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第三章执行元件的选择与设计.pptx

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第三章执行元件的选择与设计
第一节执行元件的种类、特点及基本要求
第二节常用的控制用电动机
第三节直流(DC)与交流(AC)
伺服电动机及驱动
第四节步进电动机及驱动2
执行元件是工业业机器人、CNC机床、各种自动动机械、计算机机外围设备、办办公室设备、车车辆电子设备、、医疗器械、各各种光学装置、、家用电器(音音响设备、录音音机、摄像机、、电冰箱)等机机电一体化系统统(或产品)必必不可少的驱动动部件,如数控控机床的主轴转转动、工作台的的进给运动以及及工业机器人手手臂的升降、回回转和伸缩运动动等所用驱动部部件即执行元件件。
该元件是处于机机电一体化系统统的机械运行机机构与微电子控控制装置的接点点(联接)部位位的能量转换元元件。它能在微电子子装置的控制下下,将输入的各各种形式的能量量转换为机械能能,例如电动机机、电磁铁、继继电器、液动机机、油(气缸))、内燃机等分分别把输入的电电能、液压能、、气压能和化学学能转换为机械械能。由于大多多数执行元件已已作为系列化商商品生产,故在在设计机电一体体化系统时,可可作为标准件选选用、外购。
第一节执行元件的种类类、
特点及基本要求求
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一、执行元件的的种类及特点
根据使用能量的的不同,可以将将执行元件分为为电磁式、液压压式和气压式等等几种类型,如如下图所示。电电磁式是将电能能变成电磁力,,并用该电磁力力驱动运行机构构运动。液压式式是先将电能变变换为液压能并并用电磁阀改变变压力油的流向向,从而使液压压执行元件驱动动运行机构运动动。气压式与液液压式的原理相相同,只是将介介质由油改为气气体而已。其他他执行元件与使使用材料有关,,如使用双金属属片、形状记忆忆合金或压电元元件。
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电气式执行元件件包括控制用电电动机(步进电电动机、DC和AC伺服电动机)、、静电电动机、、磁致伸缩器件件、压电元件、、超声波电动机机以及电磁铁等等。其中,利用用电磁力的电动动机和电磁铁,,因其实用、易易得而成为常用用的执行元件。。对控制用电动动机的性能除了了要求稳速运转转性能之外,还还要求具有良好好的加速、减速速性能和伺服性性能等动态性能能以及频繁使用用时的适应性和和便于维修性能能。
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控制用电动机驱驱动系统一般由由电源供给电力力,经电力变换换器变换后输送送给电动机,使使电动机作回转转(或直线)运运动,驱动负载载机械(运行机机构)运动,并并在指令器给定定的指令位置定定位停止。这种种驱动系统具有有位置(或速度度)反馈环节的的叫闭环系统,,没有位置与速速度反馈环节的的叫开环系统。。
另外,其他电气气式执行元件中中还有微量位移移用器件,例如如:①电磁铁-由线圈和衔铁铁两部分组成,,结构简单,由由于是单向驱动动,故需用弹簧簧复位,用于实实现两固定点间间的快速驱动;;②压电驱动器-利利用压电晶体的的压电效应来驱驱动运行机构作作微量位移;③电热驱动器-利利用物体(如金金属棒)的热变变形来驱动运行行机构的直线位位移,用控制电电热器(电阻)的加热电流来来改变位移量,,由于物体的线线膨胀量有限,,位移量当然很很小,可用在机机电一体化产品品中实现微量进进给。
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液压式执行元件件主要包括往复复运动的油缸、、回转油缸、液液压马达等,其其中油缸占绝大大多数。目前,,世界上已开发发了各种数字式式液压式执行元元件,例如电-液伺服马达和和电-液步进马马达,这些电-液式马达的最最大优点是比电电动机的转矩大大,可以直接驱驱动运行机构,,转矩/惯量比比大,过载能力力强,适合于重重载的高加减速速驱动。

气压式执行元件件除了用压缩空空气作工作介质质外,与液压式式执行元件无什什么区别。具有有代表性的气压压执行元件有气气缸、气压马达达等。气压驱动动虽可得到较大大的驱动力、行行程和速度,但但由于空气粘性性差,具有可压压缩性,故不能能在定位精度较较高的场合使用用。
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二、对执行元件件的基本要求
、动力大
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、重量轻
既要缩小执行元元件的体积、减减轻重量,同时时又要增大其动动力,故通常用用执行元件的单单位重量所能达达到的输出功率率或比功率,即即用功率密度
或比功率密度来来评价这项指标标。设执行元件件的重量为G,则
功率密度为P/G。
比功率密度为(T2/J)/G。
、安装
执行元件最好不不需要维修。无无刷DC及AC伺服电动机就是是走向无维修的的一例。

根据这个要求,,用微机控制最最方便的是电气气式执行元件。。因此机电一体体化系统所用执执行元件的主流流是电气式,其其次是液压式和和气压式(在驱驱动接口中需要要增加电-液或或电-气变换环环节)。内燃机机定位运动的微微机控制较难,,故通常仅被用用于交通运输机机械。
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第二节常用的控制用电电动机
控制用电动机有有力矩电动机、、脉冲(步进))电动机、变频频调速电动机、、开关磁阻电动动机和各种AC/DC电动机等。控制制用电动机是电电气伺服控制系系统的动力部件件,是将电能转转换为机械能的的一种能量转换换装置。由于其其可在很宽的速速度和负载范围围内进行连续、、精确的控制,,因而在各种机机电一体化系统统中得到了广泛泛的应用。
控制用电动机有有回转和直线驱驱动电动机,通通过电压、电流流、频率(包括括指令脉冲)等等控制,实现定定速、变速驱动动或反复起动、、停止的增量驱驱动以及复杂的的驱动,而驱动动精度随驱动对对象的不同而不不同。机电一体体化系统或产品品中常用的控制制用电动机是指指能提供正确运运动或较复杂动动作的伺服电动动机。

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