執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計1

1、1l一個機(jī)械電子系統(tǒng)的目的是產(chǎn)生某種機(jī)械運(yùn)動或物理作用，如直線運(yùn)動或壓力變化等，這主要是由系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成的，這種物理量的變化可以用一些性能指標(biāo)來定量分析2l執(zhí)行元件的概念：是處于機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)與微電子控制裝置的接點(diǎn)（聯(lián)接）部位的能量轉(zhuǎn)換元件1 1 種類、特點(diǎn)及基本要求種類、特點(diǎn)及基本要求 23 執(zhí)行元件是機(jī)電一體化系統(tǒng)的驅(qū)動部件，它安裝于微電子裝置與機(jī)械裝置之間。計算機(jī)執(zhí)行元件機(jī)械系統(tǒng)傳感檢測裝置電源4u 是機(jī)電一體化系統(tǒng)必不可少的驅(qū)動部件驅(qū)動部件.u 處于系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)與微電子控制裝置的接點(diǎn)（聯(lián)接）部位的能量轉(zhuǎn)換元件能量轉(zhuǎn)換元件。在微電子裝置的控制下，將輸入的各種形

2、式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，電動機(jī)、電磁鐵、繼電器、液動機(jī)、油（氣缸）、內(nèi)燃機(jī)等把輸入的電能、液壓能、氣壓能和化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。u 大多數(shù)執(zhí)行元件已系列化商品生產(chǎn)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計時，作為標(biāo)準(zhǔn)件直接選用、外購。 1 執(zhí)行元件的種類、特點(diǎn)及基本要求執(zhí)行元件的種類、特點(diǎn)及基本要求5執(zhí)行元件執(zhí)行元件電動機(jī)電動機(jī)56執(zhí)行元件執(zhí)行元件電動機(jī)電動機(jī)77執(zhí)行元件執(zhí)行元件電動機(jī)電動機(jī)8直線電機(jī)平臺直線電機(jī)平臺89直線電機(jī)平臺直線電機(jī)平臺910執(zhí)行元件執(zhí)行元件電動機(jī)電動機(jī)11執(zhí)行元件電動機(jī)12執(zhí)行元件執(zhí)行元件電動機(jī)電動機(jī)13執(zhí)行元件執(zhí)行元件氣壓式氣壓式14執(zhí)行元件執(zhí)行元件液壓式液壓式1415電機(jī)執(zhí)行元件的應(yīng)用電

3、機(jī)執(zhí)行元件的應(yīng)用16液壓執(zhí)行元件的應(yīng)用液壓執(zhí)行元件的應(yīng)用17液壓執(zhí)行元件的應(yīng)用液壓執(zhí)行元件的應(yīng)用18壓電驅(qū)動器壓電驅(qū)動器19壓電驅(qū)動器壓電驅(qū)動器20壓電驅(qū)動器壓電驅(qū)動器21 根據(jù)使用能量的不同，將執(zhí)行元件分為電磁式、液壓式和氣壓式等幾種類型，如圖所示將電能變成電磁力，并用該電磁力驅(qū)動運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動先將電能變換為液壓能并用電磁閥改變壓力油的流向，從而使液壓執(zhí)行元件驅(qū)動運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動其他執(zhí)行元件與使用材料有關(guān)，如使用雙金屬片、形狀記憶合金或壓電元件22包括直流(DC)電動機(jī)、交流(AC)電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、超聲波電動機(jī)以及電磁鐵等。電磁式的電動機(jī)和電磁鐵，實(shí)用且易實(shí)現(xiàn)最為常用。要求：除穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)性能外，

4、還要求具有良好的加速、減速性能和伺服性能等動態(tài)性能以及頻繁使用時的適應(yīng)性和便于維修性能。23驅(qū)動系統(tǒng)：由電源供給電力，經(jīng)電力變換器變換后輸送給電動機(jī)，使電動機(jī)作回轉(zhuǎn)(或直線)運(yùn)動，在微電子控制信號的控制下，驅(qū)動負(fù)載機(jī)械按所需要的要求運(yùn)動。具有反饋環(huán)節(jié)的為閉環(huán)系統(tǒng)，沒有反饋環(huán)節(jié)的為開環(huán)系統(tǒng)。另外，其他電氣式執(zhí)行元件中還有微量位移用器件，電磁鐵-由線圈和銜鐵兩部分組成，結(jié)構(gòu)簡單，是單向驅(qū)動，需用彈簧復(fù)位，用于實(shí)現(xiàn)兩固定點(diǎn)間的快速驅(qū)動；電熱驅(qū)動器-利用物體的熱變形來驅(qū)動運(yùn)行機(jī)構(gòu)的直線位移，用控制電熱器的加熱電流來改變位移量，實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。24優(yōu)點(diǎn)：可直接使用電源，體積小，動力大，易于實(shí)現(xiàn)定位伺服，易

5、于與處理器相接，易于編程，響應(yīng)快，無污染。缺點(diǎn)：瞬時輸出功率大，過載差，易于燒毀。 應(yīng)用：應(yīng)用廣泛。25 指以液體壓力作為動力源，將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的部件。 包括往復(fù)運(yùn)動的油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達(dá)等。 目前，世界上已開發(fā)了各種數(shù)字式液壓式執(zhí)行元件，例如電-液伺服馬達(dá)和電-液步進(jìn)馬達(dá)， 優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大，比電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大，可以直接驅(qū)動運(yùn)行機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩/慣量比大；速度快，動作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺服，易于與處理器相接，響應(yīng)快，過載能力強(qiáng)，適合于重載的高加減速驅(qū)動。 缺點(diǎn)：設(shè)備大，易泄露，液壓油要求嚴(yán)格，有污染。 應(yīng)用：用在功率大，精度高的場合。 26 氣壓式執(zhí)行元件 指將氣體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的部件。

6、 與液壓式執(zhí)行元件相比除用壓縮空氣作工作介質(zhì)外，無區(qū)別。 氣壓執(zhí)行元件：氣缸、氣壓馬達(dá)等。 特點(diǎn)：可得到較大的驅(qū)動力、行程和速度，。優(yōu)點(diǎn)：氣源方便，成本低，無泄露，無污染，速度快，操作簡單。 缺點(diǎn)：功率小，體積大，動作不夠穩(wěn)，工作噪聲大。 應(yīng)用：用在功率小，定位精度要求不高的場合，由于空氣粘性差，具有可壓縮性，故不能在定位精度較高的場合使用。2728 1. 1. 慣量小、動力大慣量小、動力大292. 體積小、重量輕既要縮小執(zhí)行元件的體積、減輕重量，同時又要增大其動力，故通常用執(zhí)行元件的單位重量所能達(dá)到的輸出功率或比功率，用功率密度或比功率密度來評價這項指標(biāo)。設(shè)執(zhí)行元件的重量為G，則 功率密度=

7、P/G (KW/N) 比功率密度=(T2/J)/G303. 3. 便于維修、安裝便于維修、安裝 最好不需要維修，無刷DC及AC伺服電動機(jī)就是走向無維修的一例。4. 4. 宜于微機(jī)控制宜于微機(jī)控制 最方便的是電氣式執(zhí)行元件。因此，執(zhí)行元件的主流是電氣式；其次是液壓式和氣壓式(在驅(qū)動接口中需要增加電-液或電-氣變換環(huán)節(jié))；內(nèi)燃機(jī)定位運(yùn)動的微機(jī)控制較難，故通常僅被用于交通運(yùn)輸機(jī)械。31l選擇驅(qū)動器和執(zhí)行器時，首先應(yīng)根據(jù)該機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生的運(yùn)動和系統(tǒng)所需的運(yùn)動之間的關(guān)系來考慮。 l執(zhí)行器的輸出由控制器的算法和計算過程決定，也與傳感器測得的結(jié)果有關(guān)。 l選用執(zhí)行器首先要考慮被控參數(shù)的量值范圍，其次考慮體積、重量、成本、精度、分辨率、響應(yīng)速度等。 32l對于控制用的驅(qū)動器和執(zhí)行器，除能量轉(zhuǎn)換效率外，更注重速度、位置精度等性能指標(biāo)。 3334l直線運(yùn)動能量轉(zhuǎn)換裝置：根據(jù)力和距離。l旋轉(zhuǎn)運(yùn)動能量轉(zhuǎn)換裝置：根據(jù)轉(zhuǎn)矩和速度