机构应用９－１　驱动器是给机构提供动力的机械装置，旋转、摆动、直线运动是其基本的运动形式

应用要点：　驱动器是机构运动装置的动力源，驱动器的最基本驱动形式是旋转运动或直线运动。

常用的驱动器类型

电机：　

电机，俗称“马达”是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。

电机的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，它的主要功能就是实现机械能与电能之间的相互转化。

　　电机的种类很多，它是机构运动中，动力驱动的主要动力源来源。

1.按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。

1）直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。

有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。

电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

2）其中交流电机还可划分：单相电机和三相电机。

2.按结构和工作原理可划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。

1）同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

2）异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。

交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

3.按起动与运行方式可划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

4.按用途可划分：驱动用电动机和控制用电动机。

1）驱动用电动机可划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其他通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。

2）控制用电动机又划分：步进电动机和伺服电动机等。

5.按转子的结构可划分：笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

6.按运转速度可划分：高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。

　　调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

　　异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。

　　同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。

　　驱动器的旋转输出动力几乎都是电机提供的，换句话说，电机是旋转形式的输出动力源。

气压缸：

气压缸是将气压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的气压执行构件。

　　气压缸是将气压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的气压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的气压系统中得到广泛应用。气压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；气压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。

根据常用气压缸的结构形式，可将其分为四种类型：

活塞式

　　单活塞杆气压缸只有一端有活塞杆。一种单活塞气压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。

柱塞式

（1）柱塞式气压缸是一种单作用式气压缸，靠气压力只能实现一个方向的运动，柱塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；

（2）柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程气压缸；

（3）工作时柱塞总受压，因而它必须有足够的刚度；

（4）柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。

伸缩式

　　伸缩式气压缸具有二级或多级活塞，伸缩式气压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种气压缸常用于工程机械和农业机械上。

摆动式

摆动式气压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式气压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向，叶片将带动转子作往复摆动。

驱动器的直线输出动力和摆动输出动力是由气压缸提供的，它是直线运动和摆动运动的输出动力源。

发条：

发条是驱动机构运动的一种装置，通过卷紧片状钢条，利用其弹力逐渐松开时产生动力。机械钟、表和发条玩具里都装有发条。

发条的能量会随着机芯的运行逐渐减弱，根据杠杆力矩原理：当发条被上满，它的力矩最大（力矩杠杆最长），因此发条前端需要以较小的力量输出。运行一段时间后，紧紧盘在发条轴上的发条会慢慢松开，它的能量随之下降。当能量即将耗尽时，发条末端的力矩最小（力矩杠杆最短），此时输出的力量也随之变小，因而传动力量需加大才能维持机芯运行。力矩量变的过程中（发条上满走时偏快，能量下降走时偏慢），机芯的走时精准度完全是前前后后的平均值。

随着现代冶金技术的提高，更优质的金属元素被应用到机芯主发条的制作中，通过改变主发条的金属弹性和耐疲劳程度，凭借出色的物理特性尽可能地稳定输出力矩。制表师或通过打磨光滑的发条盒内壁以减小发条释放阻力，或降低摆频，相对延长动力以取得相应的稳定力矩区间。

发条提供的是旋转形式的输出动力，但是如果通过安装结构方面的设计，设限，也可以提供直线运动形式的输出动力，如卷尺和木工画线器等自动回卷的装置等。

旋转气压缸：

普通气压缸一般是缸体本身通过安装附件固定在机座上,而由活塞往复运动带动活塞杆前进与后退,从而对负载实现推或拉的动作。

　而旋转气压缸则是将缸体本身固定在旋转体上与旋转负载一起旋转,其中的供气组件部分是固定不动的。

　这样的结构与普通气压缸的结构是不同的,如果在一个旋转缸体与不旋转的供气阀机构之间采用轴承连接,就可使旋转气压缸很灵活地旋转。

　旋转气压缸的工作原理图如下图所示,其工作过程叙述如下：

旋转气压缸的旋转是气压缸的直线运动行程转化而来的，又因为行程有限，并做直线式往复运动，所以可以推断旋转气压缸产生的运动是围绕旋转轴所进行的摆动往复运动，而不是连续旋转的运动形式。

旋转气压缸是旋转往复运动（摆动运动）的输出动力源机构。

电磁开关：

电磁开关，就是用电磁铁控制的开关，也就是电磁铁与开关的结合体。当电磁铁线圈通电后产生电磁吸力，活动铁芯推或拉动开关触点闭合，从而接通所控制电路。电磁开关在各行业有广泛的应用，最常见的是工业领域的接触器。电磁开关是起动机上的控制开关，是起动机（直流电动机、传动啮合机构、电磁开关）三大部件之一，其工作原理是线圈通电后产生电磁吸力，使活动铁芯移动，从而一方面拉动传动啮合机构使起动机小齿轮前移与发动机飞轮齿圈啮合，另一方面推动开关触点接通，使直流电动机通电运转，从而带动发动机起动。

在民用方面，电磁开关作为自动控制的门阀、门锁也得到了广泛的应用和推广。

电磁开关是直线往复运动的输出动力源。通过给电磁线圈通电，使铁心在电磁场的作用下，向前移动。断电后，铁心不具备回弹能力，所以使用弹簧使其在不通电的状态下，具有回弹的能力。

电磁开关的移动行程通常比较短，如果想要加长其运动行程，可以搭建相应的机构来增大行程范围。

因为电磁开关不具备回弹的能力，所以它的回弹性能由铁心连接的弹簧来产生。或者，将两个电磁阀反向对接，其中一个电磁开关的移动相当于另一个电磁开关的回弹功能。通过控制不同的电磁开关，来控制铁心的运动方向。

旋转型电磁开关：

旋转型电磁开关的运动，不是指连续的旋转过程，而是在开关通电后，根据结构的设计，旋转一定的角度，并且可以根据电源的正、负极连接变换进行不同方向的旋转。

有的旋转型电磁开关，内部会装有复位弹簧，在不通电的情况下，使电磁开关恢复至初始的位置状态。弹簧的回弹力非常有限，在电磁开关带有负载的情况下，通常很难依靠弹簧进行带载恢复。通常的使用过程是，使电磁开关进入一个不通电工作并且不带有负载的空闭状态，通过弹簧的回弹力使电磁开关复位。

驱动器的输出动力类型

通过以上各种驱动器的应用分析，我们可以了解作为机构的驱动器装置，其输出动力的运动类型基本上由以下３种形式组成。

１、连续旋转运动

２、往复旋转运动（摆动运动）

３、往复直线运动

也就是说，驱动器作为输出动力源，它对于机构运动的初始驱动形式，就是由这３种形式构成的。它是机构驱动力的原始运动形式。

理解和掌握机构，装置的驱动原理，就可以在复杂的复合式机构设计中，充分、灵活的利用这３种动力源来形成各种丰富多彩的自动化机械结构装置。

驱动器的驱动力运动特性都有其各自的重要功能，在机构设计中，根据机构的不同运动形式，选择合适的驱动器类型。

　　机械结构、机械装置的驱动器类型