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促动器101.什么是促动器,它们是做什么的,它们是如何工作的。

什么是执行器 气动执行器 液压起子机 旋转执行器 电动直线执行器

致动器是一种设备,需要能量输入通常为电能,以某种形式输入外部信号以告知致动器要做什么,然后该设备才能致动。运动形式的输出可以是旋转的也可以是线性的,用于在系统中实现所需的结果。

术语“致动器”来自于致动某物的行为,换句话说,致动就是操纵某物。因此,为了简化其工作的表达方式,执行器读取信号,然后执行操作。致动器通常是整个系统或机器或设备的一部分。它是机器中的一个组件,通过移动它来执行某些操作。

作动器101是什么作动器

为了使执行器工作,需要能量输入,通常是电能。它还需要某种形式的外部信号输入以告知执行器要做什么,然后装置才能执行。输出通常采用旋转或线性运动的形式,用于在系统中实现所需的结果。

执行器的历史

执行器已经存在了100多年,他们的名字来自于他们所做的事情,他们致动某些东西。也就是说,它们通过打开或关闭,推动或拉动,抬起或放下等来移动东西。您每天使用的最常见的执行器类型是电磁执行器,用于锁定和解锁车门,或者 电动直线执行器 用于打开和关闭汽车后备箱。那些是在我们的日常生活中广泛使用的机电执行器。在产生电力之前,它们仍然被制造出来,但是将由人为控制,例如门上的闩锁。

执行器在哪里使用?

现代汽车中使用了50多个执行器,汽车可能是我们日常生活中使用最多的执行器。汽车将它们用于喷油器,用于燃料供应和管理的阀门,加热和冷却系统,甚至娱乐系统也可以使用它们来打开和关闭扬声器,GPS屏幕等。

执行器101-什么是执行器及其工作方式

什么是执行器

让我们看一下我们日常生活中使用的执行器系统的典型示例。汽车中的加热装置既有冷热温度设置,也有具有不同作用力水平的风扇。温度设置实际上是通过执行器控制的,该执行器调节在热交换器上流动的空气量。该致动器控制气流位置,空气越越越越越热,相反,空气越远离热交换器越冷。

汽车执行器

继电器是致动器吗?

一个 中继 有时也被认为是电致动器的一种形式,即继电器致动电信号或某种类型的连接。即使这听起来像是没有活动部件的电气部件,但实际上确实有活动部件。继电器是一个带电线圈,通过电磁场打开和关闭连接器。因此,正如您所看到的,它只是一种小规模的执行器。

就本文而言,我们将重点放在线性执行器上。执行器一词实际上是非常广泛的,可以涵盖旋转执行器,电磁阀和其他类型。

执行器

电磁执行器

坚持使用汽车,这些让我们解释另一种非常常见的执行器类型,即电磁执行器。螺线管就像继电器一样工作,它们吸收电流并产生电磁场,该电磁场的磁力随后使杆进出。通常,提供给螺线管执行器的磁场越高,产生的力就越大,反之亦然。这些是非常简单的开/关型执行器,除了打开或关闭它们外,几乎没有其他控制选择。例如,您对速度或力没有真正的控制,实际上,更糟的是,电磁执行器的行程也非常有限。很难找到行程超过2英寸(英寸)的螺线管执行器。

电磁执行器

车门上的中央锁是最常用的电磁执行器。他们只是简单地从门把手上连接和断开闩锁。对于螺线管执行器来说,控制机制也非常简单,这是向螺线管发送一个12v直流电的单个脉冲来对其进行驱动,而弹簧使它返回。

下面是大多数汽车中使用的典型电磁执行器。他们可能看起来很陌生,但这是因为大多数人看不到汽车的门板。

执行器类型

压电执行器

这些执行器的运动来自电压激励,它们需要非常大的电压才能使其膨胀和收缩,通常超过200V。压电材料是一种陶瓷,非常易碎,在每一层之间将有许多层带有金属板的层,因此每个压电叠层都可以通电。

长度的很小变化需要大量的电压,通常压电只膨胀其大小的大约1%,但是它们的力非常大,这意味着您可以放大压电叠层的扩展以实现移动和权衡中风的力量。机械放大几乎可以像杠杆一样完成,但是它们通常用于需要非常高的精度和控制力的应用中。它们最常用于汽车的喷油器,其中压电执行器控制进入气缸的燃油量,并且控制水平必须降至微米水平。

压电执行器

气动执行器

这些类型的执行器使用高压泵产生的气缸中的压缩气体或空气来移动活塞以产生线性运动。像液压执行器一样,气动线性执行器的设计已经存在了很长时间。空气压缩机用于对罐中的空气或惰性气体加压,而高压空气用于使执行器活塞滑入和滑出。一旦执行器中的活塞到达行程末端,然后移动阀开关以将阀打开到执行器的另一端,然后高压空气再次将活塞朝另一个方向推向执行器。

气动执行器

使用气动的好处是:

  1. 高速是可能的,并由压力阀和系统的容积控制
  2. 可以达到相当高的力量
  3. 除了泵需要补充高压油箱外,几乎没有发出声音
  4. 可能会产生很长的行程
  5. 极高的循环可靠性和耐用性。
  6. 致动器实际上可以非常小并且尺寸紧凑,因为它们的构造非常简单。

气动执行器的缺点:

  1. 需要其他设备,例如油箱和高压泵
  2. 整个系统不能被允许泄漏的系统
  3. 空气是可压缩的气体,因此,这意味着气动致动器正在移动较大的力,因此总会有滞后,因为气体在将活塞移动到致动器内部之前首先会自然压缩。这意味着系统中将存在滞后。液压执行器解决了这个问题
  4. 可以实现非常低的位置控制。观看下面的视频,其中我们使用Lego来演示与机械执行器相比缺乏控制,并使用DTI(拨号测试指示器)来显示差异

气动执行器在哪里使用?

它们用于需要高速运动或需要快速覆盖大量线性距离的地方,例如每秒英寸或每秒30英寸。一旦安装,它们很难从一个地方移动到另一个地方,因为它们确实需要大量的安装时间。这些执行器可在制造工厂的装配线上找到,因为它们是无需维护即可执行数百万次循环的理想选择,并且它们可以快速移动。

液压执行器

液压执行器的操作方式与气动执行器完全相同,不同之处在于,它们使用不可压缩的液体(称为液压液)代替使用高压空气或气体。由于流体不可压缩,因此具有巨大的主要优势,这些系统具有强大的力量,这就是为什么您看到它们专门用于重型建筑设备,挖掘机,自卸车,叉车,拖拉机等的原因。

液压执行器

液压执行器如何工作?

液压执行器使用高压流体来回推动活塞,在通过阀开关进行转换的地方。 Ť这些系统需要高压泵,高压阀和管道,以及用于容纳所有液压油的油箱。因此,如果您有很多空间和金钱并且需要非常大的力,则液压可能是最重要的。要走的路。

使用液压执行器的好处是:

  1. 中等速度是可能的,并由泵速控制。
  2. 可以达到极高的作用力
  3. 可能会产生很长的行程
  4. 极高的循环可靠性和耐用性。
  5. 致动器实际上可以非常小并且尺寸紧凑,因为它们的构造非常简单。

液压执行器的缺点:

  1. 从操作的角度来看,使用液压系统存在弊端。主要的是控制。对于这些系统,您几乎没有精度控制。
  2. 系统需要使用液压油才能工作,如果泄漏,则液压油可能会剧毒
  3. 液压泵运行时可能会很嘈杂,所需的力越大,噪音就越大
  4. 液压油的粘度很低,因此不能顺利地通过管道和阀门等流动,这都需要能量才能将所有高压流体推动通过所有这些管道和配件等。因此,液压系统的运行效率非常低和使用。
  5. 这些系统的购买和安装成本很高。

旋转执行器

旋转执行器是产生旋转运动的执行器,使其非常适合于打开和关闭阀门。存在多种不同的方式来产生旋转运动,从而产生旋转致动器。不同之处在于应用程序的形式。例如,在上面的图片中,您可以看到通过齿轮齿条式运动创建了旋转运动,其中“齿条”被控制为活塞。活塞可以液压控制,也可以使用高压空气和气体进行气动控制。那有什么区别呢?如果上面的旋转执行器是液压控制的,那么施加的力可能很大,因此当需要大的力来打开和关闭阀门时,这将适合工业应用。如果该旋转致动器是气动控制的,则致动器可能需要较小的力来旋转主轴,这将用于执行所需的任务。

旋转执行器

旋转执行器原理

旋转致动器产生的运动可以是连续旋转(如在电动机中看到的),也可以是固定角度旋转。使用气动或液压控制的旋转执行器,它们更可能是固定角度旋转类型,这是因为旋转主轴的齿条或活塞只能移动那么远,因此旋转运动受到可用线性冲程的限制。如果需要更多的旋转,则活塞需要进一步滑动,或者使用不同的齿轮比来产生运动。

旋转执行器齿轮比

伺服旋转执行器

旋转致动器的另一种类型是伺服电动机和步进电动机。这些是电控执行器,具有恒定的旋转运动,但也提供非常精确的旋转控制。

伺服旋转执行器

这些类型的致动器通常用在机器人技术和消费电子产品中,其中旋转运动和扭矩是由旋转电机产生的,通过一些齿轮,速度会降低,扭矩会增加以产生旋转运动。为了获得精确控制,执行器将具有一个测量位置的传感器。通常采用霍尔传感器或编码器的形式,该传感器将信号发送回控制系统,并转换为位置。伺服电机的一大特点是它们可以做得非常小,可以在非常狭窄的地方使用。

将伺服执行器电机的旋转运动转换为线性运动

 将伺服电机的旋转运动转换为线性运动

因为旋转伺服致动器是如此普遍地使用并且购买起来相对便宜,所以它已经成为人们产生线性运动的流行方式。通过简单的连接和某种形式的线性导向系统,可以产生线性运动。如上图所示,产生的冲程将与杠杆臂的长度成正比。臂距伺服执行器的距离越长,冲程将越长,但是不利的一面是,由于扭矩与臂的长度成比例,因此力会减小。

旋转执行器的以下扭矩方程式

旋转执行器的扭矩方程

机电线性执行器。

使用电动直线执行器,交流或直流电动机的旋转运动通过丝杠转换为直线运动。丝杠基本上是在杆上加工的斜齿轮。当由于电机直接或通过某些齿轮旋转丝杠而导致丝杠旋转时,螺母(如下黄色所示)以线性运动的方式上下滑动丝杠并产生线性运动-因此被称为“线性致动器”。这与仍然是线性致动器的一种形式的螺线管致动器有很大的不同,但是在工程行业中,工程师通常通过将它们称为``电磁致动器''和``线性致动器''来区分两者,即使两者都输出线性运动。

线性执行器一种执行器

使用电动线性执行器时,具有不同长度的引线螺钉可为您提供不同的冲程长度。从电机上快速或更慢地转动引线螺钉可提供不同的速度线性冲程。因此,电机的力对引线螺钉施加的力越大,对在引线螺钉上下滑动的螺母施加的力就越大。螺母连接到我们称之为棒,它的这根棒,这是你附加的东西,以创造线性运动。 能够应用于引线螺钉的扭矩越为直线,滑动杆可以使用的线性力。

创建执行器的扭矩的方法有不同。在电机和引线螺钉之间添加齿轮是最常见的方法,齿轮比越高,创建的力越高,但有一个权衡,力越高,速度越慢,相反,速度越高,力越低。获得给定力的额外速度意味着必须使用更大的输入电机,这需要更多的电流和更大的电机,因此更多的钱。

电动线性执行器

电动 驱动器 是一种将电机的旋转运动转换为线性运动的装置,或利用电流产生电磁场,并使用磁性迫使金属物体试图远离其磁场。虽然两者都大相径庭, 但他们同名, 他们都导致他们的名字建议...他们激活。 这意味着它们都提供线性或旋转运动的推拉运动。

有关电动线性执行器如何工作的更详细的概述,我们创建了本文"线性执行器内部 - 执行器的工作原理"

如果你想购买电动线性执行器,我们已经创建了一篇文章称为"在阅读这 5 个步骤之前,不要使用线性执行器"这可以帮助你避免一些常见的问题,然后再花任何钱。

微线性执行器

微型执行器

 微型执行器或迷你线性执行器用于空间有限或所需执行器的冲程较小的应用。也许你需要移动一些小或不是很远的东西,那么微线性执行器将是理想的这种应用。 通常微型执行器行程为 10mm 至 100mm,尺寸非常紧凑。 微型执行器的缺点之一是,由于内置的较小电机,力往往要小得多。

让我们总结一下什么是执行器?

执行器有许多不同的形式,从旋转到线性,所需的类型取决于它们要用于的应用。液压驱动的大型工业旋转执行器非常适合打开大型油管阀和 微执行器 可由小型 12v 电源供电,为机器人和小型应用提供高精度和高精度。

机电线性执行器

 

 

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