執行元件

執行元件，根據來自控制器的控制信息完成對受控對象的控制作用的元件。它將電能或流體能量轉換成機械能或其他能量形式，按照控制要求改變受控對象的機械運動狀態或其他狀態（如溫度、壓力等）。它直接作用於受控對象，能起“手”和“腳”的作用。

基本介紹

• 中文名：執行元件
• 外文名：actuating element

執行元件

在機械自動化系統中，執行元件根據輸入能量的不同可分為電動、氣動和液壓三類。電動執行元件安裝靈活，使用方便，在自動控制系統中套用最廣。氣動執行元件結構簡單，重量輕，工作可靠並具有防爆特點，在中、小功率的化工石油設備和機械工業生產自動線上套用較多。液壓執行元件功率大，快速性好，運行平穩，廣泛用於大功率的控制系統。

執行元件根據使用場合不同分為氣動執行元件，電動執行元件和液壓執行元件。

電動執行元件

electric actuator

將電能轉換成機械能以實現往復運動或迴轉運動的電磁元件。常用的有直流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電動機、電磁製動器、繼電器等。電動執行元件具有調速範圍寬、靈敏度高、回響速度快、無自轉現象等性能，並能長期連續可靠地工作。在特殊環境條件下，還能滿足防爆、防腐、耐高溫等特殊要求。隨著自動控制技術的發展，電動執行元件的品種不斷更新，性能不斷提高。無刷電動機、低慣量電動機、慢速電動機、直線電動機和平面電動機等，都是很有發展前途的新型電動執行元件。而國內現在也有多家企業在做自動化元件，但快易優做得較為全面，比如：氣缸、軸承、氣壓閥、直流伺服電動機、步進電動機等。步進電動機是增量運動控制的主流執行元件也是數控系統的執行元件。 步進電動機作為數控系統的執行元件其走步均勻性也一向受到重視。

直流伺服電動機

將輸入的電信號轉換成角位移或角速度輸出而帶動負載的直流電動機，按激磁方式可分為電磁式和永磁式兩類。它的工作原理與普通直流電動機完全相同，一般是套用於功率稍大的自動控制系統中，其輸出功率一般為1～600瓦，高的可達數十千瓦。

交流伺服電動機

定子繞組的軸線在空間相差90°電角度的兩相異步電動機。其中一相作為激磁繞組，接至固定的交流電源上；另一相作為控制繞組受功率放大器輸出電壓的控制。與直流伺服電動機相比，它消除了電刷的摩擦和換向火花造成的干擾，因而工作可靠、壽命長，但其機械性能和控制性能存在非線性，且電機的參數隨轉速而變，因而控制系統的動態特性會受到不利影響。

電磁製動器

電磁製動器是一種將主動側扭力傳達給被動側的連線器，可以據需要自由的結合，切離或制動，因使用電磁力來作動，使機械中的運動件停止或減速的機械零件稱之電磁離合器，制動器，俗稱剎車、閘。具有回響速度快，結構簡單等優點。它被用來產生制動力矩使電動機迅速而準確地停止運轉，在工具機、吊車、等頻繁啟動和制動的機械設備中有廣泛的套用。電磁製動器按電源分為交流和直流兩種。下圖是電磁製動器工作原理圖。電動機通電時，電磁鐵的線圈同時通電，將電磁鐵吸合，通過槓桿使制動瓦與制動輪鬆開，電動機自由轉動。斷電時，電磁鐵吸力消失，彈簧通過槓桿使制動瓦抱緊制動輪，電機迅速停轉。

電磁接觸器

一種通斷功率較大的電磁開關。它被用於遙控交、直流電路的通斷，還可與溫度繼電器組合成磁力起動器，用於工具機電機、電力電容器和電焊、電熱、起重設備等控制系統的過載保護。電磁接觸器按電源分為交流、直流兩種。它由電磁鐵和連線到鐵心上的接觸開關構成。當電磁鐵線圈中通過規定值電流時，電磁力使鐵心吸合，開關的觸頭即接通電路。

氣動執行元件

pneumatic actuator

將氣體能轉換成機械能以實現往復運動或迴轉運動的執行元件。實現直線往復運動的氣動執行元件稱為氣缸；實現迴轉運動的稱為氣動馬達。

氣缸

它是氣壓傳動中的主要執行元件，在基本結構上分為單作用式和雙作用式兩種。前者的壓縮空氣從一端進入氣缸，使活塞向前運動，靠另一端的彈簧力或自重等使活塞回到原來位置；後者氣缸活塞的往復運動均由壓縮空氣推動。氣缸由前端蓋、後端蓋、活塞、氣缸筒、活塞桿等構成。氣缸一般用0.5～0.7兆帕的壓縮空氣作為動力源，行程從數毫米到數百毫米，輸出推力從數十千克到數十噸。隨著套用範圍的擴大，還不斷出現新結構的氣缸，如帶行程控制的氣缸、氣液進給缸、氣液分階進給缸、具有往復和迴轉90°兩種運動方式的氣缸等，它們在機械自動化和機器人等方面得到了廣泛的套用。無給油氣缸和小型輕量化氣缸也在研製之中。

氣動馬達

分為擺動式和迴轉式兩類，前者實現有限迴轉運動，後者實現連續迴轉運動。擺動式氣動馬達有葉片式和螺桿式兩種（圖1）。螺桿式氣動馬達利用螺桿將活塞的直線運動變為迴轉運動。它與葉片式相比，雖然體積稍嫌笨重，但密閉性能很好。擺動馬達是依靠裝在軸上的銷軸來傳遞扭矩的，在停止迴轉時有很大的慣性力作用在軸心上，即使調節緩衝裝置也不能消除這種作用，因此需要採用油緩衝，或設定外部緩衝裝置。迴轉式氣動馬達可以實現無級調速，只要控制氣體流量就可以調節功率和轉速。它還具有過載保護作用，過載時馬達只降低轉速或停轉，但不超過額定轉矩。迴轉式氣動馬達常見的有葉片式和活塞式兩種(圖2)。活塞式比葉片式轉矩大，但葉片式轉速高；葉片式的葉片與定子間的密封比較困難，因而低速時效率不高，可用以驅動大型閥的開閉機構。活塞式氣動馬達用以驅動齒輪齒條帶動負荷運動。

液壓執行元件

是利用流體能量作機械功的液壓元件。

hydraulic actuator

將液壓能轉換為機械能以實現往復運動或迴轉運動的執行元件，分為液壓缸、擺動液壓馬達和旋轉液壓馬達三類。液壓執行元件的優點是單位重量和單位體積的功率很大，機械剛性好，動態回響快。因此它被廣泛套用於精密控制系統、航空和航天等各部門。飛彈舵機採用液壓缸推動舵面，可以減輕飛彈重量、提高舵系統的快速性和動態、靜態剛度。它的缺點是製造工藝複雜、維護困難和效率低。

液壓缸

實現直線往復機械運動，輸出力和線速度。液壓缸的種類很多，僅能向活塞一側供高壓油的為單作用液壓缸，活塞反相靠彈簧或外力完成；能向活塞兩側交替供高壓油的為雙作用液壓缸；活塞桿從缸體一端伸出的為單出桿液壓缸，兩個運動方向的力和線速度不相等；活塞桿從缸體兩端伸出的為雙出桿液壓缸，兩個運動方向具有相同的力和線速度。圖1是雙作用液壓缸的結構和動作原理。四通閥根據對液壓缸活塞的運動要求，將缸體開口A與油源、開口B與回油接通時，高壓油從A流入缸體一腔推動活塞，通過裝在活塞上的活塞桿帶動負載向圖示方向作機械功。被活塞隔開的另一腔低壓油由B流出缸體，經四通閥達回油。當四通閥將A與回油、B與油源接通時，活塞運動方向反相。

擺動液壓馬達

實現有限往復迴轉機械運動，輸出力矩和角速度。它的動作原理與雙作用液壓缸相同，只是高壓油作用在葉片上的力對輸出軸產生力矩，帶動負載擺動做機械功。這種液壓馬達結構緊湊，效率高，能在兩個方向產生很大的瞬時力矩。

旋轉液壓馬達

實現無限迴轉機械運動，輸出扭矩和角速度。它的特點是轉動慣量小，換向平穩，便於啟動和制動，對加速度、速度、位置具有極好的控制性能，可與旋轉負載直接相聯。旋轉液壓馬達通常分為齒輪型、葉片型、柱塞型三種。①齒輪液壓馬達：當高壓油進入高壓腔時，在牙齒2和 3′表面上產生的液壓力，分別對齒輪Ⅰ和齒輪Ⅱ的軸產生力矩推動齒輪旋轉(圖2)。②雙作用葉片液壓馬達：當高壓油同時進入兩個高壓腔時，在葉片伸出最長位置的兩個葉片上產生的液壓力，對轉子中心形成扭矩，推動轉子帶動輸出軸旋轉。轉子每轉一圈，進油、回油各兩次。③柱塞液壓馬達：有多種型式，其中點接觸軸向柱塞液壓馬達（圖3）是由輸出軸、固定不動的配油盤、斜盤和裝有一些柱塞的轉子體（缸體）組成的。高壓油經配油盤進入腔室並推動柱塞向缸體外伸出，當柱塞端部與斜盤緊密接觸時，斜面向柱塞施加反作用力，使轉子帶動輸出軸旋轉。