执行机构工作原理及使用方法.ppt

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1、第二章执行机构的种类及使用方法2.1执行机构的功能及特性执行元件——是将控制信号转换成机械运动和机械能量的转换元件执行元件的特点1.电气执行元件电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC）伺服电机、步进电机以及电磁铁等。对这些伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性能好，适合于频繁使用，便于维修等2．液压式执行元件液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点3．气压式执行元件气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较

2、大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。2.2执行元件的种类及性能种类特点优点缺点电气式可用商业电源；信号与动力传送方向相同；有交流直流之分；注意使用电压和功率。操作简便；编程容易；能实现定位伺服控制；响应快、易与计算机（CPU）连接；体积小、动力大、无污染。瞬时输出功率大；过载差；一旦卡死，会引起烧毁事故；受外界噪音影响大。气压式气体压力源压力5~7×Mpa；要求操作人员技术熟练。气源方便、成本低；无泄露而污染环境；速度快、操作简便。功率小、体积大、难于小型化；动作不平稳、远距离传输困难；噪音大；难于伺服。

3、液压式液体压力源压力20~80×Mpa；要求操作人员技术熟练。输出功率大，速度快、动作平稳，可实现定位伺服控制；易与计算机（CPU）连接。设备难于小型化；液压源和液压油要求严格；易产生泄露而污染环境。机电一体化系统对执行元件的基本要求（1）惯量小，动力大。（2）体积小，重量轻。（3）安装方便、便于维修维护。（4）易于实现自动化控制。2.3电动执行机构常用电动执行机构：DC/AC电动机、力矩电动机、步进（脉冲）电动机、变频调速电动机、开关电磁电动机以及其他电动机（直流或交流脉宽调速电动机、电磁伸缩元件）等。常用伺服控制电动机的控制方式主要有：开环控制、半闭环控制

4、、闭环控制三种。如图所示数控机床伺服系统。它由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求为实现运动、功率/能量、控制运动方式的转换，对伺服控制电动机提出了一些基本要求。（1）性能密度大。即功率密度Pw=P/G或比功率密度Pbw=(T2/J)/G大。（2）快速性好。加速度大、响应特性好。（3）位置控制与速度控制精度高、调速范围大、低速平稳性好、分辨率高以及振动噪音小。（4）能适应频繁启动，可靠性高、寿命长。（5）易于与计算机对接，实现计算机控制。伺服控制电动机基本特性无论动力用伺服控制电动机，还是控制用伺服控制电动机，功

5、率—转速—转矩的电特性是电机重要的基本特性指标之一。对于伺服控制电机而言，恒转矩工作特性是衡量电机调速性能的重要参数之一。2.3.1直流电机驱动一、直流电机工作原理1.直流电机分类（1）根据励磁相数（2）根据励磁方式（3）根据电机结构有刷直流电机：通过换向器和电刷改变电枢励磁电流方向，实现电机驱动。无刷直流电机：由电子换向器改变绕组励磁电流方向和相序，实现电机驱动。2.普通直流电机工作原理图2-1直流电机模型3.无刷直流电机工作原理图2-2无刷直流电机简图二.直流电机结构1.普通直流电机结构图2-3直流电机结构1—风扇；2—机座；3—电枢；4—主磁极；5—刷架

6、；6—换向器；7—接线板；8—出线盒；9—换向极；10—端盖图2-4直流电机主磁极1—固定主磁极的螺钉；2—主磁极铁心；3—励磁绕组图2-5直流电机换向极换向极用来改善换向，由铁心和套在铁心上的绕组构成，如图2.5所示。换向极铁心一般用整块钢制成，如换向要求较高，则用1.0mm～1.5mm厚的钢板叠压而成，其绕组中流过的是电枢电流。换向极装在相邻两主极之间，用螺钉固定在机座上。1—换向极铁心；2—换向极绕组图2-6直流电机电刷装置1—电刷；2—刷握；3—弹簧压板；4—座圈；5—刷杆电刷与换向器配合可以把转动的电枢绕组电路和外电路连接并把电枢绕组中的交流量转变成

7、电刷端的直流量。电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫构成，如图所示。电刷组的个数，一般等于主磁极的个数。图2-7直流电机电枢电枢铁心是电机磁路的一部分，其外圆周开槽，用来嵌放电枢绕组。电枢铁心一般用0.5mm厚、两边涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成，如图所示。电枢铁心固定在转轴或转子支架上。铁心较长时，为加强冷却，可把电枢铁心沿轴向分成数段，段与段之间留有通风孔。图2-8直流电机换向器换向器是由多个紧压在一起的梯形铜片构成的一个圆筒，片与片之间用一层薄云母绝缘，电枢绕组各元件的始端和末端与换向片按一定规律连接，如图所示。换向器与转轴固定在一起。2.无刷

8、直流电机结构图2-9无刷直流电机结构2