機器人驅動介紹

阿新 • • 發佈：2018-12-04

引導關注

電氣驅動

電氣驅動是利用各種電動機產生的力或力矩，直接或經過減速機構去驅動機器人的關節，以獲得要求的位置、速度和加速度。電氣驅動具有無環境汙染、易於控制、運動精度高、成本低、驅動效率高等優點，應用最為廣泛，電氣驅動可分為步進電機驅動、直流伺服電機驅動、交流伺服電機驅動、直線電動機驅動。交流伺服電機驅動具有大的轉矩質量比和轉矩體積比，沒有直流打擊的電刷和整流子，因而可靠性高，執行時幾乎不需要維護，可用在防爆場合，因此在現代機器人中廣泛應用。

1.電氣驅動

2.步進電動機

步進電動機是一種用電脈衝訊號進行控制，將電脈衝訊號轉換成相應的角位移或線位移的控制電動機。由於步進電動機的步距或轉速，不受電壓波動和負載變化的影響，不受環境條件的限制，僅與脈衝頻率同步，能按控制脈衝的要求立即啟動、停止、反轉或改變轉速，它每一轉都有固定的步數，在不丟步的情況下執行時，步距誤差不會長期積累，因此，它不僅在閉環系統中作控制元件，而且在程式控制系統中作開發控制和傳動元件用時能大大簡化系統。

步進電機種類繁多，但通常為以下三種：

① 永磁式步進電動機它是一種由永磁體建立勵磁磁場的步進電動機，也稱永磁轉子型步進電動機。其缺點是步距大，啟動頻率低；其優點是控制功率小，在斷電情況下有定位轉矩。步進電動機可以製成多相，通常有一相、兩相和三相。

工作原理：

如圖5-17所示。轉子為一對極或幾對級的星型磁鋼，定子上有兩相或多相繞組，定子每相的軸線相對於轉子的軸線，這類電動機要求電源提供正負脈衝。

當定子繞組A相正向通電時，在定子A相的A（1）、A（3）端產生S極，而A（2）、A（4）產生N極，由磁極性質，轉子位於圖5-17（a）的位置上；當A相斷電B正向通電時，定子B向的B（1）、B（3）端產生S極，而B（2）、B（4）產生N極，轉子順時針旋轉45°至圖5-17（b）位置；當B相斷電，A相負向通電時，定子A相的A（1）、A（3）端產生N極，而A（2）、A（4）產生S極，轉子再順時針轉45°至圖5-17（c）位置；當A相斷電B相負向通電時，定子B相的B（1）、B（3）端產生N極，而B（2）、B（4）產生S極，轉子再順時針旋轉45°至圖5-17（d）位置。

依次按上述A→B→A→B單四拍方式通電，轉子便連續旋轉，也可按雙四拍的方式AB→BA→AB→BA通電，步距角均為45°，若按A→AB→B→BA…八拍方式通電，則旋轉步距為角為22.5°。

要減小步距角，可以增加轉子的磁極數及定子的齒數，但轉子要製成N-S相間的多對磁極是很困難的，同時，定子級數及繞組線圈數也必須相應的增加，這將受到定子空間的限制，因此永磁式步進電動機的步距角都較大。

② 反應式步進電動機它是一種定、轉子磁場均由軟磁材料製成，只有控制繞組，基於磁導的變化產生反應轉矩的步進電動機，又稱為變磁阻步進電動機。它的結構按繞組的順序可分為徑向分相和軸向分相。按鐵芯分段，則有單段式和多段式。

③ 永磁感應子式步進電動機它的定子結構與反應式步進電機相同，而轉子由環形磁鋼和兩段鐵芯組成，它與反應式步進電機一樣，可以使其具有小步距和較高的啟動頻率，同時又有永磁式步進電動機控制功率小的優點。其缺點是由於採用的磁鋼分成兩段，致使製造工藝和結構比反應式步進電動機複雜。

3.直流伺服電動機及其控制

直流伺服電動機是用直流供電的電動機。其功能是將輸入的受控電壓/電流能量轉換為電樞軸上的角位移或角速度輸出。其結構如圖5-24所示，它由定子、轉子（電樞）、換向器和機殼組成。定子的作用是產生磁場，轉子由鐵芯、線圈組成，用於產生電磁轉矩；換向器由整流子、電刷組成，用於改變電樞線圈的電流方向，保證電樞在磁場作用下連續旋轉。

直流電動機的特點

穩定性好，它具有較好的機械性，能在較寬的速度範圍內執行。

可控性好。它具有線性調節的特性，能使轉速正比於控制電壓的大小；轉向取決於控制電壓的極性（或相位）；控制電壓為零時，轉子慣性很小，能立即停止。

相應迅速。它具有較大的啟動轉矩和較小的轉動慣量，在控制訊號增加、減小或消失的瞬間，能快速啟動、增速、減速及停止。

控制功率低，損耗小。

轉矩大。直流伺服電動機廣泛應用在寬調速系統和精確位置控制系統中，其輸出功率為1-600W，電壓有6V、9V、12V、24V、27V、48V、110V、220V等，轉速可達1500-1600r/min。

直流電動機的控制

直流伺服電動機用直流供電，為調節電動機轉速和分享需要對其直流電壓的大小和方向進行控制。目前常用電晶體脈寬調速驅動和可控矽直流調速驅動兩種方式。可控矽直流驅動，主要通過調節觸發裝置控制可控矽的導通角（控制電壓的大小）來移動觸發脈衝的相位，從而改變整流電壓的大小，使直流電動機電樞電壓的變化易於平滑調速。由於可控矽本身的工作原理和電源的特點，導通後是利用交流（50Hz）過零來關閉的，因此在低整流電壓時，其輸出時很小的尖峰值的平均值，從而造成電流的不連續性。而採用脈寬調速驅動系統,其開關頻率高，賜福機構能夠相應頻帶範圍也比較寬。與可控矽相比，其輸出電流脈動非常小，接近於純直流。

4.交流伺服電動機及其控制

交流伺服電動機分為兩種，同步型和感應型

（1）同步型（SM）採用永磁結構的同步電動機，又稱為無刷直流伺服電動機。其特點為：

① 無接觸換向部件

② 需要磁極位置檢測器（如編碼器）。

③ 具有直流伺服電動機的全部優點

(2)感應型（LM）指籠型感應電動機。

其特點為： ① 對定子電流的激勵分量和轉矩分量分別控制； ② 具有直流伺服電動機的全部優點。

交流伺服電機控制方法

（1）非同步電動機轉速的基本關係式:

n=60f(1-s)/p=n0(1-s)=-=-

式中n-電動機轉速 f-電源電壓頻率 p-電動機磁極對數

n0=60f/p 電動機定子旋轉磁場轉速或稱同步轉速

S=(n0-n)/n0 轉差率

可見：改變非同步電動機轉速的方法有三種：

改變磁極對數p調速，一般所見的交流電動機磁極對數不能改變，磁極對數可變的交流電動機成為多速電動機。通常，磁極對數設計成4/2, 8/4, 6/4, 8/6/4等幾種。顯然磁極對數只能成對改變，轉速只能成倍改變，速度不可能平滑調節。

改變轉差率S調速。此辦法只適用於繞線式非同步電動機，在轉子繞組迴路中串入電阻使電動機進機械特性變軟，轉差率增大。串入電阻越大，轉速越低，調速範圍通常為3：1.

改變頻率f調速。如果電源頻率能平滑調節，那麼速度也就可能平滑改變。目前，高效能的調速系統大都採用這種方法，設計了專門為電動機供電的變頻器VFD。

變頻調速器

5.直線電動機

目前直線電動機主要應用的機型有直線感應電動機、直線直流電動機和直線步進電動機三種。

直線感應電動機

與旋轉電動機相比，直線電動機傳動主要有以下優點：

直線電動機由於不需要中間傳動機械，因而使整個機械得到簡化，提高了精度，減少了振動和噪聲。 l 快速響應。用直線電動機驅動時，由於不存在中間傳動機構慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時間短，可實現快速啟動和正反向執行。

儀表用的直線電動機，可省去電刷和換向器等易損零件，提高可靠性，延長壽命。

直線電動機由於散熱面積大，容易冷卻，所以允許較高的電磁負荷，可提高電動機的容量定額。

裝配靈活性大，可將電動機和其他機件合成一體。（1）直線感應電動機（LIM）

直線感應電動機可以看做是由普通的旋轉感應電動機直接演變而來的。圖5-28（a）表示一臺旋轉的感應電動機，設想將它沿徑向剖開，並將定、轉子沿圓周方向展出直線，如圖5-28（b），這就得到了最簡單的平板型直線感應電動機。由定子演變而來的一側稱為初級，由轉子演變而來的一側稱作次級。直線電動機的運動方式可以是固定初級，讓次級運動，此稱為動次級；相反，也可以固定次級而讓初級運動，則稱為動初級。

圖5-29中直線電動機的初級和次級長度是不等的。因為初、次級要作相對運動，假定在開始時初、次級正好對齊，那麼在運動過程中，初、次級之間的電磁耦合部分將逐漸減少，影響正常執行。因此在實際應用中，必須把初次級作的不等。其他幾種形式：

直線直流電動機

直線直流電動機（LDM）主要有兩種型別：永磁式和電磁式。永磁式推力小，但執行平穩，多用在音訊線圈和功率較小的自動記錄儀表中，如記錄儀中筆的縱橫走向的驅動，攝影中快門和光圈的操作機構，電錶試驗中探測頭，電梯門控制器的驅動等；電磁式驅動功率較大，但運動平穩性不好，一般用於驅動功率較大的場合。

作為LDM，以永磁式、長行程的直線直流無刷電動機（LDBLM）為代表，如圖5-34所示。

當需要功率較大時，上述直線電動機中的永久磁鐵所產生的磁通可改為由繞組通入直流電勵磁所產生，這就稱為電磁式直線直流電動機。如圖5-35所示。

直線步進電動機

直線步進電動機如圖5-36所示，定子用磁鐵材料製成，稱其為定尺。其上開有矩形齒槽，槽中填充非磁性材料，使整個定子表面非常光滑。動子上裝有兩塊永久磁鋼A和B，每一磁極端部裝有用磁鐵材料製成的P形極片。每塊極片有兩個齒（如a和c），齒距為1.5t，這樣當齒a與定子齒對齊時，齒c便對準槽。同一磁鋼的兩個極片間隔的距離剛好使齒a與a’能同時對準定子的齒，即它們的間隔是加kt，k代表任意整數。

磁鋼B與A相同，但極性相反，它們之間距離等於(k±1/4)t。這樣，當其中一個磁鋼的齒完全與定子齒和槽對齊時，另一磁鋼的齒則應處在定子的齒和槽的中間。

在磁鋼A和B的兩個P形極片上分別裝有控制繞組。如果某一瞬間，A相繞組中通入直流電流Ai，並假定箭頭指向左邊的電流為正向，如圖5-36（a）所示。這時A相繞組所產生的磁通在赤a、a’中與永久磁鋼的磁通相疊加，而在赤c、c’中卻相抵消，使齒c、c’全部去磁，不起任何作用。在這過程中B相繞組不同電流，即ib=0，磁鋼B的磁通量在齒d、d’和b、b’中大致相等，沿著動子移動方向各齒產生的作用力互相平衡。

概況說來，這時只有齒a、a’起作用，它使動子處在如圖5-36（a）的位置，為了使動子向右移動，這就是說從圖5-36（a）移動到圖5-36（b）的位置，就要切斷加在A相繞組的電源，使ia=0，同時給B相肉阿祖通入正向電流ib。這時在齒b和b’中，B相繞組產生的磁通與磁鋼的磁通相疊加，而在齒d、d’卻相抵消。因而，動子便向右移動半個齒寬即t/4，使齒b和b’移動到與定子齒相對齊的位置。如果切斷電流Bi並給A相繞組通上反向電流，則A相繞組及磁鋼上產生的磁通在c、c’中相疊加，而在d、d’中相抵消。動子便又向右移動t/4，使齒c、c’與定子齒相對齊，見圖5-36（c）。

同理，如切斷電流ia，給B相繞組通上反向電流，動子又向右移動t/4，使齒d和d¢與定子齒對齊，見圖5-36（d）。這樣，經過圖5-36（a）、（b）、（c）、（d）所示的4各階段後，動子便向右移動了一個齒距t，如果還需要移動，只需要重複前面的次序通電即可。

反之亦然。

電液伺服系統驅動

電液伺服系統通過電氣傳動方式，將電氣訊號輸入系統來操縱有關的液壓控制元件動作，控制液壓執行元件使其跟隨輸入訊號而動作。這類伺服系統中電液兩部分之間都採用電液伺服閥作為轉換元件。電液伺服系統根據物理量的不同可分為位置控制、速度控制、壓力控制和電液伺服控制。

1.電液伺服系統驅動

圖5-1所示為機械手手臂伸縮電液伺服系統原理圖。它由電液伺服閥1，液壓缸2，活塞桿帶動的機械手臂3、電位器4，步進電機5、齒輪齒條6和放大器7等元件組成。當數字控制部分發出一定數量的脈衝訊號時，步進電動機帶動電位器4的動觸頭轉過一定的角度，使動觸頭偏移電位器中位，產生微弱電壓訊號，該訊號經放大器7放大後輸入電液伺服閥1的控制線圈，是伺服閥產生一定的開口量，假設此時壓力油經伺服閥進入液壓缸左腔，推動活塞連同機械手手臂上的齒條相齧合，手臂向右移動時，電位器跟著作順時針方向旋轉。當電位器的中位和動觸頭重合時，動觸頭輸出的電壓為零，電液伺服閥失去訊號，閥口關閉，手臂停止運動，手臂的行程決定於脈衝的數量，速度決定於脈衝的頻率。當數字控制部分反向發出脈衝時，步進電機向反方向轉動。手臂便向左移動。由於機械手手臂移動的距離與輸入電位器的轉角成比例，機械手手臂完全跟隨輸入電位器的轉動而產生相應的位移，所以它是一個帶有反饋的位置控制電液伺服系統。

2.液壓伺服驅動系統

液壓伺服驅動系統由液壓源、驅動器、伺服閥、感測器和控制迴路組成。

如圖5-2所示。液壓泵將壓力油供到伺服閥，給定位置指令值與位置感測器的實測值之差經放大器放大後送到伺服閥。當訊號輸入到伺服閥時，壓力油被供到驅動器並驅動載荷。當反饋訊號與輸入指令值相同，驅動器便停止。伺服閥在液壓伺服系統中是不可缺少的一部分，它利用電訊號實現液壓系統的能量控制。在響應快、載荷大的私服系統中往往採用液壓驅動器，原因在於液壓驅動器的輸出力與重量比最大。

電液伺服閥是電液伺服系統中的放大轉換元件，它把輸入的小功率電流訊號，轉換並放大成液壓功率輸出，實現執行元件的位移、速度、加速度及力的控制。

電液伺服閥的構成

電液伺服閥通常由電氣®機械轉換裝置、液壓放大器和反饋（平衡）機構三部分組成。電氣機械轉換裝置用來將輸入的電訊號轉換為轉角或直線位移輸出。輸出轉角的裝置稱為力矩馬達，輸出直線位移的這裝置稱為力馬達。

液壓放大器接受小功率的電氣®機械轉換裝置輸入的轉角或直線位移訊號，對大功率的壓力油進行那個調節和分配，實現控制功率的轉換和放大。反饋和平衡機構是電液伺服閥輸出的流量或壓力獲得與輸入訊號成比例的特性。

電液伺服閥的工作原理

圖5-3為噴嘴擋板式電液伺服閥的工作原理。圖中上半部分為力矩馬達，下半部分為前置級（噴嘴擋板）和主滑閥。當沒有電流訊號輸入時，力矩馬達無力矩輸出，與銜鐵5固定在一起的擋板9處於中位，主滑閥閥芯亦處於中（零）位。液壓泵輸出的油液以及壓力Ps進入主滑閥閥口，因閥芯兩端臺肩將閥口關閉，油液不能進入A，B口，但經過固定節流孔10和13分別引到噴嘴8和7，經噴射後液流流回油箱。由於擋板處於中位，兩噴嘴與擋板的間隙相等，因而油液流經噴嘴的液阻相等，則噴嘴前的壓力1p與2p相等，主滑閥的閥芯兩端壓力相等，閥芯處於中位。若線圈輸入電流，控制線圈中將產生磁通，使銜鐵上產生磁力矩。當磁力矩為順時針方向時，銜鐵連同擋板一起繞彈簧管中的支點順時針偏轉。圖5-3中左噴嘴8的間隙減小、右噴嘴7的間隙增大，即壓力1p增大，2p減小，主滑閥閥芯在兩端壓力差的作用下向右運動，開啟閥口，sp與B相通，A與T相通，在主滑閥閥芯向右運動的同時，通過擋板下邊的彈簧杆11的反饋作用使擋板向逆時針方向偏轉，使做噴嘴8的間隙增大，右噴嘴7的間隙減小，於是壓力1p減小，2p增大。當主滑閥閥芯向右移動到某一位置，由兩端壓力差1p-2p形成的液壓力通過反饋彈簧杆作用在擋板上的力矩、噴嘴液流壓力作用在擋板上的力矩以及彈簧管的反力矩之和與力矩馬達產生的電磁力矩相等時，主滑閥閥芯受力平衡，穩定在一定的開口下工作。

顯然，可以改變輸入電流的大小，可成比例地調節電磁力矩，從而得到不同的主閥開口大小。若改變輸入電流方向，主滑閥閥芯反向位移，可實現液流的反向控制。圖5-3中主滑閥閥芯的最終工作位置是通過擋板彈性反力反饋作用達到平衡的，因此稱之為力反饋式。除力反饋之外還有位置反饋、負載流量反饋、負載壓力反饋等。

3.電液比例控制

電液比例控制是介於普通液壓閥的開關控制和電液伺服控制之間的控制方式。它能實現對液流壓力和流量連續地、按比例的跟隨控制訊號而變化。因此，因此它的控制性能優於開關控制，它與電液伺服控制相比，其控制精度和相應速度較低。因為它的核心元件是電液比例閥，所以簡稱比例閥。

圖5-4所示為一直弄個電液比例壓力閥的結構示意圖。它由壓力閥1和馬達2兩部分組成，當力馬達的線圈通入電流I時，推杆3通過鋼球4.彈簧5把電磁推力傳給錐閥6.推力的大小與電流I成正比，當閥進油口P處的壓力油作用在錐閥上的力，油液通過閥口由出油口排出，這個閥的閥口開度是不影響電磁推力的，但當通過閥口的流量變化時，由於閥座上的小孔d處壓差的改變以及穩態液動力的變化等，被控制的油液壓力依然有一些改變。

4.電液比例換向閥

電液比例換向閥一般由電液比例減壓閥和液動換向閥組合而成，前者作為先導級以其出口壓力來控制液動換向閥的正反向開口量的大小，從而控制液流方向和流量的大小，電液比例換向閥的工作原理如圖5-5所示，先導級電液比例減壓閥由兩個比例電磁鐵2、4和閥芯3組成，經通道a、b反饋至閥芯3的右端，與電磁鐵2的電磁力平衡。因而減壓後的壓力與供油壓力大小無關，而只與輸入電流訊號的大小成比例。減壓後的油液經通道a、c作用在換向閥閥芯5的右端，使閥芯左移，開啟A與B的連通閥口並壓縮左端的彈簧，閥芯5的移動量與控制油壓的大小成正比，即閥口的開口大小與輸入電流訊號成正比。如輸入電流訊號給比例電磁鐵4，則相應地開啟P與A的連通閥口，通過閥口輸出的流量與閥口開口大小以及閥口前後壓差有關，即輸出流量受到外界載荷大小的影響，當閥口前後壓差不變時，則輸出流量與輸入的電流訊號大小成比例。

液動換向閥的端蓋上裝有節流閥調節螺釘1和6，可以根據需要分別調節換向閥的換向時間，此外，這種換向閥也和普通換向閥一樣，可以具有不同的中位機能。

5.擺動缸

擺動式液壓缸也稱為擺動液壓馬達。當它通入壓力油是，它的主軸能輸出小於360°的擺動運動，常用於夾具夾緊裝置、送料裝置、轉為裝置以及需要週期性進給的系統中。圖5-6（a）所示為單葉式擺動缸，它的擺動角度較大，可達300°。當擺動缸進出油口壓力為p1與p2，輸入流量為q時，它的輸出轉矩T和角速度ω各為

式中b是葉片寬度，R1，R2為葉片底部、頂部的回轉半徑。

圖5-6（b）為雙葉片式擺動缸，它的擺動角度較小，可達150°，它的輸出轉矩是單葉片式的兩倍，而角速度則是葉片式的一半。

6.齒條傳動液壓缸

齒條傳動液壓缸結構形式很多，圖5-7所示是一種用於驅動迴轉工作臺迴轉的齒條傳動液壓缸。圖中兩個活塞4，7用螺釘固定在齒條5的兩端、兩端蓋2和8通過螺釘、壓板和半圓環3連線在缸筒上。當壓力油從油口A進入缸的左腔時，推動齒條活塞向右運動，通過齒輪6帶動迴轉工作臺運動。液壓缸右腔的回油經油口A排出。當壓力油從油口B進入右腔時，齒條活塞向左移動，齒輪6反方向迴轉，左腔的回油經油口A排出。活塞的行程可由兩端蓋上的螺釘1，9調節，端蓋2和8上的沉孔和活塞4上兩端的凸頭組成間隙式緩衝裝置。

7.液壓伺服馬達

控制用的閥和驅動用的液壓缸或液壓馬達組合起來形成液壓伺服馬達。液壓伺服馬達也可以看做把閥的輸入位移轉換成壓力差並高效率地驅動載荷的驅動器。圖5-8所示為滑閥伺服馬達的原理。伺服馬達有閥套和在閥套內沿軸線移動的閥芯，靠閥套上的五個口和閥肩的三個凸肩可實現，中部的供油口連線有一定壓力的液壓源，兩側的兩個口接油箱，兩個載荷口用與驅動器相連。當供油口處於關閉狀態，閥芯向右移動（x＞0時），供油壓力為sp。經過節流口從左通道流到驅動器活塞左側並以壓力1p使載荷向右（y＞0）移動，相反，閥芯向左移動（x＜0時），壓力2p的液壓油供到活塞右側，使載荷向左移動（y＜0）

氣壓驅動系統

空氣壓縮機輸出的壓縮空氣首先儲存於儲氣罐中，然後供給各個迴路使用。氣動迴路使用過的空氣無需回收，而是直接經排氣口排入大氣，因而沒有回收空氣的回氣管道。

1.氣壓驅動系統

 氣壓驅動系統的組成與液壓系統有許多相似之處，但在以下三個方面有明顯的不同：

空氣壓縮機輸出的壓縮空氣首先儲存於儲氣罐中，然後供給各個迴路使用。



氣動迴路使用過的空氣無需回收，而是直接經排氣口排入大氣，因而沒有回收空氣的回氣管道

2.氣壓驅動迴路

圖5-9為一典型的氣壓驅動迴路。在這個圖中沒有畫出空氣壓縮機和儲氣罐。壓縮空氣由空氣壓縮機產生，其壓力約為0.5-0.7Mpa，並被送入儲氣罐。然後由儲氣罐用管道接入驅動迴路。在過濾器內出去灰塵和水分後，流向壓力調整閥調壓，使空氣壓縮機的壓力至4-5Mpa。

在油霧器中，壓縮空氣被混入油霧。這些油霧用於潤滑系統的滑閥及氣缸，同時也起一定的防鏽作用。

從油霧出來的壓縮空氣接著進入換向閥，電磁換向閥根據電訊號，改變閥芯的位置使壓縮空氣進入氣缸A腔或者B腔，驅動活塞向右或者向左運動。

3.氣源系統的組成

一般規定，當排氣量大於或等於6-123/minm的情況下，就有必要單獨設立壓縮空氣站。壓縮空氣站主要由空氣壓縮機、吸氣過濾器、後冷卻器、油水分離器和儲氣罐組成。如要求氣體質量更高，還應附設氣體的乾燥、淨化等處理裝置。

空氣壓縮機

空氣壓縮機種類很多，主要有活塞式、葉片式、螺桿式、離心式、軸流式、混流式等。前三種為容積式，後三種為速度式。

所謂容積式就是週期地改變氣體容積的方法，即先通過縮小空氣的體積，使單位體積內氣體分子密度增加，形成壓縮空氣。而速度式則是先讓氣體分子得到一個很高的速度，然後讓他停滯下來，將動能轉化為靜壓能，使氣體的壓力提高。

選擇空氣壓縮機的基本引數是供氣量和工作壓力。工作壓力應當和空氣壓縮機的額定排氣壓力相符，而供氣量應當與所選壓縮機的排氣量相符。

氣源淨化輔助裝置

氣源淨化輔助裝置包括後冷卻器、油水分離器、儲氣罐、乾燥器、過濾器等。

① 後冷卻器

後冷卻器安裝在空氣壓縮機出口處的管道。它對空氣壓縮機排出的溫度高達150℃左右的壓縮空氣降溫，同時使混入壓縮空氣的水汽和油氣凝聚成水滴和油滴。通過後冷卻器的氣體溫度降至40-50℃。

後冷卻器主要有風冷式和水冷式兩種，風冷式冷卻器如圖5-10所示。風冷式冷卻器是靠風扇產生的冷空氣吹向帶散熱片的熱氣管道來降低壓縮空氣溫度的。它不需要迴圈冷卻水，所以具有佔地面積小，使用及維護方便等特點。

② 油水分離器

油水分離器的作用是分離壓縮空氣中凝聚的水分、油份和灰塵等雜質，使壓縮空氣初步得到淨化，其結構形式有環形迴轉式、撞擊折回式、離心旋轉式、水浴式及以上形式的組合等。撞擊折回式油水分離器結構如圖5-11所示。當壓縮空氣由進氣管4進入分離器殼體以後，氣流先受到隔板2的阻擋，被撞擊而折回向下，之後又上升併產生環形迴轉，最後從輸出管3排出。與此同時，在壓縮空氣中凝聚的水滴、油滴等雜質受慣性力的作用而分離析出，沉降於殼體底部，由閥6定期排出。

③ 儲氣罐

如圖5-12 所示。儲氣罐的作用是儲存一定量的壓縮空氣，保證供給氣動裝置連續和穩定的壓縮空氣，並可減小氣流脈動所造成的管道振動。同時，還可進一步分離油水雜質。儲氣罐上通常裝有安全閥、壓力錶、排汙閥等。

④ 乾燥器

如圖5-13所示。為了進一步排除壓縮空氣中的水、油與雜誌，以供給要求高度乾燥、潔淨壓縮空氣的氣動裝置。

⑤ 過濾器

如圖5-14所示。對要求高的壓縮空氣，經乾燥處理之後，再經過二次過濾。過濾器大致有陶瓷過濾器、焦炭過濾器、粉末冶金過濾器及纖維過濾器等。

4.氣壓驅動器

氣壓驅動器時最簡單的一種驅動方式，氣體驅動元件有直線汽缸和旋轉氣動馬達兩種。氣壓驅動器除了用壓縮空氣作為工作介質外，其它與液壓驅動器類似。氣動馬達和汽缸是典型的氣壓驅動器。氣壓驅動器結構簡單、安全可靠、價格便宜。但是由於空氣的可壓縮性，精度和可控性較差，不能應用在高精度的場合。一種新型的氣動馬達，用微處理器直接控制的一種葉片馬達，能攜帶215.6N的負載而又獲得高的定位精度（1mm）。

①葉片式氣動馬達由於空氣的可壓縮性，使得汽缸的特性與液壓油缸的特性有所不同。因為空氣的溫度和壓力變化時將導致密度的變化，所以採用質量流量比體積流量更方便。假設汽缸不受熱的影響，則質量流量MQ與活塞速度v之間有如下關係。

式中R-氣體常數，T-絕對溫度，V-汽缸腔的容積；k-比熱常數，p-汽缸腔內壓力，A-活塞的有效受壓面積。

可以看出在系統中，活塞速度與流量之間的關係不像式v=Q/A那樣簡單，氣動系統所產生的力與液壓系統相同，也可以用式F=A△p來表達。典型的氣動馬達有葉片馬達和徑向活塞馬達，其工作原理與液壓馬達相同。氣動機械的噪聲較大，有時要按照消聲器。圖5-15所示為葉片式氣動馬達的結構。葉片式氣動馬達的優點是轉速高、體積小、重量輕，其缺點是氣動啟動力矩較小。

② 氣壓驅動的控制結構

圖5-16所示為氣壓驅動器的控制原理，它由放大器、電動部件及變速器、位移（或轉角）-氣壓變換器和氣-電變換器等組成。放大器把輸入的控制訊號放大後去推動電動部件及變速器，電動部件及變速器把電能轉化為機械能，產生線位移或角位移。最後通過位移氣壓變換器產生與控制訊號相對應的氣壓值。位移氣壓變換器是噴嘴擋板式氣壓變換器。氣-電變換器把輸出的氣壓變成電量用作顯示或反饋。

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