机和平面电动 机组合在一起的新型设备。 平面电动机也可用于激光剪裁系统， 其控制精度和分辨率可达几十 微米。 步进电机的优点是没有累积误差、结构简单、使用维修方便、制造成本低、步进电动机 带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低、发 热大，有时会“失步” 。 图 2­48 所示为各种步进电动机及驱动装置的实物图。 图 2­48  各种步进电动机及驱动装置实物图 步进电动机受脉冲的控制，其转子的角位移量和转速与输入脉冲的数量和脉冲频率成正 比，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，以达到准确定位的目的。同时，也可以通过控制 脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。 步进电动机的运行特性还 与其线圈绕组的相数和通电运行的方式有关。 步进电动机的运行特性不仅与步进电动机本身和负载有关，而且与配套使用的驱动装置 也有着十分密切的关系。 步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、 脉冲分配器及脉冲放大器 组成， 由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。 步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源 间的良好配合。 目前使用的绝大部分步进电动机驱动装置都采用硬件环形脉冲分配器，与功率放大器集 成在一起共同构成步进电动机的驱动装置， 可实现脉冲分配和功率放大两个功能。 步进电动机 驱动装置上还设置有多种功能选择开关， 用于实现具体工程应用项目中驱动器步距角的细分选 择和驱动电流大小的设置。 在实际应用中，首先按照步进电动机和驱动器装置具体对应的电气接口关系连接好硬件 线路； 然后根据需要设置好驱动器装置上步距角细分选择与电流设置开关； 接着控制器只需要

机工作。 步进电动机具有以下特点： （1）过载性好。其转速不受负载大小的影响，不像普通电机当负载加大时就会出现速度 下降的情况，步进电机使用时对速度和位置都有严格的要求。 （2）控制方便。步进电动机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显。 （3）整机结构简单。传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电 动机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。 步进电动机具有结构简单、价格便宜、精度较高、使用方便等优点，在计算机的数字开 环控制系统中应用广泛，如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛 地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表 等之中， 另外在工业自动化生产线、 印刷设备等中亦有应用。 虽然步进电动机也有一些弱点 （一 是用得不好有可能失步， 二是控制精度相对较低， 而且运动中无法确定运动部件的准确位置）， 但一般来说，均可满足对工作精度要求不高的应用领域的需要。 2.4.4 伺服电动机认知及应用 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中用作执行元件，即把所接收到的电信号 转换成电动机轴上的角位移或角速度输出， 改变输入电压的大小和方向就可以改变转轴的转速 和转向。伺服电动机在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号 消失时，转子能即时自行停转。 伺服电动机可以分为直流和交流两种。表 2­7 列出了两种伺服电动机的主要优缺点及应用。 表 2­7  两种伺服电动机的比较 类型 优点 缺点 应用 直流伺服 电动机 精确的速度控制，转矩速度特性很硬，原 理简单、使用方便，有价格优势 电刷换向、速度 限制、附加阻力、 产 生 磨 损 微 粒 （对于无尘室） 直流伺服电动机的特性较交 流伺服电动机硬。 通常应用于 功率稍大的系统中， 如随动系 统中的位置控制等 交流伺服 电动机 良好的速度控制特性，可实现平滑控制， 几乎无振荡；高效率，90%以上，不发热； 高速控制；高精确位置控制；额定运行区 域内实现恒力矩；低噪音；没有电刷的磨 损，免维护；不产生磨损颗粒、没有火花， 适用于无尘间、易暴环境，惯量低 控制较复杂，驱 动器参数需要现 场调整  PID  参数 整定，需要更多 的连线。 交流伺服电动机的输出功率 一般为  0.1～100  W，电源频 率分  50Hz、400Hz 等多种。 应用广泛， 如用在各种自动控 制、自动记录等系统中  20 世纪 80 年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁 交流伺服驱动技术有了突出的发展， 各国著名电气厂商相继推出了各自的交流伺服电动机和伺 服驱动器系列产品， 并在不断地完善和更新， 交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要 发展方向。图 2­49 所示为各种伺服电动机及驱动器的实物图。

图 2­49  各种伺服电动机及驱动器实物图 交流伺服电动机也是无刷电动机，分为同步电动机和异步电动机，目前运动控制中一般 都用同步电动机，它的功率范围大，可以做到很大的功率，大惯量，最高转动速度低（且随着 功率增大而快速降低），适合应用于低速平稳运行的领域。 永磁同步交流伺服驱动器主要由伺服控制单元、功率驱动单元、通信接口单元、伺服电 动机及相应的反馈检测器件组成。伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控 制器等， 能实现多种控制运行方式。 交流伺服电动机的转动精度取决于电动机自带编码器的精 度（线数）。永磁同步交流伺服驱动器集先进的控制技术和控制策略于一体，使其非常适用于 高精度、高性能要求的伺服驱动领域，并体现出强大的智能化、柔性化，是传统的驱动系统所 不可比拟的。 当前，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型的交流伺服电动机，控制驱动器多采用 快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家有德国的西门子、美国的科尔摩根和日 本的松下及安川等公司。 交流伺服电动机具有控制精度高、矩频特性好、运行性能优良、响应速度快和过载能力 较强等优点， 在一些要求较高的自动化生产装备领域中应用比较普遍。 但由于伺服电动机成本 都比较高，所以在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适 当的控制电动机。