一种气—电混合驱动执行器及其特性研究

发布时间：2020-06-17 07:46

【摘要】：执行器是承载机械系统功能性动作的核心元器件。工业生产活动中,各类高效稳定的机械系统是生产力不断增长的必要工具和重要保证。不管是大型工业设备、货运物流载体,还是小型家用设施、精密测量器械,都离不开能够胜任相关动作的机械系统。生产的多样化,决定了对执行器需求的多样化。而一个性能优良、结构简单、稳定耐用的执行器,更是对机械系统生产力的极大保证。然而,随着工程实际应用场景的日趋复杂多变,对执行器的综合性能要求也越来越高,在速度、精度、承载力等方面希望取得更多可以兼得的综合水平。如何在一定承载力前提下,既能满足高精度要求,又能够快速执行,是生产需求对当前直线执行器研究提出的又一个的重点和难点。考虑到以上事实,本文提出了一款气-电混合驱动执行器,有机结合了电机和气缸各自的优点,实现在不损失气缸和电机的优良性能、不大幅度增加成本、不显著提高系统复杂性的前提下平衡速度和精度性能,设计了一款在速度和精度上都有一定优异性能表现的混合驱动执行器。该执行器的核心在于设计了一个运动耦合机构,能够对总行程进行合理分配,依靠于气缸高速度完成大行程,电机高精度完成小行程,来获得高速度高精度的综合性能。首先,提出了气-电混合驱动执行器的基本原理和方案设计。根据执行器的速度精度目标,有机结合气缸和电机的基本特性,详细介绍了完整的气-电混合驱动执行器的设计方案,并分析了如何能够保证执行器的速度和精度。其次,进行了详细的气-电混合驱动执行器机械结构设计。对该执行器的电机部分、气缸部分、耦合部分以及密封部分的机械结构进行详细的机械设计以及对电机和密封件进行了选型。再次,针对所要研究的执行器特性,对气-电混合驱动执行器的系统进行建模与仿真。基于AMESim和MATLAB两款强大的建模分析软件,对气-电混合驱动执行器进行联合建模与仿真,对该执行器的工作性能进行分析,对比气缸和电机的模型,从理论上分析气-电混合驱动执行器的精度与速度能否达到设计预期。最后,加工制造了气-电混合驱动执行器的样机,搭建了气-电混合驱动执行器的性能实验平台,围绕myRIO控制器组件了控制系统,基于LabVIEW编写了控制与数据采集程序,进行了实验与分析。实验结果表明,本文提出的气-电混合驱动执行器能够达到预期的设计目标,相比于气缸,大大提升了定位精度;相比于电机,大大提升了执行速度。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH703
【图文】：

外形图,混合驱动,执行器,外形

第二章气-电混合驱动执行器的原理与方案设计-电混合驱动执行器，主要包括三个部分：电机轴-活塞联结部分。其基本的工作原理为：首先先工作，活塞完成了一个固定行程后，通过耦合机驱动活塞走完剩余的行程。反向回程时，电缸塞缩回原位置。维整体效果如图 2-1 所示。其中，1 是步进电机缸的两个端盖，3、7 是气缸的两个腔室的气口的拉杆，8 是活塞杆。电机的螺杆穿过端盖 6 在机械结构联结，时而固定在一起，时而分开各

剖视图,剖视图

2-左端盖，3-气口，4-缸筒，6-右端盖，7-气口，8-活塞杆，9-导柱螺母，10-活塞图 2-2 剖视图Figure 2-2 Section View.3.2 运动耦合方案设计气-电混合驱动执行器的核心在于电机与气缸之间的运动耦合，根据上文提到计要求，该耦合结构必须满足的要求为：（1）气缸活塞运行行程的绝大部分过程中，速度要快，不能被电机限制住，运动阶段活塞和电机的轴是分离的；（2）气缸行程到位以后，即将开始电机的行程，此时活塞要与电机丝杠的螺须产生一个刚性紧密连接，才可以保证在运动过程中精度不丢失；（3）活塞和电机丝杠的螺母之间从分离状态到刚性连接的状态之间的转化是的、瞬时的、到位即动的一个连接，优先选择系统已经包含的动力源触发动作，

【相似文献】