机电一体化系统执行元件的选择与设计.ppt

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1、第三章机电一体化系统执行元件的选择与设计2021/8/611第三章执行元件的选择与设计3.1执行元件的种类及其特点一、执行元件的种类及其特点二、机电一体化系统(或产品)对执行元件的基本要求3.2机电一体化系统(或产品)常用的控制用电机一、对控制用电机的基本要求二、控制用电机的种类、特点及选用三、直流(DC)伺服电机与驱动四、交流(AC)伺服电机与驱动五、步进电机的种类及其工作原理六、步进电机的运行特性及性能指标七、步进电机的驱动与控制2021/8/622第三章执行元件的选择与设计机电一体化系统(或产品)离不开执行元件为其提供动力。如数控机床的主轴转动、工作台的进给运动以及工业

2、机器人手臂升降、回转和伸缩运动等所用驱动部件.在电子控制装置控制下，将输入的各种形式的能量转换为机械能，例如电动机、液动机、气缸、内燃机、电磁铁、继电器等分别把输入的电能、液压能、气压能和化学能转换为机械能。大多数执行元件已作为系列化商品生产，故在设计机电一体化系统或产品时，可作为标准件选用、外购。2021/8/6333.1执行元件的种类及其特点一、执行元件的种类及其特点1、种类2021/8/644日本松下交流伺服电机产品一览类别小惯量中惯量大惯量电机系列MSM(30~750W)MSM(1~5KW)MDMMFM盘式MHM匹配驱动器XX系列（小型MINAS）V系

3、列（大型MINAS）电机性能额定功率30W~750W1KW~5KW750W~5KW400W~4.5KW500W~5KW额定转速3000r/min3000r/min2000r/min2000r/min2000r/min最高转速5000r/min5000r/min3000r/min3000r/min3000r/min驱动器性能电源单相100V（400W以下）三相200V三相200V三相200V三相200V三相200V2021/8/655直流伺服电机步进电机直线电机带齿轮减速器的微特电机微型电机电磁铁油缸油马达气缸气马达形状记忆合金支架一、执行元件的种类及其特点2

4、、特点（1）电气执行元件控制用电机的性能除了要求稳速运转性能以外，还要求加速、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。驱动系统具有位置(或速度)反馈环节的叫闭环系统，没有位置与速度反馈环节的叫开环系统微量位移用器件（微驱动研究简介）电磁铁压电驱动器电热驱动器纳米级高精密微驱动机器人，能对细胞和染色体进行“显微手术”，并能用在微电子、精密加工、光学微调整、通讯光纤对接等精度要求较高的领域2021/8/61717一、执行元件的种类及其特点2、特点（2）液压式执行元件主要包括执行往复运动的油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸占绝大多数。（电磁阀控制）一般的

5、电—液伺服系统，采用电—液伺服阀控制油缸的往复运动。数字式液压执行元件，例如电—液伺服马达和电—液步进马达，最大优点是比纯电磁式马达力矩大，可以直接驱动执行机构，力矩／惯量比大，过载能力强，适合于重载的高加减速驱动。2021/8/61818一、执行元件的种类及其特点2、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，与液压式执行元件无什么区别。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度较高的场合使用。2021/8/61919二、机电一体化系统(或产品)对执行元件的基本要求1．惯量小、动力大表征惯量指标：a、J表

6、征动力大小指标：F、T、P表征动力大小综合指标：比功率比功率=Pε/ω=T2/J（kWs-1）2．体积小、重量轻用功率密度或比功率密度来评价这项指标(1)功率密度＝P/G(kWN-1)，(2)比功率密度＝(T2/J)/G（kWs-1N-1)3．便于维修、安装执行元件最好不需要维修,例如交/直流无刷伺服电机。4．宜于微机控制机电一体化系统所用执行元件的主流是电动式，其次是液动和气动式。内燃机运动的微机控制较难，故通常仅用于交通运输机械。2021/8/62020第二节机电一体化系统(或产品)常用的控制用电机它是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。工作可在很宽的速度和负载范围内

7、受到连续而精确的控制，因而在各种机电一体化系统中得到了广泛的应用。控制用电机有回转和直线驱动电机，通过电压、电流、频率(包括指令脉冲)等控制，实现定速、变速驱动或反复启动、停止的增量驱动以及复杂的驱动，而驱动精度随驱动对象的不同而不同。伺服电机控制方式的基本形式有三种。步进电机的开环方式、其它电机的半闭环方式和全闭环方式是基本控制方式。闭环方式可得到比开环方式更精密的伺服控制。2021/8/62222伺服电机控制三种基本形式2021/8/62323一、对控制用电机的基本要求(1)性能密度大、即功率密度和