高考综合题突破：机械系统中原动机与执行部分如何协同工作

在机械系统中，原动机与执行部分的协同工作是实现机械功能的核心。以下从结构、工作原理、协同机制及典型应用四个方面进行解析：

一、机械系统的组成与功能

1. 原动机（动力机）

功能：将能源（电能、热能、风能等）转化为机械能，提供系统所需动力。常见类型包括电动机、内燃机、液压马达等。

作用：通过输出旋转运动或直线运动驱动后续部件，是机械系统的“心脏”。

2. 传动装置

角色：连接原动机与执行部分，传递动力并调整运动参数（如速度、扭矩、方向）。例如变速箱、齿轮组、带传动等。

关键作用：匹配原动机输出特性与执行部分需求，例如通过减速器降低转速并增大扭矩。

3. 执行部分（工作机）

功能：直接完成机械系统的预定任务，如切割、搬运、夹持等。典型例子包括机械臂、车轮、刀具等。

设计要求：需根据工艺动作设计运动形式（如旋转、往复、间歇运动）。

4. 控制部分

协调机制：通过传感器、控制器（如PLC、单片机）实时调整原动机输出和执行部分动作，确保系统稳定运行。

二、协同工作机制

1. 动力传递路径

流程：原动机 → 传动装置（调整动力参数） → 执行部分（完成动作）。

示例：汽车中发动机（原动机）通过变速箱（传动）将动力传递至车轮（执行）。

2. 运动形式的匹配

转换需求：原动机通常输出旋转运动，而执行部分可能需要直线运动（如冲压机）或间歇运动（如分度盘）。通过连杆机构、凸轮机构等实现转换。

3. 动态协调与控制

反馈调节：例如数控机床中，电动机驱动丝杠（传动），带动刀具（执行）切削，通过编码器反馈位置误差，实现闭环控制。

安全保护：传动系统中设置离合器或安全联轴器，在过载时断开动力传递，保护执行部件。

三、典型应用案例分析

1. 汽车系统

原动机：内燃机或电动机。

传动：变速箱、差速器调整扭矩和转速。

执行：车轮驱动车辆运动，刹车系统控制减速。

协同：通过电子控制单元（ECU）协调发动机输出、变速箱换挡和制动系统。

2. 工业机器人

原动机：伺服电机提供精准动力。

传动：谐波减速器降低转速并提高扭矩。

执行：机械臂末端执行器完成抓取或焊接动作。

控制：PLC编程实现多轴联动，确保动作精度。

3. 风力发电机

原动机：风力驱动叶片旋转。

传动：齿轮箱增速后驱动发电机。

执行：发电机将机械能转化为电能。

协调：偏航系统调整叶片方向以捕捉最大风能。

四、高考综合题突破要点

1. 核心考点

原动机与执行部分的能量转换关系。

传动装置的作用及常见类型（如齿轮、带传动、连杆机构）。

控制系统的反馈机制（如传感器应用）。

2. 解题思路

分析系统结构：明确各部件功能及连接方式。

能量流分析：从能源输入到机械功输出的路径。

运动参数计算：涉及传动比、效率、功率等公式。

3. 典型题型

设计题：根据任务需求选择原动机类型并设计传动链。

计算题：求解传动系统的转速、扭矩或机械效率。

原动机与执行部分的协同依赖于传动装置的适配和控制系统的精准调节。理解这一过程需掌握能量传递、运动转换及动态反馈机制，并结合实际系统（如汽车、机器人）进行多维度分析。高考中需重点区分各部件功能，熟练运用机械原理公式解决实际问题。