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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械傳動的基本原理，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞： 液壓傳動；機械驅動；應用研究
中圖分類號：TU60 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）0410096-02
液壓傳動技術作為工業中常用的一種技術，采用液壓完成能量傳遞過程，具有更高的靈活性和便捷性，因此受到廣泛重視。液壓傳動主要以受壓流體為主要傳動介質，通過系統回路有機組合，實現機械自動控制。帕斯卡原理是液壓傳動技術的最基本原理，主要是指為了保持一個平衡系統液體的靜止，在小活塞上施加較小的力，在大活塞上施加較大的力。反過來講，我們可以通過這個系統實現一個較小的力向較大的力轉變的一個過程。常用的液壓千斤頂就是利用這個原理制作而成。液壓傳動技術的應用性很強，未來發展前景樂觀。未來的液壓傳動系統將會和計算機控制技術結合起來，更好的服務于工業生產。
1 液壓傳動技術概述
1.1 液壓傳動技術的基本原理
利用有壓力的油液作為工作介質，在密閉容器內完成能量轉換和動力傳遞過程，這是液壓傳動技術的基本原理。油液被稱作工作介質，一般是礦物油，其作用基本相當于機械傳動里面皮帶、齒輪、鏈條等傳動元件。帕斯卡原理是液壓傳動的根本依據，其形象原理如圖1。指在一個密閉容器內，向液體施加一個力，會通過液體向各個方向把這個力傳遞出去，我們一般都是利用帕斯卡原理達到舉起重物的目的。液壓傳動系統通過兩次能量傳遞，先把機械能轉換為液壓能，然后把液壓能轉換為機械能，對外輸出工。如下圖2。液壓傳動技術廣泛應用于推土機、起重機、注塑機、機床等工業生產過程的各個方面。
1.2 液壓傳動系統的組成
一個完整的液壓傳動系統包含五個部分，分別是動力裝置、執行裝置、控制裝置、輔助裝置以及工作介質。它們的作用各不相同，下面一一介紹。動力裝置主要是指液壓泵，它可以把原動機的機械能轉換成為液壓能，而且可以保證液壓能的滿荷。執行裝置顧名思義就是輸出機械能的裝置，它主要把上一個環節得到的液壓能再轉換成機械能。它包含兩種類型，一種是輸出推力與位移的直線型液壓缸，另一種是輸出轉矩與轉速的回轉型液壓馬達。控制裝置可以用來控制液壓傳動系統中的工作介質流量、壓力、方向等，主要有控制閥、壓力控制閥、流量控制閥等幾種類型。輔助裝置就是能夠使液壓傳動系統正常工作的其它配套元件，比如管子、附件、交換器、濾油器、郵箱等，它一般能夠提供凈化、輸送、冷卻等效用。最后就是液壓傳動系統的工作介質，一般采用礦物基液壓油，能夠給系統提供傳遞能量、冷卻、、凈化液壓系統等功效。機器若想正常工作，必須保證液壓油的清潔。一般說來，液壓傳動系統75%的故障都是因為液壓油受到污染引起的，所以保證液壓傳動系統液壓油的清潔是十分重要的事情。
2 液壓傳動系統在機械驅動中的應用
液壓傳動技術可以應用在許多方面，比如在裝卸堆垛裝置中，液壓傳動系統保證了其對貨物進行自動化作業的穩定和高效可靠，還有在萬能外圓磨床中，液壓傳動系統能夠滿足外圓磨床磨削過程對于精度和可靠性的要求。在現代自動化機械工業生產中，液壓傳動系統以其大功率、低速度、平穩等優異特性受到廣泛好評。下面主要就液壓傳動技術在機械驅動系統中的應用進行詳細闡述。
驅動系統作為機械生產裝置中的重要組成部分，不僅需要比工作系統傳輸更大功率，還有保證足夠高的效率和使用年限。特別是變速、差速、換向、反轉等方面需要更好地能力。
2.1 純粹液壓傳動方式
液壓傳動技術對于運動參數及動力參數比較容易實現精確控制，其低速負載特性也更加突出，因而相對于純機械傳動，液壓傳動技術幾乎在所有的自動化工業生產中都能夠很好地使用，正逐漸成為主流傳動控制方式。液壓傳動技術可以把動力裝置、控制調節裝置、執行裝置等個系統組成部件合理的分置在不同位置，這種布局方式能夠與自動化生產的具體要求很好地匹配。液壓傳動技術的另一個優點就是無極調速，這就能夠保證傳動系統總是工作在最佳狀態，在很寬的輸出轉速范圍之內保持很高的工作效率，同時還可以較好的適應不同作業載荷。機械驅動過程比較頻繁的啟動變速等操作一直是機械傳動的弱點，而使用液壓傳動就不存在這一問題。一般來說，閉式回路比開式回路具有更高的難度。
2.2 復合傳動技術的應用
這里的復合傳動技術一般是指機電液一體化技術。首先通過電氣控制液壓，然后通過液壓傳動系統控制機械，最后機械在運行過程中再通過電氣把需要的信息反饋回來，反饋回來的信息通過執行元件再次控制液壓，形成一個閉環多類型傳動控制系統，這就是機電液一體化的具體內容。其不僅智能化程度高，而且自動化程度高。一般把電子技術與液壓技術結合起來，從而實現對液壓系統的調節控制。隨著傳感器的使用日益增多，液壓元件的使用范圍也得到了擴展。傳感器實時監測設備運行情況，通過計算機進行分析和調節，最后液壓系統進行修正，使得整個系統經濟性和動力性達到最佳。
電子神經加上液壓肌肉的機械驅動行業模式正受到越來越的關注，它主要利用了電子技術信號處理的優勢以及液壓傳動在機械行為方面的突出能力。例如由變頻調速電機和高效、低脈動定量液壓泵組成的可變流量液壓油源就是功率流復合傳輸成功的一個案例。還有電動泵——液壓缸或低速大扭矩馬達組裝成的電動液壓執行單元也是這方面的成功案例。
關鍵詞：接觸器型；雙電源轉換裝置；應用；問題分析
中圖分類號： 231+.2 文獻標識碼： A
雙電源轉換裝置應用在正常電源與備用電源的交匯處，作為地鐵通信、信號、自動售檢票系統等一級負荷低壓供電系統中的核心部分，是保證在供電系統發生單電源供電故障時地鐵一級負荷可持續使用的重要組成部分，為保障供電可靠性發揮著重要作用。
1 接觸器型雙電源轉換裝置在地鐵中的應用
我國雙電源轉換開關的研制和生產在上世紀八十年代初還是空白，國內許多需要雙電源切換的場所采用普通接觸器作為投切電器或采用手動雙投刀開關、兩只塑殼開關及斷路器聯合使用達到雙電源轉換這一目的，這也就是接觸器型雙電源轉換裝置。
最初雙電源轉換裝置是用于鐵路系統中通信、信號等一級負荷的供電回路中，用于防止電源側出現故障時造成的行車影響以及經濟損失。隨著近年來全國各大城市地鐵及輕軌公共交通的迅猛發展，雙電源轉換裝置也使用的愈加廣泛。目前地鐵中使用雙電源轉換裝置的一級負荷有：通信系統、信號系統、車站電梯系統、變電站SCADA監控系統、消防系統、車站風機系統、車站應急照明系統等。以上設備系統為目前地鐵行業中普遍公認的一級負荷，主要保證地鐵行車安全、設備安全及車站乘客人身安全的負荷系統，是地鐵能夠正常、安全、可靠運行的重要保障。
2 接觸器型雙電源轉換裝置原理
地鐵低壓系統供電原理如圖1所示，由車站變電所內的中壓環網的兩段母線中各引出一路經動力變壓器降壓變為400V電壓，然后經過低壓系統兩進線斷路器為低壓系統母線供電，車站一、二級負荷經低壓系統抽屜開關直接接入低壓系統母線上，而站用三級負荷是經低壓系統抽屜開關直接接入低壓系統三級負荷母線上，再由三級負荷總開關接入低壓系統兩段母線上。低壓系統兩段母線上設置母聯斷路器，用于進線故障時由一段母線同時為車站一二級負荷供電。
圖1 地鐵低壓系統供電原理
地鐵一級負荷雙電源箱是分別從低壓系統兩段母線上各引入一路電源，經過雙電源轉換裝置切換后為負荷進行供電，雙電源轉換裝置的基本原理如圖2所示。
圖2 雙電源轉換裝置的基本原理
接觸器型雙電源裝置主要由控制部分和觸頭部分共同構成，控制部分主要包括繼電器、限位開關、電磁鐵，機械傳動連接桿，觸頭部分主要包括觸頭、滅弧罩、主備進線接線端子及負載出線接線端子等。
接觸器型雙電源轉換裝置的控制電源分別引自主電及備電的A相和箱內零線排，當雙電源轉換裝置處于備電供電位置時，K1觸點閉合，此時若主電控制電源有電，KS線圈得電，KS常開觸點1,2閉合，控制電源經KS1、2觸點過限位開關K1至整流模塊，整流模塊將交流220V變為直流48V為電磁鐵提供電源，電磁鐵吸合帶動機械連接桿動作，觸頭動作后K1斷開K2閉合，但此時KS常閉觸點3、4處于斷開狀態，電磁鐵失電，觸頭部分動觸頭由備電靜觸頭轉換至主電靜觸頭，由主電為負載供電，完成切換；若主電斷電，KS常閉觸點3、4閉合，控制電源經KS3、4觸點過限位開關K2至整流模塊，電磁鐵吸合帶動機械連接桿動作，觸頭動作后K2斷開K1閉合，但此時KS常開觸點1、2處于斷開狀態，電磁鐵失電，觸頭部分動觸頭由主電靜觸頭轉換至備電靜觸頭，由備電為負載供電，完成切換。接觸器型雙電源轉換裝置控制部分原理圖如圖3所示，正常情況下下口負載始終由主電進行供電。
圖3 接觸器型雙電源轉換裝置控制部分原理圖
3 接觸器型雙電源切換裝置在應用中的問題及處理措施
3.1繼電器線圈燒毀
故障現象：主電與備電均有電，但轉換裝置始終處于備電運行位置，無法恢復正常主電供電方式。
查找方法：查看繼電器線圈是否有燒糊或燒融痕跡，繼電器是否有異味；為主電控制電源端子施加220V交流電源，使用萬用表測量繼電器常閉觸點接線端子處是否有電壓，若無電壓說明繼電器線圈損壞，無法實現功能。
處理方法：更換線圈并在線圈電源接點處重新焊接，或更換繼電器。
3.2繼電器觸點接觸電阻過大或觸點粘連
故障現象：雙電源轉換裝置不能正常切換或切換操作可靠性降低。
查找方法：對于接觸電阻過大的情況，為控制電源端子施加220V交流電源檢查繼電器是否有異響，測量常開或常閉觸點接線端子處電壓是否穩定；對于觸點粘連的情況，將繼電器拆除，并使用萬用表測量繼電器觸點的導通性，并與繼電器外殼觸點分布圖對應，查找粘連觸點。
處理方式：對于接觸電阻過大或觸點粘連情況，對繼電器觸點進行清潔、打磨，并測量觸點的接觸電阻，符合使用標準后進行回裝，或更換繼電器。
3.3限位開關故障
故障現象：雙電源轉換裝置不能切換或頻繁自動切換。
故障查找方法：觀察限位開關壓接觸點是否卡滯，觸碰壓接觸點是否能夠正常閉合及彈起，使用萬用表檢測限位開關的導通狀態，判定限位開關的故障狀態。
故障處理方法：更換限位開關或更換限位開關內彈簧。
3.4機械傳動結構卡滯
故障現象：雙電源轉換裝置不能自動切換且手動不能切換，切換裝置停滯在中間位。
故障查找方法：查看機械結構部分是否有生銹現象。
故障處理方法：對生銹部分進行清潔打磨，對傳動軸部分進行涂油保證動作可靠性。
3.5雙電源切換裝置反送電
故障現象：主備進線任意一路斷電后，在斷電的進線空開處仍能檢測到電壓。
故障查找方法：用萬用表檢查進線空開上口處各進線相電壓，觀察是否有進線電源錯接現象，拆除轉換裝置觸頭部分，拆開滅弧罩觀察動靜觸頭，是否存在動觸頭驅動連接片脫落并與靜觸頭搭接現象。
故障處理方法：將主備進線梳理清晰后重新接入進線空開上口，將觸頭部分更換或修復驅動連接片。
4 結語
接觸器型雙電源轉換裝置是通過接觸器、電磁鐵與機械傳動搭接而形成，通過日常實際中的應用發現接觸器型雙電源轉換裝置雖然存在觸點粘連、線圈損壞、等現象，但其結構簡單、成本低、機械傳動可靠等優點仍是目前大多數地鐵線路的首選。
參考文獻：
苑舜,王承玉等.配電網自動化開關設備［M］．北京:中國電力出版社.2007.
關鍵詞:機械設計基礎;課程體系;課程教學
《機械設計基礎》是新疆交通職業技術學院汽車制造與裝配技術專業的一門介于基礎課和專業課之間的重要的設計性技術基礎課程,通過本課程的學習,可為學生學習后續專業課程提供必要的基礎知識;為學生將來從事產品設計、開發提供必要的理論基礎;為將來從事工藝、運行、管理工作時,能對所使用機械傳動原理有正確的了解,獲得對設備正確使用、維護和故障分析的能力;使學生具有運用標準、規范、手冊和圖冊查閱有關技術資料及編寫說明書的能力。《機械設計基礎》是理論知識和實踐知識綜合運用的課程,在整個課程體系中從理論性課程過渡到結合工程實際的設計課程,起到橋梁作用。該課程體系目前仍延續過去的模式,新體系尚處于探索之中。為了突出高職高專的教學特點,提高教學質量,本文就該課程在課程體系、教學內容、教學方法和教學手段、實踐環節等方面的問題,提出一些探討意見。
一、《機械設計基礎》傳統教學模式存在的突出問題
(一)教學方法單一落后
《機械設計基礎》是機械原理和機械零件的綜合,主要討論機械設計的常用方法和一般過程。傳統教學方法,授課內容多,而實際教學課時安排不足;講述原理多,結合實際偏少;縱向論述多,橫向比較較少;講述常規原理多,介紹行業最新技術成果不夠;課堂講授多,課堂課外討論少。實踐教學,仍以勞動性操作為主,對學生獨立獲取知識能力和自主學習、創新思維能力培養不夠。教學手段也不盡如人意,課堂教學仍沿襲粉筆板書、掛圖和簡單的教具,很難取得好的教學效果。
(二)課程沒有針對專業要求合理設置
《機械設計基礎》課的知識點非常豐富、繁雜,如不精心組織、把握重點,全部灌輸給學生,將適得其反。因此,教學前,教師要對所教的內容加以精選與提煉,把握教學重點,豐富教學內容,以激發學生的學習興趣。例如,在組織齒輪傳動教學時,并不是把教材上所有內容都教給學生,而是根據高職學生的特點和各專業不同的要求,選擇不同的側重點進行教學。工程機械運用與維護專業的學生,就業崗位是銷售及維修,因而對他們的教學注重的是應用方面,如齒輪傳動的原理、分類、特點、失效形式、齒輪參數的測量及齒輪傳動的、密封等;而對于機電一體化專業和汽車制造與裝配技術專業的學生,就業崗位主要是機械加工操作、機械加工工藝編制及機床設備的維護等工作,因而對他們的教學重點,除了齒輪傳動的原理、分類、特點、失效形式、齒輪參數的測量及齒輪傳動的、密封外,還要把齒輪的切齒原理作為重點,同時應了解變位齒輪的基本概念。只有針對不同專業組織教學內容,才能有的放矢,取得好的教學效果。
(三)實驗教學比重偏低,學生動手能力的培養欠缺
實驗及實踐教學是幫助高職學生理解課堂理論教學內容的必要手段,也是提高他們動手能力的重要途徑。傳統的實驗課在實驗室中進行,由于實驗器材陳舊、缺少,不能保證每位學生的動手操作機會,為此,可將實驗與生產實踐結合起來。在課余時間可至校辦工廠和校外實習基地進行有關實踐,如參與維修設備、加工簡單的零件等。
二、《機械設計基礎》課程體系的設計
(一)改革內容
1.改革思路
本課程組以企業需求為基本依據,按照生產一線實際需要,結合高職教育的特點,強調基本知識,注重實際應用,從機械的組成及特性出發,形成工程力學――材料及熱處理――公差與配合――常用機構――聯接――機械傳動――支承零部件――機械系統設計綜述這一新課程體系。該體系將以往的理論力學、材料力學、公差與配合、機械原理和機械零件幾門單列的技術基礎課程有機地融為一體,理論分析以適度夠用為限,突出了針對性和實用性。
2.整合教學內容
在教學內容整合上,刪除繁瑣的公式推導、理論證明,注重如何運用這些公式、定理、方法等來解決實際設計問題。例如將齒輪、軸、滾動軸承等工程實踐性很強、并對工程設計與應用能力有很大幫助的章節作為教學重點內容;將與磨損、螺紋連接、彈簧等章節安排作為學生自學的內容,通過答疑的方式對學生進行輔導;將教材中介紹很簡略,但與生產第一線聯系很緊密的一些工程知識比如軸承的安裝、拆卸、、組合設計以及失效形式、齒輪加工、蝸輪蝸桿加工等知識內容進行補充。
3.結合專業培養目標取舍教學內容
由于各專業的培養目標不同,所安排的課程和教學要求也不同。因此《機械設計基礎》課應根據工程機械運用與維護專業、機電一體化專業和汽車制造與裝配技術專業課的學習要求,對各專業畢業生就業崗位的要求選取適合的教學內容,使學生能把有限的時間和精力花在學習掌握有用的知識上。
4.增加創新設計內容
《機械設計基礎》課程需適應現代科技發展的要求,牢牢把握住本學科的發展脈絡,及時補充新型機構、傳動零件知識,介紹新的設計理論、方法、技術、計算機輔助設計等內容,以拓寬視野,培養創新設計的思路和方法。在課程設計實訓中加強對學生在課程中應用計算機CAD/CAM主流軟件(如MATLAB、AutocAD、UG和Pr∥Engineer)的工程實訓。專周設計實訓的課題主要包括從動件、軸、滾動軸承和聯接件等的設計計算、三維造型裝配、二維工程圖和設計說明書等內容,使學生能夠綜合運用多門專業課程的知識和技能,在計算機輔助下完成,提高了專業素質和工程應用能力。
5.通過設計培養學生的自學能力和獨立工作能力
《機械設計基礎》教學中常用機構的設計、通用零件的選擇和設計是教學中的重要內容。在教學中可以通過設計作業,如“凸輪機構設計”、“齒輪機構設計”及“軸系部件設計”等,使學生對常用機構和通用零件設計獲得必要的工程實戰訓練,培養學生嚴謹的學習態度。“機械零件課程設計”是《機械設計基礎》課程教學的重要環節。課程設計要讓學生一方面加深對已學知識的掌握,培養自身綜合運用所學知識和技能獨立、靈活地分析問題和解決問題的能力,另一方面,課程設計也要讓學生掌握使用工具書的方法和使用技術資料的技能,培養自身的設計能力和獨立工作能力。此外,課程設計還要有利于學生形成良好讀書習慣和自學能力,以滿足自身的終身教育的需要。
(二)課程體系設計思路
1.整體教學設計
按照典型減速器設計的流程所必須的知識和能力結構,歸納《機械設計基礎》課程學習領域的主要工作任務,選擇一級直齒圓柱齒輪減速器設計作為載體,構建主體學習單元(學習情境),按照資訊、決策、計劃、實施、檢查與評估六步法,工學交替、任務驅動、項目導向,將真實生產過程和產品融入教學全過程,設計學習情境。并根據行業、企業標準建立《機械設計基礎》課程教學體系,選定合適的載體,設計教學單元,完成教學設計。
本課程遵循學生職業能力培養的基本規律,以真實工作任務及其工作過程為依據整合、序化教學內容,設計了4個學習主情境,分別以減速器機械聯結的設計、減速器機械傳動的設計、減速器軸系的設計和減速器的與密封為載體。4個學習情境包含17個學習性工作任務,把理論學習和實踐訓練貫穿其中。
2.單元教學設計
學習情境1:減速器機械聯結的設計通過螺紋聯結、鍵聯接、銷聯結的設計計算,讓學生熟悉機械零件的受力分析,熟悉桿件拉壓變形、剪切變形、擠壓變形的強度計算,熟悉螺紋聯結、鍵聯接、銷聯結的選用方法和工作原理,并掌握相應聯結的設計與安裝方法和工藝要求。
學習情境2:減速器機械傳動的設計通過圓柱齒輪的設計計算,讓學生熟悉齒輪失效形式、材料選擇、熱處理方法、各類齒輪受力分析和設計準則,并掌握相應的齒輪的選用方法。通過帶傳動的設計計算,讓學生熟悉帶傳動的組成、工作原理、特點、類型和應用;V帶傳動;V帶輪的常用材料和結構;帶傳動的安裝、張緊和維護;了解同步齒形帶傳動簡介。
學習情境3:減速器軸系的設計計算通過減速器軸的設計計算,讓學生熟悉軸的材料及選擇;軸的結構設計;軸強度的粗略計算;按扭轉強度計算;按彎扭合成強度計算。通過減速器軸承的設計選擇,讓學生熟悉軸承功用、類型;滑動軸承類型、結構;軸瓦的結構及材料;液體與非液體摩擦軸承簡介;滾動軸承類型、特點、精度及代號;滾動軸承失效形式;滾動軸承組合設計。通過減速器輸出端的聯軸器的設計選擇,讓學生熟悉聯軸器的功用,類型、結構、特點和選擇;離合器主要類型及其結構。
學習情境4:減速器的與密封通過減速器的與密封的設計,了解機械中有關與密封的基本知識。
減速器專用周:通過對減速器整體的設計,讓學生掌握整個機械設計過程。教、學、做有機融合,把理論學習和實踐訓練貫穿其中。
三、教學方法和教學手段的改革
(一)啟發引導式
機械設計基礎是一門理論性和實踐性很強的課程,我們在講授理論知識的同時非常重視聯系工程實際,重結論,重應用。例如在講述摩擦的自鎖概念時,列舉大量常見的實例,啟發學生去思考,并同時從反面提出問題,請學生回答并解釋,以此來培養和提高學生獨立思考的能力。
(二)多種教學方法進行組合
采用理論教學、多媒體教學、現場教學、實驗教學、課堂討論、做學合一及綜合能力訓練等教學手段相結合,常用機構講解改變過去羅列式的教法,從創新的角度用大量的應用實例讓學生對生產和生活中的機械裝置有更廣泛的了解,開闊眼界,學以致用。
《機械設計基礎》課程實驗是高職學生職業技能培養的重要環節,學生通過實驗,可直接接觸到生產一線的技術問題和操作技能問題。因此,該課程實驗具有很強的針對性。如通過漸開線直齒圓柱齒輪參數測定實驗和減速器的結構分析和裝配實驗等,使學生學習和掌握具體的測試技術,測量方法,從而接觸和熟悉測量工具與設備。
采用課堂討論方法調動學生的主觀能動性,教與學融為一體,使學生成為課堂的主體。例如在講授軸的設計時,先給出各種軸的結構,由學生從加工、裝配、承載上討論分析軸的特點,給出條件然后組織學生討論,在教師的引導下,得出正確、合理的結論。使學生真正參與到教學中來,課堂氣氛活躍,教學效果明顯。
《機械設計基礎》是與工程實際聯系緊密的課程,在教學過程中應特別注重理論聯系實際。例如,在講解機構時,列舉了實際機器(汽車、內燃機等)和日常生活中(客車上的折疊椅、縫紉機的踏板機構等)的應用實例,又特別介紹了與專業有關的金屬切削機床(車床、銑床、牛頭刨床等)應用實例,因而增強了基礎課與專業課之間的聯系。
(三)利用現代教學手段,激發學生學習興趣
將多媒體教學手段引進課堂教學。在遵循教學基本規律和學生認識規律的基礎上,恰當地制作CAI課件可以將傳統教學手段難以表現的內容、教材中的重點和難點表達清楚。
利用生產現場拍攝的錄像,再現范成法加工齒輪的過程及根切現象;利用多媒體動畫片展現帶傳動中的彈性滑動現象、展現四桿機構的演化、展現各種間歇運動機構的原理、展示行星輪系與差動輪系的區別、齒輪的失效機理等等。通過多媒體課件直觀而形象的展示出來。
如在齒輪一章授課過程中,學生對漸開線的形成等內容的理解較困難,若利用相關軟件,編制并演示漸開線的形成過程,然后對漸開線上各點進行齒形角和受力分析,學生很快就理解了什么是漸開線,為什么通常采用基圓附近的一段漸開線作為齒廓。同樣通過兩齒廓的嚙合、嚙合線和嚙合角的動態顯示、中心距的變化等又能使學生對漸開線齒輪的嚙合特性有更深刻的理解,從而大大提高了課堂教學的效率和效果。
四、搞好課程設計,培養學生的綜合技能
《機械設計基礎》課程設計是綜合本課程以及相關課程的理論知識、基本技能,獨立完成機械傳動裝置或簡單機械設計任務的一種途徑,具有較強的實踐性、綜合性,是一次提升和整合知識的過程。通過課程設計培養學生分析問題和解決機械設計問題的能力,同時教會學生查閱和使用各種資料和手冊,熟悉國家有關標準和規范,掌握常用的設計方法和手段(如計算機繪圖和計算機輔助設計等)。在選題上,仍以單級或兩級直(斜)齒圓柱齒輪減速器設計為主。在課程后期,組織學生對該傳動裝置進行拆卸、安裝和到減速器生產廠家現場參觀,提前下發設計任務書,讓學生進行一些前期的計算工作,最后通過編寫設計計算說明書和答辯,提高學生對設計的論證能力和可行性分析能力。
課程結構決定課程功能。課程能否體現出它的創新價值,在一定程度上取決于課程結構是否有利于師生創造性的發揮和培養,能否為學生的創新提供寬松適宜的時空條件和環境,使學生積極、主動地創造性地學習和發展。教師應在教學中注重提高學生處理實踐中具體問題的能力,形成課程知識與實踐的連貫溝通,使學生逐步具備適應社會的能力,盡快成為國家需要的高技能應用型專業人才。
參考文獻:
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【關鍵詞】直線電機；速度環；伺服控制
1 引言
在許多要求高速、高精度和快速響應等控制領域，被控對象往往要求具有很高的傳動精度和可靠性，而旋轉電機因為受機械傳動鏈的拖累，已難以滿足高精數控系統和精密測量等諸多應用場合的需求。由于直線電機減少了中間環節，而且進給行程幾乎不受限制，所以直線電機伺服系統采用了直接驅動的方式，這種方式具有結構簡單、動態響應快、定位精度高、調速范圍廣等優點，能夠滿足高精數控系統和精密檢等諸多應用場合的需求，但這種控制方式由于消除了旋轉電機的中間傳動機械鏈，負載變化直接作用于直線電機，所以使精確控制變地更難以實現，伺服控制系統必須首先要消除擾動變化帶來的不利影響。
由于直線電機伺服系統是一種具有高度快速性的動態系統，不可能在極短的時間內實現十分復雜的控制算法，而模糊控制策略通過在速度環的 PID 控制中引入模糊控制技術，在位置環采用經典 PID 控制，可以極大地提高系統的快速響應能力，所以本文在引進模糊控制策略的基礎上，研究搭建出了直線電機伺服控制系統，并對系統的控制策略和控制方案進行了探討。
2 永磁同步直線電機的結構和原理
2.1 永磁同步直線電機的基本結構
永磁同步直線電機的基本結構：在其定子上均勻地安裝N、S永磁體；動子上開有齒槽，在齒槽里安裝電樞繞組；直線導軌安裝在定子上，動子可沿導軌運動。
由于永磁同步直線電機特殊的直線結構，使得永磁同步直線電機可以消除機械傳動鏈的影響，所以在要求高速、高精和快響應的應用場合（如高效凸輪軸磨床）具有顯著優勢，但永磁同步直線電機由于省去了中間傳動環節，各種干擾因素以及負載力直接作用于電機上，增加了控制難道，因而要選擇合適的控制策略對各種擾動進行抑制，以獲得滿意的控制效果。
2.2 永磁同步直線電機的工作原理
永磁同步直線電機的基本工作原理可以被認為是將一臺旋轉電機沿著半徑方向剖開，然后將電機的圓周展成直線而形成的。此時的氣隙磁場即可看成沿展開的直線方向呈正弦分布，即行波磁場；而行波磁場與永磁體的勵磁磁場相互作用產生電磁推力以促使動子作直線運動。
3 模糊控制策略分析
3.1 模糊控制的基本原理
為了實現對直線電機運動的高精度控制，系統采用全閉環的控制策略，但在系統的速度環控制中，因為負載直接作用在電機而產生的擾動，如果僅采用 PID 控制，則很難滿足系統的快速響應需求。由于模糊控制技術具有適用范圍廣、對時變負載具有一定的魯棒性的特點，而直線電機伺服控制系統又是一種要求要具有快速響應性并能夠在極短時間內實現動態調節的系統，所以本文考慮在速度環設計了PID模糊控制器，利用模糊控制器對電機的速度進行控制，并同電流環和位置環的經典控制策略一起來實現對直線電機的精確控制。
模糊控制器包括四部分：（1）模糊化。主要作用是選定模糊控制器的輸入量，并將其轉換為系統可識別的模糊量，具體包含以下三步：第一，對輸入量進行滿足模糊控制需求的處理；第二，對輸入量進行尺度變換；第三，確定各輸入量的模糊語言取值和相應的隸屬度函數。（2）規則庫。根據人類專家的經驗建立模糊規則庫。模糊規則庫包含眾多控制規則，是從實際控制經驗過渡到模糊控制器的關鍵步驟。（3）模糊推理。主要實現基于知識的推理決策。（4）解模糊。主要作用是將推理得到的控制量轉化為控制輸出。
3.2 速度環模糊控制器設計
速度環模糊控制器的結構如圖1。
圖1 速度環模糊控制器結構
由圖1可知，首先，將速度誤差E和偏差變化率 ΔE都進行模糊量化處理，將量化后的數據作為模糊控制器的兩個輸入；然后，根據模糊規則進行模糊推理，并將推理后的模糊值解模糊化后再乘以比例因子轉換為ΔKp、ΔKi、ΔKd；第三，將步驟2得到的值與原值做加運算得到最新的一組 PID 值；最后，根據新的PID值求得控制程度u （t），完成控制任務。
4 控制系統總體方案設計
首先，將采用經典PID控制的位置環處理后得到值作為給定速度信號V*；然后將速度反饋值V 與V*的差值經由速度環模糊控制器輸出電流矢量的計算值Iq*和Id*（角標d、q代表d-q旋轉坐標系的兩個坐標軸）；第三，將電流反饋值Iq、Id與指令值 Iq*、Id*的差值分別由q軸和d軸的電流調節器進行調整；第四，將上位步驟得到的信號通過SVPWM技術進行處理，形成逆變器的 PWM 信號；最后，控制逆變器輸出需要的信號來控制電機運行。
5 結束語
直線電機伺服控制技術在高精度機床加工、高精度定位檢測等許多領域得到了廣泛的應用，但是我國在這方面的研究與發達國家相比還比較薄弱，應用方式也比較單一。本文通過構建模糊控制器對電機速度進行控制，獲得了理想的控制結果，這為發展高性能的直線電機伺服系統提供了一定的指導價值。
參考文獻：
[1]葉云岳.直線電機原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2002.
[2]曾光奇，胡均安，王東等.模糊控制理論與工程應用[M].武漢：華中科技大學版社，2006.
關鍵詞：伺服驅動技術，直線電機，可編程計算機控制器，運動控制
1引言
信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。
隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。
在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。
2全閉環交流伺服驅動技術
在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流，而且調試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統，并充分發揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統的增益調節，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節系統增益；有的驅動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。
一般情況下，這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環，也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是：伺服系統只接受速度指令，完成速度環的控制，位置環的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環的機床數控系統就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統的推廣。目前，國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統，使得高精度自動化設備的實現更為容易。其控制原理如圖1所示。
該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷，伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，作為位置環，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現真正的全閉環位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統。
3直線電機驅動技術
直線電機在機床進給伺服系統中的應用，近幾年來已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。
在機床進給系統中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環節，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式，帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。
1.高速響應由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。
2.精度直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。
3.動剛度高由于"直接驅動"，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象，同時也提高了其傳動剛度。
4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60～100M/min或更高）當然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應性，使其加減速過程大大縮短。以實現起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度，一般可達2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。5.行程長度不受限制在導軌上通過串聯直線電機，就可以無限延長其行程長度。
6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。
7.效率高由于無中間傳動環節，消除了機械摩擦時的能量損耗，傳動效率大大提高。
直線傳動電機的發展也越來越快，在運動控制行業中倍受重視。在國外工業運動控制相對發達的國家已開始推廣使用相應的產品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服系統，它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動；德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產品中應用直線電機。
4可編程計算機控制器技術
自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器（ProgrammingLogicalController，PLC）問世以來，PLC控制技術已走過了30年的發展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展，它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器（PCC）就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。
與傳統的PLC相比較，PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件的設計。傳統的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理方式直接導致了PLC的"控制速度"依賴于應用程序的大小，這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關，而是由操作系統的循環周期決定。由此，它將應用程序的掃描周期同外部的控制周期區別開來，滿足了實時控制的要求。當然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。
基于這樣的操作系統，PCC的應用程序由多任務模塊構成，給工程項目應用軟件的開發帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數據采集、報警、PID調節運算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務），這些模塊既獨立運行，數據間又保持一定的相互關聯，這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務操作系統的調度管理下并行運行，共同實現項目的控制要求。
PCC在工業控制中強大的功能優勢，體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS（分布式工業控制系統）技術互相融合的發展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術，但在其越來越多的應用領域中，它正日益顯示出不可低估的發展潛力。
5運動控制卡
運動控制卡是一種基于工業PC機、用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它的出現主要是因為：（1）為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統等）、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；（3）PC機在各種工業現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。
運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在DOS或Windows系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。
這種運動控制模式在國外自動化設備的控制系統中比較流行，運動控制卡也形成了一個獨立的專門行業，具有代表性的產品有美國的PMAC、PARKER等運動控制卡。在國內相應的產品也已出現，如成都步進機電有限公司的DMC300系列卡已成功地應用于數控打孔機、汽車部件性能試驗臺等多種自動化設備上。
在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流，而且調試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統，并充分發揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統的增益調節，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節系統增益；有的驅動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。
一般情況下，這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環，也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是：伺服系統只接受速度指令，完成速度環的控制，位置環的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環的機床數控系統就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統的推廣。目前，國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統，使得高精度自動化設備的實現更為容易。其控制原理如圖1所示。
該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷，伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，作為位置環，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現真正的全閉環位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統。
2直線電機驅動技術
直線電機在機床進給伺服系統中的應用，近幾年來已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。
在機床進給系統中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環節，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式，帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。
1.高速響應由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。
2.精度直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。
3.動剛度高由于"直接驅動"，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象，同時也提高了其傳動剛度。
4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60～100M/min或更高）當然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應性，使其加減速過程大大縮短。以實現起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度，一般可達2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。
5.行程長度不受限制在導軌上通過串聯直線電機，就可以無限延長其行程長度。
6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。
7.效率高由于無中間傳動環節，消除了機械摩擦時的能量損耗，傳動效率大大提高。
直線傳動電機的發展也越來越快，在運動控制行業中倍受重視。在國外工業運動控制相對發達的國家已開始推廣使用相應的產品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服系統，它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動；德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產品中應用直線電機。
3可編程計算機控制器技術
自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器（ProgrammingLogicalController，PLC）問世以來，PLC控制技術已走過了30年的發展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展，它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器（PCC）就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。
與傳統的PLC相比較，PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件的設計。傳統的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理方式直接導致了PLC的"控制速度"依賴于應用程序的大小，這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關，而是由操作系統的循環周期決定。由此，它將應用程序的掃描周期同外部的控制周期區別開來，滿足了實時控制的要求。當然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。
基于這樣的操作系統，PCC的應用程序由多任務模塊構成，給工程項目應用軟件的開發帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數據采集、報警、PID調節運算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務），這些模塊既獨立運行，數據間又保持一定的相互關聯，這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務操作系統的調度管理下并行運行，共同實現項目的控制要求。
PCC在工業控制中強大的功能優勢，體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS（分布式工業控制系統）技術互相融合的發展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術，但在其越來越多的應用領域中，它正日益顯示出不可低估的發展潛力。
4運動控制卡
運動控制卡是一種基于工業PC機、用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它的出現主要是因為：（1）為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統等）、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；（3）PC機在各種工業現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。
運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在DOS或Windows系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。
這種運動控制模式在國外自動化設備的控制系統中比較流行，運動控制卡也形成了一個獨立的專門行業，具有代表性的產品有美國的PMAC、PARKER等運動控制卡。在國內相應的產品也已出現，如成都步進機電有限公司的DMC300系列卡已成功地應用于數控打孔機、汽車部件性能試驗臺等多種自動化設備上。
5結束語
計算機技術和微電子技術的快速發展，推動著工業運動控制技術不斷進步，出現了諸如全閉環交流伺服驅動系統、直線電機驅動技術、可編程計算機控制器、運動控制卡等許多先進的實用技術，為開發和制造工業自動化設備提供了高效率的手段。這也必將促使我國的機電一體化技術水平不斷提高。
關鍵詞:空間綜合法 行星變速箱傳動方案 優化設計
一、引言
行星齒輪變速箱具有傳動比大、體積小等特點,被廣泛地應用在筑路機械的傳動系統中。為了提高設備的工作性能,其結構傳動方案優選一直受到許多學者的重視。由于設計變速箱傳動方案面臨的主要問題是構成方案的數量較多,且最佳傳動方案的模糊性限制,大多是在局部范圍內選擇最佳傳動方案。本文用機械現代化設計方法中方案優選空間綜合法,在全區域上選擇筑路機械行星齒輪變速箱最佳傳動方案,不僅能大幅度減少優選工作量,而且能使優選過程與專家經驗有機地結合起來,使所選擇的結果可信,優選過程中借助計算機輔助完成,使實用性增強。
二、設計方案研究綜合法原理
方案優選空間綜合法的基本原理為:在整個設計空間上分離出較優子空間,然后再用每一較優子空間構建形成子方案,并搜索出最優方案,最后將其綜合成整體最優方案。搜索最優方案的方法本文采用實用價值分析法和模糊綜合評判法。實用價值分析法是整個設計空間上構建較優子空間,在每一較優子空間上,由實用價值分析法評判出最優方案。然后利用模糊綜合評判法對所獲得的最優方案,根據給定擋位數和各擋傳動比條件下,評選出整體最優方案。
(一)行星變速箱最佳傳動方案的評價標準和設計要求
1、能較準確地實現各檔傳動比。
2、傳動效率要高,特別是常用檔。前進檔傳動效率應不低于0.95,后退檔傳動效率應不低于0.87。
3、各構件轉速和軸承相對轉速不應過高,特別是制動器、閉鎖離合器、行星齒輪的相對轉速不得超過允許值。一般制動器、閉鎖離合器最高空轉轉速不得大于4000～5000rpm。行星排傳力時,行星輪轉速不得大于5000-6000rpm;行星排空載時,行星輪轉速不得大于7000-8000rpm。
4、行星排特性參數α的值應在4/3≤α≤4下列范圍之內。α值超出合理范圍將使行星排結構設計困難。相鄰行星排的α值不要相差太大,以利變速箱結構設計。
5、結構比較簡單,外形尺寸要小。對構件連接的要求是:相鄰行星排同名構件連接最好;其次是行星架與齒圈連接,太陽輪與行星架的連接;齒圈與太陽輪的連接最不好,應力求避免。制動器的布置要求是:齒圈為制動件最好,行星架次之,太陽輪為制動件最差。閉鎖離合器應布置在結構空間允許的兩回轉構件之間,且該兩構件的相對空轉轉速不得超過允許值。因此,首先為便于操縱,閉鎖離合器的位置應在變速箱的端部;其次,從摩擦力矩最小的觀點考慮,離合器最好裝在摩擦力矩較小的兩構件之間,但還應考慮滑摩功的問題,因相對速度過大,將使滑摩功大為增加。
6、各構件承受的扭矩不應過大,特別是離合器的摩擦力矩和制動器的制動力矩要小。
(二)變速箱自由度數的選擇確定
在選擇行星變速箱的自由度時,除了應考慮變速箱行星機構的結構要簡單外,還需注意使操作系統簡化。一般根據檔位數而定。對于檔位數不大于4的變速箱,一般采用二自由度方案;對于檔位大于6的變速箱,應采用多自由度串聯組成式方案;考慮到換檔操縱性要求,多采用三自由度方案。三自由度變速箱與二自由度變速箱相比,其主要優點是減少了構成變速箱的行星排和換檔操縱件(制動器和閉鎖離合器)數目;改善了變速箱的結構工藝性;可降低制動器和閉鎖離合器的空轉轉速。但也存在一些需要在方案設計中解決的問題,如:較難準確地實現全部傳動比;操縱件的元件數目增多;由于操縱的摩擦元件各檔共用,因此不得不按最大扭矩的檔來設計,對其它檔來講儲備系數過大,使換檔性能變壞。目前所用的變速箱,一般采用由兩個二自由度變速箱串聯而成。其方案有兩種,見圖1。
(三)二自由度行星變速箱最佳方案設計
對于無永久外力支承的二自由度行星變速箱,若要得到n個不等于1的不同傳動比就需要n個操縱件,一個主動件,一個從動件,故所需構件的總數為n+2個。即為了實現n個i≠1傳動比,變速箱的行星排數必須有、而且僅需要n個。對于i =1的傳動比(即直接檔)可借助閉鎖離合器連接任意兩構件而得。總之,對于無永久性外力支承的二自由度行星變速箱,其所有的構件總數為n +2個,在n +2個構件中再任意取3個可組成一個行星排,故可組成的不同行星排總數為:m = C3n+2=(n +2)(n +1)n3!
在C3n+2個行星排中,任選n個可組成一個變速箱,對每一變速箱再看不同的前后次序排列方式有Pn= n!,故可能的變速箱傳動方案共有Cnm.Pn個。對這些方案再根據行星排特性參數α的大小,結構的可能性和合理性,行星輪的最高轉速,傳動效率,各構件、離合器及制動器的載荷和熱負荷等條件,最后選出最佳方案。單行星排的轉速特性方程:
ns+αnr-(1+α)nc=0(1)
其中:ns―太陽輪轉速;
nr―齒圈轉速;
nc―行星架轉速;
α―行星排特性參數,α= zr/zs;
zr―齒圈齒數;
zs―太陽輪齒數。
可以看出,此方程為三元、齊次、系數和為零的線性方程,并且太陽輪轉速前的系數絕對值最小,齒圈轉速前的系數絕對值較大,而行星架轉速前的系數絕對值最大。反過來,對于任何一個三元、齊次、系數和為零的線性方程都可對應一個行星排,并且根據方程中各變量前系數絕對值的大小,可以判斷各變量對應行星排中基本元件的轉速,并且齒圈轉速前的系數與太陽輪轉速前的系數之比即為行星排特性參數α。
二自由度行星變速箱的操縱件轉速方程:ni- ino+(i-1)nb=0(2)其中:
ni―輸入件轉速;
no―輸出件轉速;
nb―操縱件轉速;
i―傳動比。
可以看出,它與單行星排轉速特性方程(1)形式相似,也是三元、齊次、系數和為零的線性方程,故根據它可確定一個行星排,并能實現所給的傳動比。
三、總結
選擇出的最佳傳動方案具有高的可靠性。用實用價值分析法和模糊綜合評判法評選最優傳動方案特別適合于計算機輔助完成。實用價值分析法和模糊綜合評判法都是以專家經驗和現用的優良行星變速箱傳動方案為基礎。相對而言,其選擇出的最佳傳動方案具有高的可靠性。
參考文獻:
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[3]張偉社、徐永杰、秦永濤.四擋位行星變速箱傳動方案綜合法[J].長安大學學報:自然科學版,2006,2(61).
關鍵詞 防爆；變頻調速裝置；帶式輸送機；軟起動；節能；效益
中圖分類號TD5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2010）33-0217-02
1 概述
國內現有大多數煤礦的皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，較少使用變頻器驅動。由于電機長期工頻運行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運輸機運行起來非常不經濟；同時由于電機無法采用軟起軟停，在機械上產生劇烈沖擊，加速機械的磨損；還有皮帶、液力耦合器的磨損和維護等問題都會給礦井帶來很大數額的費用問題。這對于現在創建環境型、節能型礦井是不相符合的。
屯蘭礦作為年產500萬t的大型現代化礦井，自動化水平較高，噸煤人工費用所占比例不大，而電費所占比例隨之增大。為了降低成本，增強企業競爭力，節約電能損耗，屯蘭礦非常重視利用現代調速技術節約能量，現已在帶式輸送機等大功率設備上使用變頻調速裝置，并取得了明顯的經濟及社會效益。
2 皮帶機及變頻器的基本原理
皮帶機工作原理：皮帶機通過驅動輪靠摩擦牽引皮帶運動，皮帶通過張力變形和摩擦力帶動物體在支撐輥輪上運動。皮帶是彈性儲能材料，在皮帶機停止和運行時都儲存有大量勢能，這就決定了皮帶機的啟動時應該采用軟啟動的方式。以往屯蘭礦及國內大多數煤礦都采用液力耦合器來實現皮帶機的軟啟動，在起動時調整液力耦合器的機械效率為零，使電機空載啟動，電機的起動電流很大，不僅會引起電網電壓的劇烈波動，還會造成電機內部機械沖擊和發熱等現象。同時采用液力耦合器軟起皮帶時，由于起動時間短、加載力大容易引起皮帶斷裂和老化，對皮帶強度要求較高。加之液力耦合器長時間工作會引起其內部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動等情況發生，不僅會加大維護難度和成本、污染了環境，還會在多電機機驅動同一皮帶時難以解決功率平均和同步問題。在這種情況下最好的解決辦法是使用變頻調速裝置驅動。
變頻調速裝置是一種電能變換裝置，可將固定頻率、電壓的交流電能變換為頻率電壓可調的交流電壓，作為交流電機的驅動電源，使電動機獲得無級調速所需的電壓和電流。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。
3 變頻器在帶式輸送機拖動上的應用特點
1）優越的軟起、軟停特性。防爆變頻調速裝置的起動、停止時間是任意可調的，也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調，而且是平穩起動；
2）驗帶功能。屯蘭礦的原煤運輸系統全以帶式輸送機為主，運輸系統檢修維護的主要工作是皮帶機的檢修維護，低速驗帶功能是皮帶機檢修的主要要求，變頻調整系統為無極調速的交流傳動系統，在空載驗帶狀態下，變頻調速裝置可調整電機工作在5%~100%額定帶速范圍內的任意帶速；
3）平穩的重載起動。轉矩大，沖擊電流很小；
4）功率平衡。屯蘭礦井下皮帶機系統多為雙滾筒或多滾筒驅動的大功率電機，通過調整相應兩變頻器的速度給定來調整兩電機之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅動電機的電流差值的大小，因此可以通過單獨的控制系統控制各電機的電流值，通過調整各電機的速度來使各電機電流值逐步趨于平衡；
5）降低膠帶張力。由于采用防爆變頻調速裝置所產生的良好起動特性，至少可降低起動張力30%，在實際應用過程中，由于降低了起動沖擊，皮帶機機械系統的設備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長；
6）自動調速、節電效果明顯。在皮帶機上采用變頻驅動后的節能效果主要體現在系統功率因數和系統效率兩個方面。
（1）提高系統功率因數
通常情況下，煤礦用電機在設計過程中放的裕量比較大，工作時絕大部分不能滿載運行，電機工作于滿電壓、滿速度而負載經常很小，也有部分時間空載運行。由電機設計和運行特性知道，電機只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數最佳，輕載時降低，造成不必要的電能損失。這是因為當輕載時，定子電流有功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數很低。采用變頻器驅動后，在整個過程中功率因數達0.9以上，大大節省了無功功率。
（2）提高系統效率
采用變頻器驅動之后，電機與減速器之間是直接硬聯接，中間減少了液力耦合器這個環節。而液力耦合器本身的傳遞效率是不高的，且主要是通過液體來傳動，液體的傳動效率比直接硬聯接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅動后，系統總的傳遞效率要比液力耦合器驅動的效率要高5%~10%。
據礦井統計，變頻調速運行比直接工頻運行可節約電能10％~15％。
4 施工安裝及使用效果分析
經過于廠方技術人員的合作，屯蘭礦于2007年6月在井下南二下組煤膠帶機上安裝了由唐山開誠電氣有限公司生產的QJR系列變頻調速裝置。隨后又在南四集中膠帶機及12503工作面膠帶機上安裝此系列變頻調速裝置。
1）投資
按驅動2臺315kW電機計，每臺變頻器30萬元，共60萬元，兩臺液力耦合器10萬元計。比以往多投資40萬元左右。
2）投資回收期計算
采用變頻調速裝置驅動后，按節電12%，每度電費為0.36元，年生產天數300天，日生產時間為18小時（集中帶式輸送機工作時間遠遠大于此時間），光靠電費的回收期為：
Y=200000/315×12%×18×300×0.36=2.7年
3）節省維修及人力費用
使用變頻調速裝置后對系統電網和機械傳動設備基本無沖擊，大大延長設備使用壽命，減少了大量維護費用及停產造成的煤炭產量的損失。屯蘭礦的該防爆變頻調速裝置安裝至今近兩年，一直穩定運行，除正常清潔維護外，基本沒有發生停產檢修故障，這無疑節約了維修成本又保證礦井的生產不受損失。同時也節約了人力資源，相應地提高了礦井生產率。
由此可以看到，屯蘭礦在帶式輸送機上安裝變頻調速裝置，具有十分可觀的直接經濟效益和間接的經濟效益。
5 結論
我國是世界上的產煤大國，又是能源貧乏的國家之一，而且也是噸煤電耗比較高的國家。我們要創造出一條以低能耗實現現代化的新路，節能降耗實為明智之舉。
從屯蘭礦的實際經驗看采用防爆變頻調速裝置驅動皮帶機徹底解決了帶式輸送機的軟起、軟停運行方式，大大提高了系統的功率因數和系統效率。系統可根據負載的變化情況自動調整輸出頻率及輸出力矩，改變了以前電機工頻恒速運行的模式，在很大程度上節約了電力能源；液力耦合器的退出更大地節約了設備的維護和維修費用。而且此項技術還可向絞車、風機、水泵礦井大型設備推廣使用，對于建設節能型、環保型社會發揮了重要的作用。
參考文獻
【關鍵詞】整合；現代教育技術；教學
一、整合的可能性
現代教育技術與《機械基礎》進行有效整合必須具有兩個必要條件，即：一要具有現代教學設備；二要有一支能熟練運用現代教學設備的師資隊伍。而我校近年來為迎接省合格職教中心及國家級合格職教中心的驗收，添置了大量的現代教學設備，同時學校為使這些設備能真正應用于教學，組織教師進行了一系列現代教育技術的培訓，極大提高了教師對現代教育技術的認識及對現代教學設備的應用能力，也使我校現代教育技術與《機械基礎》課程的有效整合成為可能并漸趨成熟。
二、整合的必然性
《機械基礎》是中等職業技術學校機械、機電專業的一門必修專業基礎課，是一門實踐性很強的學科。教材中有大量機械傳動結構圖、原理圖及系統圖。傳統教學過程中，教師一般通過展示模型、掛圖或畫直觀圖等手段來幫助學生建立一些感性認識。對于動態過程的分析往往只能通過教師的口頭描述或畫出動態過程中的幾個典型狀態加以說明，致使學生理解困難，甚至常會出現誤解，教師的勞動強度也較大。因此，要提高教學效率，減輕學生的學習強度和教師的工作強度，必然呼喚一種新的教學方法來取代傳統教學。通過近幾年的教學實踐，我認為將現代教育技術應用于《機械基礎》課程教學，并進行有效整合，是一條行之有效的方法。
三、整合的可行性
將現代教育技術與《機械基礎》課程進行有效整合，我認為教師首先應認真備課，備教材、備學生，并根據學生的認知規律找出教學過程中的重點、難點，然后利用現代教育技術將這些重點、難點進行處理，使原本學生難于理解、教師很難講清的圖形具有和實物相同的外觀、運動過程及聲效，并可按需要隨時進行局部展現。如：在《機械基礎》液壓傳動部分，讓學生識讀液壓系統圖時，學生對系統中的各種閥處于不同狀態時液體的流動方向、流動路線及執行元件將產生的動作，往往難于搞清，此時若能利用現代教育技術制作一些多媒體課件，通過動態形式反映液壓閥的狀態轉換過程及隨之產生的液體流動路線變化以及執行元件運動變化的整個過程，學生看起來則一目了然，教師也無需多費口舌。
四、整合的效果性
1.激發了學生的學習興趣
現代教育技術與《機械基礎》課程有效整合后，可使學生在學習過程中，置身于一種聲像同步，動靜結合的教學情境中，學生可通過動態畫面清楚看到各機器、機構的外觀，運動時發出的聲響及整個運動過程，仿佛置身于生產車間，吸引了學生的注意力，極大的激發了學生的學習興趣。
2.易于突破教學難點
在《機械基礎》課程中各種機構、液壓元件的工作原理及液壓傳動系統的工作循環過程是教學的重點，也是難點。難就難在學生缺乏必要的空間思維能力及思維連貫性。現代教育技術與《機械基礎》課程有效整合后，學生可直接看到機構或各液壓元件的動作過程及液壓系統中油液的流動過程，克服了原有的認識障礙，難點也隨之迎刃而解。
3.提高了課堂效率
【關鍵詞】數控機床；伺服傳動；最少拍控制
CNC machine tool servo driving with least beat control
Jiamusi Coal Mining Machinery Co.， LTD
Jiao Xilai
（Jiamusi Heilongjiang， postcode 154002）
Abstract： This paper introduces the basic principle of beat control and analyzes the beat control factors of CNC machine tool servo driving produced， and introduces the way to design and manufacturing of CNC machine tool， realizing servo feed driving with least beat control.
It has significance and some reference for the designers on the control system of CNC machine tool.
Keyword： CNC machine tools； Servo driving； least beat control
1、引言
在現代機械制造和裝配制造企業中，數控機床已是主要的不可缺少的設備了，它是保證提高產品質量和生產效率的重要手段之一。由于計算機技術與自動控制技術相結合及其在數字控制中的應用，更推進了數字控制機床的控制系統的發展和進步。在數字控制技術中少差拍控制問題已被許多學者和設計人員的重視。本文僅就少差拍控制理論與數控機床伺服傳動控制技術中應用做初淺分析。
2、差拍問題簡介
大家知道對于一個閉環數字控制系統，是由輸入、輸出、控制、執行及反饋檢測等主要部分組成，可簡化圖1的結構圖：
圖1給出一個閉環采樣控制系統結構簡圖，本圖中函數r（t）為輸入給定，c（t）為系統的輸出，G（S）為系統前向傳遞函數，即保持器，控制對象等控制調節環節，H（S）為測量反饋環節，S為系統采樣開關，該開關對系統的給定信號r（t） 與反饋信號r（f）之差e（t）進行采樣，采樣后之離散信號e*（t）為一脈沖，序列作用在系統上。若某一時刻K輸入的采樣脈沖信號為rk（tk），由于系統具有延時（慣性），則反饋回來的信息不一定是rk（tk）作用結果的響應值cK（tk），很可能是在其早其早一時刻的輸入（k-1）t作用下的響應cr（k-1）（t），也就是系統的輸出與輸入之間存在延時，而不是同步的。對于采樣控制系統，通常按一個采樣周期為一拍，如果在典型輸入的作用下，經過最小采樣周期后，若使輸出序列在各采樣時刻的穩態誤差為零，達到完全跟蹤，使輸出與輸入同步，這在工程實踐中是很難辦到的。只能存在差拍，所以說采樣系統差拍是必然現象，人們的控制方法只能實現最少拍或有限拍，通常差拍數或差拍的時間愈接近系統的時間常數，則控制誤差愈小，控制精度愈高，一般差拍控制應以反饋回之參數值不致影響系統的控制精度要求為準。
3、最少拍控制的實現
為了提高系統的控制精度，在數控機床的設計和制造過程中，就要注意到設法減少控制系統的時間常數，除了常規的減少電氣自動調節控制系統各環節的電氣時間常數外，還要關切和重視機床的電力拖動和機械傳動機構時間常數，應使其降到最小，已達到使系統的輸出盡量跟蹤給定信息的指令，減少差拍實現最少拍控制的目的，對此我們做如下分析。
大家知道電力拖動系統的最基本方程為：
……（1）
式中MD-拖動電動機輸出扭矩
MF-折算到電機軸頭的負載轉矩
GD2-為電動機軸上總飛輪轉矩
dn/dt-電動機轉數對時間的微分，即加速度
公式（1）描繪了電氣傳動系統電動機輸出轉矩MD、負載轉矩MF以及傳動系統飛輪慣量GD2同電動機加速度dn/dt之間的關系，從公式（1）可導出電動機加速度的表達式為：
……（2）
以（2）可看出，欲加大電動機的加速度dn/dt，也就是要降低傳動系統的時間常數，顯然要做到：
1）要盡量降低系統的飛輪慣量GD2，這要求設計者在結構設計時要考慮到傳動零件諸如齒輪、軸等轉動部件的材料選用，幾何尺寸計算等，既滿足機床輸出功率的要求，又要盡量使GD2為小，當然在選用電動機時應考慮到轉子最小慣量為佳。
2）要使負載轉矩MF減到最小，則可使加速度dn/dt為大。公式（2）中的負載轉矩MF可由兩部分組成
MF=M切+M附 ……（3）
公式（3）中
M切-為加工過程中工具和工件之間的切削阻力
M附-為切削阻力外的其他阻力，諸如滑動及轉動部件的摩擦阻力等
公式（3）中的切削阻力是加工件主要的能量消耗，對一定的切削精度和生產效率是不易減少的，為降低切削阻力，主要要選擇傳動工藝切削參數，如切削用量、主軸轉速、走刀速度、合理選擇刀具材質、切削角度及刀具刃磨、冷卻諸因素，而公式（3）中的M附則應考慮到各轉動移動環節的摩擦力，改善方式、合理選擇油及傳動方式，為了減少附加轉矩，還要注意到提高零件的加速精度及裝配、配合精度以降低傳動過程中的間隙非線性等因素影響。
3）從上式（2）可看出增加電動機的輸出扭矩MD也就是加大執行電動機的容量，也是提高加速度dn/dt，減少時間常數的一個因素，不過這要進行綜合分析，要注意到能量消耗，電動機利用系數，設備重量等經濟技術指標，合理選擇伺服電動機的功率及型號，不可一味加大，近年來有的學者提出采用直線電機作為數控機床的伺服驅動，實現所謂零傳動鏈直接傳動，取消中間的直接傳動環節，這將使機械時間常數大大減少，對實現最小拍控制大有益處，為數控機床進給傳動指出了新的方向，是實現最少拍控制的好辦法。
【關鍵詞】液壓系統；工作原理；液壓元件；故障原因
工程機械大多在較惡劣的環境下工作，造成其液壓系統的故障有諸多因素，其液壓系統是在相對封閉的狀況下開式運行，損壞與失效經常發生在內部，具有故障點隱蔽、原因復雜、部位不易確定等特點。因此，熟悉了解工程機械液壓系統常見故障及采用快速、正確判斷故障部位的方法，對于液壓系統故障的迅速診斷及維修尤為重要。
現場液壓系統故障診斷中，根據系統工作原理，要掌握一些規律或常識：一是分析故障過程是漸變還是突變，如果是漸變，一般是由于磨損導致原始尺寸與配合的改變而喪失原始功能；如果是突變，往往是零部件突然損壞所致，如果彈簧折斷、密封件損壞、運動件卡死或污物堵塞等。二是要分清是易損件還是非易損件，或是處于高頻重載下的運動件，或者為易發生故障的液壓元件，如液壓泵的柱塞副、配流盤副、變量伺服和液壓缸等。而處于低頻、輕載或基本相對靜止的元件，則不易發生故障，如換向閥、順序閥、滑閥等就不易發生故障。掌握這些規律后，對于快速判斷故障部位可起到積極的作用。
對于一些較為簡單的故障，可以通過眼看、手摸、耳聽和嗅聞等手段對零部件進行檢查。例如，通過視覺檢查能發現諸如破裂、漏油、松脫和變形等故障想象，從而可及時地維修或更換配件；用手握住油管（特別是膠管），當有壓力油流過時會有振動地感覺，而無油液流過或壓力過低時則沒有這種現象。另外，手摸還可用于判斷帶有機械傳動部件地液壓元件情況是否良好，用手感覺一下元件殼體溫度地變化，若元件殼體過熱，則說明不良；耳聽可以判斷機械零部件損壞造成的故障點和損壞程度，如液壓泵吸空、溢流閥開啟、元件發卡等故障都會發出如水的沖擊聲或“水錘聲”等異常響聲；有些部件會由于過熱、不良和氣蝕等原因而發出異味，通過嗅聞可以判斷出故障點。
工程機械液壓系統的基本原理都是利用不同的液壓元件、按照液壓系統回路組合匹配而成的，當出現故障現象時可據此進行分析推理，初步判斷出故障的部位和原因，對癥下藥，迅速予以排除。對于現場液壓系統的故障，可根據液壓系統的工作原理，按照動力元件控制元件執行元件的順序在系統圖上正向推理分析故障原因。
液壓系統泄壓的主要表現為：動作緩慢、無力、甚至無動作。當工程機械液壓系統出現壓力不足或完全無壓力時,可以按以下方法診斷：
1、看液壓泵是否輸出液壓油。若無液壓油輸出，則可能是：泵的轉向不對；零件磨損嚴重或損壞；吸油管阻力過大（濾油器堵塞、油液黏度過大等）或漏氣。如果是新泵，則可能是泵體有鑄造缺陷（如砂眼等），使吸油腔與壓油腔相通，失去壓油能力；泵的輸入功率不足或泵軸扭斷，使泵的輸出油壓達不到工作壓力或輸不出油。
若液壓泵有油液有輸出，則應檢查各回油管，觀察是哪一個元件溢油，則可能是閥的調定壓力低造成的。此時，可擰緊溢流閥調壓彈簧，若壓力無變化，則可能是溢流閥主閥芯或先導部分的錐閥上有臟物或因銹蝕而卡死在開口位置；或因彈簧折斷而失去作用；或因阻尼孔被臟物堵塞，使泵輸出的油液直接經溢流閥流回油箱，造成壓力不足或無壓力。排除方法是，拆開溢流閥并清洗；檢查或更換彈簧，恢復其工作性能。
看液壓泵的輸出流量。若流量隨壓力升高而明顯減小，且壓力達不到規定值，則是由于液壓泵磨損后間隙增大所致。排除方法是，測定液壓泵的容積效率即可確定該泵是否能繼續使用，對磨損嚴重的零件，應進行修配或更換。
排除方法是：對于齒輪泵，簡單的檢測方法是，用手心堵住進油口，轉動傳動軸，若手心感覺到吸力較弱或無吸力時，則可能是出現磨損過度；或者在進入執行元件油路前，裝壓力表打壓，如果壓力達不到額定壓力時，則需要檢修、更換。對于柱塞泵，可打開泵殼體，將泄漏油口對準油箱，啟動主機，做執行元件無負荷、重負荷動作試驗，若噴油口噴油較多，則泵可能有故障。
2、看溢流閥工作是否正常。若不正常，則可能是壓力油路中的某個閥有污物或其他原因被卡位，處于回油位置，致使壓力油路與溢流回路相通。也可能是管接頭松脫，或處于壓力油路中的某些閥泄漏嚴重或液壓缸、液壓馬達的密封件損壞，造成嚴重泄漏。排除方法是，拆開有關閥進行清洗，檢查密封間隙的大小及各種密封裝置。若密封裝置損壞，應更換。
檢查溢流閥故障時，可將其對準油箱油口，啟動液壓泵，當執行元件無動作或無負荷時，液流閥回油口應無油排出，重負荷時應有大量的油噴出。否則，該閥的主要故障應是：阻尼孔堵塞、閥開度過大使閥芯卡死無法回位，或錐形閥磨損過度等。故障多數表現為各執行機構突然無動作，一般應采取清洗、疏通、更換、研磨等措施予以修復。
3、看整個液壓系統能否建立起正常壓力。某些管路或液壓缸（液壓馬達）中無壓力，也可能是由于管路、節流閥、換向閥等元件堵塞所致。應逐段檢查壓力和有無油液通過，找出原因，加以排除。
4、液壓元件磨損。減少液壓元件磨損的方法是：除平時經常清洗濾芯、濾網、油箱、磁鐵上的附著物外，維修保養時應嚴格按照說明書的清洗程序進行，嚴禁任何污物乘虛而入。
密封元件判斷是否泄壓的常用方法是交換法，在維修現場缺乏診斷儀器或被查元件比較精密不宜拆開時，應采用此法。
【關鍵詞】液壓傳動教學 教學方法 教學改革
【中圖分類號】G80 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）05-0244-02
液壓傳動是利用液體的壓力能來傳遞力和運動的一種傳動方式，從17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原理，18世紀末英國制造出世界上第一臺水壓機計算起，液壓傳動已有近三百年的發展歷史。由于它具有機械傳動和電力拖動所不可替代的許多特性，目前液壓傳動技術廣泛應用于工業生產的各個領域。據資料統計，在發達國家，90%以上的工程機械、數控加工中心和自動線都采用了液壓傳動。[1]生產實際迫切需要大量掌握液壓傳動技術的人才，因而高校機械類專業均把液壓傳動作為一門專業基礎課而開設。
一、液壓與氣壓傳動教學面臨的問題及傳統教學方式的不足
在多年的教學實踐中，我們發現學生對液壓傳動課程的學習存在許多困難，傳統的教學設備、教學手段和方法面臨著極大的挑戰。根據作者教學實踐和對液壓現狀的分析，認為目前液壓課程教學主要存在于以下兩個方面的問題：一方面是內容多，學時少：在傳統教學計劃中總教學課時在100學時以上，而隨著教學的改革，本課程的教學時數已經縮減至50學時以下。如何保證在學時變少的情況下，不降低教學質量和教學目標，是該課程教改面臨的首要問題。另一方面是學習困難：液壓傳動以流體力學為理論基礎，概念、原理較抽象，各類元件及傳動的原理非常不直觀，一般的液壓設備在日常生活中很少見到，所以學生缺乏感性認識，學生較難理解和掌握。再加上用傳統這種“粉筆+黑板”教學模式，一定程度上忽視了學生作為學習主體的存在；一味追求忠實于教材，使教材成為禁錮學生自由創造、大膽創新的枷鎖；且教學手段比較單一，主要是通過教學掛圖、教學模型等輔助教學。這種教學模式不符合結構圖、原理圖特別多，有的還比較復雜的《液壓傳動》教學要求。這種方式只會是老師下了很大的功夫，但學生卻聽得一頭霧水，對知識點難以掌握，漸漸失去了對《液壓傳動》學習的興趣。因此，傳統的教學手段很難適應新形勢下的教學任務了。只有改革傳統的教學模式，使教學方法多樣化，并加強實踐環節，才能改善教學效果。
二、液壓傳動教學模式的改革與探索
《液壓傳動》課程理論抽象而實踐性又很強。再加上隨著教學的改革，課程的教學課時已經縮減，采用傳統的教學手段很難實現教學目標和教學任務。因此必須對現有教學模式進行改革，才能改善教學效果。
1.重組課程體系，改革課程教學內容
在保證教學內容系統性和完整性的基礎上，以培養學生分析問題和解決問題的能力為目標，精選教材，保證教材與相關行業領域的技術進步保持同步；本著“必需、夠用”的原則，課程內容進行合理裁剪，簡化或舍棄那些不為應用能力培養所必須的理論和公式推導、論證方面的內容，加強對元件的認識、拆裝、使用和液壓系統的調試及典型液壓系統實例分析等實踐性教學，重點內容講解以企業需求為目標，以工業應用為主線，結合液壓技術的發展，增加最新技術、最新工藝、最新產品以及發展方向、發展態勢內容，實現專業教學基礎性與先進性的統一。
2.完善教學方法，豐富教學手段
隨著多媒體技術越來越多地應用到課堂教學中，使原本艱難的教學活動充滿了魅力，其不但包含文字和圖形，還能呈現聲音、動畫、錄像以及模擬的三維景象，變抽象為形象，讓學生在學習時，看、聽、想相結合，化難為易，給學生創造一個豐富、輕松的學習環境，也有利于實行雙向教學，提高教學效率[2]。因此加強多媒體課件的建設成為教學改革的重要任務之一。其次，教學過程中應適當實施一些先進的教學方法，如啟發式、討論式、研究式教學，同時重視學生在教學中的主體地位，增加互動環節，把“教”和“學”有機結合起來，充分調動學生的積極性。再者用仿真軟件對多媒體教學進行補充。針對教學用的多媒體課件一般只反映原理及動作過程而不能進一步加深學生對系統運行過程狀態變化和液壓回路工作過程的理解等不足，可借助于一些常用的液壓仿真軟件，這是對多媒體教學的有益補充，而且由于仿真是動畫形式的，更容易激發學生的興趣。
3.激發興趣，變被動學習為主動學習
由于教師大多數擁有堅實的科研開發能力和知識背景，對于當前的新技術、新進展了然于胸，因此，在課堂教學中要善于理論聯系實際，善于捕捉當前市場主流的技術，激發學生的對數控技術的學習興趣，同時可以幫助成立學習興趣小組，利用課余時間相互交流學習心得體會，或針對某一系統探討方案設計或故障診斷，甚至可以參與到實際的科研項目中來或到企業實地考察以及邀請液壓專家舉行學術講座，介紹液壓行業目前的發展狀況、最新的技術、最新產品和市場對液壓人才的需求等內容，激發他們學習的熱情，實現變被動學習為主動學習。
4.改革考核方式
考核是教學工作中檢查教學效果、鞏固學生知識、改進教學工作、保證教學質量和督促教育目標實現的重要手段，科學合理的考核評定方式，以利對學生的客觀評價和教學質量的不斷提高。結合教育的特色，液壓傳動課程全面改革“一張卷定成績”的傳統考核模式，采用“平時成績+階段考試+期末考試+實驗實踐成績”相結合的評分模式，實行以知識，能力為中心的開放式、全程化考核，以綜合應用技能考核為主線，建立理論，實踐和應用相結合的考核體系。
三、創新實驗與實踐教學，加強動手能力的培養
液壓傳動是一門實踐性很強的綜合技術課程。課程實驗的目的在于使學生掌握基本的實驗方法及實驗技能；驗證、鞏固和補充課堂講課的理論知識，加深學生對理論知識的理解，使學生具有正確處理實驗數據和分析實驗結果的能力；實踐教學的目的是鞏固和深化已學的理論知識、培養學生的動手能力，使學生初步具備處理工程實際中液壓系統問題、排除故障的能力和掌握液壓系統設計的一般方法和步驟，合理地確定和選用液壓元件，熟練地運用液壓基本回路設計出滿足參數要求和功能要求的高效率液壓系統。實驗實踐教學與理論教學是一個完整的教學體系，兩者有機結合，互為補充。在理論課后，我校所開設的實驗實踐主要側重于培養學生的基本技能并聯系工程實際。
1.調整實驗內容
改進實驗內容和方法，推行多層次實驗教學，刪減理論驗證和性能測試的實驗，充分利用現有設備，以大量的拆裝實驗活動實現液壓元件的教學過程，積極開發新實驗模塊；同時鼓勵學生嘗試創新及開放性實驗，比如鼓勵學生自行設計相應回路，運用實驗臺現場安裝、調試、檢測所設計的回路，驗證回路的正確性和可靠性，并在此基礎上開發新功能、新模塊。
2.加強實踐教學， 培養學生的應用及創新能力
為了充分培養學生的創新意識、創造創新能力和提高綜合素質，要求學生進行創新綜合訓練。在整個設計過程中，讓學生做到實踐前有預習，明確每個實踐環節的目的和要求，獨立擬訂實踐環節的方案；讓學生在編寫說明書的過程中，緊緊圍繞所學的基本原理，獨立思考，適當取舍，完成自己的設計題目；另外通過下廠參觀實習、針對課題及收集來的資料并認真完成每一個設計步驟和邊設計邊修改來完善自己的設計。針對設計過程中出現的問題，組織討論，在老師的啟發下，讓學生自己找出解決問題的方法。通過這樣的實踐教學，才有利于學生課程基礎理論知識掌握以及基本實驗技能、專業技術能力訓練，才有利于提高學生的創新意識和創新能力培養。
四、結語
教學活動是一項十分復雜的系統工程，既然是指施教者（教師）按照一定的教學原則通過恰當的教學方法和教學內容，達到對受教者（學生）進行傳授知識、培養能力、發展智力、陶冶情操的教育活動。[3] 其最終目的是讓學生成為能夠獨立思考、自主創新的有用人才，需要培養學生良好學習習慣和對學生綜合能力的培養，這是一個長期而又復雜的過程。隨著時代的發展、社會的進步、新技術的涌現，教學改革應該需要人們一直不斷探索。根據幾年來液壓傳動的教學經驗，從課程內容總體規劃、理論教學方法、實驗教學改進以及實踐環節設計等方面進行了全面闡述，希望我們的教學改革能為培養出滿足新時期需求的機械類人才做出一點貢獻，同時也希望通過以上幾點淺見能夠對以后本門課程的教學工作起一點點借鑒作用。
參考文獻：
[1]左鍵民.液壓與氣壓傳動（第4版）.北京：機械工業出版社，2007
