《電動執(zhí)行機構(gòu)原理》課件

電動執(zhí)行機構(gòu)原理電動執(zhí)行機構(gòu)是工業(yè)自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，它將控制信號轉(zhuǎn)換為機械運動，實現(xiàn)對設(shè)備的控制。電動執(zhí)行機構(gòu)廣泛應(yīng)用于閥門、風(fēng)機、水泵、閘門等設(shè)備的控制，確保設(shè)備的安全運行。什么是電動執(zhí)行機構(gòu)自動控制系統(tǒng)電動執(zhí)行機構(gòu)是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，可將控制信號轉(zhuǎn)換為機械動作。執(zhí)行指令電動執(zhí)行機構(gòu)接收控制信號，驅(qū)動機械部件，實現(xiàn)對閥門、風(fēng)門等設(shè)備的精確控制。調(diào)節(jié)流程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，電動執(zhí)行機構(gòu)可用于調(diào)節(jié)流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。電動執(zhí)行機構(gòu)的組成部分電動機電動機是電動執(zhí)行機構(gòu)的核心部件，提供動力。電動機種類繁多，如直流電機、交流電機、步進(jìn)電機和伺服電機等。選擇合適的電機類型取決于執(zhí)行機構(gòu)的性能要求。傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為所需的線性或旋轉(zhuǎn)運動。常見的傳動機構(gòu)有齒輪傳動、螺旋傳動、滾珠絲桿傳動等，根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇不同的傳動方式?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)用于控制電動機的運行狀態(tài)，包括速度、方向、位置等，確保執(zhí)行機構(gòu)按照指令執(zhí)行動作。控制系統(tǒng)可以是簡單的開關(guān)控制，也可以是復(fù)雜的PLC或計算機控制。反饋裝置反饋裝置用來將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置或狀態(tài)信息反饋給控制系統(tǒng)，以便控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和校正，實現(xiàn)精確控制。反饋裝置可以是位置傳感器、速度傳感器等。電動機的工作原理1電磁感應(yīng)電流通過線圈產(chǎn)生磁場，磁場與磁鐵相互作用產(chǎn)生力，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。2能量轉(zhuǎn)換電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動機械設(shè)備運行。3控制方式通過控制電流大小和方向，可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。直流電動機結(jié)構(gòu)直流電動機由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子上有磁場線圈，轉(zhuǎn)子上有繞組，當(dāng)電流流經(jīng)繞組時，產(chǎn)生磁場，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。工作原理直流電動機的工作原理是基于電磁感應(yīng)原理，當(dāng)電流流過導(dǎo)體時，導(dǎo)體會受到磁場力的作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。應(yīng)用直流電動機廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備中，例如汽車、空調(diào)、洗衣機、風(fēng)機等。交流電動機旋轉(zhuǎn)磁場交流電動機的工作原理基于旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生力矩推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。定子結(jié)構(gòu)定子由定子鐵芯、定子繞組、定子外殼組成，定子繞組通入交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子軸組成，轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成電磁力矩推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。種類交流電動機分為同步電機和異步電機，異步電機應(yīng)用更加廣泛。步進(jìn)電機步進(jìn)電機的工作原理步進(jìn)電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的執(zhí)行機構(gòu)。精確控制步進(jìn)電機可以精確控制電機轉(zhuǎn)動角度。每輸入一個脈沖信號，電機就會轉(zhuǎn)動一個固定角度。應(yīng)用場景步進(jìn)電機常用于需要精確控制位置的應(yīng)用場景，例如打印機、數(shù)控機床等。伺服電機高精度控制伺服電機能精確控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置，實現(xiàn)精準(zhǔn)運動。閉環(huán)控制伺服電機采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，反饋信號與目標(biāo)值比較，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制?？焖夙憫?yīng)伺服電機具有快速響應(yīng)能力，能夠快速啟動、停止和改變轉(zhuǎn)速。電動執(zhí)行機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)齒輪傳動齒輪傳動結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛。它可以改變轉(zhuǎn)速和扭矩，用于執(zhí)行機構(gòu)的運動控制。螺旋傳動螺旋傳動可以實現(xiàn)大扭矩輸出，適用于高負(fù)載和精密控制。它可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動到直線運動的轉(zhuǎn)換。滾珠絲桿傳動滾珠絲桿傳動效率高，精度高，用于精密控制和高負(fù)載。它可以實現(xiàn)直線運動的精確控制。齒輪傳動11.傳動效率高齒輪傳動是常用的機械傳動方式之一，其效率很高，一般可達(dá)到95%以上。22.扭矩大齒輪傳動可以承受較大的扭矩，適合用于高負(fù)荷的工作環(huán)境。33.結(jié)構(gòu)緊湊齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，適合用于空間有限的場合。44.傳動比準(zhǔn)確齒輪傳動可以實現(xiàn)精確的傳動比，適合用于需要精確控制速度和位置的場合。螺旋傳動工作原理螺旋傳動使用螺旋副將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，用于提升、下降或旋轉(zhuǎn)負(fù)載。優(yōu)勢螺旋傳動結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力強，傳動效率高，可實現(xiàn)高精度定位。應(yīng)用場景廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、機械手、機器人等領(lǐng)域。滾珠絲桿傳動高精度傳動滾珠絲桿傳動利用滾珠在絲桿和螺母之間滾動，實現(xiàn)線性運動和旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換。滾珠絲桿傳動具有高精度、低摩擦、低噪音的特點，可用于需要高精度定位的場合。高效率傳動滾珠絲桿傳動效率高，可以減少能量損耗，提高傳動效率。滾珠絲桿傳動具有較大的承載能力，可以承受較大的負(fù)載。易于維護(hù)滾珠絲桿傳動結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)保養(yǎng)，使用壽命長，可降低維護(hù)成本。電動執(zhí)行機構(gòu)的控制方式開環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)不需要反饋信號。它根據(jù)輸入信號直接控制執(zhí)行機構(gòu)。開環(huán)控制系統(tǒng)簡單易行，但控制精度較低。閉環(huán)控制閉環(huán)控制系統(tǒng)通過反饋信號來調(diào)整控制指令。它可以提高控制精度，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。開環(huán)控制開環(huán)控制概述開環(huán)控制系統(tǒng)中，控制信號不依賴于被控對象的輸出信息。它通過預(yù)先設(shè)置的控制指令來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，無法實時調(diào)節(jié)控制信號。閉環(huán)控制反饋信號閉環(huán)控制系統(tǒng)使用傳感器監(jiān)測輸出變量。反饋信號用于比較目標(biāo)值，形成偏差信號。偏差信號用于調(diào)整控制信號?？刂凭乳]環(huán)控制提供更高的控制精度，因為反饋信號可以用來修正誤差。穩(wěn)定性閉環(huán)控制系統(tǒng)可以抑制干擾和噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。電動執(zhí)行機構(gòu)的性能參數(shù)額定功率電動執(zhí)行機構(gòu)消耗的功率，單位為瓦特(W)。額定扭矩電動執(zhí)行機構(gòu)能夠輸出的最大扭矩，單位為牛米(Nm)。額定轉(zhuǎn)速電動執(zhí)行機構(gòu)在額定負(fù)載下能夠達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)。額定功率額定功率是指電動執(zhí)行機構(gòu)在額定工作條件下所能輸出的最大功率。功率的大小取決于電動機的類型和尺寸。一般來說，功率越大，電動執(zhí)行機構(gòu)的扭矩越大，速度越快，負(fù)載能力越強。額定扭矩定義電動執(zhí)行機構(gòu)在額定工作條件下所能輸出的最大扭矩單位牛米(Nm)影響因素電動機功率、減速比、負(fù)載類型應(yīng)用選擇電動執(zhí)行機構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的扭矩需求選擇合適的額定扭矩額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速是指電動執(zhí)行機構(gòu)在額定負(fù)載下所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速。它通常以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)為單位表示。10RPM低速100RPM中速1000RPM高速10000RPM超高速電動執(zhí)行機構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)自動化電動執(zhí)行機構(gòu)廣泛應(yīng)用于自動化控制系統(tǒng)，如閥門控制、機械手、輸送帶等。它們能實現(xiàn)精確的控制和調(diào)節(jié)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。機械手電動執(zhí)行機構(gòu)為機械手的關(guān)節(jié)提供動力，實現(xiàn)各種復(fù)雜的運動和操作，在工業(yè)生產(chǎn)、科研和醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。機器人機器人廣泛應(yīng)用于制造、物流、服務(wù)等領(lǐng)域，電動執(zhí)行機構(gòu)為其提供精準(zhǔn)的動作控制和靈活性，提高機器人的操作效率和安全性。家用電器電動執(zhí)行機構(gòu)在洗衣機、冰箱、空調(diào)等家用電器中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，控制其運行和調(diào)節(jié)其性能，方便人們生活。工業(yè)自動化提高生產(chǎn)效率電動執(zhí)行機構(gòu)可自動控制生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)速度和產(chǎn)量。提升產(chǎn)品質(zhì)量精確控制生產(chǎn)參數(shù)，降低人為失誤，提升產(chǎn)品一致性和質(zhì)量。降低生產(chǎn)成本減少人工投入，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。改善工作環(huán)境自動化生產(chǎn)線減少工人勞動強度，改善工作環(huán)境。機械手機械手是一種可編程的多關(guān)節(jié)機械臂，用于執(zhí)行各種任務(wù)，例如搬運、焊接、噴漆和裝配。它們通常用于危險、重復(fù)或需要高精度的任務(wù)，提高生產(chǎn)效率和安全性。機械手廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化，尤其是在汽車制造、電子制造和物流等領(lǐng)域。它們可通過編程執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，并且能夠與其他設(shè)備集成，例如傳感器和控制系統(tǒng)。機器人工業(yè)機器人工業(yè)機器人主要用于自動化生產(chǎn)流程，例如焊接、噴漆、組裝和搬運。醫(yī)療機器人醫(yī)療機器人協(xié)助外科醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)，提高精確度和安全性，也用于康復(fù)和護(hù)理。服務(wù)機器人服務(wù)機器人提供各種服務(wù)，例如清潔、保安、陪伴和教育，改善人類生活質(zhì)量。家用電器洗衣機洗衣機使用電動執(zhí)行機構(gòu)控制進(jìn)水、排水、脫水等動作，確保洗滌過程高效穩(wěn)定。冰箱冰箱壓縮機、風(fēng)機等部件需要電動執(zhí)行機構(gòu)控制溫度、濕度，保證食物的保鮮。洗碗機洗碗機使用電動執(zhí)行機構(gòu)控制水流、噴灑、加熱等功能，提供便捷的洗碗體驗。汽車行業(yè)自動駕駛電動執(zhí)行機構(gòu)用于轉(zhuǎn)向、制動和懸掛等系統(tǒng)，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。發(fā)動機管理控制氣門、噴油器和進(jìn)氣系統(tǒng)，優(yōu)化燃油效率和性能。座椅調(diào)節(jié)電動執(zhí)行機構(gòu)提供舒適的座椅位置調(diào)整，方便駕駛員和乘客。車窗升降電動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)車窗的自動升降，提高舒適度和安全性。電動執(zhí)行機構(gòu)的發(fā)展趨勢智能化電動執(zhí)行機構(gòu)與智能控制技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和智能調(diào)節(jié)。高效化提高電動執(zhí)行機構(gòu)的效率，降低能耗，提升工作效率。集成化將電動執(zhí)行機構(gòu)與傳感器、控制系統(tǒng)等集成，實現(xiàn)功能模塊化。小型化減小電動執(zhí)行機構(gòu)的體積和重量，滿足空間限制和便攜需求。智能化11.自動控制通過傳感器收集數(shù)據(jù)，自動調(diào)整運行參數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化控制。22.自診斷能夠自動識別故障，并進(jìn)行故障診斷和報警，提高維護(hù)效率。33.人機交互支持遠(yuǎn)程操控，使用戶可以通過手機、電腦等設(shè)備方便地進(jìn)行操作。44.數(shù)據(jù)分析收集運行數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為改進(jìn)性能和提高效率提供參考。高效化電動執(zhí)行機構(gòu)的高效化主要體現(xiàn)在以下方面：節(jié)能減排，通過優(yōu)化設(shè)計和制造工藝，降低能耗，減少環(huán)境污染。提高運行效率，通過采用先進(jìn)的控制技術(shù)和材料，實現(xiàn)快速響應(yīng)，提高精度和穩(wěn)定性。集成化多功能集成集成化設(shè)計將多個功能模塊整合到一個緊湊的單元中，例如，將電機、齒輪、傳感器和控制器集成在一個模塊中。簡化連接集成化簡化了連接和安裝，減少了布線和連接需求，提高了系統(tǒng)可靠性。應(yīng)用范圍更