执行机构的选型和设计

苏州博睿测控设备有限公司培训教程之智能型电动执行器选型电动执行器与工况的关系⏹电动执行器是过程控制中非常重要的现场控制设备。

⏹随着现代工业自动化要求的不断提高，电动执行器（尤其是智能型电动执行器）广泛进入了各个行业和领域。

⏹电动执行器可输出不同行程的转角和直线位移，控制阀门、风门等设备，对管线内流体的流量、压力等过程参数进行控制。

⏹不夸张地说，现代工业现场中有管线的地方就有电动执行器的身影。

⏹因此，工业现场过程控制需要电动执行器，电动执行器的选型也必须从现场工况出发！电动执行器选型的基础信息必须从实际工况中获得！只有这样，产品才能最好的为工业现场服务！电动执行器选型的基础信息⏹工况配置的是什么形式的阀门？⏹工况配置的阀门所需转矩或推力是多少？⏹工况配置的阀门与电动执行器采用何种方式连接，连接尺寸是多少？⏹工况要求阀门全行程（从开到关）动作所需的时间是多少？⏹工况能够提供什么标准的动力电源？⏹工况要求电动执行器达到什么样的防护标准？⏹工况要求电动执行器采用什么方式控制？有哪些控制和保护的要求？⏹工况或用户的其它要求？电动执行器选型的基础信息 工况配置的是什么形式的阀门？闸阀、截止阀等由阀杆带动启闭件沿阀座密封面做升降运动的阀门一般采用多回转输出的推力型电动执行器。

球阀、蝶阀等启闭件绕垂直于通路的固定轴旋转的阀门一般选用部分回转输出的转矩型电动执行器。

阀门的形式决定电动执行器输出的形式调节阀等靠垂直推拉阀杆改变流体通道面积，以改变流体流量的阀门一般用直行程输出的频繁调节型电动执行器。

电动执行器选型的基础信息工况配置的是什么形式的阀门？阀门的形式决定电动执行器输出的形式闸阀、截止阀等启闭件由阀杆带动沿阀座密封面做升降运动的阀门一般采用多回转输出的电动执行器。

一般多回转和部分回转电动执行器输出转矩都不大于几千N.m。

转矩型多回转电动执行器通过选配各种减速器可达到数十万N.m的输出转矩，同时转换为部分回转型、多回转推力型电动执行器，以满足工况下的大转矩需求。

上海万迅仪表有限公司
PSL、PSQ 电子式执行机构
一、产品选型
PSL、PSQ 系列电子式一体化电动执行机构体积小、重量轻、功能强、智能控制器内装、操作方便，可广泛适
合于阀门、风门管道的开关控制和调节控制。
(一)PSL 直行程电动执行机构
PSL 系列直行程电动执行机构最大行程达到 100mm，最大推力可达 25KN，适合于直线动作的阀门开关和调节
PSAP4
独立位置变送器
PSMF2NS PSMF2AC
支架
PSMY
说
明
在适当位置输出无源触点信号（220VAC，5A）
在适当转矩要求输出无源触点信号（220VAC，5A）（仅用于PSQ角行程执行器）
输出一组0～lOOOΩ电阻信号（调节动作时接人伺服放大器作为实际阀位值）
执行器调节动作时选用，输入/输出4～20mA
1、PSL 执行程执行机构
PSL 直行程执行机构主要是由相互隔离的电器控制部分和齿轮传动部分组成， 电机作为连接两隔离部分的中间部件。电机按控制要求输出转矩通过多级正齿轮 传递到梯形丝杆上，丝杆通过杆螺纹变换转矩为推力。因此杆螺纹必须自锁并且 将直线行程通过与阀门的适配器传递到阀杆。执行机构出轴带有—个防止转动的 止转销，出轴的径向锁定装置也可以做动位置指示器。锁定装置连有一个连杆， 连杆随输出轴同步运行，通过与连杆连接的开关板将输出轴位移转换成电信号提 供给智能控制器作为比较信号和阀位反馈输出，同时执行机构的行程也可由开关 板上的两个主限位开关来限制，并由两机械限位保护。
7
8.2
PSL312 12.O
1.O
65
220VAC
130 热敏开关 3×M20×1 手轮
IP65
22.0

电动执行器又称阀门电动装置，它是在不同行业领域的称谓，在工业管道阀门行业称之为阀门电动装置，在仪表行业称之为电动执行器，但现在业内已没有很明确的区分，本文所涉及到的关于称谓问题将统一称之为电动执行器。

阀门在工业管路控制中是经常使用的重要设备，电动阀门随着工业自动化的发展，因其动力源容易取得，且一般情况下无需维护的优点，比起气动、液动等不同驱动方式的设备使用更为普遍。

在工业场合电动阀门必需具有更高的可靠性和安全性，当阀门能保证性能和寿命的情况下，电动阀门的安全性与可靠性取决于电动执行器，因此电动执行器的性能、控制水平是电动阀门整机技术水平的综合表现。

所以在电动执行器选型时除必需考虑的一些基本要素外，对其提出合理的技术要求才能使电动阀门价值实现最大化。

电动执行器的类型很多，不同类型和功能的电动执行器与阀门配套后都可称之为电动阀门，但往往在设计、选型的过程中只重视阀门的参数忽略或没有明确电动执行器的相关要求，这样不仅使电动阀门发挥不出最佳的性能，而且在安装、调试、使用过程中也会带来不必要的麻烦，甚至给生产造成严重的后果。

本文将针对电动执行器选型考虑的要点进行说明，并对目前智能电动执行器的相关功能做简单介绍，它将是当今乃至将来工业自动化控制发展所需的主流产品。

（一）电动执行器选型考虑要点一、根据阀门类型选择电动执行器阀门的种类相当多，工作原理也不太一样，一般以转动阀板角度、升降阀板等方式来实现启闭控制，当与电动执行器配套时首先应根据阀门的类型选择电动执行器。

1．角行程电动执行器（转角<360度）电动执行器输出轴的转动小于一周，即小于360度，通常为90度就实现阀门的启闭过程控制。

此类电动执行器根据安装接口方式的不同又分为直连式、底座曲柄式两种。

a)直连式：是指电动执行器输出轴与阀杆直连安装的形式。

b)底座曲柄式：是指输出轴通过曲柄与阀杆连接的形式。

此类电动执行器适用于蝶阀、球阀、旋塞阀等。

2．多回转电动执行器（转角>360度）电动执行器输出轴的转动大于一周，即大于360度，一般需多圈才能实现阀门的启闭过程控制。

第五章执行器第一节概述一、执行器基础知识执行器是自动控制系统的终端部分，直接安装在工艺管道上，通过接受调节器发出的控制信号，改变阀门的开度或电机的转速来改变管道中的介质流量，从而把被调参数控制在所要求的范围内，从而达到生产过程自动化。

因此，执行器是自动控制系统中一个极为重要而又不可缺少的组成部门。

执行器按其能源形式可分为气动、电动和液动三大类。

气动执行器习惯称为气动薄膜调节阀，它以压缩空气为能源，具有机构简单、动作可靠、平稳、输出推力大、本质防爆、价格便宜、维修方便等独特的优点，因此被广泛应用在石油、化工、冶金、电力等工业部门中。

执行器常称调节阀，又称控制阀。

它由执行机构和调节机构（也称调节阀）两部分组成，其中，执行机构是调节阀的推动部分，它按控制信号的大小产生相应的推力，通过阀杆使调节阀阀芯产生相应产生相应的位移（或转角）。

调节机构是调节阀的调节部分，它与调节介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀芯与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的目的。

二、气动执行器一个气动调节系统由气源及减压过滤系统、电/气转换器（电/气阀门定位器）、气动执行器（执行机构和调节机构）构成。

1．气动执行机构气动执行机构主要由膜盒、膜片、弹簧和阀杆等组成。

气动执行机构有薄膜式（有弹簧）及活塞式（无弹簧）两类，后者往往采用较高的气压范围，使用于需要推力较大的场合。

薄膜式执行机构的输入气压一般为20～100kPa；但也有40～200 kPa的，这时在调节器与执行机构之间应装设比例继动器或高气源阀门定位器，将调节器的输出气压提高。

执行机构是调节阀的推动装置，它根据控制信号压力的大小而产生相应的输出力来推动调节机构动作。

当压力信号p增大时，推杆向下动作的为正作用；推杆向上动作的为反作用，但其工作原理是相同的。

当压力信号进入薄膜气室时，橡胶膜片由于气体的作用而产生推力，使阀杆移动，压缩弹簧，直至弹簧的反作用与膜片上的作用力相平衡。

航天器姿态控制系统设计及优化随着航天事业的快速发展，航天器的姿态控制系统在飞行中逐渐显露出重要性。

在宇宙环境中，航天器面对着复杂的光学影响、电磁干扰等问题，而姿态控制系统的稳定性和精度对航天器的稳定性、安全性和科研效果都有至关重要的影响。

本文将从航天器姿态控制系统的设计及优化方面，为大家介绍一些有关的知识。

一、航天器姿态控制系统的设计（一）姿态控制系统的基本组成航天器姿态控制系统由控制模型、控制算法、控制器以及执行机构等多个组成部分组成。

控制模型是姿态控制系统的核心，它主要描述了航天器在力学意义下的动态变化，并通过物理方程描述各个状态量之间的相互作用。

控制算法通过控制器将控制模型中的期望输入信号转换为控制信号，从而引导执行机构实现姿态控制。

（二）航天器姿态控制系统的控制方法航天器姿态控制系统的控制方法主要分为开环控制和闭环控制两种。

开环控制是指根据经验公式或者预先设定的控制量，直接输入给执行机构进行姿态控制的方式。

这种控制方式比较简单，但是极易受到外部扰动、系统误差等因素的影响，不太适用于高精度、稳定性要求较高的航天器姿态控制。

闭环控制则是通过反馈控制来实现对航天器姿态的精确控制。

在闭环控制中，分为位置反馈控制和速度反馈控制两种方法。

其中，位置反馈控制是指通过对系统输出位置进行反馈，来完成精确定位调节的过程；速度反馈控制则是通过对系统输出的速度进行反馈，对控制系统的稳定性和响应速度进行控制。

（三）姿态控制系统的性能指标航天器姿态控制系统的性能指标主要包括控制精度、响应速度、稳定性、鲁棒性等。

其中，控制精度指系统的输出与期望输出之间的误差大小，这直接影响到系统的精度和稳定性。

响应速度是指系统对输入信号的响应速度，这直接影响到姿态控制的实时性和精度。

稳定性则是指系统稳定的能力，这主要取决于系统对干扰和噪声的抗干扰能力。

鲁棒性是指系统的适应能力和可靠性，这关乎到控制系统的可靠性和性能。

二、姿态控制系统的优化（一）系统建模姿态控制系统的优化首先需要进行系统建模，通过对控制模型进行准确描述，输出系统的状态方程和控制方程。

。 一
问题进行探讨。
选型
动 式 或 分 步 直 接 式 的执 行 机 构 本 体
２
．
。
关
＾ ｌ÷
： 行机构 执
．
性 价 比
３ 环 境 条 件
笙 萼 在 产 妻过 的 统 ， 行 构 整 系 的 需 特 订 出 一 …“ 一 …… 一 … 一 个 工 生 工 程 系 中执 机 对 个 统 作 殊 ： 。 ‘ 一 可 分 电 执 机 和 动 行用 两 方 Ｔ业 生 产执 机 柏２．环 中 对 度 及 水 雨 等‘合 应…防 执 以 为 动 行 构 气 执 机的种 在 来 ，堡 构 构能 要 Ｉ 艺 过 程 木侏 境 相 湿 高 有 滴 淋 场 ， 选 ‘ …行 ｌ ． ３ ２ 水 。
：
现 场 电源 方便 首 选 电动 执 行 机 构 ， 场 气 源 方 便 首选 气动 现
求选 用 耐 腐 蚀 的 执 行 机 构 本体
２
．
。
执行机构。
执 行 机构 包括 电磁 阀（ 气动 阀 ）阀体 或 者 叫执 行 机 构 本体 。 行 、 执 机 构 的类 型 气 动 ￣ １ 构 ： 轮 齿 条 式 、 叉 式 、 负 荷 拨 叉 式 、 Ａ． ５机 齿 拨 高 双 ２４ 电 源条 件 作 用 、 作 用 型 、 障安 全 型 等 ； 单 故 电动 执 行 机 构 ： 紧凑 型 设 计 、 负荷 、 高 ２４１ 根 据 供 电 电源 种 类 ， 别选 用 交流 和 直流 电动 执 行 机 构 。 ． 分 角行程、 行程和多回转、 障安全等 ； 直 故 电动 执 行 机 构 ： 作 用 型 、 双 故 一 般 来 说 交 流 电 源取 用 方便 障安全、 深海专用等。但不论选择什 么样 的执行机构 ， 都要考虑下面 ２４２ 电压 规格 用 尽 量 优 先 选 用 Ａ ２ ０ ． Ｃ ２ Ｖ或 ＤＣ ４ 。 ２ Ｖ 几 个 方 面 的 内容 ２４３ 电 源 电压 波 动 通 常 交 流 选 用 ＋ ０ ． １ ％— — 一 ５ １ ％之 间 ， 直流 １ 安 全性 ： 全 是 一切 的 根本 ， 用 安 全 的 执 行 机构 是 首 要 的 允 许 ±１ ％左 右 如若 超 差 ， 采 取 稳压 措 施 或 提 出特 殊订 货要 求。 安 选 ０ 须 １１介质 。 ． 针对不 同的介质要选用不同的执 行机构本体。 ２４４ 应根据 电源容量选择额定 电流和消耗功率。须注 意交流 ． 腐蚀性介质 ： 宜选 用塑料王和全不锈钢执行机构本体 ： 对于强腐 起动时 Ｖ Ａ值较高 在 容 量 不 足 时应 特 别 注 意 。 蚀 的 介质 必须 选 用 全 不 锈 钢 执 行 机 构 本体 。 ２５ 控 制 精 度 中 性 介质 ， 宜选 用铜 合 金 的 执 行 机 构 本 体 ， 则 ， 也 否 润体 中 常 有 ２５１ 普 通 执 行 机 构 只 有 开 、 ．． 关两 个位 置 ， 控 制 精 度 要 求 高和 在 锈 屑脱 落 ， 其 是动 作 频 繁 的场 合 。 尤 参 数 要 求平 稳 时请 选 用 多 位 执 行机 构 ； 介 质 为 氯 的 工 艺 管 道 ，选 用 时 则 不 能 采 用铜 材 的执 行 机 构 本 ２５２ 动 作 时 间 ： 电信号 接通 或切 断 至 主 阀 动作 完 成 时间 。 ．＿ 指 体。 ２５３ 泄 漏量 在订 货 时充 分考 虑 或 作 特 殊订 货。 ．． １２ 爆 炸 性 环 境 ： ． 必须 选 用 相 应 防 爆 等 级 产 品 ， 天 安 装 或 粉 尘 露 ３ 可 靠 性 ： 可 靠 的 设 备还 不 如 不 要 。 且 将 会 损 害 整 个 系统 不 并 多场 合 应 选 用 防 水 、 尘 品 种 。 防 ３１ 工 作 寿 命 ， 项 一 般 不列 入 出 厂试 验 项 目。 确 保质 量应 选 ． 此 为 １３ 公 称 压 力 ：选用 的执 行 机 构 的 公称 压 力 必 须 超 过 管 内最 高 正 规厂 家 的名 牌 产 品 。 ． 工作 压 力 。 必 要 时还 要 留 出 富余 量 。 ３２ 工 作 制 式 ： 长 期 工 作 制 ， 复 短 时 工 作 制 和 短 时 工 作 制 ． 分 反 ２适 用性 ： 任何 的购 买都 要有必要 性和适用 性才去 进行 。 否则 三 种 。对 于 长 时 间 阀 门开 通 只 有短 时 关 闭 的 情 况 ， 宜 选 用 常 开 执 则 就 没 有 必 要 ． 要 添 麻 烦 还 行机构。用在短 时工作制而反 复量 又很大时 ， 可作 特殊订 货 以降低 ２１ 介质 特 性 ． 功耗。 ２１１ 质 气 ： 态 或 混 合 状 态 分 别 选 用 不 同 品种 的执 行 机 构 ， ．． 液 必 ３３ 工 作 频 率 ：动 作频 率 要 求高 时 ，结 构 应 优 选 直 动 式 执 行 机 ． 须 根 据 不 同 的 介 质 特 性 选 择适 合介 质 的执 行 机 构 ，否 则 易 引起 误 动 构 ， 电源优 先选 交流 电动 执 行 机 构 。 作， 造成 危 险 。最 好 在 订 货 时 就 向生 产 厂 家告 知介 质 状 态 ， 装 用 户 安 ３４ 动 作 可 靠 性 ： 确 保 质 量 应选 正 规 厂家 的名 牌 产 品 。 ． 为 有些 场 就 不 必 再调 式 。 合动作 次数并不多 ， 但对可靠性要求却很高 ， 如消防、 紧急保护等 ， 切 ２１ 介 质 温 度 － 选 用 不 同 规 格 的执 行 机 构 产 品 时 ， ．． ２ 在 必须 考 虑 不 可掉 以轻 心。 特 别 重 要 的 ， 应 采 取 两 只 连 用 双保 险。 还 所 使 用 介 质 温 度 ， 据 介质 温 度 选 择 适合 的执 行 机 构 ， 根 否则 线 圈 会烧 ４ 经济 性 ： 经 济就 是对 资金 。 力 乃至 生 命 的 浪 费 不 精 掉， 密封 件 老 化 ， 重 影 响 寿命 。应 选 在 执 行 机 构 本体 温 度 允许 范 围 严 它 是选 用执 行机 构 的 尺 度 之一 ， 必 须 是 在 安 全 、 用 、 靠 基 但 适 可 之 内。 础 上 的经 济 。 济 性 不 单 是产 品 的售 价 ， 经 更要 优 先 考 虑 其 功 能和 质 量

1.题目：自动打印机2. 工作原理及工艺动作过程对于包装好的纸盒上，为了商品某种需要而打印一种记号。

它的动作主要有三个：送料到达打印工位；然后打印记号；最后将产品输出。

3. 原始数据及设计要求1）纸盒尺寸: 长100～150mm、宽70～100mm、高30～50mm；2）自动打印机的生产率: 80次／min；3）驱动电机：Y90S-4，功率N=1.1Kw ，转速n=1400r/min。

4. 设计任务a)执行机构选型与设计：构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进行详细设计，该机构最好具有急回运动特性。

b)对选择的方案画出机构运动循环图c)传动系统的设计d)对选择的方案进行尺寸设计e)用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动仿真f)用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。

在2号图纸上画出最终方案的机构运动简图。

1、设计题目：自动链条编结机2、工作原理及工艺动作过程自动链条编结机是用来制造自行车链条式车锁。

链条由一串链节编结而成，每个链节又被加工成扭曲立体形，使外形美观。

它的主要工艺动作：1）自动送料。

将成盘的直径为2.3-2.5mm的钢丝先进行校直，然后形成螺旋形状。

2）切断并压平。

每次送料停止后，剪下一圈螺旋状的钢丝，并将其平整为平的环形；3）链节扭曲。

在环形钢丝两头夹住，使一夹头旋转45o，将链节扭曲成立体环形，完成一个链节的成型。

4）自动联结。

将螺旋料送进，使穿入成形链节，即既实现送料、又完成联结。

如此循环下去就形成车锁链条。

3、原始数据及设计要求1）每分钟能生产34～45个链节。

2）钢丝材料为低碳钢，直径为2.3-2.5mm，每个链节所用的钢丝长度为35mm，扭曲角度为45o。

3）链条可以承受1200～1800N的拉力。

4、设计方案提示1）校直后钢丝自动间歇送料并绕成螺旋形状，采用间歇运动机构另加绕螺旋钢丝机构。

电动执行机构选型要素基本的执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置。

用于掌控阀的执行机构能够精准明确的使阀门走到任何位置。

尽管大部分执行机构都是用于开关阀门，但是如今的执行机构的设计远远超出了简单的开关功能，它们包含了位置感应装置，力矩感应装置，电极保护装置，逻辑掌控装置，数字通讯模块及PID掌控模块等，而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。

选择一台合适的阀门执行机构类型和规格时必需考虑下列要素：1、驱动能源常用的驱动能源是电源或流体源，假如选择电源为驱动能源，对于大尺寸阀门一般选用三相电源，对于小尺寸阀门可选用单相电源。

一般电动执行机构可有多种电源类型供选择。

有时也可选直流供电，此时可通过安装电池实现电源故障安全操作。

流体源种类很多，首先可以是不同的介质如：压缩空气、氮气、自然气、液压流体等，其次它们可以具备各种压力，第三执行机构具有各种尺寸以供应输出力活力矩。

2、阀门类型当选择阀门用执行机构时，必必需知道阀门的种类，这样才可以选择正确的执行机构类型。

有些阀门需要多回转驱动，有些需要单回转驱动，有些需要往复式驱动，它们影响了执行机构类型的选择。

通常多回转的气动执行机构比电动多回转执行机构价格要贵，但是往复式直行程输出的气动执行机构价格比电动多回转执行机构便宜。

3、力矩大小对于90度回转的阀门如：球阀、碟阀、旋塞阀，最好通过阀门厂商获得相应阀门力矩大小，大部分阀门厂商是通过测试阀门在额定压力下阀门所需的操作力矩，他们将这一力矩供应给客户。

对于多回转的阀门情况有所不同，这些阀门可分为：往复式（提升式）运动—阀杆不旋转、往复式运动—阀杆旋转、非往复式—阀杆旋转，必需测量阀杆的直径，阀杆连接螺纹尺寸已决议执行机构规格。

4、执行机构选型一但执行机构类型和阀门所需驱动力矩确定了，就可以使用执行机构厂商供应的数据表或选型软件进行选型。

有时还需考虑阀门操作的速度和频率。

流体驱动的执行机构可调整行程速度，但是三相电源的电动执行机构只有固定的行程时间。

执行机构选型及方法1.执行机构选型在确定执行机构的类型之前，需要先了解企业的组织结构和战略目标。

一般情况下，企业可以根据执行机构的职能和职责将其划分为以下几种类型：（1）职能型执行机构：职能型执行机构是根据企业的主要职能来设立的，例如销售、生产、财务等，其职责主要是实施相关职能的工作。

（2）项目型执行机构：项目型执行机构是为了完成特定项目而设立的，其职责是负责项目的规划、执行和监督。

（3）部门型执行机构：部门型执行机构是根据企业的业务领域来设立的，例如市场部、研发部、人力资源部等，其职责是管理和协调相关部门的工作。

（4）地区型执行机构：地区型执行机构是根据企业在不同地区的业务来设立的，其职责是负责管理和协调该地区的业务。

2.执行机构的结构和职责执行机构的结构和职责是根据企业的战略目标和发展需求来确定的。

一般来说，执行机构的结构应该清晰明确，职责明确，便于协调和管理。

以下是常见的执行机构职责：（1）制定执行计划：执行机构应根据企业的战略目标和市场情况，制定相应的执行计划，并确保计划的有效实施。

（2）资源配置：执行机构应根据企业的资源情况，合理配置资源，确保各个部门的运作和协调。

（3）监督检查：执行机构应对各个部门的工作进行监督和检查，确保工作按照计划进行，并及时发现和解决问题。

（4）信息传递：执行机构应及时传递重要信息和决策结果，以便各个部门了解和执行。

3.执行方法和步骤执行方法和步骤是指在执行机构的指导下实施战略目标和计划的具体方法和步骤。

以下是一些常用的执行方法和步骤：（1）制定详细的行动计划：为了实现战略目标，执行机构应参照战略计划，制定详细的行动计划，明确目标、责任和时限。

（2）建立绩效评估体系：执行机构应建立绩效评估体系，对各个部门和员工的工作进行评估，确保工作按计划进行，并根据评估结果进行相应的调整。

（3）有效沟通和协调：执行机构应加强部门间和员工间的沟通和协调，确保信息的流动和资源的共享。

图13-2 压片机上冲头加压动作示意图
（1）分析上冲头加压工艺过程对主加 压机构的要求。经分析，上冲头加压工艺 过程加压机构的功能要求可概括为：
1）运动形式变换功能 2）运动方向交替变换功能 3）运动缩小功能 4）运动停歇功能 （2）提出并初选机构方案
二、执行系统的协调设计
为了完成机械系统的预定功能和生产过程，各 执行机构不仅要完成各自的执行动作，而且相互之 间必须协调一致。
n
Qi Pij
j 1
Qi
（1）机械传动类型选择的依据 1）执行系统的性能参数和工况要求。 2）原动机的机械特性和调速性能。 3）对机械传动系统的性能、尺寸、重量和安装布
置的要求。
4）工作环境（例如高温、低温、潮湿、粉尘、腐 蚀、易燃、防爆等）的要求。
5）制造工艺性和经济性（例如制造和维修费用、 使用寿命、传动效率等）的要求。
机械系统的总体方案设计
§1 机械总体方案设计
一、机械总体方案设计的目的
机械总体方案设计的目的，就是通过调查研究进行 机械产品规划、确定设计任务、明确设计要求和条件， 在此基础上寻求问题的解法及原理方案构思，进行功能 原理设计，拟定机械功能原理方案，选择机构类型，得 出一组可行的机械系统运动方案，为下一步进行详细的 结构设计作好原理方案方面的准备，也为最终进行评价、 选优、决策提供可行性、先行性等相关技术原理方面详 尽的科学依据。
第二类是以物体的有、无、动、停等逻辑状 态为控制对象，成为逻辑控制。逻辑控制可用 “0”、“1”两个逻辑控制信号来表示。
§5 机械系统方案评价与决策
一、方案评价与决策的意义
机械系统方案设计的最终目标，是寻求一种 既能实现预期功能要求，又性能优良、价格低廉 的设计方案。

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谢谢大家
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第二节 执行系统的设计 一、执行系统的设计要求 1．实现预期精度的运动或动作
执行系统为完成工作任务，必须实现预期精度的运动或 动作，既不仅要满足运动或动作形式的要求，而且要确保
一定的精度。盲目提高精度，会增加成本，装配困难。
2．各执行机构间动作要协调配合
当设计相互联系型执行系统时，要确保各执行机构间的 运动协调与配合，防止碰撞、干涉或工序倒置等事故。为 此，要绘制工作循环图，将先后顺序、起讫时间和运动范 围等在图中示出，保证运动协调与配合。
（4）主轴绕自身轴线旋转，并绕另一个与自转轴平 行轴作行星运动，如行星铣削头、行星内圆磨床的主轴 部件。
2、主轴部件的几种典型结构：
（1）中高转速、较大载荷、采用滚动轴承的主轴部件
这类主轴的支承通常以角接触球轴承或双列向心短圆柱滚 子轴承为主进行组配，也可以用圆锥滚子轴承。如CK7815型 数控车床主轴部件，主轴前支承内有三个角接触球轴承，为 背靠背组配，其中前面两个同向大口朝外，第三个大口朝里， 同时能承受径向载荷和两个方向的轴向载荷。
6
第一节 执行系统含义
卧式车床主轴
执行 机构
顶尖或夹盘是执行末端件； 主轴则是执行机构
执行 末端件
7
第一节 执行系统含义
手爪平行开闭式机械手结构示意图
执行 末端件 执行 机构
1、8—滑动齿条；2、3—小齿轮；4—双面齿条；5—气缸；6—活塞；7—螺杆； 9—滑动齿条导轨；10—压缩弹簧；11—可换夹爪
主轴的轴端结构应保证夹具或刀具安装可靠、定位准确、 连接刚度高、装卸方便和能传递足够的转矩。由于夹具和刀具 已标准化，因此，通用机床主轴端部的形状和尺寸也已标准化。
CA6140普通车床主轴组件

电动执行机构选型要点1. 概述电动执行机构是指通过电动方式对机械设备进行掌控和执行作业的机构。

在工业生产中，电动执行机构起到特别紧要的作用，用来代替人的气力完成某些需要重复周期性操作的任务。

因此，在进行电动执行机构选型时，需要注意以下要点。

2. 选型要点2.1. 动力系统电动执行机构的动力系统为其核心部件，其性能直接影响到机构的工作效率和质量。

因此，在选择电动执行机构时，需要关注以下要点。

2.1.1. 动力传动比动力传动比是指电动执行机构内部各部件的传动比例。

其大小决议了电动执行机构的输出功率和扭矩。

选型时需要依据实在的应用场景和工作要求来确定传动比，以充分机构的工作需求。

2.1.2. 电机功率电机功率是电动执行机构的一个紧要指标，依据传动比和机构工作需求来确定电机功率。

当机构需要进行大量重复操作时，需要选用功率较大的电机，以保证机构的高效率和稳定性。

2.1.3. 驱动方式驱动方式是指电动执行机构产生动力的方式。

通常有交流电、直流电、蓄电池等多种方式。

依据实在应用场景和工作要求，选择合适的驱动方式对于机构的性能和牢靠性至关紧要。

2.2. 掌控系统掌控系统是电动执行机构实现操作和掌控的紧要构成部分。

选型时需要关注以下要点。

2.2.1. 掌控方式掌控方式是指电动执行机构实现操作和掌控的方式。

通常有手动、自动、远程掌控等多种方式。

依据实在应用场景和工作要求，选择合适的掌控方式对于机构的使用和管理特别紧要。

2.2.2. 掌控信号掌控信号是指掌控系统通过接收的信号来产生掌控效果。

通常有脉冲信号、模拟信号、数字信号等多种方式。

在选择掌控信号的同时，需要考虑信号的稳定性、抗干扰本领和反馈精度等因素。

2.3. 结构参数除了动力系统和掌控系统，电动执行机构的结构参数也是选型时需要关注的重点。

2.3.1. 执行器类型执行器类型是指电动执行机构的结构类型，通常有直线型、旋转型、角度转动型等多种类型。

选择合适的执行器类型需要考虑操作需求和空间限制等因素。

目录1.气动、电动、液动执行机构的性能对比 (1)2.三种执行机构各自的优缺点 (2)3.液动执行器的优缺点及用途 (3)4.执行器的分类特点及应用场合 (4)5.常用电机性价比比较 (5)6.伺服电机和步进电机的28个区别 (9)7.运控行业的企业和品牌 (13)8.交直流伺服技术的比较 (14)9.步进电机的基本参数： (18)10.步进电机的一些特点： (19)11.步进电机驱动器的一些特点： (20)12.选用步进电机时应注意以下几点： (22)1.气动、电动、液动执行机构的性能对比执行机构的驱动方式主要是气动、电动、液压这三种，液动执行机构也有搭配电动、液压驱动方式，但是其本质和液压没有太大区别。

三种驱动方式为执行机构带来的特性不同，适用的领域也就有所区别，以下是这三种执行机构的比较。

执行机构的三种驱动方式中，应用最广的是气动执行机构，这是因为气动执行机构的门槛最低。

气动执行机构的投资成本，是三种执行机构中最低的，结构也比较简单，容易操作和维护，对工人的技术要求低。

另外，气动执行机构的防爆效果最好，安全性最高。

电动执行机构的安装成本也不高，和气动执行机构相比，它的能源还更易获取，但是电动执行机构的结构复杂，更容易发生故障，维修难度也比较大。

电动执行机构比气动执行机构更具优势的地方在于，电动执行机构的输出力更大，控制更精确，运行也更稳定。

液动执行机构的使用围最小，只有大型工程会应用液动执行机构，这是因为液动执行机构的驱动需要配备液压系统，这就要求有很高的初装投入。

液动执行机构的优点也很明显，它是三种执行机构里，控制精度最高，输出力也最大。

执行机构这三种驱动方式，综合来说，气动执行机构最适宜应用在普通工作场合，它的精确度不高却足以满足日常控制需要，防火防爆场合也多使用气动执行机构，例如化工、石油。

电动执行器多用在对输出推力或控制精确度有一定要求的工作场合，例如高压水系统控制。

液动执行器则只会被应用在特殊或大型的、对控制要求非常高工作场合。

气动执行器的选型气动执行器的选型气动执行机构的操作要求有两个外部影响因素：一是信号，二是动力源。

信号通常是120/240 VAC或12/24VDC的离散电压，可以为电磁阀供电。

如果使用定位器控制执行机构的旋转，信号通常是模拟（4~20 mA）或数字信号。

电磁阀或数字定位器控制着执行机构汽缸的供气和排气，交替控制阀门的位置。

电磁阀用来完成阀的开、关位置的转换。

定位器也有同样的功能，但主要用于调节控制功能，并能支持更先进的应用，如安全仪表系统中的部分行程测试。

随着数字式定位器成本的日益降低，其应用在持续增长。

气动执行机构的常用动力源是约为60~100 psig的压缩空气。

每一种气动执行器在切断气源后都会有一个故障位置。

双作用执行器故障断气时（通气开、通气关），阀门会停在最后的位置处。

但如果管道流体压力产生的动力矩大于阀门的摩擦力矩时，就会出现阀门旋转。

弹簧复位式执行机构在阀断气时阀门会恢复至初始位置。

这样的设计通常被选用于有故障安全要求的关键场合。

一旦阀门的扭矩要求确定后，即可正确地进行执行机构的选型。

在选型前，确切的信息是必须的。

客户应提供执行机构的最低供气压力和动作模式（如：双动式或弹簧复位式）。

如执行机构要求弹簧复位式，故障模式（即：故障关或故障开）也必须加以确定。

请遵循以下指导方针：双动用操作：所选择的执行机构在最小供气压力时的输出扭矩应大于计算所得的阀门扭矩。

弹簧复位操作，故障关：所选择的执行机构在最小供气压力情况下弹簧行程末端时的输出扭矩应大于关闭阀门所需要的扭矩。

弹簧复位操作，故障开：所选择的执行机构在最小供气压力情况下气动行程末端时的扭矩输出应大于打开阀门所需要的扭矩。

当为阀门或挡板选择齿轮齿条和拨叉式执行机构时，工程师应注意在阀门估计的操作扭矩与阀门的实际输出扭矩间留出安全余量。

在缺少终端用户的指令下，如果需要添加一个安全系数来规定和修正阀门扭矩值时，可以遵循以下说明：安全系数应加在阀门扭矩上，而不是执行机构的扭矩上。

电动执行器的选型方法与技巧电动执行器又叫电动执行机构，常用于驱动阀门及风门，我们经常所说的电动阀门和电风门就是由电动执行机构（电动执行器）和阀门及风门组成的。

在选择电动执行机构（电动执行器）时主要就从以下几个方面进行：一、电动执行机构（电动执行器）结构型式根据被控对象运动方式分，电动执行器分为以下几种结构型式：角行程、直行程、部分回转型、多回转式。

根据连接和安装方式分（一般是针对角行程电动执行机构（电动执行器），又分为基座式和直连式。

下面谈谈各种阀门及风门就选择什么样结构型式的电动执行机构（电动执行器），或者说各种结构形式的电动执行机构（电动执行器）适合于什么被控对象。

1、角行程电动执行机构（电动执行器）角行程电动执行机构（电动执行器）输出轴运动方式是按角度旋转的，且一般旋转范围是0~90度，此类执行器一般适用于风门、蝶阀、球阀、V形阀等。

电动执行机构（电动执行器）与风门连接组成的电动风门角行程电动执行机构（电动执行器）根据连接方式又分为直连式和基座式，直连式连接时电动执行器输出轴与阀门的阀杆直接相连。

而基座式连接方式是在执行器输出轴和阀杆之间通过球铰＋连杆的方式进行连接的。

如下图左边一幅为直连式，而右边一幅为基座式连接示意图。

电动执行机构（电动执行器）与蝶阀连接NDQ角程电动执行机构（电动执行器）与球阀相连电动执行机构（电动执行器）与V型球阀相连2、直行程电动执行机构（电动执行器）直行程电动执行机构（电动执行器）输出轴运动方式是直线运动的，所以此类型执行器适合阀芯作直线运动的阀门（截止阀和闸阀例外，后面会讲到），这类阀门有单座阀、双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀等。

NDL直行程电动执行机构（电动执行器）与套筒阀相连NDL直行程电动执行机构（电动执行器）与单调节阀相连3、多转式电动执行机构（电动执行器）多转式电动执行机构（电动执行器）输出轴运动方式为旋转式，且全行程超过360度，适合于闸阀、截止阀等被控对象，多转式电动执行机构比较特殊，它可以再配一级减速器转换成角行程电动执行机构（电动执行器）或直行程电动执行机构（电动执行器），甚至仍旧是多转式，加一级减速后输出力（矩）增大，运动速度减慢。

执行机构的类型及选型标准先目前任何一种控制阀执行机构都是一种利用能源去驱动的装置。

这种装置可能是人力操作的齿轮组，用它去开关阀门，或者是一种具备复杂控制和测量装置的智能电子部件，用它可实现阀门的连续调节。

随着微电子技术的发展，执行机构变得更加复杂。

早期的执行机构只不过是带有位置感应开关的马达齿轮传动装置。

如今的执行机构已经具备了更多先进的功能，它们不仅可以打开或关闭阀门而且可以检测阀门与执行机构的工作状态为预测性维护提供各种数据。

执行机构是什么？对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。

执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。

基本的执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置。

用与控制阀的执行机构能够精确的使阀门走到任何位置。

尽管大部分执行机构都是用于开关阀门，但是如今的执行机构的设计远远超出了简单的开关功能，它们包含了位置感应装置，力矩感应装置，电极保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模块等，而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。

因为越来越多的工厂采用了自动化控制，人工操作被机械或自动化设备所替代，人们要求执行机构能够起到控制系统与阀门机械运动之间的界面作用，更要求执行机构增强工作安全性能和环境保护性能。

在一些危险性的场合，自动化的执行机构装置能减少人员的伤害。

某些特殊阀门要求在特殊情况下紧急打开或关闭，阀门执行机构能阻止危险进一步扩散同时将工厂损失减至最少。

对一些高压大口径的阀门，所需的执行机构输出力矩非常大，这时所需执行机构必须提高机械效率并使用高输出的电机，这样平稳的操作大口径阀门。

阀门与自动化为了成功的实现过程自动化，最重要的是要确保阀门自身能够满足过程及管道内介质的特殊要求。

通常生产过程和工艺介质能够决定阀门的种类，阀芯的类型以及阀内件和阀门的结构和材料。

阀门选择好后接下来就要考虑自动化的要求即执行机构的选择。

电动执行器（电动执行机构）选型考虑要点一、根据阀门类型选择电动执行器阀门的种类相当多，工作原理也不太一样，一般以转动阀板角度、升降阀板等方式来实现启闭控制，当与电动执行器配套时首先应根据阀门的类型选择电动执行器。

1、角行程电动执行器（转角<360度）电动执行器输出轴的转动小于一周，即小于360度，通常为90度就实现阀门的启闭过程控制。

此类电动执行器根据安装接口方式的不同又分为直连式、底座曲柄式两种。

a)直连式：是指电动执行器输出轴与阀杆直连安装的形式。

b)底座曲柄式：是指输出轴通过曲柄与阀杆连接的形式。

此类电动执行器适用于蝶阀、球阀、旋塞阀等。

2．多回转电动执行器（转角>360度）电动执行器输出轴的转动大于一周，即大于360度，一般需多圈才能实现阀门的启闭过程控制。

此类电动执行器适用于闸阀、截止阀等。

3．直行程（直线运动）电动执行器输出轴的运动为直线运动式，不是转动形式。

此类电动执行器适用于单座调节阀、双座调节阀等直通阀。

二、根据生产工艺控制要求确定电动执行器的控制模式电动执行器的控制模式一般分为开关型（开环控制）和调节型（闭环控制）两大类。

1．开关型（开环控制）开关型电动执行器一般实现对阀门的开或关控制，阀门要么处于全开位置，要么处于全关位置，此类阀门不需对介质流量进行精确控制。

特别值得一提的是开关型电动执行器因结构形式的不同还可分为分体结构和一体化结构。

选型时必需对此做出说明，不然经常会发生在现场安装时与控制系统冲突等不匹配现像。

a)分体结构（通常称为普通型）：控制单元与电动执行器分离，电动执行器不能单独实现对阀门的控制，必需外加控制单元才能实现控制，一般外部采用控制器或控制柜形式进行配套。

此结构的缺点是不便于系统整体安装，增加接线及安装费用，且容易出现故障，当故障发生时不便于诊断和维修，性价比不理想。

b)一体化结构（通常称为整体型）：控制单元与电动执行器封装成一体，无需外配控制单元即可现实就地操作，远程只需输出相关控制信息就可对其进行操作。