执行器综合指南:执行器是什么、执行器类型及其工作原理
通常,设备或系统的基本元素并不是最引人注目的。它们不是设计或外壳的外观美。它们并不是经常被称赞的功能。大多数时候,设备的基本元素都隐藏在更美观的外壳后面。
执行器是这种隐藏系统的一个完美例子,因为它们是各种系统的必要组成部分,但很少因其令人难以置信的动作而获得任何赞誉。因此,在本文中,我们将介绍什么是执行器、执行器的工作原理、执行器的类型以及如何为您的项目选择合适的执行器。
一台机器的 执行器 是负责移动和控制机构或系统以打开阀门的部分。简单地说,它是一个“推动者”。
执行器需要控制机制和能源供应。通常,控制装置是阀门。该阀门需要低能量信号才能激活。它可以通过电压、气动或液压、甚至人力来激活。电流、液压或气动压力也是潜在的能源。
它们使用活塞、电机或其他设备通过转换来自电力或流体源的动力来工作。执行器最基本的形式是打开或关闭阀门。另一方面,位置调节或控制阀解释定位信号以精确地移动到任何中间位置。控制系统可以手动或自动操作,由软件、机械或电力驱动。
执行器使任何机器都能够产生运动。从本质上讲,执行器充当电机,将能量转化为扭矩,并使用该扭矩来移动或调节机构或系统。它们既可以引起运动也可以停止运动。
执行器如何工作?
执行器是机械装置中能够实现运动的部分,就像人体的肌肉使腿、手臂、手指和其他身体部位能够运动一样。它通过将传入的能量和信号转化为机械力来实现运动。虽然输出运动可以是旋转的或线性的,但定心力可以是电动的、气动的(空气)或液压的(水)。因此,执行器就在我们周围,从我们门上的门禁系统到附近执行繁重工作的仓库机器人。即使我们的手机的静音版本也包含产生振动的执行器。
如前所述,致动器可以帮助将能量转换成运动,同时还帮助控制该运动和能量。
能量的种类、输入量和运动速度是致动器系统中的变量。执行器使用的相同组件也具有不同的视觉外观,具体取决于执行器的类型和功能。
执行器的组成部分
执行器需要一个 几个基本组件。这些组件包括:
- 电源供应: 如前所述,动力源可能是电力、空气或天然气、水或任何能源,但这些是执行器最常使用的能源。
- 电源转换器: 电力通过电源转换器从电源传输到执行器。此操作遵循控制器或其设计中指定的任何测量或单位。
- 执行器: 执行器是一种物理机械装置,负责执行转换。根据您使用的输入/输出和所需的结果,它可能会有所不同。
- 机械负载: 机械负载是与执行器在系统中产生的能量相反的应力或力。它会导致系统产生更多的电力。
- 控制器: 控制器是一种打开执行器并管理输出、指导其力、寿命和方向的设备。除了防止系统独立运行之外,它还允许对操作员可以控制的转换两端进行限制。
执行器的类型及其使用方法
基本有七种 执行器类型 都有独特的目的。
电动直线
电动直线执行器 当机器零件或工具需要受控线性运动到某一点时,通常在自动化应用中使用。当需要线性定位时,它们可用于各个领域。
电动旋转
电的 旋转执行器 当闸门、阀门和其他类似部件可控移动到特定旋转位置时,就会在自动化应用中使用。此外,它们还用于需要定位的各个领域。
流体动力线性
当需要小心地将物体移动到特定位置时, 流体动力线性执行器 通常用于自动化应用。当需要线性定位时,它们被用于各个领域。风门的打开和关闭、夹紧、焊接等是典型用途。
流体动力旋转
当物体需要以受控方式旋转到特定位置时, 流体动力旋转执行器 被使用。流体动力最常见的用途 旋转执行器 是自动化应用。空气或其他气体和液压油是为执行器提供动力的一些不同介质。
直线链执行器
这 线性链条执行器 通常在运动控制应用中提供直线推或拉动作。当链条伸直时,相邻的链节锁定到位以形成刚性部件。根据特定应用中的可用区域,它们有各种尺寸和链条设计以及链条存储选择。
手动线性
大多数精确定位的商业应用,例如操纵工具或工件,都采用手动 线性执行器。 无动力手动执行器通过转动手轮或旋钮来打开和关闭。有许多不同的种类,每种都有附加的负载和驱动力能力,例如丝杠、齿条、小齿轮、皮带传动等。
手动旋转
阀门操作是手动旋转执行器的主要用途。它们有时被称为手动阀门操作器或执行器。球阀、蝶阀、止回阀和截止阀是几种不同的类型。其他用途可能包括任何需要受控和约束旋转的用途。
为您的应用选择合适执行器的 8 个步骤
当然,不同的执行器被用于多个行业,并不是每个执行器都适合您的需求。这是选择最佳方案的简要指南。
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确定所需的运动类型
您将能够看到该功能是否需要决定性的线性运动,或者最终功能是否需要额外的动力,具体取决于功能。但您可能还想考虑一下您希望该运动走多远。
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能量输入的考虑因素
电动执行器应用广泛,可以执行更全面的任务。然而,在所需电流并不总是可行的情况下,您可以使用液压和气动执行器来消除对高电压输入的要求。
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精确
根据“一般”规则,更小、更详细、更精细的工作,包括选择和处理,需要更高的准确性。相比之下,重体力劳动可能不需要它。该因素将极大地影响您选择的执行器。
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什么力量最好
执行器的主要目标是移动任何物体;然而,所需的力量根据物品的重量或尺寸而有所不同。选择具有足够负载能力的执行器时,请考虑执行器需要移动的物体的尺寸。
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有多少活动空间?
任何执行器都会有一个行程长度,您在选择适合您的预期用途的执行器时应考虑这一点。
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您想要什么速度?
致动器的速度是一个重要因素,因为需要较大力的致动器通常比产生较小力的致动器慢。
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运行环境是什么?
工业应用以及内部实验室和车间的更结构化设置都经常使用执行器。
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它将如何安装?
执行器有多种安装选项。例如,双枢轴安装机构使物品能够在伸展和缩回时旋转或旋转。通过固定安装机构,执行器可以更牢固地固定到位。
如何安装执行器
安装执行器有两种主要方法:双枢轴安装和固定安装:
双枢轴安装
使用安装销或连接至致动器两端每个支架的安装销或U形夹将致动器安装在枢转平台上。这些是安装支架,因为十字销通过滑动穿过致动器和支架来连接两者。执行器可以围绕每个销旋转,随着其移动的物体一起移动,从而实现更动态的功能。
固定安装
致动器可以通过固定安装从固定位置产生推或拉运动,这需要将致动器紧固到轴安装支架上。例如,这就是安装按钮的方式。
执行器的实际应用
如果执行器能够提供足够的力、具有足够的负载速度特性、在工作范围内高效运行并且具有可靠的设计,那么该执行器对于特定应用来说是最佳的。
工业自动化和机器人技术是两个无法想象没有执行器就可以做任何事情的行业。这些组件允许生产机器移动并拾取物品。致动器经常用于农业和大型建筑机械中以允许各种运动。太阳能电池板是执行器如何使用的一个令人惊叹的例子。随着太阳升起和落下,带有执行器的太阳能电池板全天不断调整角度,以捕获最多的太阳能。
执行器是几乎所有智能家电的常见组件,从家具到需要向任何方向移动的机器人吸尘器。许多玩具甚至集成了一些微型执行器。可能性是无限的。
结论
几乎所有现代家用和工业设备都使用执行器。然而,与人工智能 (AI)、区块链、物联网 (IoT)、3D 打印等前沿技术相比,该领域的发展受到的媒体关注很少。
具有改进性能特征的新型执行器将在未来几年内得到概念化,而目前正在研究的执行器将进入市场。