执行元件的选择与设计1

1、1l一个机械电子系统的目的是产生某种机械运动或物理作用，如直线运动或压力变化等，这主要是由系统中的执行机构来完成的，这种物理量的变化可以用一些性能指标来定量分析2l执行元件的概念：是处于机电一体化系统的机械运行机构与微电子控制装置的接点（联接）部位的能量转换元件1 1 种类、特点及基本要求种类、特点及基本要求 23 执行元件是机电一体化系统的驱动部件，它安装于微电子装置与机械装置之间。计算机执行元件机械系统传感检测装置电源4u 是机电一体化系统必不可少的驱动部件驱动部件.u 处于系统的机械运行机构与微电子控制装置的接点（联接）部位的能量转换元件能量转换元件。在微电子装置的控制下，将输入的各种形

2、式的能量转换为机械能，电动机、电磁铁、继电器、液动机、油（气缸）、内燃机等把输入的电能、液压能、气压能和化学能转换为机械能。u 大多数执行元件已系列化商品生产，在机电一体化系统设计时，作为标准件直接选用、外购。 1 执行元件的种类、特点及基本要求执行元件的种类、特点及基本要求5执行元件执行元件电动机电动机56执行元件执行元件电动机电动机77执行元件执行元件电动机电动机8直线电机平台直线电机平台89直线电机平台直线电机平台910执行元件执行元件电动机电动机11执行元件电动机12执行元件执行元件电动机电动机13执行元件执行元件气压式气压式14执行元件执行元件液压式液压式1415电机执行元件的应用电

3、机执行元件的应用16液压执行元件的应用液压执行元件的应用17液压执行元件的应用液压执行元件的应用18压电驱动器压电驱动器19压电驱动器压电驱动器20压电驱动器压电驱动器21 根据使用能量的不同，将执行元件分为电磁式、液压式和气压式等几种类型，如图所示将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动运行机构运动先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力油的流向，从而使液压执行元件驱动运行机构运动其他执行元件与使用材料有关，如使用双金属片、形状记忆合金或压电元件22包括直流(DC)电动机、交流(AC)电动机、步进电动机、超声波电动机以及电磁铁等。电磁式的电动机和电磁铁，实用且易实现最为常用。要求：除稳速运转性能外，

4、还要求具有良好的加速、减速性能和伺服性能等动态性能以及频繁使用时的适应性和便于维修性能。23驱动系统：由电源供给电力，经电力变换器变换后输送给电动机，使电动机作回转(或直线)运动，在微电子控制信号的控制下，驱动负载机械按所需要的要求运动。具有反馈环节的为闭环系统，没有反馈环节的为开环系统。另外，其他电气式执行元件中还有微量位移用器件，电磁铁-由线圈和衔铁两部分组成，结构简单，是单向驱动，需用弹簧复位，用于实现两固定点间的快速驱动；电热驱动器-利用物体的热变形来驱动运行机构的直线位移，用控制电热器的加热电流来改变位移量，实现微量进给。24优点：可直接使用电源，体积小，动力大，易于实现定位伺服，易

5、于与处理器相接，易于编程，响应快，无污染。缺点：瞬时输出功率大，过载差，易于烧毁。 应用：应用广泛。25 指以液体压力作为动力源，将压力能转换为机械能的部件。 包括往复运动的油缸、回转油缸、液压马达等。 目前，世界上已开发了各种数字式液压式执行元件，例如电-液伺服马达和电-液步进马达， 优点：输出功率大，比电动机的转矩大，可以直接驱动运行机构，转矩/惯量比大；速度快，动作平稳，可实现定位伺服，易于与处理器相接，响应快，过载能力强，适合于重载的高加减速驱动。 缺点：设备大，易泄露，液压油要求严格，有污染。 应用：用在功率大，精度高的场合。 26 气压式执行元件 指将气体压力能转换为机械能的部件。

6、 与液压式执行元件相比除用压缩空气作工作介质外，无区别。 气压执行元件：气缸、气压马达等。 特点：可得到较大的驱动力、行程和速度，。优点：气源方便，成本低，无泄露，无污染，速度快，操作简单。 缺点：功率小，体积大，动作不够稳，工作噪声大。 应用：用在功率小，定位精度要求不高的场合，由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度较高的场合使用。2728 1. 1. 惯量小、动力大惯量小、动力大292. 体积小、重量轻既要缩小执行元件的体积、减轻重量，同时又要增大其动力，故通常用执行元件的单位重量所能达到的输出功率或比功率，用功率密度或比功率密度来评价这项指标。设执行元件的重量为G，则 功率密度=

7、P/G (KW/N) 比功率密度=(T2/J)/G303. 3. 便于维修、安装便于维修、安装 最好不需要维修，无刷DC及AC伺服电动机就是走向无维修的一例。4. 4. 宜于微机控制宜于微机控制 最方便的是电气式执行元件。因此，执行元件的主流是电气式；其次是液压式和气压式(在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节)；内燃机定位运动的微机控制较难，故通常仅被用于交通运输机械。31l选择驱动器和执行器时，首先应根据该机构能产生的运动和系统所需的运动之间的关系来考虑。 l执行器的输出由控制器的算法和计算过程决定，也与传感器测得的结果有关。 l选用执行器首先要考虑被控参数的量值范围，其次考虑体积、重量、成本、精度、分辨率、响应速度等。 32l对于控制用的驱动器和执行器，除能量转换效率外，更注重速度、位置精度等性能指标。 3334l直线运动能量转换装置：根据力和距离。l旋转运动能量转换装置：根据转矩和速度