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2007年注册资产评估师《机电设备评估基础》考试大纲

作者：来源：发表时间：2007-08-16 浏览次数：字号：大中小

[财务会计]、[经济法]、[资产评估]、[机电设备评估基础]、[建筑工程评估基础]

　　一、概述

　　（一）考试目的

　　通过对本部分内容的考试，测试考生对机器生产的工艺过程、毛坯生产、加工质量等基础知识掌握的程度；对机器的组成、切削加工与热处理、工艺成本等知识熟悉的程度，从而检验考生解决评估机器设备中实际问题的能力。

　　（二）考试基本要求

　　1.掌握以下内容

　　（1）按结构分析机器的组成及组成要素；

　　（2）毛坯生产中铸造、压力加工和焊接的方法及特点；

　　（3）零件加工质量评定的主要指标；

　　（4）尺寸精度、尺寸公差的有关内容和尺寸公差等级的应用：

　　（5）尺寸公差带及其应用；

　　（6）间隙配合、过盈配合、过渡配合的应用场合及选用原则：

　　（7）计算轴孔配合公差的方法；

　　（8）单件生产、成批生产、大量生产的工艺特征。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）按功能分析机器的组成以及各个部分的主要功能；

　　（2）机器的生产过程、工艺过程的意义和内容，以及两者的区别与联系；

　　（3）工序、工艺规程的作用；

　　（4）金属切削加工方法及特点；

　　（5）热处理的方法和特点；

　　（6）装配工作的内容和分类；

　　（7）形状位置公差的作用、规定的形位公差项目、相应的代表符号以及形位公差等级；

　　（8）表面粗糙度及其对机器质量的影响；

　　（9）生产成本、工艺成本的构成；

　　（10）年度工艺成本和单件工艺成本，及其与年产量的关系；

　　（11）工艺方案的经济分析。

　　3.了解以下内容

　　生产纲领的内容。

　　（三）要点内容

　　1.机器的组成

　　按功能分析，机器由动力、传动、工作和控制四个部分组成。

　　（1）动力部分：将其他形式的能量转变为机械能。其中，将一次能源直接转化为机械能的称为一次动力机，例如水轮机、内燃机等；而将二次能源如电能等转化为机械能的称为二次动力机，如电动机等。

　　（2）传动部分：介于动力部分和工作部分之间，其功能是传递动力和运动、分配能量、改变速度和运动形式。按照传动的工作原理分为机械传动、流体传动、电力传动和磁力传动。

　　（3）工作部分：直接完成机器预定功能的部分，是机器设备区分和分类的主要依据。

　　（4）控制部分：完成被控参数的调节。控制部分由给定值发生器、比较器、驱动部件和执行机构、检测及变换元件四个部分组成，

　　2.构件、零件、机构、机器和机械

　　构件是机器中的运动单元，零件是制造单元。

　　机构由若干构件组成，各个构件之间具有确定的相对运动，并能实现运动和动力的传递。

　　机器和机构一样，由若干构件组成，各个构件之问具有确定的村|对运动，能实现运动和动力的传递，并且能够实现机械能和其他形式能量的转换。

　　机器与机构的区别在于机器能实现能量的转换或代管人的劳动太做有用功，而机构没有这种功能。

　　机械是机器和机构的总称。

　　3.机器的生产过程和工艺过程

　　（1）机器的生产过程：使原材料转变为产品的全过程，包括生产服务过程、技术准备过干程、毛坯制造过程、零件加工过程和产品装配过程。

　　（2）机器生产的工艺过程：按照一定顺序，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置或性质等使其成为成品或半成品的过程。

　　（3）工序：工艺过程最基本的组成单位。工序是指一个或一组工人，在一个工作地点，对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。

　　（4）工艺规程：将合理的生产方案，用表格和文字形式予以确定，作为组织和指导生产，编制生产计划依据的文件，称为加工工艺规程，简称工艺规程。

　　4.毛坯及其获得方法

　　毛坯是根据零件或产品所需要的形状、工艺尺寸而制成的供进一步加工的对象。

　　铸造是将熔化的液体金属浇铸到与零件形状相似的铸型型腔中，冷却凝固后，获得毛坯的方法。

　　压力加工是利用外力使金属材料产生永久变形，制成所需尺寸和形状毛坯或零件的加工方法。

　　焊接是通过加热或加压（或两者并用）使两个分离的物体连接成为一个整体的加工方法。

　　5.切削加工

　　利用刀具或特种加工，切去多余金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的加工方法。

　　特种加工：直接利用电能、声能、光能、化学能或上述能量与机械能组合等形式将坯料或工件上多余的材料去除的加工方法。

　　6.热处理

　　热处理是指在固态下对金属进行不同的加热、保温、冷却过程，从而得到所需组织和性能的一种工艺方法。除了合金化以外，热处理方法是改变金属材料性能的主要途径。热处理和其他加工工序不同，它的目的不是改变零件的形状和尺寸，而是改变其内部组织和性能。

　　7.加工精度和加工误差

　　加工精度系指零件加工后，其实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数符合的程度。

　　加工误差则指实际几何参数与理想几何参数的偏离程度。

　　8.尺寸精度

　　尺寸精度是指零件表面本身的尺寸精度和表面间相互距离尺寸的精度。

　　（1）基本尺寸：根据使用要求，通过强度、刚度计算和结构设计，确定的尺寸。

　　（2）极限尺寸：允许尺寸变化的极限值，较大者称为最大极限尺寸、较小者称为最小极限尺寸。

　　上、下偏差分别等于最大极限尺寸和最小极限尺寸与基本尺寸之差。

　　尺寸公差是允许尺寸的变动量。它等于最大极限尺寸减去最小极限尺寸之差，或上偏差减去下偏差之差。

　　尺寸公差带是指代表上下偏差的两条直线所限定的区域，也是最大极限尺寸和最小极限尺寸所限定的区域。

　　尺寸公差带由"公差带大小"和"公差带位置"两个要素确定。

　　国家规定尺寸公差有IT01～ITl8共有20个等级。其中，IT01精度最高、ITl8精度最低。

　　9.形状和位置公差

　　形状和位置公差研究的对象是机械零件的几何要素，几何要素是构成机械零件几何特征的点、线、面的统称。

　　形位公差是指实际被测要素的允许变动量。

　　形位公差带是限制实际要素变动的区域。

　　形位公差带由"公差带形状"、"公差带大小"、"公差带方向"和"公差带位置"四个要素确定。

　　形位公差特征项目一共l4种。其中：

　　形状公差4种，即直线度、平面度、圆度、圆柱度。

　　位置公差8种，平行度、垂直度、倾斜度、对称度、同轴度、位置度、圆跳动和全跳动。其中，平行度、垂直度、倾斜度为定向公差，对称度、同轴度、位置度为定位公差，而圆跳动和全跳动属于跳动公差。

　　形状或位置公差两种：线轮廓和面轮廓度。

　　除圆度、圆柱度外，各种形位公差均分为l2级，最高为1级，最低为l2级。圆度和圆柱度增加了0级，为最高级。

　　形位公差对机械产品的工作精度、连接强度、运动平稳性、密封性、耐磨性、配合性质、可装配性乃至机器寿命等都会产生影响。

　　10.表面粗糙度

　　表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距的峰谷组成的微观集合形状特性。

　　常用轮廓算术平均偏差来衡量，即在一定测量长度内，轮廓上各点至中线距离绝对值的算术平均值，记为Ra，单位为 .Ra值越小，被测表面越光滑；反之，Ra值越大，表面越粗糙。

　　表面粗糙度对机器零件的配合性质、耐磨性、工作精度、耐腐蚀性等有较大影响。

　　11.配合

　　以轴孔配合为例，配合是指基本尺寸相同，相互结合的孔和轴的公差带之间的关系。

　　间隙配合：孔的公差带在轴的公差带之上，任取加工合格的孔和轴配合，一定产生间隙，包括最小间隙为零的配合。

　　过盈配合：孔的公差带在轴的公差带之下，任取加工合格的孔和轴配合，一定产生过盈，包括最小过盈为零的配合。

　　过渡配合：孔的公差带与轴的公差带交叠，任取加工合格的孔和轴配合，可能产生间隙也可能产生过盈的配合。

　　不论是计算配合的间隙还是过盈，一律用孔的尺寸减去轴的尺寸。差值为正时足间隙，反之是过盈。

　　12.单件生产、成批生产和大量生产的工艺特征

　　生产类型分为单件生产、成批生产和大量生产三种。

　　（1）单件生产：加工对象经常更换，一般使用通用机床，需要熟练的技术工人，只需编写简单的工艺卡片。

　　（2）成批生产：毛坯精度中等；采用通用机床和一部分专用机床；一般采用专用夹具；较多采用专用刀具及量具；要求工人具有中等专业技术水平。

　　（3）大量生产：加工对象固定不变，广泛使用专用机床和自动机床，使用高效的毛坯加工方法，对于操作丁的技术要求较低，需要编写详细的工艺卡片和工序卡片。

　　13.工艺成本

　　工艺成本是与工艺方案有关的费用总和，包括可变费用和不变费用。

　　其中，可变费用与产量成正比，包括毛坯或原材料费用、操作工人工资、机床电费、通用机床的折旧费、通用夹具维护折旧费、刀具维护及折旧费等。

　　不变费用指完全或基本与产量无关，包括专用机床维护及折旧费、专用夹具维护及折旧费用、调整工人工资与调整杂费等。

　　年度工艺成本Gn与年产量Q为直线关系：

　　Gn=D.Q B

　　单件工艺成本Gd与产品年产量Q成双曲线关系：

　　Gd=D B／Q

　　14.工艺方案的经济分析

　　通常有下列两种情况：

　　（1）基本投资相近或使用现有设备时，对比工艺方案的临界产量为G0：

　　二、机械传动与液压传动

　　（一）考试目的

　　通过对本部分内容的考核，测试考生对机器设备的机械传动、液压传动知识认知程度，考核考生对机器设备认识、分辨的能力。

　　（二）考试基本要求

　　1.掌握以下内容

　　（1）机器功率及其计算；

　　（2）机械效率及其计算；

　　（3）滚珠螺旋传动机构的组成、特点及其应用；

　　（4）机械传动中传动链的传动比的计算；

　　（5）机械传动中传动效率的计算；

　　（6）液压传动的基本参数及计算；

　　（7）液压泵的原理、分类及主要性能参数；

　　（8）常用液压泵的特点及应用场合；

　　（9）液压控制阀的分类、各种阀的名称、职能符号、特点及应用场合；

　　（10）液压系统基本回路的功能、特点、应用场合及回路中所用液压元件的名称、作用。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）机械传动的主要作用；

　　（2）螺旋传动机构的组成、特点及位移量的计算；

　　（3）带传动特点及传动比计算、平带传动的形式；

　　（4）齿轮传动的特点、一对齿轮组成传动的基本类型及传动比计算；

　　（5）蜗杆传动机构的组成、蜗杆传动的特点及传动比计算；

　　（6）曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构的组成及应用；

　　（7）凸轮机构的组成、种类及应用；

　　（8）阅读简单传动系统图的方法；

　　（9）液压传动的工作原理、组成及液压传动的特点。

　　3.了解以下内容

　　（1）轮系的种类及轮系的功能；

　　（2）链传动特点及传动比计算；

　　（3）平面连杆机构的组成；

　　（4）常用的间歇机构及其应用；

　　（5）液压马达和液压缸的功能，常用液压缸的特点；

　　（6）液压辅件的作用及职能符号。

　　（三）要点内容

　　1.机械传动的主要作用

　　机械传动的主要作用表现在三个方面：

　　（1）传递动力；

　　（2）改变运动速度和方向；

　　（3）改变运动形式。

　　2.功率

　　功率是反映机器做功的快慢程度，它是机器的重要技术指标之一。功率等于力在其作用点速度方向上的投影与速度的乘积。即

　　式中：P——功率（w）；

　　F一一作用力（N）；

　　v——物体运动速度（m／s）；

　　a——作用力方向与物体运动方向的夹角。、

　　由上述公式可以看出，当机器的功率一定时，力和速度成反比，速度大，力就小；速度小，力就大。

　　对于机器中转动的零件，如果功率为P（kW），转速为n（r／rain），转矩为T，

　　则 T=9550P／n（N.m）

　　由上述公式可见：当机器功率一定时，转矩与转速成反比，转速大时转矩小，转速小时转矩大。

　　3.机械效率

　　机械效率是指输出功率与输入功率之比，即

　　机械效率用以衡量机械摩擦损失和功率损耗的大小，它是衡量机器性能的一个很重要的指标。显然，机械效率恒小于l.

　　4.螺旋传动机构

　　螺旋传动机构是用内、外螺纹组成的螺旋副来传递运动和动力的装置。它主要用来将回转运动变为直线运动。螺旋传动具有结构简单、降速比大、省力、能自锁、工作平稳、无噪音等优点，但效率低。

　　螺旋传动中，位移量L可按公式L=nst来计算。

　　式中：L——螺母或螺杆位移（mm）；

　　s——螺纹的导程（mm）；

　　n——螺杆或螺母的转速（r／min）；

　　￡——时间（min）。

　　5.滚珠螺旋传动机构

　　滚珠螺旋传动机构由丝杠、螺母、滚珠和反向器组成。与普通螺旋传动相比，滚珠螺旋传动具有传动效率高、磨损小、传动精度高的优点，但不能自锁，制作工艺复杂、成本较高。因此应用于要求高效率、高精度的场合。

　　6.带传动机构

　　带传动机构的优点是传动平稳、振动小、结构简单、传递距离远、制造和维修方便，过载时带与轮之间打滑，避免机器损坏。但外廓尺寸大、传动效率低、传动精度不高。平带传动形式有：开口式传动、交叉式传动和半交叉式传动。

　　带传动的传动比可按公式来计算。

　　式中：i——传动比；

　　d1、d2——主动轮、被动轮的直径；

　　——滑动系数。

　　7.齿轮传动机构

　　（1）齿轮传动特点。齿轮传动的优点是传动运动可靠，可得到准确传动比。结构紧凑、传动效率高，适用的载荷和速度范围大。缺点是加工比较复杂，当加工精度不高时，振动、噪声较大，传动轴之间距离不能过大。

　　（2）齿轮传动机构的基本类型及传动比的计算。按照两轴相对位置的不同，一对齿轮组成的齿轮传动机构可分为两轴平行的齿轮机构（平面齿轮机构）和两轴不平行的齿轮机构（空间齿轮机构）。齿轮传动的传动比等于主动齿轮与被动齿轮齿数之比。即

　　式中： ——主动齿轮齿数；

　　——从动齿轮齿数。

　　8.轮系

　　根据轮系中各齿轮的轴线在空间位置是否固定，轮系可分为固定轮系和周转轮系。当轮系运转时，各齿轮的轴线均为固定不动的称为定轴轮系；在轮系运转中，其中至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一个齿轮的固定几何轴线转动的轴系，称为周转轮系。

　　轮系的功能有：

　　（1）可使主动轴与从动轴之间的速度有较大变化；

　　（2）可做较远距离的传动；

　　（3）通过齿轮适当组合，从动轴可获得不同旋向和几种不同的传动比；

　　（4）可实现运动的合成或分解。

　　9.链传动机构

　　链传动能在低速、重载、高温条件及灰尘多的环境下工作，效率较高。与带传动相比，能保持准确的平均传动比，可传动较大功率。与齿轮传动相比，可在中心距较大情况下传动。但链传动不能保持恒定的瞬时转速和瞬时传动比，且工作时振动、冲击、噪声较大，不能用于高速运动状况。链传动的传动比等于主动齿轮与被动齿轮齿数之比。即

　　式中：k——蜗杆线数；

　　z——蜗轮齿数。

　　11.连杆机构

　　连杆机构是用铰链、滑道等方式将构件相互联接而成的机构，用以实现运动的变换和传递动力。平面连杆机构各构件间的相对运动均在同一平面或相互平行的平面内。

　　12.曲柄摇杆机构及曲柄滑块机构

　　（1）若四杆机构的两连架杆之一为曲柄，另一连架杆为摇杆，则该四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构中当曲柄为主动件时，可将曲柄整周连续转动变为摇杆的往复摆动；当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复运动变成曲柄的整周连续转动。

　　（2）曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的一种演化形式。在曲柄滑块机构中，若曲柄为主动件，并作连续整周旋转时，通过连杆可带动滑块作往复直线运动。反之，当滑块作往复直线运动时，也可通过连杆带动曲柄作整周连续旋转。

　　13.凸轮机构

　　凸轮机构主要由凸轮和从动件组合而成，其作用是将凸轮的连续运动转化为从动件的往复移动或摆动。凸轮机构的种类很多，就凸轮的形状和运动特点可分为平板凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。

　　14.间歇运动机构

　　间歇运动机构的主要作用是主动件作连续运动时，从动件能产生"动作一停止一动作"的运动。常用的间歇机构有棘轮机构和槽轮机构。

　　15.机械传动中传动链的传动比及传动效率

　　机器中的机械传动是将各种传动副（如皮带传动、齿轮传动、蜗杆传动等）连接成为传递运动和动力的系统，也叫传动链。机械传动链的总传动比等于链中所有各传动比的乘积。

　　机械传动的总效率等于各部分传动效率的乘积。

　　16.机器传动系统图

　　用一些简单的符号来表示传动系统的综合简图叫机器传动系统图。传动系统图用规定的代号和一定的规律来绘制，它表明机器内部的传动结构和传动关系。认识传动符号的目的是为了能看懂传动系统图。

　　17.液压传动的原理及组成

　　（1）液压传动是依靠液体介质的静压力来传递能量的液体传动，即它依靠密封容积的变化传递运动，依靠液体内部压力传递动力。其本质是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，随后又将液压能转换为机械能做功。

　　在液压传动中，只要控制油液的握力、流量和液流方向，便可控制液压设备动作所要求的推力（转矩）、速度（转速）和方向。

　　（2）液压传动系统由动力部分、执行部分、控制部分和辅助部分组成。

　　18.液压传动特点

　　液压传动具有传递平稳，操作方便，易于实现自动控制，便于实现系列化、标准化、通用化，和机械传动相比，具有体积小、重量轻、布局安装有很大灵活性的优点，但由于泄漏和油液可压缩，液压传动不能保证定比传动，此外，液压传动对温度变化敏感，液压元件制造精度要求较高。

　　19.液压传动的基本参数

　　（1）压力：液压传动中的压力是指作用在单位面积上的液体压力（物理学中称为压强）。液压传动的压力取决于负载。

　　（2）流量：单位时间内流过管道或液压缸某一截面的体积称为流量。管道或液压缸的流速取决于流量。

　　（3）功率：单位时间内所作的功称为功率。液压传动中的功率等于压力P和流量Q的乘积。

　　20.液压泵原理

　　在液压系统中，液压泵作为一定流量、压力的液压能源。液压泵必须有一个运动部件和非运动件所构成的密闭容积。该容积的大小随运动件的运动发生周期性变化。容积增大时，形成真空，油箱的油液在大气作用下进入密封容积（吸油）；容积减少时，油液受挤压，克服管路阻力排出（排油）。因为它的吸油和排油均依赖密闭容积的变化，因此，称之为容积式油泵。

　　21.液压泵分类

　　液压泵按其结构形式可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等；按使用压力分为低压泵、中压泵和高压泵；按泵的流量特征可分为定量泵和变量泵。

　　22.液压泵的主要性能参数

　　（1）液压泵的输出压力：液压泵工作时实际输出的压力取决于外界载荷，随着负荷的变化而变化。液压泵在连续运转情况下允许使用的最大工作压力称为额定压力。

　　（2）排量：液压泵的轴每转一周所排出油液的体积。

　　（3）理论流量：液压泵在单位时间内理论上可以排出的液体体积。它等于排量和转速的乘积。

　　（4）效率：液压泵的效率是输出功率与输入功率之比。

　　23.常用液压泵的特点

　　（1）齿轮泵由于其结构简单、重量轻、制造容易、成本低、工作可靠、维修方便，已广泛应用在压力不高的液压系统中。但齿轮泵漏油较多，轴承载荷大，使用在较高工作压力时，结构需采取一些措施。

　　（2）叶片泵具有结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪声小等优点，但电有结构较复杂，吸油条件苛刻，工作转速有一定限制，对油液污染比较敏感等缺点。

　　（3）柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节等优点，但结构比较复杂。

　　24.液压马达和液压缸

　　液压马达和液压缸是液压传动系统中的执行元件。液压马达是将液体压力能转换为旋转机械能的装置。液压缸是将液压能变成直线运动或摆动的机械能的装置。常用的液压缸有双杆活塞缸、单杆活塞缸和柱塞液压缸。

　　25.液压控制阀

　　液压控制阀分成三大类：方向控制阀是用来控制和改变液压系统中液流方向的阀类，如单向阀、换向阀等；压力控制阀是用来控制或调节液压系统液流压力的阀类，如溢流阀、减压阀等；流量控制阀是用来控制或调整液流流量的阀类，如节流阀、调速阀等。

　　26.液压辅件

　　液压辅件是液压系统中一个重要组成部分，它包括蓄能器、过滤器、油箱、热交换器等。

　　27.液压系统中的基本回路

　　液压系统中的基本回路主要有：速度控制回路、压力控制回路和方向控制回路。

　　速度控制回路是用来凋节执行元件（液压缸或液压马达）速度的液压回路。按速度调节方法分为节流调速、容积调速和容积节流调速三种。

　　压力控制回路是用来控制整个液压系统和局部压力，达到调压、卸载、减压、增压、平衡、保压等功能的回路。如减压回路、增压同路、卸荷回路等。

　　方向控制回路是通过控制执行元件液流的通断或变向，来实现液压系统执行元件的起动、停止或改变运动方向的回路。常用的方向控制回路有换向回路、锁紧回路和制动回路。

　　三、电机及电力拖动

　　（一）考试目的

　　通过对电机及电力拖动有关知识的考核，测试考生对机电设备中电气装置的必要基础知识的掌握程度。

　　（二）考试基本要求

　　1.掌握以下内容

　　（1）中、小型电力变压器的组成及各组成部分的作用；

　　（2）三相异步电动机的基本结构；

　　（3）三相异步电动机的工作原理和技术数据；

　　（4）直流电动机的构造及技术数据。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）中、小型变压器的用途和分类；

　　（2）变压器的基本工作原理及变压器的主要额定数据；

　　（3）三相异步电动机的起动，正、反转控制及调速；

　　（4）并励（或他励）直流电动机的机械特性以及它的起动、反转及调速方法。

　　3.了解以下内容

　　（1）中、小型变压器的现状：属于高损耗、较高损耗、较低损耗、低损耗四类变压器的系列产品；淘汰产品以及推荐更新产品；

　　（2）同步电动机构造、特点及工作原理；

　　（3）直流电动机的工作原理，以及直流电动机的励磁方式，

　　（三）要点内容

　　1.变压器的用途

　　变压器是一种能够改变交流电压的设备，它能将电压由高变低或由低变高，所以被广泛用于电力系统。此外，在其他方面也得到十分广泛的应用。

　　2.变压器的分类

　　变压器的种类很多，分类的方法也很多：按其容量的大小，可将其分为中、小型变压器，大型变压器和特大型变压器。按用途可以把变压器分为电力变压器（包括升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器、厂用或所用变压器等）、仪用变压器、电炉变压器、试验变压器、整流变压器、调压变压器、矿用变压器及其他变压器等。按相数的多少，可以把变压器分为单相变压器和三相变压器。

　　3.变压器的基本工作原理及主要额定数据变压器一、二次绕组电压之比与一、二次绕组的匝数成正比，而一、二次绕组电流之比与一、二次绕组的匝数成反比。变压器的效率是其输出、输人有功功率（W或KW）之比的百分数。电力变压器满负荷运行时的效率均在95%以上。电子设备中使用的变压器效率比较低，一般在90%以下。显然，变压器空载时的效率为零。

　　变压器在额定工作状态下运行才会得到好的经济效果和长的寿命。

　　4.中、小型电力变压器的组成及各组成部分的作用

　　中、小型变压器由器身（包括铁芯、绕组、绝缘和引线），调压装置（包括无励磁开关和有载分接开关），油箱及冷却装置，保护装置（包括储油柜、压力释放阀、吸湿器、气体继电器、净油器、油位计及测温装置等），出线套管和变压器油组成。变压器的各个组成部分起着不同的作用，是变压器正常工作和可靠运行所不可缺少的。

　　铁芯和绕组是变压器最基本的组成部分。铁芯是变压器电磁感应的通路。由矽钢片叠装而成。绕组套装在铁芯上，是变压器的电路部分，分高、低压绕组，即一、二次绕组。油箱是变压器的外壳，内装铁心、绕组和变压器油，起一定的散热作用。

　　储油柜的容积一般为油箱的l/10，起着储油和补油的作用，以保证油箱内充满油。储油柜还能减少油与空气的接触面，防止油液过快氧化和受潮。可以通过储油柜上的油位计监视油位的变化。

　　储油柜内的油通过吸湿器（也称呼吸器）与空气相通，吸湿器中的干燥剂吸收空气中的水分和杂质，使油保持良好的电气性能。

　　气体继电器是变压器的主要保护装置。当变压器内部发生故障时，能使断路器掉闸并发出信号。当变压器内部发生故障时，油温升高、油液分解产生大量气体使油箱内压力剧增时，可由压力释放闯释放压力，避免油箱变形或爆炸。出线套管，即高、低压绝缘套管（瓷套管），是将变压器高、低压引线引致油箱外部的绝缘装置，也起固定引线的作用。

　　5.中、小型变压器的现状

　　新中国成立以来，我国中小型变压器的标准先后进行了三次较大的修改，分别为初期（高损耗）标准、中期（较高损耗）标准和近期（低损耗）标准。相应的35kV级以下（包括35kV）中小型变压器产品可分为高损耗（sJ系列、SJl系列、SJ2系列、SJ3系列、SJ4系列、SJ5系列、SJL系列、SJLl系列）、较高损耗（S系列、Sl系列、S2系列、S5系列、SL系列和SL1系列、SL3系列）、较低损耗（SL7系列、S7系列）和低损耗（S9系列和SL8系列。老S9系列、新S9系列）4大类。SL7-30～l600/l0系列和S7-30～1600/10系列配电变压器已被列入国家淘汰的机电产品，推荐S9-30～1600/10系列配电变压器为更新产品。

　　6.三相异步电动机的基本结构

　　三相异步电动机由定子和转子两个基本部分组成。定子是电动机的固定部分，用于产生旋转磁场，主要由定子铁芯、定子绕组和基座等部件组成。转子是电动机的转动部分，由转子铁芯、转子绕组和转轴、风扇等部件组成，其作用是在旋转磁场作用下获得转动力矩。转子按其结构的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子。鼠笼式转予用铜条安装在转子铁芯槽内，两端用端环焊接，形状像鼠笼。中小型转子（100kW以下）一般采用铸铝方式。绕线式转子的绕组和定子绕组相似，三相绕组连接成星形，三根端线连接到装在转轴上的三个铜滑环上，通过一组电刷与外电路相连接。

　　7.三相异步电动机的工作原理和技术数据

　　通入三相异步电动机定子绕组的二相电流共同产生合成磁场，该磁场随着电流的交变在空间不断地旋转，故称为旋转磁场。旋转磁场切割转子导体，产生感应电动势，进而在闭合导体中产生电流，转予导体电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩而使转子旋转。若使电动机转子反向转动，只需将接于三相电源的三相绕组中的任意两相对调位置，使旋转磁场反向旋转即可。旋转磁场的转速可表示为：

　　n1=60f/p（r/min）

　　三相异步电动机转速与旋转磁场转速的差异是保证电动机转子旋转的必要条件，旋转磁场转速n1与电动机转子转速n相差的程度用转差率s表示，它们之间的关系为：

　　S=（n1-n）／n1

　　S在0-1范围内变化。

　　电动机制造厂生产的每台电动机上都有铭牌，铭牌上标注有一系列额定数据。异步电动机的额定数据主要有：额定功率P.（W、kW）、额定电压u.（V、kV）、额定电流，。（A）、额

　　定频率（我国规定标准工业用电频率为50Hz）和额定转速n.（r/min）。

　　电动机按其铭牌上标注的条件和额定数据运行称为额定运行。

　　电动机的出线盒中有六个接线柱，分上、下两排。用金属连接板可以把三相定子绕组接成星形或三角形。

　　电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。例如，常用的8级绝缘材料的允许最高温度为120℃左右，若环境温度以40℃为标准，则8级绝缘的电动机温升不能超过80℃。

　　三相异步电动机的额定转矩是其在额定负载下的转矩，可从铭牌上的额定功率（输出机械功率）和额定转速求得，即

　　8.三相异步电动机的起动，正、反转控制及调速在供电变压器容量较大，电动机容量较小（额定功率在7.5kW以下）时，三相异步电动机可以直接起动。在直接起动控制电路中，一般采用组合开关将三相交流电源引入；用交流接触器（主触点）接通或断开电动机；用按钮接通或断开电动机起、停控制电路；用热继电器对电动机进行保护，以免因长时间过载而损坏；用熔断器作短路保护。

　　当鼠笼式三相异步电动机容量较大，而电源容量不够大时，为了限制起动电流，避免电网电压显著下降，需采用降压起动，如采用星形一三角形起动或自耦变压器降压起动。

　　绕线式三相异步电动机常采用转子回路串接电阻起动或转子回路串接频敏变阻器起动。

　　要想改变三相异步电动机的旋转方向，必须改变三相交流电的相序。为此，需将接到电源的任意两根连接导线对调。完成两根连接导线对调需采用两个交流接触器。

　　三相异步电动机有三种调速方案：改变电源频率f、改变绕组磁极对数P以及改变转差率S.其中改变电源频率调速其调速范围宽，技术成熟，具体方法有：变频机组、交一直一交变频和交一交变频。改变转差率S的调速方法只能在绕线式转子电动机中使用。

　　9.同步电动机构造、特点及工作原理

　　定子和转子是同步电动机的两个基本组成部分。定子由机座、定子铁芯和三相绕组组成。转子为电极，其铁芯上绕有励磁绕组，采用直流励磁。转子按其结构，有显极式和隐极式两

　　种。定子静止不动，可直接与外电路连接，因此小仅绝缘较为可靠，而且结构简单。转子在空间转动，为了将励磁电流引入励磁绕组，必须装有电刷和滑环。同步电动机必须采取一定的方法（如异步起动法）才能起动起来。

　　10.直流电动机的工作原理，以及直流电动机的励磁方式

　　直流电动机是把直流电能转变为机械能的装置。它是依据磁场和通有电流的导体相互作用产生电磁力来工作的。为了产生一定方向的电磁转矩，通人转子绕组中电流的方向必须是交变的。直流电动机励磁绕组（主磁极绕组）和转子绕组都由直流电源供电。依励磁绕组与转子绕组连接与否以及连接方式的不同，直流电动机有四种励磁方式，即他励、并励、串励和复励，其中常用的是他励和并励直流电动机。

　　11.直流电动机的构造及技术数据

　　直流电动机主要由静止的定子和旋转的转子组成。定子由主磁极、换向极、电刷装置和机座组成。主磁极铁芯上套有线圈，通入直流励磁电流便会产生磁场，即主磁场。换向极也由铁芯及套在上面的线圈组成，其作用是产生附加磁场。以减弱换向片与电刷之间的火花，避免烧蚀。机座除作电动机的机械支架外，还作为各磁极间磁的通路。转子由转子铁芯、转子绕组、换向器、轴和风扇组成。转子铁芯用来安装转子绕组，并作为电动机磁路的一部分。转子绕组的主要作用是产生感应电动势并通过电流，以产生电磁转矩。换向器由换向片组成，换向片按一定规律与转子绕组的绕组元件连接。

　　绕线式三相异步电动机常采用转子回路串接电阻起动或转子回路串接频敏变阻器起动。

　　9.同步电动机构造、特点及工作原理

　　10.直流电动机的工作原理，以及直流电动机的励磁方式

　　11.直流电动机的构造及技术数据

　　12.并励（或他励）直流电动机的机械特性，以及它的起动、反转及调速方法

　　并励（或他励）直流电动机具有硬的机械特性。并励（或他励）直流电动机绝对小能采用直接起动方式起动，通常采取在转子回路串接起动变阻器的方法进行起动。

　　可以采取将转子绕组两端的接头对凋或将励磁绕组两端的接头对调方法使直流电动机反转。但不能将转子绕组和励磁绕组的接头同时对调，因为同时对调电磁转矩的方向将保持不变。

　　并励直流电动机有三种调速方法，即改变磁通调速、改变外加电压U调速和改变转子绕组回路电阻调速。其中，改变磁通的调速方法通常是减小磁通将转速往上调，为恒功率调速。改变外加电压U的调速方法通常是通过降低电压将转速往下调，为恒转矩调速。改变转子绕组回路电阻的调速方法由于有较大的功率损耗而很少采用。

　　四、金属切削机床

　　（一）考试目的

　　通过本部分内容的考核，测试考生对机床的掌握情况，考核考生对评估中常见设备的认知能力。

　　（二）考试基本要求

　　1.掌握以下内容

　　（1）机床的技术经济指标；

　　（2）机床的工作运动；

　　（3）机床的分类；

　　（4）机床型号的含义；

　　（5）机床类别、主参数等内容在机床型号中的表示方法；

　　（6）普通车床的组成及各组成部分的功能；

　　（7）镗床种类及常见镗床的特点；

　　（8）卧式万能铣床、立式铣床、龙门铣床的构造特点及应用范围；

　　（9）磨床的特点，外圆磨床、内圆磨床、平面磨床的构造及应用范围；

　　（10）电火花加工、超声波加工、激光加工常用的设备、特点及应用范围。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）车床的应用范围；

　　（2）立式车床的结构及特点；

　　（3）钻床类型及各自特点；

　　（4）刨床、插床的特点及应用范围；

　　（5）特种加工机床的特点及应用；

　　（6）组合机床自动线的组成及特点。

　　3.了解以下内容

　　（1）机床的传动；

　　（2）六角车床的特点；

　　（3）镗床的应用范同；

　　（4）拉床的特点及应用范围；

　　（5）铣床的应用范围；

　　（6）组合机床的组成、特点及应用。

　　（三）要点内容

　　1.机床的技术经济指标机床的技术经济指标主要有：

　　（1）工艺的可能性；

　　（2）加工精度和表面粗糙度；

　　（3）生产率；

　　（4）系列化、通用化、标准化程度；

　　（5）寿命。

　　2.机床的工作运动

　　机床的工作运动可分为主运动和进给运动。主运动是形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动；进给运动是使工件的多余材料不断被去除的工作运动。切削过程中主运动只有一个，进给运动可以是一个或多于一个。机床的运动除工作运动外，还有一些实现机床切削过程的辅助工作而必须进行的辅助运动。

　　机床的传动是机床传动机构的简称，其作用是传递运动和动力。按传动速度调节变化的特点，可将传动分为有级传动和无级传动。

　　3.机床的分类

　　（1）按机床加工性质和所用刀具分类，可将机床分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨床、拉床、锯床，以及其他机床共11大类。

　　（2）按机床工作精度分类，机床可分为普通机床、精密机床和高精度机床。机床精度不同，则价格不同，使用范围及要求工作环境不同。考生应会将常见的机床按机床工作精度进行分类。

　　（3）按机床加工工件尺寸的大小和机床自身重量分类，机床可分为仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床和特重型机床。

　　（4）按机床通用性分类，机床可分为通用机床、专门化机床和专用机床。

　　4.机床型号

　　机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。机床型号中机床的代号用C、Z、T、M、Y、S、X、B、L、G、Q等ll个汉语拼音字母代表11类金属切削机床。每一类机床划分为若干组，每个组又划分为若干系列。反映机床规格大小的主要数据称为第一主参数，简称主参数。机床型号中，机床主参数的代号是用阿拉伯数字来表示的。一般是表示机床主参数或主参数的1／10或1／100.

　　5.车床

　　车床是用车刀在工件上加工旋转表面的机床，车床加工范围较广，主要有；车外圆、车端面、切槽、钻孔、镗孔、车锥面、车螺纹、车成形面、钻中心孔及滚花等。一般车床的加工精度可达ITl0～IT7，表面粗糙度R.值可达l.6μm.

　　普通车床由三箱（主轴箱、进给箱、溜板箱）、两杠（光杠、丝杠）、两架（刀架、尾架）、一床身组成。

　　（1）主轴箱：主轴箱是用来带动车床主轴及卡盘转动，并能使主轴得到不同的转速

　　（2）进给箱：将主轴传来的旋转运动传给丝杠或光杠，并使丝杠或光杠得到不同的转速。

　　（3）丝杠：用来车螺纹，它能通过溜板箱使车刀按要求的传动比作精确的直线运动。

　　（4）光杠：用来把进给箱的运动传给溜板箱使车刀作直线运动。

　　（5）溜板箱：将丝杠或光杠的转动传给溜板使车刀作纵向或横向运动。

　　（6）刀架：用来装夹车刀。

　　（7）尾架：装夹细长工件和安装钻头、铰刀等。

　　（8）床身：支持和安装车床各部件用。床身导轨供纵漓板和尾架移动用。

　　6.立式车床

　　立式车床在结构布局上的主要特点是主轴垂直布置，并有一个很大的圆形工作台，供装卡工件之用，工作台台画在水平面内，工件的安装调整比较方便，而且安全，工作台由导轨支撑，刚性好，因而能长期地保持机床精度。立式车床适用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小的大型和重型零件，如各种盘、轮类零件。

　　7.六角车床的特点

　　（1）它没有尾架，在普通车床尾架位置上有一个可以同时装夹多种刀具的转塔刀架。

　　（2）它没有丝杠，一般只能用丝锥和板牙加工螺纹。

　　由于转塔刀架上的刀具多，而且该刀架设有多种定程装置，能保证其准确位移和转换，这样能减少装卸刀具、对刀、试切和测量尺寸等辅助时间，所以生产率较高。

　　8.钻床

　　钻床的特点是加工中工件不动，而让刀具移动，将刀具中心对正待加工孔中心，并使刀具转动（主运动）、刀具移动（进给运动）来加工孔。

　　钻床有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床。

　　钻床加工精度可达ITl2，表面粗糙度Rq值可达l2.5μm.

　　9.镗床

　　镗床主要完成精度高、孔径大或孔系的加工，此外，还可铣平面、沟槽、钻孔、扩孔、铰孔和车端面、外圆、内外环形槽及车螺纹等。，

　　常见的镗床有卧式镗床、坐标镗床和金刚镗床等。

　　卧式镗床主要是加工孔，特别是箱体零件上的许多大孔、同心孔、平行孔等。易于保证被加工孔的尺寸精度和位置精度。镗孔的尺寸精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm～0.8μm.

　　坐标镗床具有以下特点：

　　（1）结构刚性好，能在实体工件上钻、镗精密孔。

　　（2）主轴转速高，进给最小。

　　（3）设有纵、横向可移动的工作台，它们的微调整量可达1μm，并有精确坐标测量系统，所以适于加工孔距误差小的孔系。

　　金刚镗床是一种高速镗床，其特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工，加工出的工件具有较高的尺寸精度（IT6）和较光洁的表面（Ra为0.2μm）。卧式金刚镗床的主参数是上作台面宽度。

　　10.刨床

　　刨床主要加工平面、沟槽和成型面。

　　常见的刨床有牛头刨床和龙门刨床。牛头刨床适于刨削长度不超过l000mm的中小型工件，其主运动是滑枕带动刨刀做直线往复运动，工作台的间歇移动为进给运动。龙门刨床主要加工大型工件或同时加工多个工件，其主运动是工作台的直线往复运动，进给运动是刀架带着刨刀作横向或垂直的间歇运动。

　　插床实际上是一种立式刨床。插床主要是加工上件内部表面如方孔、长方孔、各种多边形孔和键槽等。由于生产率低，只适合单件小批生产。

　　11.拉床

　　拉床是用拉刀加工工件各种内、外成形表面的机床，拉削时机床只有拉刀的直线运动，它是主运动。拉床一般是液压传动。拉床的主参数是额定拉力。

　　12.铣床

　　铣床是利用铣刀在工件上加工各种表面的机床。铣床加工范围与刨床相近，但比刨床加工范围广，生产率也较高。常见的铣床有：卧式铣床、立式铣床和龙门铣床。

　　（1）卧式铣床的主轴是水平布置的，卧式铣床可加工平面、成形面、各种沟槽、螺旋槽及齿轮齿形等。立式铣床的主轴是垂直布置的。

　　（2）立式铣床适于加工较大平面、加工沟槽，生产率比卧式铣床高。

　　（3）龙门铣床与龙门刨床相似，其区别在于它的横梁和立柱上装的不是刨刀架，而是带有主轴箱的铣刀架。，龙门铣床主轴箱带动铣刀旋转为主运动，工作台纵向往复运动是进给运动。

　　（4）龙门铣床生产率较高，适用于成批和单件生产，用以加工中型和大型工件。

　　13.磨床

　　磨床是用磨具或磨料加工工件各种表面的精密加上机床，通常，磨具旋转为士运动。

　　磨床特点：

　　（1）切削工具砂轮是由无数细小、尖硬、锋利的非金属磨粒粘接而成的多刃工具，并且做高速旋转的主运动。

　　（2）万能性强，适应性更广。

　　（3）磨床种类多，范围广，能适应磨削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求。

　　（4）磨削加工余量小，生产率高，容易实现自动化和半自动化，可广泛应用于流水线和自动线中。

　　（5）磨削加工精度高，表面质量高。

　　常见的普通磨床有：外圆磨床、内圆磨床和平面磨床。

　　外圆磨床山床身、工作台、头架、尾架、砂轮架以及液压操纵系统组成。可磨削工件的外圆柱面和外圆锥面。其中，万能外圆磨床构造与普通外圆磨床基本相同，所不同的是它的砂轮架上、头架上和工作台上都装有转盘，并增加了内圆磨具等附件，故万能外圆磨床还能磨削内圆柱面及锥度较大的内外圆锥面。

　　内圆磨床山床身、工作台、头架、砂轮架、滑台组成，主要用于磨削内圆柱面、内圆锥面及端面等。

　　平面磨床用来磨削工件的平面。主要由床身、工作台、立柱、滑座、砂轮架等部件组成。平面磨床的工作台一般是电磁工作台，工件安放在电磁工作台上，靠电磁吸力吸住工件。

　　14.特种加工机床

　　特种加工机床是利用电能、电化学能、光能、声能等特种加工方法加工工件的机床。主要用于一般切削方法难以加工（如材料性能特殊、形状复杂）的工件。

　　电火花加工是利用两极间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对材料进行加工的。常见的有电火花成形加工机床和电火花切割加工机床。其特点是：

　　（1）可加工任何硬、脆、韧、高熔点、高纯度的导电材料。

　　（2）加工时机床和刀具间不存在显著机械力作用。

　　（3）加工中不受热的影响。

　　（4）同一台机床可进行粗加工、半精加工、精加工。

　　（5）便于实现自动化。

　　超声波加工是利用工具作超声频振动冲击磨料，进行撞击和抛磨工件，从而达到加工目的。其特点是：

　　（1）超声波加工适于加工各种硬脆材料。

　　（2）易于加工出各种复杂形状的型孔、型腔和成形表面。

　　（3）由于切削力小，适于加工薄壁等不能承受较大机械应力的零件。

　　激光加工是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应来加工各种材料。其特点是：

　　（1）不受材料性能限制，几乎所有材料均能加工。

　　（2）加工时不需刀具，属于非接触加工。

　　（3）加工速度极高，热影响区小，易实现加工过程自动化。

　　（4）可通过透明介质进行加丁。

　　15.组合机床

　　组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或若干种工件按预定的工序进行加工的机床。

　　与其他机床相比有下列特点：

　　（1）设计制造周期短。

　　（2）自动化程度高。

　　（3）通用化程度高。

　　（4）能稳定地保证加工精度。

　　（5）易于联成自动线。

　　在组合机床上，可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序。组合机床既有专用机床生产率高、结构简单的特点，又具有通用机床易于更新调整，以适应新的加工对象的特点。

　　16.组合机床自动线

　　由若干台组合机床及辅助设备组成的自动化生产线称为组合机床自动线。

　　组合机床自动线是用工件自动传送系统及自动控制系统，把按加工工序合理排列的若干台组合机床或自动机床和其他辅助设备联系起来的自动生产线。

　　组合机床自动线的基本结构有下列几部分：

　　（1）组合机床或自动机床。

　　（2）传送机构。

　　（3）自动线的操纵机构。

　　组合机床自动线能减轻工人劳动强度，减少操作人员，减少辅助运输上具和减少占地面积，能提高劳动生产率，降低产品成本。

　　五、数控机床及工业机器人

　　（一）考试目的

　　通过对本部分内容的考核，测试考生对数控机床及其计算机数字控制系统、伺服驱动系统，以及工业机器人、柔性制造单元、柔性制造系统等相关设备、相关技术熟悉的情况，从而考核考生对机电一体化设备、系统的必要基础知识掌握的程度。

　　（二）考试基本要求

　　1.掌握以下内容

　　（1）采用数控机床的原凶和必然性；

　　（2）数控机床的组成；

　　（3）数控机床再生改造应该考虑的问题；

　　（4）单微处理器结构和多微处理器结构CNC装置的结构及特点，以及它们之间的区别；

　　（5）PLC的特点；

　　（6）应用于数控机床中的两种PLC的型式、特点、区别；

　　（7）常用的反应式、永磁感应子式步进电动机的主要区别；

　　（8）步进电动机的转数和转速的计算；

　　（9）直流主轴电动机、交流主轴电动机、永磁直流伺服电动机、永磁同步交流伺服电动机的结构及特点，以及它们之间的区别；

　　（10）CNC装置的控制流程及CNC软件的特点。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）数控机床的各种分类方法；

　　（2）CNC装置所具有的功能；

　　（3）PLC的组成、技术指标；

　　（4）伺服系统的分类以及数控机床对伺服系统的要求；

　　（5）步进电动机的工作原理、特点及主要性能指标；

　　（6）直流主轴电动机的性能及速度控制方法；

　　（7）永磁直流伺服电动机的性能及速度控制方法；

　　（8）交流主轴电动机的性能及速度控制方法；

　　（9）永磁同步交流伺服电动机的性能及速度控制方法；

　　（10）工业机器人的特性参数和技术要求；

　　（11）柔性制造单元的结构形式，柔性制造单元与加工中心的区别。

　　3.了解以下内容

　　（1）数控机床及其产生和发展；

　　（2）数控机床加工与普通机床加工的区别；

　　（3）开放式CNC装置的组成方式；

　　（4）PLC在工业控制中的应用；

　　（5）步进电动机对驱动电源的要求，驱动电源的组成和功能；

　　（6）加工机器人的组成、分类及编程方式；

　　（7）柔性制造系统的基本功能、组成及其柔性。

　　（三）要点内容

　　1.数控机床及其产生和发展

　　数控机床是一种采用计算机，利用数字化信息进行控制的，具有高附加值的，技术密集型机电一体化产品。

　　数控机床自20世纪50年代问世以来，得到了迅速发展，不断地更新换代。我国的数控机床行业起步于1958年。到目前为止，在开发、设计、制造具有自主版权的中、高档CNC系统方面取得了可喜的成果。我国的数控产品覆盖了车、铣（包括仿型铣）、镗铣、钻、磨、加工中心及齿轮机床、折弯机、火焰切割机、柔性制造单元等，品种达300多种。中、低档CNC系统已达到小批量生产能力。

　　2.数控加工与普通机床加工的区别

　　数控机床是高效的自动化机床。数控机床加工不同于普通机床加工，在数控机床上加工零件，是将加工过程所需要的各种操作（如主轴的起停、换向及变速，工件或刀具的送进，刀具选择，冷却液供给等）以及零件的形状、尺寸按规定的编码方式写成数控加工程序，输入到数控装置中。再由数控装置对这些输入的信息进行处理和运算，并控制伺服驱动系统，使坐标轴协调移动，从而实现刀具与工件间的相对运动，完成零件的加工。当被加工工件改变时，除了重新装夹工件和更换刀具外，只需更换程序。而在普通机床上加工零件，是由操作者根据图纸要求，手动操作机床，不断改变刀具与工件相对运动参数（位置、速度等），使刀具从工件上切除多余材料，最终获得符合技术要求的尺寸、形状、表面质量及位置要求的零件。

　　3.采用数控机床的原因和必然性

　　数控机床的前期投资费用以及维修（技术）费用比较高，对管理及操作人员素质的要求也比较高。但是采用数控机床不仅节约劳动力，提高劳动生产率，还可以提高产品质量，对开发新产品和促进老产品更新换代，加速流动资金周转和缩短交货期都起着很大作用。合理选用数控机床可以降低企业的生产成本、提高企业的经济效益与竞争力。因此，普通机床正在大量地被数控机床取代。数控机床已经是现代工业生产必不可少的设备。采用数控机床，提高机械工业的数控化率是当前机械制造业技术改造和技术更新的必由之路。

　　4.数控机床的组成

　　数控机床由CNC系统和机床主机及辅助装置组成。

　　CNC系统由程序、输入输出设备、CNC装置及主轴、进给控制单元组成。零件加工程序是CNC系统的重要组成部分。输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存储、打印、显示等。不同档次的CNC系统其输入输出设备的复杂程度也不一样。CNC装置是CNC系统的核心部件，它由计算机（包括硬件和软件）、可编程序控制器（PLC）和接口电路组成。

　　主轴控制单元与交、直流主轴电动机及其进给检测元件组成主轴驱动装置，用于控制主轴的旋转运动，实现在宽范围内速度连续可调，并在每种速度下都能提供切削所需要的功率。

　　速度控制单元与进给伺服电动机（功率步进电动机或交、直流伺服电动机）及其检测元件组成进给驱动装置，用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，提供切削过程中所需要的扭矩，并可以任意调节运动速度。再配以位置控制系统，可实现对工作台（或刀具）位置的精确控制，这就是进给伺服驱动系统。

　　为了满足数控机床高自动化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，与普通机床相比，数控机床主机的机械结构需满足高刚度和高抗振性、小的机床热变形等要求，为此在结构设计及材料选用上采取一系列措施；此外，在数控机床中多采用高效率、无间隙、低摩擦传动，并采用高性能，宽调速范围交、直流伺服电动机和主轴电动机，以尽量简化机械传动结构。

　　辅助装置是保证数控机床功能充分发挥所需要的配套部件，包括：电器、液压、气动元件及系统，冷却、排屑、防护、润滑、照明、储运等一系列装置，交换工作台，数控转台，数控分度头，刀具及其监控检测装置等。

　　5.数控机床的分类

　　数控机床可以从不同的角度对其分类：

　　按照能够控制刀具与工件相对运动的轨迹可以把数控机床分为点位控制数控机床和轮廓控制数控机床。点位控制数控机床只控制工作台（或刀具）从一点精确地移动到另一点，移动过程中不进行加工。采用这种控制方案的有数控钻床、数控镗床、数控冲床等。轮廓控制数控机床不仅控制工作台（或刀具）的起点和终点坐标，而且还要控制轨迹上每点的速度和位置，因而能够加工曲线（或曲面）。数控车床、数控铣床、数控磨床、数控电加工机床、加工中心等都采用这种控制方案。

　　按照伺服系统的控制方式可以把数控机床分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。开环控制方式与闭环、半闭环控制方式的区别是明显的。闭环和半闭环控制方式都为反馈控制系统，都包括位置、速度控制单元，都采用交、直流伺服电动机作为执行元件，都有位置、速度检测器，速度检测器都可以安装在电动机的轴端。区别是：闭环控制其位置检测器安装在机床工作台上，环内包括丝杠螺母副、工作台等传动部件，设计、调试难度大，但控制精度高。而半闭环控制其位置检测器安装在电动机轴端或丝杠的轴端，一般位置测量和速度测量用一个检测器。由于环中包括的传动部件少，设计、调试难度小，但控制精度不如闭环的高。

　　按照加工方式可以把数控机床分为金属切削类、金属成型类、特种加工类和其他类等数控机床。

　　数控机床还可以按其功能水平分高、中、低三档。

　　6.数控机床再生改造应该考虑的问题

　　数控机床再生改造通常应该考虑以下问题：

　　（1）正确估计被改造数控机床的剩余价值。在对旧数控机床进行改造时，必须仔细分析这台数控机床哪些部分还可利用，哪些必须更新。一般要求可利用的剩余价值不应低于总价值的1／3.一般来说，旧数控机床中剩余价值较大的是机械部分及配套附件，数控系统往往都需要更新。

　　（2）对是否值得改造做出判断。设备技术改造力求投资少，一般不应超过同类新设备购置费用的40%～60%.

　　（3）对旧数控机床进行再生改造时，应避免只搞局部改造，而应做全面配套改造。

　　（4）再生改造要与企业的实际生产状况相适应。设备改造的宗旨是以有限的投入创造出较大的经济效益，因此不一定要把设备改造成一流水平。

　　7.CNC装置所具有的功能

　　CNC装置的基本功能包括控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能、字符显示功能及诊断功能等；还有一些功能属于CNC装置的选择功能，如补偿功能、固定循环功能、图形显示功能、通信功能、在线自动编程功能等。

　　8.单微处理器结构和多微处理器结构CNC装置的结构、特点及区别

　　CNC装置的硬件有单微处理器和多微处理器结构两种结构形式。

　　单微处理器结构CNC装置采用以总线为中心的计算机结构，微处理器通过总线与存储器、PLC、位置控制器及各种接口相连。CNC装置的接口包括与机床侧的信号输入输出接口、与上位计算机的通信接口及与标准输入输出设备的接口。

　　单微处理器CNC装置只有一个微处理器。有的CNC装置虽然有两个或两个以上微处理器，但只有一个微处理器能够控制总线，占有总线资源，其他微处理器不能控制系统总线，不能访问主存储器，只作为智能部件工作，这种CNC装置也属于单微处理器结构。由于只有一个微处理器，因此多采用集中控制、分时处理的方式完成数控的各项功能。由于所有数控功能由一个微处理器完成，因此CNC装置的功能将受微处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。CNC装置的档次主要由微处理器的品质决定。

　　按印刷电路板插接方式的不同单微处理器结构CNC装置分为大板结构和模块化结构。

　　多微处理器结构CNC装置都采用模块化结构，有多个微处理器，每个微处理器分管各自的任务，形成特定的功能单元，即功能模块。基本功能模块包括CNC管理模块、CNC插补模块、位置控制模块、存储器模块、PLC模块和指令、数据的输人输出及显示模块。进一步扩展功能，可增加相应模块。多微处理器结构CNC装置各模块之间的互连和通信除了采用共享总线结构外，还采用共享存储器结构。多微处理器结构CNC装置采用积木方式组成CNC装置，具有良好的适应性和扩展性。插件模块更换方便，可使故障对系统的影响降到最低。运算速度高，更适合多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求。

　　单微处理器结构和多微处理器结构CNC装置的区别归纳如下：

　　（1）单微处理器结构CNC装置只有一个微处理器能够控制总线，占有总线资源，而多微处理器结构CNC装置有多个微处理器。

　　（2）单微处理器结构CNC装置采用以总线为中心的计算机结构，而多微处理器结构CNC装置各模块之间的互连和通信除了采用共享总线结构外，还采用共享存储器结构。

　　（3）单微处理器结构CNC装置有大板和模块两种结构形式，而多微处理器结构CNC装置都采用模块化结构形式。

　　（4）单微处理器结构CNC装置的功能受微处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制，用于控制功能不十分复杂的数控机床中。多微处理器结构CNC装置适合多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控机床。

　　（5）与单微处理器结构CNC装置相比，多微处理器结构CNC装置具有更好的适应性和扩展性。使故障对系统的影响更低。

　　9.开放式CNC装置的组成方式

　　CNC装置的开放化是制造业最终用户、机床生产厂家以及CNC生产厂家共同的需求。开放化具体体现在：系统组成内部的开放化，亦即系统内部硬、软的公开化；系统组成各部分之间的开放化，即使各组成部分（如CNC、伺服驱动、主轴驱动等）之间的接口标准化。其组成方式一般有：

　　（1）PC连接型CNC，是一种将现有CNC与PC通过串行通信连接起来的一种形式。

　　（2）PC内藏型CNC，即在CNC内部加装PC，PC与CNC之间通过专用总线连接。

　　（3）CNC内藏型PC，即在通用PC的扩展槽中插入专用CNC，专用CNC具有包括加工轨迹生成等几乎所有的CNC处理功能。

　　（4）全软件型NC，即CNC的全部功能都由PC完成，并通过装在PC扩展槽中的接口卡进行伺服驱动控制。

　　10.CNC装置的控制流程及CNC软件的特点

　　CNC装置需要执行两种控制，即数字控制和顺序控制（或称辅助控制）。因此，CNC软件要处理两种信息，即辅助控制信息和数字控制信息。各种控制指令、参数及加工数据通过输入设备送入CNC装置的存储器中，加工时从存储器中调出零件加工程序，按程序段进行译码，将零件加工程序转变为CNC装置能够接受的代码。译码后分成两路；一路是辅助控制信息，包括辅助功能M、主轴转速功能S和刀具功能T，该路信息通过PLC处理并输出；另一路是数字控制信息，通过预处理（刀具补偿处理和速度处理）后，进行插补计算、位置控制，控制伺服系统实现坐标轴的协同移动。

　　CNC软件的特点是多任务并行处理：CNC系统软件需要完成多项任务，包括输入、I／O处理、显示、诊断等管理任务和译码、刀具补偿、速度处理、插补、位置控制等控制任务。在许多情况下CNC装置中的管理和控制的某些任务必须同时执行，即所谓的并行处理。

　　11.PLC的组成、技术指标

　　可编程序控制器PLC实质上是一种专用工业控制计算机，其组成包括硬件和软件两大部分。其硬件包括基本组成部分、I／0扩展部分和外部设备三大部分。基本部分包括CPU及存储器、输入输出接口、电源等；I／O扩展部分是为系统扩展输入输出点数而设计的；外部设备是开发PLC控制系统（设计、调试应用程序）的辅助设备，主要有编程器、EPROM写入器、磁带机、打印机、监视器等。PLC软件包括系统软件和应用软件。系统软件由PLC生产厂家编制，一般固化在ROM中，随机提供给用户。应用软件由用户根据控制需要编写，可存储在带锂电池保护的RAM中、EPROM模块（盒）中或盒式磁带中。PLC机插入装有用户程序的EPROM模块，则执行EPROM模块中的程序，没有EPROM模块插入，则执行RAM中的程序。

　　PLC的主要技术指标包括存储容量、扫描速度、I／O点数、编程语言等。

　　12.PLC的特点

　　PLC的特点有控制程序可变，具有良好的柔性；采用面向过程的语言编程，编程方便；功能完善；扩展方便，配置灵活；系统构成简单，安装调试方便；可靠性高等。正因为它具有上述特点才在数控机床及机械制造中得到广泛应用。

　　13.应用于数控机床中的两种PLC的型式、特点、区别

　　可编程序控制器应用于数控机床中有两种型式，即内装型和独立型。

　　内装型PLC的特点是：

　　（1）它的性能指标由所属的CNC装置的性能规格确定。其硬件和软件被作为CNC装置的基本功能统一设计，具有结构紧凑、适配性强等优点。

　　（2）它有与CNC共用微处理器和具有专用微处理器两种类型。前者利用CNC微处理器的余力来完成PLC的功能，I／O点数较少；后者由于有独立的微处理器，多用于顺序程序复杂及动作速度要求快的场合。

　　（3）它与CNC其他电路同装在一个机箱内，共用一个电源和地线。

　　（4）它的硬件电路可与CNC其他电路制作在同一块印刷电路板上，也可以单独制成一块附加印刷电路板。

　　（5）它对外没有单独配置的I／O接口电路，而是使用CNC装置本身的I／O接口电路。

　　（6）采用内装型PLC，扩大了CNC内部直接处理的窗口通信功能，可以采用梯形图编辑和传送高级控制功能，且造价低，提高了CNC的性能／价格比。

　　独立型PLC的特点是：

　　①可根据数控机床对控制功能的要求灵活选购或自行开发。

　　②有自己的I／O接口电路，PLC与CNC装置、PLC与机床侧的连接都通过I／0接口电路连接。PLC本身采用模块化结构，装在插板式笼箱内，I／O点数可通过I／0模块或插板的增减灵活配置。

　　③可以扩大CNC的控制功能，可以形成两个以上的附加轴控制。

　　④在性能／价格比上不如内装型PLC.

　　由内装型和独立型PLC的特点不难看出它们之间的区别：

　　①内装型PLC其硬件和软件被作为CNC装置的基本功能统一设计，其性能指标由所属的CNC装置的性能，规格确定。而独立型PLC是根据数控机床对控制功能要求进行灵活选购或自行开发的单独的PLC机。

　　②内装型PLC可以与CNC共用一个微处理器，而独立型PLC不与CNC共用一个微处理器。

　　③内装型PLC与CNC其他电路同装在一个机箱内，共用一个电源和地线。而独立型PLC本身采用模块化结构，单独装在插板式笼箱内，I／O点数可通过I／0模块或插板的增减灵活配置。

　　④内装型PLC对外没有单独配置的I／O接口电路，而是使用CNC装置本身的I／0接口电路。而独立型PLC有自己的l／0接口电路，PLC与CNC装置、PLC与机床侧的连接都通过l／O接口电路连接。

　　⑤独立型PLC可以扩展CNC的控制功能，可以形成两个以上的附加轴控制。而内装型PLC则不可以。

　　⑥在性能／价格比上，内装型PLC高于独立型。

　　14.PLC在工业控制中的应用

　　PLC广泛应用于工业控制中，可以应用PLC进行顺序控制和开关逻辑控制、闭环过程控制、组合数字控制，可以组成多级控制系统及控制机器人等，PLC也可以用于位置控制中。

　　15.伺服系统的分类以及数控机床对伺服系统的要求

　　按照控制对象和使用目的的不同，数控机床伺服系统可分为进给伺服系统、主轴伺服系统和辅助伺服系统。按照伺服系统调节理论，数控机床的进给伺服系统可分为开环、闭环和半闭环伺服系统；按驱动部件的动作原理又可将其分为电液控制系统和电气控制系统。电气控制系统又有步进电动机驱动系统、直流伺服电动机驱动系统和交流伺服电动机驱动系统。按照反馈控制方式，数控机床进给伺服系统有脉冲比较、相位比较、幅值比较和全数字等伺服系统等。

　　数控机床的进给伺服驱动系统应该满足高精度、快速响应、调速范围宽、低速大转矩、可靠性高等要求。数控机床的主轴驱动系统不仅应该具有宽的调速范围，而且能在尽可能宽的调速范围内保持恒功率输出。另外，为了满足不同数控机床的加工要求，主轴驱动系统还应该满足一些特殊要求。例如，为了能在数控车床上加工螺纹要求主轴驱动与进给驱动实行同步控制；为了保证端面加工的表面粗糙度，要求数控车床、数控磨床等机床的主轴驱动具有恒线速切削功能；加工中心的主轴驱动系统应具有高精度的主轴停位控制功能，以便进行自动换刀；有的数控机床还要求主轴驱动系统具有角度控制功能。

　　16.步进电动机的工作原理及特点

　　步进电动机是一种同步电动机，定子磁场在空间旋转时，转子跟随定子磁场同步旋转。定子磁场的激磁磁势为脉冲式，使磁场以一定频率步进式旋转，转子也就一步一步旋转。可见，步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移（或直线位移）的执行元件。给步进电动机供电的电源是脉冲电源，而不是直流电源或正弦交流电源。步进电动机的特点是：

　　（1）步进电动机转子的转速主要取决于脉冲的频率，转子总的角位移取决于总的脉冲数，转子的转向取决于分配脉冲的相序。其步距值不受各种干扰因素的影响。

　　（2）步进电动机每走一步所转过的角度（实际步距值）与理论步距值之间总有一定的误差。从某一步到任何一步，即走任意步数后，也总会有一定的累积误差，但每转一圈的累积误差为零，亦即步距溪差不长期积累。

　　（3）步进电动机带负载的能力比较差。

　　17.步进电动机的主要性能指标

　　步进电动机的主要性能指标有：

　　（1）步距精度。我国生产的步进电动机的步距精度一般在±10～±30分的范围，有些可达±2～±5分。

　　（2）最大静转矩。用以衡量步进电动机带负载的能力。

　　（3）起动频率。是使步进电动机能够由静止定位状态不失步地起动，并进入正常运行的控制脉冲最高频率。在电动机空载情况下，称为空载起动频率。在有负载情况下，不失步起动所允许的最高频率将大大降低。

　　（4）连续运行频率。步进电动机起动后，其转速将跟随控制脉冲频率连续上升而不失步的控制脉冲的最高频率称为连续运行频率的最高工作频率。步进电动机的连续运行频率随负载的增大而下降，但步进电动机连续运行频率远高于其起动频率。

　　18.常用的反应式、永磁感应子式步进电动机的主要区别

　　永磁感应子式步迸电动机的定子结构与反应式步进电动机的定子结构基本相同，也分成若干个极，极上有齿和控制线圈。但永磁感应子式步进电动机的转子由两段铁心和位于中部的环形磁钢组成。由于磁路内含有永久磁钢，故当定子绕组断电后仍具有一定的定位转矩。

　　19.步进电动机的转数和转速的计算

　　步进电动机的步距角用下式计算：

　　20.步进电动机对驱动电源的要求，驱动电源的组成和功能

　　步进电动机的运行性能是步进电动机和驱动电源的综合体现。驱动电源应满足以下基本要求：

　　（1）电源的相数、通电方式、电压、电流应与步进电动机的基本参数相适应；

　　（2）能满足步进电动机起动频率和运行频率的要求；

　　（3）工作可靠，抗干扰能力强；

　　（4）成本低，效率高，安装和维护方便。

　　驱动电源通常由环形分配器和功率驱动器组成。环形分配器的功能可由硬件，软件以及软、硬件相结合的方式来实现。其主要功能是将CNC装置的插补脉冲，按步进电动机所要求的规律分配给功率驱动器的各相输入端，以控制步进电动机励磁绕组的导通或关断。由于电动机有正反转要求，所以环形分配器的输出是周期性的，又是可逆的。功率驱动器的功能是将环形分配器输出的脉冲信号放大，以便用足够的功率来驱动步进电动机。

　　21.直流主轴电动机、交流主轴电动机、永磁直流伺服电动机、永磁同步交流伺服电动机的结构及特点，以及它们之间的区别

　　直流主轴电动机的结构与普通直流电动机的结构基本相同。两者之间的主要区别是：直流主轴电动机在主磁极上除了绕有主磁极绕组外，还绕有补偿绕组，以便抵消转子反应磁动势对气隙主磁通的影响，改善电动机的调速性能；直流主轴电动机都采用轴向强迫通风冷却或热管冷却，以改善冷却效果；直流主轴电动机尾部都同轴装有速度检测元件，如测速发电机；直流主轴电动机一般都能承受150%的过载负荷。

　　永磁直流伺服电动机由电动机本体和检测部件组成。反馈用的检测部件装在电动机的尾部（非轴伸出端）。电动机本体主要由机壳、定子磁极和转子三部分组成。

　　定子磁极是一个永磁体。由于是采取永磁式励磁方式，不需要励磁功率，在同样的输出功率下有较小的体积和较轻的重量。

　　转子分为普通型和小惯量型两类。小惯量型转子直流伺服电动机的共同特点是转子惯量小，适合于快速响应的伺服系统。但其过载能力低，当用于数控机床等进给伺服系统中时，由于转子惯量与机械传动系统匹配较差，电动机轴与机械传动系统不能直接相连，必须采取一些措施。普通型转子与一般直流电动机的转子相似，也是有槽转子，只是转子铁芯上的槽数较多，且采用斜槽，在一个槽内又分布有几个虚槽，以减小转矩的波动。与一般直流电动机相比，转子铁芯长度对直径的比大些，气隙小些。普通型转子永磁直流伺服电动机与小惯量型转子直流伺服电动机相比，具有以下一些特点：

　　（1）低速时输出的转矩大，惯量比较大，能与机械传动系统直接相连，省去齿轮等传动机构，从而有利于减小机械振动和噪声，以及齿隙误差。

　　（2）转子的热容量大，电动机的过载性能好，一般能加倍过载几十分钟。

　　（3）调速范围宽，当与高性能速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围可达l：1000以上。

　　（4）转子惯量比较大，为了满足快速响应的要求，需要加大电动机的加速转矩，为此需要加大电源容量。

　　（5）转子温升高（电动机允许温升可达150℃～180℃），可通过转轴传到机械上去，这会影响精密机械的精度。

　　交流主轴电动机都采用感应电动机的结构，是经过专门设计的鼠笼式三相异步电动机。带有三相绕组的定子和带有笼条的转子是电动机的核心。它没有外壳，定子铁芯直接暴露在空气中，而且在定子铁芯上做有轴向通风孔，以利于电动机冷却、缩小电动机体积，增大输出功率。转子做成细长形，以减小转子的转动惯量。交流主轴电动机的外形呈多边形，而不是圆形。交流主轴电动机的尾部都同轴安装有脉冲发生器（或脉冲编码器）。交流主轴电动机也具有一定的过载能力。一般能在额定负载的l.2～1.5倍负载下工作几分钟至半个小时。

　　永磁同步交流伺服电动机主要由三部分组成：定子、转子和检测部件。定子形状与普通感应电动机的定子相似，具有齿槽，内有三相绕组。但其外表面多呈多边形，且无外壳，这样有利于散热。转子带有永磁体，由多块永久磁铁和冲片组成。

　　直流伺服电动机与交流伺服电动机的主要区别是前者带有电刷和换向器而后者不带。永磁直流伺服电动机与永磁同步交流伺服电动机的区别除了有无电刷和换向器外，再就是前者的定子磁极是一个永磁体而后者的转子带有永磁体。伺服电动机与普通电动机的一个明显区别是前者都同轴装有用于反馈的检测元件而后者没有。主轴直流电动机与普通直流电动机以及主轴交流电动机普通交流电动机的区别比较明显，不再赘述。还应该指出，上述四种电动机的调速方法也不相同。

　　22.直流主轴电动机、交流主轴电动机、永磁直流伺服电动机、永磁同步交流伺服电动机的性能及速度控制方法

　　直流伺服电动机的优点是具有优良的调速性能。其缺点是电动机的电刷和换向器容易磨损，需要经常维护；由于换向器换向时会产生火花而使最高转速受到限制，也使应用环境受到限制；直流电动机结构复杂，制造困难，成本高。采用交流伺服电动机完全克服了直流伺服电动机固有的缺点，并且通过采取措施也可以获得好的调速性能。

　　永磁直流伺服电动机和永磁同步交流伺服电动机的性能，由于其伺服系统的要求，需要用一些特性曲线和数据表加以全面描述。其中最重要的是电动机的工作曲线。在数据表中给出了有关电动机性能的一些参数值，是选购和使用电动机的不可少的参考资料。

　　直流主轴电动机为他励直流电动机，电动机的电磁转矩可以表示为：

　　由于电磁转矩中的两个可控量Ф和是互相独立的，所以可以方便地分别进行调节。而且这种关系无论在静态还是在动态都成立，这就保证了电动机的良好的静、动态转矩控制特性，从而得到优良的调速性能。

　　直流主轴电动机在基本速度以下为恒转矩范围，在基本速度以上为恒功率范围。因此采用双域调速系统调速，由转子绕组控制回路和磁场控制回路两部分组成。在转子绕组控制回路中，通过改变转子绕组电压（即外加电压）调速，为恒转矩调速，适于基本速度以下的恒转矩范围。在磁场控制回路中，通过改变励磁电流，，（即改变磁通函）调速，为恒功率调速，适于基本速度以上的恒功率范围。

　　与直流主轴电动机相类似，交流主轴电动机也存在一个基本速度，在基本速度以下为恒转矩区域，在基本速度以上为恒功率区域。恒功率的速度范围只有1：3的速度比，当速度超过一定值后，功率一速度特性曲线会向下倾斜。

　　对于交流主轴电动机、气隙磁通和转子电流不是独立变量，它们都是转差率S的函数，无法分开进行独立控制。另外，被控量是既有大小又有相位的矢量，比标量难控制得多。为了改善交流主轴电动机的控制性能，常采用矢量控制调速方法。这种调速方法将被控变量从矢量转换为标量，通过这种转换，将交流电动机模拟成直流电动机来控制其转矩，从而获得高动态调速性能。

　　用于数控机床进给伺服系统中的永磁直流伺服电动机多采用改变外加电压的调速方法。这是因为这种调速方法具有恒转矩调速特性、机械特性好、经济性能好等特点。现代数控机床的直流进给伺服系统中多采用晶体管脉宽调制调速系统。所谓脉宽调制调速，就是利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进行控制，将直流电压转换成某一频率的矩形波电压，加到直流电动机转子绕组两端，通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变转子绕组两端的平均电压，从而达到调节电动机转速的目的。

　　永磁同步交流伺服电动机转子转速为：

　　可见，可以通过改变电动机电源频率来调速。该方法可以实现无级调速，能够较好地满足数控机床的要求。为电动机供电的变频电源采用交一直一交变频器。可以采用不同的方案来实现永磁同步交流伺服电动机的调速控制，常见的有自同步控制变频调速，电流控制调速和矢量控制调速等。

　　23.工业机器人的组成、分类及编程方式

　　工业机器人由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。其功能与人的手臂相似。

　　驱动装置为操作机工作提供动力，分为电动、液动和气动三种类型。其执行部件（伺服电动机、液压缸或气缸）可以与操作机直接相连，也可以通过齿轮、链条和谐波减速器与操作机连接。

　　控制系统的功能是控制工业机器人按要求动作，分为开环控制系统和闭环控制系统。目前，工业机器人多采用计算机控制。

　　工业机器人有多种分类方法：

　　（1）按坐标形式分为直角坐标式（代号PPP）；圆柱坐标式（代号RPP）；球坐标式（代号RRP）；关节坐标式（代号RRR），又称回转坐标式，分为垂直关节坐标和平面（水平）关节坐标。

　　（2）按驱动方式分为电力驱动、液压驱动和气压驱动。电力驱动的驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。液压驱动可以获得很大的抓取能力（可抓取高达上千牛力），传动平稳，防爆性好，动作也较灵敏，但对密封性要求高，不宜于在高、低温现场工作，需配备一套液压系统。采用气压驱动的机器人结构简单、动作迅速、价格低，但由于空气可压缩而使工作速度稳定性差，抓取力小（几十牛力至百牛力）。

　　（3）按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制。点位控制方式简单，适用于上下料、点焊、卸运等作业。连续轨迹控制比较复杂，常用于焊接、喷漆和检测的机器人中。工业机器人有示教编程和语言编程两种编程方式。示教编程又分为手把手示教编程和示教盒示教编程。适用于重复操作型，所面对的作业任务比较简单的机器人。语言编程方式适用于动作复杂，操作精度要求高的工业机器人（如装配机器人）。

　　24.工业机器人的特性参数和技术要求

　　工业机器人的主要特性参数有：

　　（1）坐标型式，常用的坐标型式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等。

　　（2）运动自由度数，自由度数表示机器人动作的灵活程度。一般少于6个，也有多于6个的。

　　（3）各自由度的动作范围，指各关节的活动范围。各关节的基本动作范围决定了机器人操作机工作空间的形状和大小。

　　（4）各自由度的动作速度，指各关节的极限速度。

　　（5）额定负载，指在规定性能范围内，在手腕机械接口处所能承受的最大负载允许值。

　　（6）精度，主要包括位姿精度、位姿重复性、轨迹精度、轨迹重复性等。

　　工业机器人的技术要求包括：外观和结构、电气设备、可靠性（用平均无故障工作时间（MTBF）及可维修时间（MTTR）衡量）和安全性（应满足《工业机器人安全规范》（GBll291一89）的规定）。

　　25.柔性制造单元所具有的功能及结构形式

　　概括地说，柔性制造单元是一种在人的参与减到最小时，能连续运转的对同一工件族内不同的工件进行自动化加工的最小单元，它既可以作为独立使用的加工生产设备，又可作为更大、更复杂的柔性制造系统和柔性自动线的基本组成模块。柔性制造单元有两种形式：一种是加工中心配托盘交换系统，即托盘存储库式；另一种是数控机床配工业机器人，即机器人直接搬运式。

　　26.柔性制造单元与加工中心的区别

　　柔性制造单元是在加工中心的基础上发展起来的。它增加了，机器人或托盘自动交换装置、刀具和工件的自动测量装置、加工过程的监测装置。与加工中心相比，它具有更好的柔性，更高的生产率，可实现某些零件的多品种、小批量加工。

　　27.柔性制造系统的基本功能、组成及其柔性

　　柔性制造系统的基本功能包括自动加工功能（包括检验、清洗等）、自动搬运功能和将以上两者综合起来的综合软件功能。

　　柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。

　　加工系统是由加工中心或加工中心与数控机床混合组成的加工设备。除此之外，还有清洗、切屑处理等辅助装置或设备。一个系统的机床配置可按"互补"和"互替"方式配置，也可按这两种方式混合配置。"互补"是指系统需配置完成不同工序的机床（如车、铣、磨……），在工序上互相补充，而不能代替。"互替"是指一个系统中配置有相同的机床，如其中一台机床有故障时，另一台相同工序的机床可以替代加工，以免等待。

　　物流系统包括工件与刀具夹具的输送、装卸及仓库存储等装置。工件和夹具的存储多用立体仓库，并由仓库计算机进行控制和管理。输送设备有传输带、有轨或无轨小车及行走机器人等。系统还设有中央刀库，由工业机器人在中央刀库和各机床之间进行刀具的输送和交换。

　　信息流系统执行单元加工中信息流的处理、储存和传输等功能，是协调多台机床加工和物料输送的计算系统。

　　柔性制造系统的柔性体现在随机加工能力、容忍故障能力、工作和生产能力的柔性和系统生产纲领的柔性等几个方面。

　　六、其他常见机电设备

　　（一）考试目的

　　通过对本部分内容的考试，测试考生对常见机电设备的分类、性能指标、技术参数、特点等知识熟悉的情况，考核考生对机电设备的认知程度。

　　（二）考试基本要求

　　1.掌握以下内容

　　（1）汽油机与柴油机的主要区别；

　　（2）内燃机半要性能指标；

　　（3）剪板机的技术参数；

　　（4）通用压力机的主要技术参数；

　　（5）压力容器的使用工艺条件；

　　（6）压力容器的主要分类方法；

　　（7）锅炉的分类；

　　（8）锅炉的基本参数；

　　（9）起重机的主要参数；

　　（10）桥式起重机、流动起重机的特点及用途。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）内燃机的分类、基本术语及型号的表示方法；

　　（2）内燃机构造；

　　（3）燃气轮机的特点、结构及各组成部分的功能；

　　（4）铸铁、铸钢、有色金属常用熔炼设备的结构及特点；

　　（5）金属压力加工设备的分类及型号编制；

　　（6）锻锤、机械压力机、水压机的构造、应用及规格表示方法；

　　（7）通用压力机按机身结构形式分类；

　　（8）压力容器的基本结构；

　　（9）锅炉各组成部分的功用及工作过程；

　　（10）起重机的分类；

　　（11）起重机的专用零部件。

　　3.了解以下内容

　　（1）内燃机工作原理；

　　（2）剪板机的分类；

　　（3）压力容器的有关法规及技术标准。

　　（三）要点内容

　　1.内燃机分类

　　燃料直接在发动机内部燃烧的热力发动机称为内燃机。

　　内燃机分类方法有以下几种：

　　（1）按所用燃料分类；

　　（2）按工作循环冲程分类；

　　（3）按气缸数和排列方式分类；

　　（4）按进气方式分类；

　　（5）按冷却方式不同分类；

　　（6）按着火方式分类；

　　（7）按可燃混合气形成的方式分类。

　　2.内燃机基本术语

　　内燃机基本术语主要有：

　　（1）工作循环：内燃机每次完成将热能转变为机械能，都必须经过进气、压缩、燃烧膨胀和排气过程，这一系列连续过程称为内燃机工作循环。

　　（2）上、下止点：活塞在气缸内作往复运动时的两个极端位置称为止点。活塞离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点，离曲轴旋转中心最近的位置称为下止点。

　　（3）活塞行程：上、下止点间的距离称为活塞行程，通常用S表示。

　　（4）气缸工作容积：活塞从上止点移动到下止点所走过的容积，称为工作容积（气缸排量）。

　　（5）气缸总容积：活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖、气缸套内表面形成的空问，称为气缸总容积。

　　（6）燃烧室容积：活塞位于上止点时，活塞顶部与气缸盖间的容积，称为燃烧室容积。

　　（7）压缩比：气缸总容积与燃烧室容积的比值，称为压缩比。

　　（8）工况：指内燃机在某一时刻的工作状况，一般用功率和曲轴转速表示，也可用负荷与转速表示。

　　3.内燃机型号

　　内燃机型号由以下部分组成：

　　（1）首部为产品特征代号。

　　（2）中部由缸数符号、气缸布置形式符号、冲程数符号和缸径符号组成。

　　（3）后部为结构特征符号及用途特征符号。

　　（4）尾部为区别符号。

　　其中，首部和尾部根据具体情况允许不表示。

　　4.四冲程内燃机工作原理

　　四冲程内燃机每个工作循环由进气、压缩、作功和排气四个冲程组成。

　　5.柴油机增压

　　柴油机增压是将新鲜空气在进入气缸之前进行压缩，以提高进气密度，从而达到提高功率的目的。

　　6.内燃机构造

　　内燃机主要由曲柄连杆机构、固定件、配气机构、燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统和起动系统组成。

　　7.内燃机主要性能指标

　　内燃机性能通常用动力性能和经济性能指标表示，主要有输出扭矩、有效功率、有效燃料消耗率、有效热效率等。

　　8.汽油机与柴油机的主要区别

　　汽油机与柴油机在结构与原理方面有许多相同之处，其主要不同点在于所用燃料、燃料供给方式和燃料点火方式等。柴油机以柴油为燃料，汽油机以汽油为燃料。

　　柴油机柴油由喷油器雾化，与被压缩的高温空气混合。柴油机电控燃油喷射技术可优化喷油规律及喷油量。汽油机采用电控燃油喷射，根据不同工况要求制出一定数量和浓度的可燃混合气，控制空燃比（空气与燃料之比）。

　　柴油机利用汽缸内被压缩空气的高温自燃点火（压燃）；汽油机设有点火系统。传统汽油机利用火花塞电极产生的火花点火（点燃）；现代汽油机采用电控点火定时，保证在各种工况下实现最佳控制。提高汽油机的扭矩和功率。

　　9.燃气轮机

　　燃气轮机具有功率大、重量轻、体积小、振动小、噪声小、维修方便等优点，但其热效率低。

　　燃气轮机主要由压气机、燃烧室和蜗轮三大部分组成。压气机的作用是完成燃气轮机热力循环中的空气压缩过程，提高工质（气体）的压力。压气机有轴流式和离心式两种基本类型。

　　蜗轮的作用是将燃气的热能和压力能转换为轴上的机械功。蜗轮分为轴流式蜗轮和径流式蜗轮两类。燃烧室是将增压后的空气同燃料进行混合和燃烧，通过燃烧把燃料的化学能以热的形式释放出来。燃烧室从总体结构上分为三大类：圆筒式燃烧室、管形燃烧室和环形燃烧室。

　　10.金属熔炼设备

　　金属熔炼的目的是要获得预定的成分和一定温度的金属液，并尽量减少金属液中的气体和夹杂物。在熔炼中要提高熔炼设备的熔化率，降低燃料消耗，以提高经济效益。

　　（1）铸铁熔炼设备主要有冲天炉、反射炉、工频感应炉。

　　（2）一般工厂为了生产铸钢件，采用电弧炉和感应电炉作为铸钢熔炼设备。

　　（3）有色金属熔炼的特点是熔点低、合金元素易于氧化烧损，常用的熔炉有坩埚炉、反射炉、电阻炉等。

　　11.金属压力加工

　　金属压力加工包括锻造和冲压两大类加工方法。

　　锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、形状和尺寸的锻件加工方法。

　　冲压是压力机和模具对板材、带材、管材、型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件加工方法。

　　12.金属压力加工设备的型号

　　金属压力加工设备的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。

　　13.常用锻造设备

　　（1）锻锤：锻锤是由重锤下落或强迫高速运动产生的动能对坯料做功，使之塑性变形的机器设备。它结构简单，工作灵活，万能性强，使用面广，易于维修，适用于自由锻和模锻，但振动大，较难实现生产自动化。常用锻锤有空气锤和蒸汽一空气锤。

　　①空气锤：它是生产小型锻件的常用设备，其规格以空气锤落下部分的质量来表示。

　　②蒸汽一空气锤：它是生产大、中型锻件常用的设备，可分为蒸汽一空气自由锻锤和蒸汽一空气模锻锤，其规格以落下部分的质量来表示。

　　（2）机械压力机：机械压力机是用机械传动机构将电动机的旋转运动转变为滑块的直线往复运动，对坯料进行加工的锻压设备。常用的机械压力机有摩擦压力机和热模锻曲柄压力机。

　　①热模锻曲柄压力机：热模锻曲柄压力机的特点是结构刚度大、振动小、噪声小、加工精度高、生产率高，但结构复杂，造价高。热模锻曲柄压力机的吨位是用滑块运行到接近下死点时所产生的最大压力来表示。

　　②摩擦压力机：摩擦压力机的优点是结构简单，制造、维修费用低，对基础、厂房建筑要求低，工艺万能性大。缺点是生产率低。摩擦压力机的规格用公称工作压力来表示。

　　（3）水压机：水压机是以水基液体为工质的液压机。主要用于大型工件的锻压工艺。水压机的优点是工作行程大，冲击、噪声小，劳动条件好，环境污染小。水压机的规格以水压机的静压力来表示。

　　14.常用板料冲压设备

　　常用板料冲压设备有剪板机、剪切冲型机和通用压力机。

　　（1）剪板机分类方法有多种，其技术参数主要有：

　　①可剪板厚。

　　②可剪板宽。

　　⑧剪切角度。

　　④行程次数。

　　（2）通用压力机按机身结构形式分为开式压力机和闭式压力机。通用压力机的主要技术参数有：

　　①公称压力。

　　②滑块行程。

　　③滑块行程次数。

　　④封闭高度。

　　⑤压力机工作台面尺寸及滑块底面尺寸。

　　15.压力容器的使用工艺条件

　　压力容器是一种内部或外部承受气体或液体压力的密封容器。由于使用条件恶劣，故对其安全性有很高的要求。压力容器的使用工艺条件是指压力、温度、容积、介质等。压力条件包括：最高工作压力、设计压力、最大允许工作压力；温度条件包括：设计温度、使用温度、试验温度；容积条件是指对于圆筒形压力容器，决定容积大小的关键是直径与长度，对于球形压力容器，决定容积大小的关键是直径；介质条件可按易燃程度和毒性程度分类。

　　16.压力容器主要分类方法

　　（1）按使用位置分类：分为固定式容器、移动式容器。

　　（2）按设计压力分类：分为低压容器、中压容器、高压容器、超高压容器。

　　（3）按作用原理分类：分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。

　　（4）按容器壁厚分类：分为薄壁容器、厚壁容器。

　　17.压力容器的结构

　　压力容器常见的结构形式有球形和圆筒形；常见的压力容器一般由简体、封头、法兰、接管、人孔、支座等部分组成，压力容器的结构主要由一个能承受一定压力的壳体及必要的连接件、密封件和内件构成；压力容器的安全附件可分为三类：监控类、保护类、静电接地装置。

　　18.压力容器的有关法规及技术标准

　　压力容器的有关法规及技术标准有：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》、《压力容器安全技术监察规程》、《压力容器使用登记管理规则》、《在用压力容器检验规程》、《钢制压力容器》。

　　19.锅炉的分类

　　锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成热水或蒸汽的机械设备，提供热水的锅炉称为热水锅炉，产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉。

　　锅炉的分类：

　　（1）按用途分类：可分为发电锅炉、工业锅炉、热水锅炉和特种锅炉。

　　（2）按压力分类：按锅炉出口压力可分为低压、巾压、高压、超高压、亚临界、超临界锅炉六种。

　　（3）按结构形式分类：分为火管式和水管式两种。

　　20.锅炉的基本参数

　　（1）锅炉容量；

　　（2）蒸汽压力；

　　（3）蒸汽温度；

　　（4）给水温度。

　　21.锅炉的组成

　　锅炉由锅炉本体和辅助设备组成。锅炉本体是由锅和炉两部分组成。锅是汽水系统，其作用是吸收和发出热量。锅由省煤器、锅筒、水冷壁、过热器组成。炉是燃烧系统，有关燃料燃烧的部分，由空气预热器、燃烧器和炉膛、炉墙组成。

　　22.起重机的分类

　　起重机械按其功能和构造特点可分为轻小型起重设备、起重机和升降机。

　　23.起重机最主要的性能参数

　　起重机最主要的性能参数：起重量、工作级别，除此之外还有：跨度、轨距，等等。

　　（1）起重量。起重量是指被起升重物的质量，分为额定起重量、最大起重量、总起重量、有效起重量。

　　（2）工作级别。工作级别是反映起重机械总的工作状况的性能参数，它反映起重量和时间的利用程度以及工作循环次数的工作特性，划分为8级，由起重机的利用等级和载荷状态两个因素确定。

　　起重机械专用零部件有：钢丝绳、滑轮组、卷筒组、吊钩组、抓斗、车轮与轨道、制动装置和安全保护装置。

　　24.常见的起重机

　　典型通用桥式起重机有：

　　（1）吊式桥式起重机：是基本类型，吊具是吊钩，用途广泛。

　　（2）抓斗桥式起重机：用抓斗抓重物，适用于散装物料的装卸吊运工作。

　　（3）电磁桥式起重机：取物是用电磁吸盘，适用于吊运具有导磁性的金属物料。

　　流动起重机是一种工作场所经常变换，能在带载或空载情况下沿无轨路面运行，并依靠自重保持稳定的臂架型起重机。典型的流动起重机有：

　　（1）汽车起重机：将起重部分接装在通用或专用汽车底盘上，运行速度快，适于长距离迅速转换作业场地。机动性好但不能带载荷行驶，通过性能差，适于公路通达，流动性大，工作地点分散的作业场所。

　　（2）轮胎起重机：采用专用底盘，其车桥为刚性悬挂，可吊重行驶，越野能力强。适用于作业场地较集中的场合。

　　（3）全路面重机：既可高速行驶，又有较强通过崎岖路面的能力，可吊重行驶。适于流动性太，通行条件差的工地。

　　（4）履带起重机：用履带和地面接触，可吊重物行驶，适于松散、泥泞地面作业。

　　七、机器设备的经济管理

　　（一）考试目的

　　机器设备的经济管理内容是评估师必须掌握的重要基础知识。通过对本部分内容的考核，测试考生对设备寿命周期费用理论、设备的磨损与补偿理论以及设备在维修保养、更新改造、报废等过程中的技术经济分析方法等机器设备经济管理基础知识的认知程度。

　　（二）考试基本要求

　　1.掌握以下内容

　　（1）设备寿命周期费用的构成；

　　（2）使用寿命周期费用法评价设备的基本步骤及方法；

　　（3）设备磨损程度的度量；

　　（4）设备在使用和维修过程中的成本核算及经济分析方法；

　　（5）设备技术改造经济决策中使用的基本方法。、

　　2.熟悉以下内容

　　（1）设备管理中使用的主要技术经济指标；

　　（2）设备检查、维修的主要内容及分类；

　　（3）常用的设备更新周期的确定方法；

　　（4）设备更新的经济分析；

　　（5）设备技术改造方案的经济分析方法。

　　3.了解以下内容

　　（1）设备经济管理的基本内容；

　　（2）研究寿命周期费用的目的；

　　（31设备磨损与补偿的基本形式；

　　（4）设备更新的条件和基本方式；

　　（5）设备技术改造的意义和内容；

　　（6）设备报废的原因及设备报废的条件。

　　（三）要点内容

　　1.寿命周期费用

　　寿命周期费用是指设备一生的总费用，即设置费和维持费两者之和。设置费是指设备前期的一次性投入费用，包括：研究与开发费、设计费、制造费、安装费及试运行费等；维持费是指在设备使用过程中分期投人的费用，包括：运行费、维修费、后勤支援费、报废费用等。

　　在计算设备的寿命周期费用时有两种前提：即在不考虑资金的时间价值的前提下计算和在考虑资金的时间价值前提下计算。

　　不考虑资金的时间价值，寿命周期费用（静态寿命周期费用）的计算公式为：

　　费用效率是一个综合程度很高的指标。它将设备"一生"的总费用同所获得的一系列效益进行全面的、系统的比较，从而做出经济性评价。

　　3.设备的磨损

　　设备的磨损有两种：有形磨损和无形磨损。

　　（1）有形磨损是指设备在实物形态上的磨损，又称物质磨损。有形磨损分为两种：

　　在使用过程中，由于发生摩擦、振动、腐蚀和疲劳等现象产生的磨损，称为第Ⅰ种有形磨损。第Ⅰ种有形磨损与使用时间和使用强度有关。

　　在闲置过程中，由于自然力的作用而腐蚀，或管理不善和缺乏必要的维护而自然丧失精度和工作能力，称为第Ⅱ种有形磨损。第Ⅱ种有形磨损在一定程度上与闲置时间和保管条件有关。

　　没备的有形磨损，一部分是可以通过修理消除，属于可消除性的有形磨损；另一部分不可以通过修理消除，属于不可消除性的有形磨损。

　　（2）设备无形磨损是由于工艺改进或生产规模扩大等原因使生产同样结构设备的重置价值降低，导致原有设备贬值；或由丁科学技术进步而不断出现性能更加完善、生产效率更高的设备，致使原有设备价值降低。前者称为第Ⅰ种无形磨损，后者称为第Ⅱ种无形磨损。第Ⅰ种无形磨损，设备技术结构和经济性能并未改变，只是购买新设备的费用比过去降低了，这种无形磨损虽然使使用中的现有设备部分贬值，但是设备本身的技术特性和功能不受影响，设备尚可继续使用，因此一般不需要更新。第Ⅱ种无形磨损，是由于出现了生产率更高、经济性更好的设备，旧设备在生产效率、产品质量以及生产中的原材料、燃料、动力和人工成本消耗方面相对落后，导致生产成本的相对提高，经济效果的降低。这种经济效果的降低，实际上反映了原设备使用价值的部分或全部丧失，当设备的贬值达到一定程度，就需要用新设备来代替现有旧设备或对旧设备进行技术改造。第Ⅱ种无形磨损也称功能性磨损。

　　（3）设备磨损程度的度量。设备有形磨损的度量一般用设备实际价值损失与设备重置价值之比来表示。对于可以通过修理消除的有形磨损，其价值损失等于设备的修复费用；对于不能通过修理消除的有形磨损，其价值损失一般反映为价值的降低；第Ⅰ种无形磨损反映为设备的重置价值的降低；第Ⅱ种无形磨损反映为成本费用相对提高的折现值；综合反映设备有形磨损和无形磨损的指示是综合磨损程度。

　　（4）设备磨损的补偿。机器设备遭受磨损以后，应当进行补偿，磨损形式不同，补偿方式也不一样。机器设备的有形磨损是由零件磨损造成的。局部的有形磨损，一般可以通过修理和更换磨损零件的办法，使磨损得到补偿；当设备产生不可修复的磨损则需要进行更新；设备遭受第Ⅱ种无形磨损时，可采用更新或技术改造的办法加以补偿。

　　4.设备维修

　　设备维修是指对设备的维护、检查和修理。

　　设备维护包括清理擦拭、润滑涂油、检查调校，以及补充能源、燃料等消耗品等，分为日常维护、定期维护。日常维护是设备维护的基础工作，分为每班维护和周末维护；定期维护是在维修工辅导配合下，由操作者对设备进行的维护。

　　设备检查分为日常检查、定期检查、精度检查和法定检查等。

　　设备修理可分为预防性修理、事后修理、改善修理和质量修理等。

　　5.设备修理的经济管理分析

　　设备的修理费用包括日常维护保养费用、小修理费用、中修理费用和大修理费用等。

　　（1）设备小修与维护保养费用。设备小修与维护保养费用的确定主要应从维修费用定额的确定及维修费用的核算这两方面来考虑。确定维修费用定额主要有三种方法：按设备拥有量确定、按工业产值确定、按设备计划开动台时确定。

　　维修费用的核算是指定期对维修费用进行整理、统计与核算，对单机、生产线或生产班组等进行核算，并对维修费用发生情况进行经济分析，找出设备开动台时与维修费用的关系，综合评价设备的可靠性、维修性、经济性，为制订合理的维修费用定额指标以及为设备维修费用的控制和设备信息反馈提供依据。

　　（2）设备大修理成本及其经济分析。设备的大修理费用一般使用设备的单位大修理成本这一指标。即一个修理复杂系数的设备所要消耗的各种修理费用。没备的修理复杂系数是表示设备修理复杂程度的计量单位。修理复杂系数是一个可比单位，该系数在国际上通常用R表示。可细分为机械修理复杂系数（Rj）、电气修理复杂系数（Rd）、管道修理复杂系数（Rg）等。修理复杂系数主要由设备的结构复杂程度、加工精度、规格尺寸、转速和变速级数以及可维修性等因素决定。一般而言，设备结构越复杂，尺寸越大，加工精度越高。其修理复杂系数电就越大。

　　设备大修理费用计算分为设备单位大修理费用预算、设备实际单位大修理费用、单台设备计划大修理费用、单台设备的实际大修理费用、企业全年的设备大修理费用。

　　设备大修理成本的核算与分析是企业对设备工作实行经济管理的中心环节，用有限的人力、物力、财力和时间等资源，修理好更多的设备。设备大修理成本越低，说明维修的经济活动水平越高。设备大修理成本经济分析指标主要有：大修理成本与基期大修理成本的相对比率、大修理成本与基期大修理成本的绝对数、实际大修理成本与计划大修理成本的相对比率、实际大修理费用与计划大修理费用的绝对数。

　　6.设备更新的经济分析

　　（1）设备的更新周期的确定常用最小平均费用法和低劣化数值法。最小平均费用法有两种方式，不考虑资金的时间价值和考虑资金的时间价值的情况下年平均费用最小。在不考虑资金的时间价值时，年平均费用为由年均运行维护费和年均折旧费组成；考虑资金的时间价值时，年平均费用考虑了设备原值、残值和年运行维护费现值后的年平均费用最小。

　　低劣化数值法：机器设备随着使用年限的增长，有形磨损和无形磨损不断加剧，设备的运行维修费用相应增大，这就是设备成本低劣化现象。按照统计资料预测这种劣化程度则可在设备使用早期测定出设备的最佳更新期。

　　（2）有形磨损导致设备更新的经济分析方法为最小年度费用法。对年度费用的比较有两种方式。一是以设备更新改造的时点作为比较时点，即将未来发生的费用（如年度的维护费用等）折为现值进行比较；二是以实际的发生年度作为比较时点，即将一次性的投资费用（如更新、修理费用等）折算成未来年金。

　　（3）无形磨损导致设备更新的经济分析。由于技术进步，有些设备从有形磨损角度来看还可以继续使用，但是新型的、高效的先进设备已经出现，这时就面临一个是否需要更新设备的问题。这类问题的分析方法可用年度使用费用法，通过对新、老机床的年度使用费用分析来决定。对于专用设备，由于它们只能生产某种特定产品，因而需要考虑其产品的经济寿命。

　　7.设备技术改造的经济分析

　　对设备进行技术改造，首先需要投入一次性的改造费用；设备技术改造以后，还需付出年度维护费用。将寿命周期内的各年度维护费用折算成现值，就是设备寿命周期总维护费用的现值。

　　设备技术改造一般都有两个或两个以上的设计与实施方案，不同的技术改造方案之间可能存在差异，如：（1）投资额不同；（2）各年度维护费用不同；（3）不同方案产生的效果不一定相同，主要是指：改造后设备的生产效率不一定完全相同。设备技术改造方案的差异会产生不同的经济效益。设备技术改造的经济分析方法一般也采用寿命周期费用法。对于改造效果相同的方案进行比较应采用总费用现值法。对于改造效果不同的方案，需要进行费用效率分析。

　　8.设备的报废

　　设备的报废的条件：凡符合下述条件之一者，即应申请报废。

　　（1）超过经济寿命和规定的使用年限，由于严重磨损，已达不到最低的工艺要求，且无修理或技术改造价值者。

　　（2）设备虽然没有超过规定的使用年限，但由于严重损坏，不具备使用条件，而又无修复价值者。

　　（3）影响安全、严重污染环境，虽然通过采取一定措施能够得到解决，但在经济上很不合算。

　　（4）设备老化、技术性能落后、耗能高、效率低、经济效益差的或由于新设备的出现，若继续使用可能严重影响企业经济效益的设备。

　　（5）国家强制淘汰的高耗能设备。

　　（6）因为其他原因而不能继续使用，也不宜转让给其他企业，又无保留价值的设备。

　　9.设备管理的主要技术经济指标

　　（1）设备完好指标：

　　（5）设备的综合利用率指标：

　　设备的综合利用率=设备的时间利用率×设备的能力利用率

　　八、机器设备寿命估算

　　（一）考试目的

　　资产评估对象一般是正在使用和已使用过的设备，准确估算设备的寿命是评估师确定设备损耗和价值的基础。通过本部分内容的考核，测试考生对机器设备自然寿命的影响因素的认知程度，以及对设备寿命估算方法的掌握程度。

　　（二）考试基本要求

　　1.掌握以下内容

　　（1）磨损寿命的计算；

　　（2）疲劳寿命曲线及其应用；

　　（3）循环应力特性；

　　（4）材料疲劳极限及零件疲劳极限；

　　（5）疲劳损伤积累理论及迈因纳定理；

　　（6）在机器设备技术鉴定中应用疲劳理论计算疲劳寿命的基本方法；

　　（7）帕利斯定理及其在损伤零件疲劳寿命的估算。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）典型磨损过程、磨损方程；

　　（2）应力、应变、材料强度、许用应力；

　　（3）疲劳及疲劳寿命；

　　（4）疲劳断裂的基本过程；

　　（5）影响裂纹扩展的因素。

　　3.了解以下内容

　　（1）机器设备自然寿命、技术寿命、经济寿命的定义及其影响因素；

　　（2）磨损的原因及其对机器设备的影响。

　　（三）要点内容

　　1.设备的寿命

　　设备的寿命可分为自然寿命、技术寿命和经济寿命。

　　（1）自然寿命也称物理寿命是设备在规定的使用条件下，从投入使用开始到因物质损耗而报废所经历的时间。自然寿命受有形磨损影响。

　　（2）技术寿命是设备从投入使用到因技术落后而被淘汰所经历的时间。第Ⅱ种无形磨损可以缩短技术寿命，设备通过现代化改造可以延长其技术寿命。

　　（3）经济寿命是指设备从投入使用到因继续使用不经济而退出使用所经历的时间。经济寿命受有形磨损和无形磨损的共同影响。

　　2.磨损寿命

　　磨损是指固体相对运动时，在摩擦的作用下，摩擦面上物质不断耗损的现象。其主要表现形式为物体尺寸或几何形状的改变、表面质量的变化。它使机器零件丧失精度，并影响其使用寿命和可靠性。

　　正常的磨损过程分为三个阶段：初期磨损阶段（第Ⅰ阶段）、正常磨损阶段（第Ⅱ阶段）和急剧磨损阶段（第Ⅲ阶段）。在初期磨损阶段，设备各零部件表面的宏观几何形状和微观几何形状都发生明显变化；处于正常磨损阶段的零部件，表面磨损速度较缓慢，磨损情况较稳定，磨损量基本随时间均匀增加；急剧磨损阶段往往是由于零部件已达到它的使用寿命（自然寿命）而仍继续使用，破坏了正常磨损关系，使磨损加剧，磨损量急剧上升，造成机器设备的精度、技术性能和生产效率明显下降。

　　各阶段的磨损量可分别用相应的磨损方程进行计算。在实际的工程计算中，经常采用简化的磨损方程。设备的正常磨损寿命T应该为第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段之和。对以磨损为主的机器或零部件，可以根据磨损曲线计算其剩余磨损寿命或磨损率。

　　3.疲劳寿命理论及应用

　　4.损伤零件寿命估算疲劳寿命理论主要用于估算疲劳寿命和疲劳损伤。

　　（1）疲劳断裂及其过程。计算带缺陷零件的剩余自然寿命一般采用断裂力学理论，通过建立裂纹扩展速率与断裂力学参量之间的关系来进行计算。断裂力学理论认为，零件的缺陷在循环载荷作用下会逐步扩大，当缺陷扩大到临界尺寸后将发生断裂破坏。这个过程被称为疲劳断裂过程。

　　疲劳断裂过程大致可分为四个阶段，即成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展及断裂。

　　（2）帕利斯定理及损伤零件疲劳寿命的估算。损伤零件疲劳寿命的估算主要应用帕利斯（Paris）定理。

　　帕利斯（Paris）定理主要内容是：对裂纹扩展规律的研究，断裂力学从研究裂纹尖端附近的应力场和应变场出发，导出裂纹体在受载条件下裂纹尖端附近应力场和应变场的特征量来进行。这个特征量用应力强度因子K表示。K值的变化幅度也是控制裂纹扩展速度da／dN的主要参量。在考虑材料性能参量对裂纹扩展速度的影响后，帕利斯提出了以下裂纹扩展速度的半经验公式：

　　（3）影响裂纹扩展的因素。应力强度因子幅度AK是影响裂纹扩展的主要参数。除此之外，还有很多因素对裂纹的疲劳扩展有影响，如应力循环特征、加载频率、温度等。应力循环特征对裂纹扩展速度影响较大；加载频率的影响，一般在△K值较低时，加载频率对裂纹的疲劳扩展速度影响很小。但当△K值较高时，加载频率影响增大。裂纹扩展速度与加载频率成反比关系，加载频率降低，裂纹扩展速度增大；温度的影响，对深埋裂纹，当温度低于蠕变温度时，温度对裂纹扩展速度无明显影响；但对表面裂纹，高温对裂纹扩展速度影响较大，温度越高裂纹扩展速度越快。

　　九、设备故障诊断技术

　　（一）考试目的

　　通过对本部分内容的考核，测试考生对状态监测、故障诊断技术基础知识及常用仪器设备的掌握程度。

　　（二）考试基本要求，

　　1.掌握以下内容。

　　（1）描述故障的特征参量；

　　（2）故障诊断技术的概念及实施过程；

　　（3）压电加速度传感器、磁电速度传感器、涡流位移传感器的结构、特点及应用；

　　（4）常用噪声测量传感器（电容传声器、压电传声器）的构成及特点，声级汁的种类、组成、作用及校准；

　　（5）常用测温仪器、仪表（热电偶、热电阻温度计、红外测温仪、红外热像仪）的组成、特点及应用；

　　（6）常用的裂纹无损探测方法，如目视——光学探测法、渗透探测法、磁粉探测法、射线探测法、超声波探测法、声发射探测法、涡流探测法等的优、缺点及适用范围；

　　（7）常用的磨损油污染监测方法及各监测方法的适用范嗣。

　　2.熟悉以下内容

　　（1）引起故障的原因；

　　（2）设备故障诊断技术的内容和分类；

　　（3）数字式频谱分析仪的组成，频谱分析的作用；

　　（4）振动及噪声的测量方法；

　　（5）通过温度测量所能发现的故障。

　　3.了解以下内容

　　（1）设备故障的定义和分类；

　　（2）状态监测与故障诊断的关系；

　　（3）振动的分类、振动的基本参数；

　　（4）描述噪声的物理量及主观量度。

　　（三）要点内容

　　1.设备故障的定义和分类

　　设备在工作过程中，因某种原因丧失规定功能的现象称为故障。

　　按故障发生、发展的进程可将故障分为突发性故障和渐发性故障。突发性故障在发生之前无明显的可察征兆，而是突然发生的，且具有较大的破坏性。设备的重要部位进行连续监测。为了避免突发性故障，需要对渐发性故障是由于设备中某些零件的技术指标逐渐恶化，最终超出允许范围（或极限）而引发的故障。这类故障的发生与产品材料的磨损、腐蚀、疲劳等密切相关，其特点是：

　　（1）故障发生的时间一般在元器件有效寿命的后期。

　　（2）有规律性，可预防。

　　（3）故障发生的概率与设备运转的时间有关。设备使用的时间越长，发生故障的概率越大，损坏的程度也越大。

　　按故障的性质可将故障分为自然故障和人为故障。自然故障分正常自然故障和异常自然故障。正常自然故障一般具有规律性，如设备正常工作磨损引起的故障即属这类故障，这类故障会对设备的自然寿命产生影响。异常自然故障是因设计和制造不恰当造成设备中存在某些薄弱环节而引发的故障，这类故障带有偶然性，有时又具有突发性。人为故障是指设备运行中操作使用不当或意外情况造成的故障。

　　2.引起故障的原因

　　环境因素、人为因素和时间因素都是引起设备故障的外因。环境因素包括力、能、温度、湿度、振动、污染物等外界因素，这些因素将以各种能量形式对设备产生作用，使机件发生磨损、变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤，最终导致故障的发生。人为因素包括设计不良、质量偏差、使用不当。可见，设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终都包含着人为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因于人为因素。时间是形成故障的主要外因之一。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障的其他外因，如果没有时间的延续故障也不一定发生。诸如施加应力的先后顺序、单位时间内应力循环的次数、疲劳裂纹扩展的速度以及负荷时间与无负荷时间的比例都是故障诱因的时间因素。常见的磨损、变形、裂纹、腐蚀等故障机理都与时间有密切关系。

　　3.描述故障的特征参量

　　可以用直接特征参量或间接特征参量来描述故障。直接特征参量包括设备或部件的输出参数、设备零部件的损伤量，以设备或部件输出参数作为故障特征参量一般难以发现早期故障。另外，这类故障特征参量只能用以判断设备工作能力的强弱，只表明有无故障，而无法判断故障部位、故障形式及故障原因：引起设备故障的各种损伤量，如变形量、磨损量、裂纹大小、锈蚀程度等都是判断设备技术状态的特征参量。这类特征参量都是引起故障的直接原因，它们不仅可以表示故障的存在、原因、部位，而且其数量值可以表示故障的严重程度及发展趋势。用设备零部件的损伤量判断设备故障，通常是在故障诊断的第二阶段进行，即在检测了设备输出参数或其他故障信息以后，认为有必要进一步查明设备工作能力降低或故障发生的直接原因时，才进行损伤量的测量。间接特征参量即二次效应参数，主要有设备在运转过程中产生的振动、声音、温度、电量等等。作为故障信号的二次效应参数比较多，而且对于不同的故障和频率范围，二次效应参数与故障判断之间的灵敏度和有效性也不完全相同。因而在故障诊断中，就存在一个合理选择特征参量的问题。用间接特征参量进行故障诊断的主要优点是可以在设备运行中以及不做任何拆卸的条件下进行诊断。其缺点是间接特征参量与故障间常存在某种随机性。

　　4.设备故障诊断技术的概念及实施过程

　　设备故障诊断技术是指测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，对所测信号进行处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及其零、部件的实时技术状态，预知有关异常、故障和预测未来技术状态，从而确定必要对策的技术。

　　设备故障诊断技术的实施过程分为状态监测、分析诊断和治理预防三个阶段。

　　状态监测指通过传感器采集设备在运行中的各种信息，将其变为电信号，再将获取的信号输入到信号处理系统进行处理，以便得到能反映设备运行状态的参数。如何将征兆信号提取出来，获得诊断决策的可靠依据是信号处理系统完成的一项重要工作。

　　分析诊断包括状态识别和诊断决策，即根据状态监测得到的能反映设备运行状态的征兆（或特征参数）的变化情况，或将征兆（或特征参数）与某故障状态参数（模式）进行比较，来识别设备是否存在故障，判断故障的性质和程度及产生的原因、发生的部位，并预测设备的性能和故障发展趋势。治理预防是指根据分析诊断得出的结论来确定治理修正和预防的办法，包括调度、改变操作、更换、停机检修等。如果认定设备尚可继续运行一段时间，那么需对故障的发展情况作重点监视或巡回监视，以保证设备运行的可靠性。

　　5.状态监测与故障诊断的关系

　　关于状态监测与故障诊断的关系，简言之，状态监测是故障诊断的基础和前提，没有监测就谈不上诊断；故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理，诊断是目的。设备的状态监测与故障诊断既有联系又有区别，有时为了方便，统称为设备故障诊断。

　　6.设备故障诊断技术的分类

　　可以按不同的方法对故障诊断技术进行分类：

　　（1）按诊断目的、要求和条件的不同可以把故障诊断技术分为：

　　①功能诊断和运行诊断。功能诊断是指对新安装或刚维修设备及部件的运行工况和功能进行检测和判断，并根据检测与判断的结果对其进行调整。而运行诊断是指对正在运行中的设备或系统进行状态监测，以便对异常的发生和发展进行早期诊断。

　　②定期诊断和连续监测。定期诊断是指间隔一定时间对服役中的设备或系统进行一次常规的检查和诊断。而连续监测则是采用仪器仪表和计算机信号处理系统对设备或系统的运行状态进行连续监视和检测。

　　③直接诊断和间接诊断。直接诊断是指直接根据关键零部件的状态信息来确定其所处的状态的一种诊断。直接诊断迅速可靠，但往往受到机械结构和工作条件的限制而无法实现。间接诊断是指通过设备运行中的二次诊断信息来间接判断关键零部件的状态变化。在间接诊断中往往会出现伪警或漏检的情况。

　　④在线诊断和离线诊断。在线诊断是指对现场正在运行中的设备进行的自动实时诊断。而离线诊断则是通过磁带记录仪将现场测量的状态信号记录下来，带回实验室后再结合诊断对象的历史档案进行进一步的分析诊断，或通过网络进行的诊断。

　　⑤常规诊断和特殊诊断。常规诊断是指在设备正常服役条件下进行的诊断。信号在常规诊断中采集不到时，就要考虑采用特殊诊断。

　　⑥简易诊断和精密诊断。简易诊断一般由现场作业人员凭着听、摸、看、闻或借助便携式简单诊断仪器对设备进行人工监测、判断设备是否出现故障。精密诊断由精密诊断专家借助先进的传感器、精密诊断仪器和各种先进分析手段实施的诊断。通过检测、分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障的原因，了解故障的发展趋势。

　　（2）按诊断的物理参数对诊断技术进行分类，可将诊断技术分为振动诊断技术、声学诊断技术、温度诊断技术、污染诊断技术、无损诊断技术、压力诊断技术、强度诊断技术、电参数诊断技术、趋向诊断技术、综合诊断技术等。

　　（3）按诊断的直接对象对诊断技术进行分类，可将诊断技术分为机械零件诊断技术、液压系统诊断技术、旋转机械诊断技术、往复机械诊断技术、工程结构诊断技术、工艺流程诊断技术、生产系统诊断技术、电器设备诊断技术等。

　　7.振动的分类、振动的基本参数

　　振动分为确定性振动和随机振动，确定性振动又分为周期振动和非周期振动，周期振动又进一步分为简谐周期振动和复杂周期振动，非周期振动也进一步分为准周期振动和瞬态振动。

　　振动的基本参数包括振幅、频率和相位。振动完全可以通过这三个参数加以描述。

　　8.压电加速度传感器、磁电速度传感器、涡流位移传感器的结构、特点及应用

　　振动加速度信号通常采用压电加速度传感器（压电加速度计）提取。压电加速度计是基于压电晶体的压电效应工作的，有多种结构形式，如正置压缩型、倒置压缩型、环剪切型、三角形剪切型等。不管是哪一种结构的加速度计，均包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等部分。振动加速度计属于能量转换型传感器。可测频率范围宽（0.1Hz～20kHz），灵敏度高而且稳定，有比较理想的线性。这种传感器体积小，重量轻，可以安装在任何方位，而且无移动元件，不易造成磨损。值得注意的是，压电式加速度计使用的上限频率随其固定方式而变。

　　振动速度信号通常采用磁电速度传感器提取。磁电速度传感器是基于电磁感应原理工作的。这种传感器也是能量转换型传感器，工作时不需要电源，输出信号可以不经过变换放大即可远距离传送，使用方便。但这种传感器中存在着机械运动部件，它与被测系统同频率振动，由于其疲劳极限使传感器寿命比较短：因此，在长期连续测量中应该考虑传感器的寿命。

　　惯性磁电速度传感器当其随被测系统振动时，传感器线圈与磁场之间产生相对运动，切割磁力线而产生感应电动势，从而输出与振动速度成正比的电压。

　　振动位移信号通常采用电涡流位移传感器提取。它基于金属体在交变磁场中的电涡流效应工作。是一种非接触式的相对测振传感器，能方便地测量运动部件与静止部件问的间隙变化，它将传感器顶端与被测对象表面之问间隙的变化转换成与之成正比的电信号。电涡流位移传感器属于能量控制型传感器，它必须借助于电源才能将振动位移转换为电信号。这种传感器具有线性范围宽、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。不仅能无接触地测量各种振动、轴向位移，还能测量转数。

　　9.数字式频谱分析仪的组成，频谱分析的作用

　　数字式频谱分析仪一般由前置放大器、抗混淆滤波器、A／D转换器、高速数据处理器及外围没备等组成。

　　需要进一步查明异常振动的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。通过频谱分析常能将时域信号变换为频域信号，将工程信号分解为各个频率分量，获得信号的频率结构和组成信号各个谐波的振幅、相位信息。

　　10.描述噪声的物理量及主观量度

　　引起听觉的可听声频率在20～20000Hz之间，但在此范同内的某一声波可以有不同的声压或声强。在声学中采用成倍比的对数标度，即用"级"来度量声压和声强，并称为声压级、声强级。此外，还有声功率级。

　　声波的声压级是声波的声压与基准声压之比以l0为底的对数的20倍。

　　声波的声强级是声波的声强与基准声强之比以l0为底的对数的l0倍。

　　声波的声功率级是声波的功率与基准功率之比以l0为底的对数的10倍。声功率根据测量的声压级换算得到。

　　进行噪声测量时，也可以用人的主观感觉进行度量，如响度级。响度是人耳对声音强弱产生的主观感觉。要确定某声音的响度，选用频率为1000Hz的纯音作为标准，调节l000Hz纯音的声压级，使它和所要确定的噪声听起来有同样的响度，则该噪声的响度级值就等于这个纯音的声压级（dB）值，单位为方（Phon）。例如，噪声听起来与频率为l000Hz的声压级为80dB的基准纯音一样响，则该噪声的响度级即为80方。

　　11.常用噪声测量传感器（电容传声器、压电传声器）的构成及特点

　　传声器的作用如同人的耳膜，由它将声能（声信号）转换成电能（电信号）。其转换过程是：首先由接受器将声能转换成机械能，然后由机电转换器把机械能转换成电能。通常用膜片作为接受器来感受声压，将声压的变化变成膜片的振动。根据膜片感受声压情况的不同，传声器可分为三类：压强式传声器，其膜片的一面感受声压；压差式传声器，其膜片的两面均感受声压，引起膜片振动的力取决于膜片两面压差的大小；压强和压差组合式传声器。在噪声测量中常用压强式传声器。电容式传声器利用电场耦合方式将膜片的振动转换成电量。

　　电容传声器的基本结构是一个电容器，它主要由感受声压的膜片和与其平行的金属后极板（背板）组成。膜片和后极板在电气上绝缘。构成一个以空气为介质的电容器的两个极。测量时，在两电极间加直流电压，即极化电压。在极化电压、负载不变的情况下，输出交变电压的大小和波形由作用在膜片上的声压决定。电容传声器属于能量控制型传感器。电容传声器灵敏度高，动态范围宽；输出特性稳定，对周围环境的适应性强，在-50℃～150℃的温度范围内和0～100%的相对湿度下，性能变化小；电容传声器的外形尺寸也比较小。电容式传声器常与精密、标准声级计联用。

　　压电传声器由具有压电效应的压电晶体来完成声电转换，它通过声压使晶体切片两侧产生电量相等的异性电荷，形成电位差。属于能量转换型传感器。压电传声器具有结构简单，成、本低，输出阻抗低，电容餐大（可达l000pF），灵敏度较高等优点。但性能受温度、湿度影响较大。压电传声器一般与普通声级计联用。

　　12.声级计的种类、组成、作用及校准

　　声级计是噪声测量中使用最为广泛、最简便的仪器。它不仅能测量声级，还能与多种辅助仪器配合进行频谱分析、记录噪声的时间特性和测量振动等。声级计按其用途分为一般声级计、脉冲声级计、积分声级计和噪声暴露汁（噪声计量计）等。按其精度分为0型声级计（实验室用标准声级计）、1型声级计（一般用途的精密声级计）、2型声级计（一般用途的声级计）、3型声级计（普级型声级计）。按其体积分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计。

　　声级计由传声器、衰减（放大）器、计权网络、均方根值检波器、指示表头等组成。被测的声压信号通过传声器转换成电压信号，该电压信号经衰减器、放大器以及相应的计权网络、外接滤波器，或者输入外接的记录仪器，或者经过均方根值检波器直接推动以分贝标定的指示表头。计权网络是基于等响曲线设计出的滤波线路，分为A、B、C、D四种。通过计权网络测得的声压级称为计权声压级。对应四种计权网络测得的声压级分别称为A声级（LA）、B声级（LB）、C声级（LC）和D声级（LD），分别记为dB（A）、dB（B）、dB（C）和dB（D）。A、B、C计权网络分别近似模拟了40方、70方、l00方三条等响曲线，三种计权网络对低频噪声有不同程度的衰减，A衰减最强，B次之，C最弱。其中，A计权网络除对低频噪声衰减最强外，对高频噪声反应最为敏感，这正与人耳对噪声的感觉相接近。故在对人耳有害的噪声测量中，都采用A计权网络。D计权网络是专门为飞机噪声测量设计的。

　　使用声级计时，每次测量开始和结束都应该校准，两次差值不应大于ldB.常用的校准方法除活塞发生器校准法外还有扬声器校准法、互易校准法、静电激励校准法、置换法等。

　　13.振动及噪声的测量方法

　　一般情况下，采用振动分析法进行故障诊断总是先以振动总值法来判别异常振动。这是一种最直接的方法，把传感器放在设备应测量的部位，测量其振动速度。将测得振动速度的均方根值以表格或图样表示其趋向，对照"异常振动判断基准"，判别实际测量值是否超过界限或极限规定值，以评价没备工作状态的正常与否。

　　采用测振仪进行振动总值的检测，当发现振动总值有较快增大，并有接近或超出最大允许界限值的趋向时，需要进一步采用频谱分析法进行诊断。采用频谱分析仪对实测振动信号进行频谱分析，做出频谱图，与其正常谱图（或称原始谱）进行比较，寻找振源，诊断出故障部位和严重程度。还可由频谱图上出现新的谱线，查出设备是否发生了新的故障。

　　对滚动轴承的磨损和损伤进行诊断可采用专门的振动脉冲测量法。

　　设备中运动着的零部件都可能产生振动，发出声波。这些不同声强、不同频率的声波无规律的混合便形成噪声。噪声是没备的固有信息，当描述其特性的特征参数发生变化，并越过一定的范围，便可判断可能发生了故障。因此，可以根据噪声信号的特征量制定一定限值作为有无故障的标准，来判断是否发生了故障。但要识别故障的性质，确定故障的部位及故障程度，就需对提取的噪声信号做频谱分析。

　　利用噪声（或振动）信号特征参数的变异及其程度进行故障判断有三种标准，即绝对标准、相对标准和类比标准。在绝对标准中，利用测取的噪声信号的特征量值与标准特征量值进行比较；在相对标准中，利用测取的噪声信号的特征量值与正常运行时的特征量值进行比较；在类比标准中，利用同类设备在相同工况条件下的噪声信号的特征量值进行比较。

　　14.常用测温仪器、仪表的组成、特点及应用

　　热电偶是基于热电效应进行温度测量的，由两根不同材料的导体焊接而成。它的热电动势与热电偶材料、两端温度T、T0有关，与热电极长度、直径无关。在冷端温度T0不变，热电偶材料已定的情况下，其热电动势只是被测温度的函数。热电偶与后续仪表配套可以直接测量出0℃～l800℃范围内液体、气体内部以及固体表面的温度。具有精度高，测量范围宽，便于远距离和多点测量等优点。

　　常用热电偶分为标准化热电偶和非标准化热电偶两类。标准化热电偶制造工艺比较成熟、性能优良且稳定，同一型号热电偶具有互换性。非标准化热电偶多用在一些特殊场合。实际使用的热电偶有普通热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶等。铠装热电偶是特殊结构热电偶，可以做得很细，很长，能够弯曲。薄膜热电偶是由两种金属薄膜采用真空蒸镀、化学涂层或电泳等方法连接在一起的一种特殊结构的热电偶。

　　在设备的温度测量中，还经常使用热电阻温度计。热电阻温度计利用材料电阻率随温度而变化的特性进行温度测量的，与电桥相配合，将温度按一定函数关系转换为电量。按敏感材料的不同有金属热电阻温度计和半导体热电阻温度计两种。

　　常用的金属热电阻有铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻等。其结构有普通型热电阻和铠装热电阻。工业用普通型热电阻的外型结构与普通型热电偶的外型结构基本相同。铠装热电阻的主要特点是体积小，响应速度快，耐振抗冲击，感温元件、连接导线及保护套管全封闭并连成一体，使用寿命长。半导体热电阻材料是将一些氧化物（如锰、镍、铜和铁的氧化物）按一定比例混合压制而成。半导体热电阻的温度测量范围在-1000℃～300℃之间。其主要特点是电阻温度系数大（比金属热电阻高l0～l00倍），电阻率高，感温元件可做得很小，可根据需要做成片状、棒状和珠状（珠状外型尺寸可小到3mm），可测空隙、腔体、内孔等处的温度。但其性能不够稳定，互换性差，使其应用受到一定限制。

　　红外测温仪器是利用红外辐射原理，采用非接触方式，对被测物体表面进行观测，并能记录其温度变化的设备。红外测温仪器的核心是红外探测器，它能把入射的红外辐射能转变为便于检测的电能。按对辐射响应方式的不同，将红外探测器分为光电探测器和热敏探测器两大类。两种探测器在灵敏度、响应速度、是否需要制冷、使用是否方便等方面各不相同。红外测温仪器还必须包括红外光学系统，用于汇聚被测对象的辐射通量，并将其传输到红外探测器上。红外光学系统与探测器一起决定该仪器的现场和空间分辨率。实际应用中有反射式、折射式和折一反射式等不同类型的光学系统供选用。

　　除了红外探测器和光学系统外，红外测温仪器还应包括信号处理系统（用以将电信号放大、处理成可记录的信号）和显示记录系统（是最终将被测信号以表针指示、数字显示或图像等不同方式记录、存储下来的装置）。

　　用于红外测温的仪器有很多种，比较常用的有红外测温仪和红外热像仪。红外测温仪是红外测温仪器中最简单的一种，用途广泛，价格低廉，用于测量物体"点"的温度。有多种红外测温仪供选用，它们各有其自己的应用范围和特点。

　　红外热像仪和红外热电视是目前使用的两类热成像系统。其中红外热像仪（光机扫描热像仪）由光学与扫描系统、红外探测器、视频信号处理系统、显示器等部分组成。被测对象的红外辐射经光学系统汇聚、滤波，聚焦到红外探测器上，其间由光学一机械扫描系统将被测对象观测面上各点的红外辐射通量按时间顺序排列，经红外探测器变成电脉冲，通过视频信号处理送到显示器显示出物体表面或近表面的热像图。热像图中包含了被测物体的热状态信息，因而通过热像图的观察和分析，可以获得物体表面或近表面层的温度分布及其所处的热状态。这种测温方法简便、直观、精确、有效，且不受测温对象的限制。

　　只有光电探测元件制冷到很低的温度才能降低热噪声，屏蔽背景噪声，提高光电探测器的信噪比和探测率，得到较短的响应时间，因此要对探测器进行超低温制冷。

　　15.温度测量所能发现的故障

　　通过温度测量不仅可以检查工艺过程中的温度变化，还可以掌握机件的受热状况。通过温度测量所能发现的常见故障可归纳如下：

　　通过温度测量可以发现轴承损坏，液压系统、润滑系统、冷却系统和燃油系统等流体系统故障，内燃机、加热炉等燃烧不正常引起的发热量异常，污染物质积聚（如管道内有水垢，锅炉或烟道内结灰渣、积聚腐蚀性污染物等），保温材料损坏，电器元件损坏（如电气元件接触不良，整流管、晶闸管等器件存在损伤，高压输电线的电缆、接头、绝缘子、电容器、变压器以及输变电网的电气元件和设备的损坏），非金属部件缺陷，机件内部缺陷。还可进行裂纹探测（检查裂纹及其发展过程，确定机件在使用中表面或近表面的裂纹及其位置等）。

　　16.常用的裂纹无损探测方法

　　常用的裂纹无损探铡方法，如目视一光学探测法、渗透探测法、磁粉探测法、射线探测法、超声波探测法、声发射探测法、涡流探测法等的优、缺点及适用范围。

　　（1）目视一光学检测法。在目视法的基础上，采用各种光学仪器来扩大和延伸其检测能力，便形成了目视一光学检测法。这种方法能发现破损、变形、松动、渗漏、磨损、腐蚀、变色、污秽、异物以及动作异常等多种故障，简单易行，常常是精密诊断前预检的主要方法。还可以对渗透、磁粉或其他无损探测法发现的缺陷进行定性分析。

　　（2）渗透探测法。是利用液体渗透的物理性能，首先使着色渗透液或荧光渗透液渗入机件表面开口的裂纹内，然后清除表面的残液，用吸附剂吸出裂纹内的渗透液，从而显示出缺陷图像的一种检验方法。这种方法可以检验钢铁、有色金属、塑料等制件表面上的裂纹，以及疏松、针孔等缺陷。该检验方法不需要大型仪器，操作方便，灵敏度高，适用于无电源、水源现场的检验。其缺点是不能检验机件的内部缺陷，对机件的表面粗糙度有一定要求，试剂对环境有一定污染。采用荧光渗透液时得需要紫外灯，而且必须在暗室操作。

　　（3）磁粉探测法。这是一种利用铁磁材料的磁性变化所建立的探测方法。这种探测法所用设备简单，操作方便，检测灵敏度较高，所显示的磁粉痕迹与缺陷的实际形式十分类似，而且适用于各种形状的钢铁机件，这种探测法可以发现铁磁材料表面和近表面的裂纹，以及气孔、夹杂等缺陷。其缺点是这种探测法不能探测缺陷的深度。进行磁粉探测后的被检件具有剩磁，需要进行退磁处理，以使将被检件的剩磁减少到最低限度。

　　（4）射线探测法。用强度均匀的X或Y射线照射所检测的物体，使透过的射线在照像底片上感光，通过对底片的观察来确定缺陷种类、大小和分布状况，按照相应的标准来评价缺陷的危害程度。该方法多用来探测机件内部的气孔、夹渣、铸造孔洞等立体缺陷，当裂纹方向与射线平行时也能被探测出来。

　　射线探测法的优点是探测的图像比较直观，对缺陷尺寸和性质的判断比较容易，而且探测结果可以记录下来作为诊断档案资料长期保存。其缺点是当裂纹面与射线近于垂直时就难以探测出来，对微小裂纹的探测灵敏度低，探测费用较高，射线对人体有害，必须有防护措施。

　　（5）超声波探测法。此法是利用发射的高频超声波（1MHz一10MHz）射人被检测物体的内部，如遇到内部缺陷则一部分射入的超声波在缺陷处被反射或衰减，然后经探头接收后再放大，由显示的波形来确定缺陷的部位及其大小，再根据相应的标准来评定缺陷的危害程度。该方法可以探测垂直于超声波的金属和非金属材料的平面状缺陷。可探测的厚度人、检测灵敏度高、仪器轻便、便于携带、成本低，可实现自动检测，并且超声波对人体无害。其缺点是探测时有一定的近场肓区、探测结果不能记录、探测中采用的耦合剂易污染产品等。另外，超声波探测还需用成套的标准试块和对比试块调整仪器本身的性能和灵敏度。

　　（6）声发射探测法。材料中裂纹的形成和扩展过程、不同相界面问发生断裂以及复合材料内部缺陷的形成都能成为声发射源。物体发射出来的每一个声信号都包含着反映物体内部缺陷性质和状态变化的信息，接收这些信号，加以处理、分析和研究，从而推断材料内部的状态变化，这就是声发射探测法。缺陷主动参与探测是声发射探测法与其他无损探测法的最大区别。

　　与常规的无损探测相比较，声发射探测具有如下特点：

　　①声发射探测时需对设备外加应力。它是一种动态检测，提供的是加载状态下缺陷活动的信息，因此声发射法可更客观地评价运行中设备的安全性和可靠性。

　　②声发射灵敏度高，检查覆盖面积大，不会漏检，可以远距离监测。

　　③声发射探测可在设备运行状态中进行。

　　④声发射探测不能反映静态缺陷情况。

　　（7）涡流探测法。此探测法是利用电磁线圈产生交变磁场作用于被检机件，使被检机件表层产生电涡流，利用机件中缺陷的存在会改变电涡流的强弱，从而使形成的涡流磁场也变化来探测机件的缺陷，该方法能探测钢铁、有色金属机件表面的裂纹、凹坑等缺陷。与其他无损探测法相比，涡流探测法的优点是：

　　①涡流探测广泛用于导电材料表面（或近表面）探伤。灵敏度高，可自动显示、报警、标记、记录；

　　②涡流探测使用电磁场信号，探头可以不接触零件，因此可以实现高速度、高效率、非接触自动探伤；

　　③由于电磁场传播不受材料温度变化的影响，因此涡流探测可用于高温探伤。而且探头可以设计成多种多样形状，以适应特殊场合要求；

　　④涡流探测还可以根据显示器或记录器的指小，估算出缺陷的位置和大小。有的还可以记录成像。检测结果可以保存备查。

　　涡流探测也存在一些缺点：

　　①由于涡流的趋肤效应，距表面较深的缺陷难以查出；

　　②影响涡流的因素较多，如材质的变化、传送装置的振动等，因此必须采取措施将干扰信号抑制掉，才能正确地显示缺陷；

　　③要准确判断缺陷的种类、形状和大小比较困难，需作模拟试验或作标准试块予以对比；

　　④涡流对形状复杂零件存在边界效应，探测比较困难。

　　17.常用的磨损油污染监测方法及各监测方法的适用范围

　　采用油液污染临测法进行磨损�