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工程机械机电一体化技术 主讲人：张发军 4、执行机构 任何一个机电液系统都必须具有产生目标运动或动作的执行机构，如数控机床的主轴转动，工作台的进给运动以及挖掘机器人手臂上下、回转和伸缩运动所用的驱动器就是执行机构。这是一种能量转换装置，它能在电子装置控制下，将输入的各种形式能量转换为机械能，如电动机、液动机、液压缸和内燃机、电磁铁、继电器等分别把输入的电能、液压气压能和化学能转换成为机械能。 4、执行机构 执行机构要对外界做功，因此必须实现所需的运动和传递要求的动力。 (1) 惯性小、动力大：无论是直线运动或回转运动，质量和惯性扭矩越小，则其动力性越好； (2) 体积小、质量轻：为了适应机电产品向轻、薄、细、巧方向发展，要求执行机构体积小、质量轻，通常用执行机构的单位质量所能达到的输出功率或功率比来评价这项指标。 4、执行机构 执行机构要对外界做功，因此必须实现所需的运动和传递要求的动力。 (3) 便于维修安装：执行机构要便于维修，要准确完成所需动作，而且要安全可靠。 (4) 使用计算机控制：机电液系统离不开计算机控制，电动式执行机构需要适合计算机控制；其次是液动和气动，液动气动控制中要增加电-液控制或电-气变换环节。 4、执行机构 执行机构由各种不同的执行元件元件组成： (1) 电气式 交流伺服电机、直流伺服电机、步进电机等；电磁铁及其他。 (2) 液压式 油缸、液压马达、电磁阀、电液开关阀、电液比例阀、电液伺服阀 4、执行机构 执行机构由各种不同的执行元件元件组成： (3) 气压式 气缸、气压马达、电磁阀。 (4) 其他 双金属片、形状记忆合金、压电元件 四、执行机构 4.1 步进电机 4.2 电液开关阀 4.3 电液比例阀 4.1 步进电机 1、什么是步进电机？ 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的电磁机械装置。当给它输入一个电脉冲信号时，其输出轴就转动一个角度，把这个角度叫做步距角，若连续不断地给它输入电脉冲信号，它就一步一步不断地转动。步进电机的转动不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件如温度、气压、冲击和振动等影响，仅与控制脉冲有关。 4.1 步进电机 2、步进电机的特点 (1) 输出转角与输入脉冲严格成比例，且在时间上与输入脉冲同步。 (2) 转动惯量小，启动、停止的时间短，一般在信号输入几毫秒至十几毫秒后使电机达到同步转速，信号切断后电机立即停止转动。 4.1 步进电机 2、步进电机的特点 (3) 输出转角的精度高，虽有相邻误差，但无累积误差。 (4) 可实现平滑无级调速，且调边范围相当宽。 (5) 借助控制线路，可获得正、反转动及间歇运动等特殊功能。 4.1 步进电机 2、步进电机的特点 由于步进电机的上述特点，且可精确步进及直接接受数字量，因而步进电机的应用领域越来越广泛，如：在绘图机、打印机和一些光学仪器中部采用了步进电机定位；在工程机械上的电子油门控制；电液比例阀的阀芯控制等等。随着计算机技术的发展，计算机产生各种脉冲驱动步进电机，去达到各种控制目的已屡见不鲜了。步进电机成了计算机应用领域的主要执行元件之一，尤其在精确定位场合和速度控制系统中得到了广泛应用。 4.1 步进电机 3、步进电机的种类 (1) 按力矩产生的原理分 反应式：转子无绕组 激励式：定子、转子均有绕组 (2) 按输出力矩大小分 伺服式：驱动扭矩小，需扭矩放大器 功率式：驱动扭矩大，可直接驱动 4.1 步进电机 3、步进电机的种类 (3) 按定子转子数目分 单定子式、双定子式、三定子式、多定子式 (4) 按各相绕组分布分 径向分相式、轴向分相式 4.1 步进电机 4、步进电机的结构 我国使用的步进电机多为反应式步进电机，右图一台典型单定子、径向分相的反应式伺服步进电机结构图。 4.1 步进电机 4、步进电机的结构 步进电机可分为定子和转子两部分。定子分为定子铁芯和定子绕组。定子铁芯由电工钢片叠压而成，定子绕组是绕在定子铁芯六个均匀分分的齿上的线周，在直径方向相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。 4.1 步进电机 5、步进电机的工作原理 右图所示是一台三相反应式步进电机的工作原理模型图。该电机定子有A、B、C三相，转子上有四个齿。 第一步，当A相绕组通以直流电时，转子齿1、3在磁力线的作用下迅速与A相磁极对齐，对齐后停止转动； 4.1 步进电机 5、步进电机的工作原理 第二步，若B相通电，A相断电，磁极B又把距它最近的一对齿2、4吸引过去，使转子按逆时针方向转过3