《线性致动器》课件

线动性致器精密运动控制的核心组件实现直线运动的机电装置广泛应用于工业自动化、医疗设备和日常生活课标程目础识理解基知掌握线性致动器的定义、原理和分类术细节深入技了解各类致动器的结构、性能和控制方式实际应用能力培养选型、维护和故障诊断的实践技能发趋势把握展认识线性致动器技术的未来方向线动义性致器的定电转换运动机装置特性将电能、液压或气压能转换为实现精确的线性位移和力量输直线运动出质功能本是自动化系统中的肌肉线动组性致器的基本成统控制系1负责指令和反馈处理驱动源2提供动力电机、压力源传动构机3转换运动形式螺杆、齿轮输出部件4执行直线运动活塞杆、推杆线动性致器的工作原理输能量入电能、液压或气压能转换能量通过特定机构转换成机械能线运动直产生精确的线性位移输力量出推动或拉动负载线动类性致器的分电动线动压线动性致器液性致器使用电机驱动，结构紧凑利用液体压力，适合大负载线动动线动机械性致器气性致器通过机械结构转换，精度高使用压缩空气，速度快电动线动性致器工作原理电机驱动丝杠或皮带产生直线运动优势特点控制精度高，响应快，噪音小适场用景精密定位、中小型负载、清洁环境产典型品直线电机、丝杆电机、步进电机致动器压线动液性致器工作原理液压油在高压下推动活塞运动优势特点输出力大，可达几百吨适场用景大负载、恶劣环境、持续工作产典型品单作用缸、双作用缸、伸缩缸动线动气性致器优势适场产工作原理特点用景典型品压缩空气推动活塞产生速度快，可达10m/s高速运动、频繁启停、单作用气缸、双作用气直线运动轻中型负载缸、无杆气缸线动机械性致器工作原理通过凸轮、连杆等机构转换旋转为直线运动优势特点结构简单，可靠性高，维护少适场用景运动轨迹固定、精确定位、长期稳定工作产典型品凸轮致动器、连杆机构、齿轮齿条线动性致器的性能参数1力量指标2运动参数推力、拉力、保持力行程、速度、加速度3精度指标4可靠性指标定位精度、重复精度、分辨率寿命、平均无故障时间、防护等级推力和拉力50N小型电动办公设备、小型自动化10KN中型工业生产线、机器人500KN大型液压重工业、建筑机械1000KN+特种液压桥梁、水坝、大型设备长行程度微行程＜10mm，用于精密仪器标准行程210-500mm，常见工业应用长行程

0.5-2m，大型设备长超行程＞2m，特殊工程应用速度和加速度复精度和重性复定位精度重精度实际位置与目标位置的最大偏差多次运动到同一位置的一致性电动

0.01-

0.1mm电动

0.005-

0.05mm液压

0.1-1mm液压

0.05-

0.5mm气动1-5mm气动

0.5-2mm分辨率能够检测和控制的最小位移电动

0.001-

0.01mm液压

0.01-

0.1mm气动通常不考虑寿命和可靠性维护使用寿命周期工作循环次数或工作时间需要检修或润滑的间隔时间护级防等故障率抵抗外部环境影响的能力平均无故障工作时间MTBF电动线动结构性致器的电机部分提供旋转动力传动部分将旋转转换为直线运动输3出部分执行直线运动并承载负载控制部分调节速度、位置和力电类选择机型步进电机精确定位开环控制适合轻负载伺服电机高动态性能闭环控制适合中负载直流电机结构简单控制容易成本低交流电机功率大寿命长适合持续工作构螺杆和螺母机滚丝丝丝珠杠梯形杠ACME杠高效率90%中等效率30-50%效率25-40%低摩擦，低发热自锁性好良好自锁性高精度，高寿命承载能力强成本适中成本高，需要润滑摩擦大，发热多精度一般齿轮减构速机优点1增加输出力矩功能2降低转速，增加力矩种类3行星齿轮、蜗轮蜗杆、斜齿轮参数4减速比、效率、背隙、刚性压线动结构液性致器的压压泵液缸液包含活塞和活塞杆，产生直线运动提供液压动力源辅统阀助系控制油箱、过滤器、蓄能器、冷却器控制液体流向和压力压液缸单压压作用液缸双作用液缸单向加压，靠弹簧或重力回位双向加压，控制更精确结构简单，适合短行程应用广泛，速度可调缩压伸式液缸多级缸筒嵌套设计实现超长行程，常用于工程机械压泵阀门统液和系压泵类阀类液型控制型•齿轮泵结构简单，成本低•方向控制阀控制油流方向•叶片泵噪音低，效率高•压力控制阀限制系统压力•柱塞泵高压高效，精度高•流量控制阀调节运动速度•比例阀实现精确控制动线动结构气性致器的1气缸实现直线运动的执行部件压缩2空气机提供压缩空气的动力源统3控制系阀门、调节器、过滤器组成辅4助部件气管、消声器、传感器等气缸压缩阀门统空气机和系压缩类机型活塞式、螺杆式、离心式处气源理过滤、调压、润滑三联件阀控制电磁阀、机械阀、手动阀调速装置节流阀、快速排气阀线动结构机械性致器的驱动转换构输部分机出部分手动或电机驱动将旋转变为直线运动执行直线运动并传递力撑结构支保证运动精度和刚性轮构凸机工作原理1凸轮旋转推动从动件作直线运动优势特点2运动规律可设计，精度高见应常用3内燃机气门机构，自动化设备连构杆机块曲柄滑将旋转运动转换为往复直线运动边平行四形保持方向一致的直线运动构五杆机实现复杂轨迹和运动特性线动统性致器的控制系按控制器按算法PLC、单片机、PC、专用控制PID控制、模糊控制、自适应控器制按通信按控制方式现场总线、工业以太网、无线通开环控制、闭环控制信3环开控制基本原理无反馈信息，输出不影响输入统系特点结构简单，成本低，可靠性高应用限制精度要求不高，环境干扰小典型例子步进电机驱动，定时控制系统闭环控制输执动入指令行作设定期望的位置、速度或力控制器发出信号驱动致动器2误测馈差校正量反比较实际值与目标值并调整传感器测量实际输出状态PID控制积比例P分I微分D误差的比例控制误差的积分控制误差的变化率控制响应速度快，但可能有稳态误差消除稳态误差，但可能引起超调抑制超调，提高稳定性三种控制协同工作，实现最佳的动态响应和稳态性能伺服控制位置伺服速度伺服精确控制致动器位置精确控制致动器运动速度应用数控机床、机器人应用传送带、卷绕系统扭力/矩伺服精确控制输出力或扭矩应用压力控制、装配系统线动传性致器的感器传位置感器电位器结构简单成本低寿命有限磁致伸缩非接触高精度耐用性好光电编码器分辨率高速度快需要防尘霍尔传感器结构紧凑价格适中抗干扰性好传力感器应变片式基于材料变形测量力的大小压电式利用压电效应，动态响应好弹磁性基于磁性变化，无接触测量传MEMS力感器微型化，集成度高传速度感器测见类标量原理常型性能指位置变化的微分或直接编码器、测速发电机、分辨率、响应时间、线测量霍尔阵列性度应场用景速度控制、加速度计算、动态监测传温度感器义类作用意常用型监测致动器工作温度热电偶宽温度范围防止过热损坏热敏电阻响应快保证性能稳定PT100精度高延长使用寿命半导体传感器集成度高线动应领性致器的用域疗设备医业动工自化手术台、病床、医疗机器人生产线、数控机床、工业机器人航空航天舵机、着陆装置、太空设备术机器人技车业汽工关节驱动、末端执行器、移动平台座椅调节、悬挂系统、发动机控制业动工自化业动产线数控机床工机器人自化生实现多轴精密定位驱动关节和末端执行器完成推动、抬升、分拣等动作疗设备医诊设备疗设备断治CT扫描仪的精确定位手术台高度和角度调节自动采样和检测系统放疗设备的精确定位复设备康电动病床的高度和角度调节康复机器人的关节驱动航空航天飞统机控制系驱动舵面、襟翼、起落架应航天器用太阳能电池板展开，机械臂控制卫术星技天线定向，光学设备调整设备地面支持测试平台，装配设备车业汽工调节动悬座椅主挂便捷功能实现多方向电动调节根据路况实时调整自动行李箱、滑动门控制术机器人技关节机器人实现各种灵活运动执2末端行器抓取、操作物体动移平台驱动轮组或步行机构家用机器人服务、清洁、陪护功能线动选虑性致器的型考因素终最决策综合考虑性能、成本和可靠性经济因素购买成本、运行成本、维护成本术标技指3力、行程、速度、精度、寿命应用需求负载特性、环境条件、空间限制负载要求5N轻型负载微型设备，消费电子500N中型负载自动化设备，医疗设备10KN重型负载工业设备，车辆系统100KN+超重负载大型机械，工程设备环境条件1温度要求工作温度范围-40℃~+85℃常见2防护等级IP等级防尘防水能力3特殊环境防爆、防腐蚀、防辐射需求4清洁要求无油、无尘、无微生物污染间空限制安装尺寸安装方式灵活性要求致动器本体长度、宽度、高度前铰链、后铰链、法兰伸缩式、折叠式结构行程范围与总体尺寸比底座、中部、顶部固定多方向安装的适应性应能源供线动维护养性致器的和保检查润滑定期检查磨损、泄漏和松动按要求添加适当的润滑剂调修理整更换损坏部件，排除故障校准参数，紧固连接件检查日常观检查检查外性能查看有无明显损伤测试运行是否顺畅检查密封件是否完好检查是否有异常噪音观察是否有异常磨损观察速度和力是否正常连检查接检查螺栓是否松动电气连接是否牢固管路连接是否泄漏润定期滑润确定滑点轴承、滑轨、丝杠、密封件选择润剂滑根据制造商推荐和工作条件润计划建立滑设定合理的润滑周期检查效果确认润滑后运行状态换部件更级升部件老化部件控制器、传感器、通信模块损坏部件电气元件、橡胶件、塑料件损磨部件活塞杆、缸筒、电机等密封圈、轴承、刮油环等诊故障断无法运动电源问题控制器故障机械卡死运动不稳定气泡混入摩擦不均控制信号波动漏油/漏气密封件损坏连接松动材料老化噪音异常轴承磨损润滑不足部件松动线动发趋势性致器的未来展1智能化内置传感器和处理器2微型化更小尺寸更高功率密度节环3能保高效率低能耗设计应4新材料用复合材料、智能材料络智能化和网化诊联连统自断功能物网接智能算法系集成实时监测自身状态远程监控和控制自主学习和优化无缝对接其他智能设备微型化和集成化术设计MEMS技一体化多功能集成微米级致动器控制器和驱动集成多轴运动和力反馈节环能保设计高效减少能量损失，提高转换效率续可持材料使用环保材料，易于回收能量回收制动能量回收再利用总结与展望础实际应基掌握用线性致动器的原理、类型和选型维护保养和故障排除方法术趋势技未来展望智能化、微型化和环保发展方向更多创新应用和技术突破。