在設(shè)計需要線性運動的應(yīng)用時，工程師經(jīng)常被卷入關(guān)于哪個更適合自動化的爭論：SMC氣缸或SMC電動線性執(zhí)行器。長期以來，SMC氣缸一直被用作廣泛的制造過程中線性運動的經(jīng)濟(jì)來源。它們耐用且易于安裝，并且提供了一種低成本的方法來提供線性運動和力所需的東西。但電動桿式執(zhí)行器已成為直線運動的經(jīng)濟(jì)替代品。它們可以在滿足應(yīng)用程序要求的同時提供控制和可靠性優(yōu)勢。

以下是兩者在運動控制等關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)方性能的技術(shù)比較；力量; 速度、加速度和減速度；系統(tǒng)組件和占地面積；可靠性、壽命和維護(hù)；數(shù)據(jù)采集??; 效率和公用事業(yè)成本；以及沖擊和側(cè)向載荷。它應(yīng)該幫助設(shè)計團(tuán)隊選擇方法。

運動控制
以不同的速度和不同的加速/減速率繪制運動曲線，所有這些都在和精確的控制下

氣缸很容易完成基本的端到端定位。然而，中間行程定位需要添加硬件來達(dá)到第三個位置，這導(dǎo)致定位性能不是非常準(zhǔn)確或可重復(fù)。伺服氣動可以解決這些定位問題，但它們使設(shè)計復(fù)雜化并增加了成本，使其成本結(jié)構(gòu)類似于電動執(zhí)行器。

除了氣缸的定位精度和靈活性不足之外，速度控制也是一個挑戰(zhàn)，需要進(jìn)行微調(diào)。在氣動技術(shù)中，速度控制通過流量控制進(jìn)行監(jiān)控。操作員必須手動撥入應(yīng)用程序的速度，這可能很難滿足。一旦調(diào)整了速度設(shè)置，閥門就會調(diào)節(jié)氣缸所需的壓力輸出。同樣，操作員必須微調(diào)氣缸以獲得所需的力。

最后，氣缸的位置、速度和力的可重復(fù)性可能會因密封件磨損、泄漏、壓降和壓縮空氣中的峰值以及其他維護(hù)因素而降低。這些因素通常使氣缸難以在苛刻的工業(yè)環(huán)境中提供可重復(fù)的性能。

設(shè)計人員通常選擇電動執(zhí)行器來控制運動過程中任何時間的多個位置、精度、可重復(fù)性、輸出力、加速度、減速度和速度。

電動執(zhí)行器與伺服驅(qū)動器和電機相結(jié)合，可提供對位置的無限控制，以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氣動系統(tǒng)的位置精度和可重復(fù)性。此外，多軸伺服控制器對于大多數(shù)現(xiàn)代控制系統(tǒng)都是現(xiàn)成的，并且可以輕松地與多個線性和旋轉(zhuǎn)軸一起使用，以運行最復(fù)雜的運動曲線。這種運動控制和靈活性可以編程到 PLC、HMI 和其他控制器中。

借助這些附加功能，機器啟動和轉(zhuǎn)換時間變得快速且可重復(fù)。這讓 OEM 可以輕松提升性能，并轉(zhuǎn)化為更高效的流程。

力量
氣缸通常在 80 至 100 psi 或 5.5 巴至 7 巴的壓力下運行。它們遵循力 = 壓力 x 面積流體動力原理，因此它們可以產(chǎn)生的力很容易計算。

然而，氣壓缸通常不會在其全部輸出力下使用，并且通常尺寸過大以改善控制并確保系統(tǒng)運行。對于氣缸，由于空氣的可壓縮性，系統(tǒng)剛度可以被視為低。由于建立壓力所需的時間滯后，這可能導(dǎo)致輕微的系統(tǒng)延遲和過程可變性。

電動執(zhí)行器可以精確控制驅(qū)動機械部件的伺服電機的功率，以產(chǎn)生線性運動和力。力幾乎是瞬間產(chǎn)生的，基本上是“按需”的。

電動執(zhí)行器通過伺服電機精確調(diào)節(jié)電流，以實現(xiàn)精確且可重復(fù)的力。

伺服控制器的閉環(huán)控制可實現(xiàn)精確、可重復(fù)的速度和力。這可確保流程在循環(huán)后保持一致，同時防止損壞產(chǎn)品或系統(tǒng)。

在選擇電動執(zhí)行器時，設(shè)計人員應(yīng)使電機的轉(zhuǎn)速和扭矩與執(zhí)行器的絲杠和傳動裝置相匹配。盡管此步驟可能看起來使過程復(fù)雜化，但許多制造執(zhí)行器和伺服組件的公司提供了易于使用的選型軟件，將所有這些變量都考慮在內(nèi)。

速度、加速度和減速度
如果壓縮空氣體積和壓力很容易獲得，氣缸可以產(chǎn)生高速。憑借足夠的體積和流量，氣缸在基本的端到端定位應(yīng)用中以高循環(huán)率運行，無需詳細(xì)的尺寸調(diào)整或應(yīng)用工程。

氣動系統(tǒng)的一個常見挑戰(zhàn)是指令運動的速度難以準(zhǔn)確和重復(fù)控制。設(shè)計將以高線性速度或高加速度和減速度運行的氣動系統(tǒng)的工程師通常必須考慮減震器或針對可能存在的沖擊和沖擊進(jìn)行設(shè)計。否則，由此產(chǎn)生的沖擊和沖擊會縮短氣缸和相關(guān)部件的使用壽命。

電動執(zhí)行器可以精確地控制整個運動曲線的速度和加速/減速曲線。它們也可以輕松地從一種速度更改為另一種速度，而無需停止或超越位置。速度控制提高了整體性能，限度地減少了移動時間，并提高了循環(huán)率和整體生產(chǎn)力。平穩(wěn)的運動消除了潛在的沖擊和沖擊，從而提高了機器的整體可靠性并降低了停機風(fēng)險。

同時提供高速度和力量需要更復(fù)雜的尺寸調(diào)整過程。設(shè)計人員將需要評估具有滿足其要求的轉(zhuǎn)速和扭矩范圍的各種絲杠、齒輪和伺服電機。這些因素的綜合限制可能會限制執(zhí)行器的速度或推力能力。在某些情況下，氣缸系統(tǒng)提供更高的整體線速度。然而，當(dāng)使用以相似但較低速度運行的電動執(zhí)行器時，通?？梢詼p少總循環(huán)時間。這是通過僅移動所需的最小距離來實現(xiàn)的，而不是像使用氣缸時那樣端到端運行。

系統(tǒng)組件和占地面積
SMC氣缸需要氣缸、壓縮機或壓縮空氣供應(yīng)、閥門、過濾器、調(diào)節(jié)器、管道和配件，以及輔助部件。與電動執(zhí)行器相比，這導(dǎo)致組件數(shù)量增加。

氣動系統(tǒng)由多個組件和附件組成。

壓縮機或壓縮空氣供應(yīng)在機器上占用了額外的占地面積，或者需要一個壓縮機室，這會占用大量的廠房空間。將壓縮機計入總占地面積時，氣動裝置在工廠中的總占地面積大于電動執(zhí)行器。

大多數(shù)壓縮空氣供應(yīng)還需要架空空氣軟管和空氣下降管線，以將壓縮空氣輸送到工作站。這些長軟管意味著要壓縮更多的空氣，增加潛在的泄漏并降低整體效率。

電動執(zhí)行器在物理上比氣缸大，并且很少（如果有的話）直接替代，因此它們需要更多空間。但是，電動執(zhí)行器的組件較少??：機械執(zhí)行器；電機（伺服或其他）；可選變速箱；電纜；驅(qū)動器/放大器，通常安裝在控制柜中。

SMC電動致動器系統(tǒng)具有相對較少的組件。

SMC電動執(zhí)行器由于在組件內(nèi)部具有動力傳動系部件（動力螺釘、軸承等），因此比氣缸長。但是，執(zhí)行器的整體占地面積更小，足以彌補這個額外的長度。

可靠性、使用壽命和維護(hù)
如果維護(hù)得當(dāng)，氣缸可以提供堅固的性能并具有較長的使用壽命。延長使用壽命所必需的一項關(guān)鍵要素是耐用的活塞桿和活塞密封件。它們必須與其密封表面保持適當(dāng)?shù)慕雍希园o定運動和力所需的壓力。

氣動/壓縮空氣系統(tǒng)可能很廣泛，需要大量維護(hù)和維修。

隨著氣缸來回循環(huán)，密封磨損是不可避免的。任何泄漏都會降低氣缸的效率、力、速度和響應(yīng)能力。

預(yù)測密封件何時可能失效以及何時進(jìn)行及時維護(hù)幾乎是不可能的。隨著密封件的磨損，操作員必須手動調(diào)整各個設(shè)備上的空氣流速和壓力，以確保機器正常運行和過程可重復(fù)性。

許多工廠都有氣缸的預(yù)防性維護(hù)和更換計劃，以避免意外停機。時間表必須包括在啟動時測試和調(diào)整系統(tǒng)的時間。雖然氣缸的定期維護(hù)提高了機器和過程的可靠性，但它也增加了更換零件的時間、勞動力和成本，并且必須有人管理維護(hù)計劃。

氣缸可靠性和使用壽命的個因素是注意空氣供應(yīng)，以使壓縮空氣清潔且不含水分?？諝夤苈分械睦淠龝?span id="qopiojp" class="wpcom_keyword_link">氣動元件因腐蝕而過早失效，并通過可能污染制造過程的細(xì)菌生長造成環(huán)境風(fēng)險。

電動執(zhí)行器的尺寸可根據(jù)應(yīng)用的壽命要求進(jìn)行調(diào)整。它們的主要扭矩和力傳遞元件——絲杠組件（滾珠絲杠或滾柱絲杠）和軸承——具有估計執(zhí)行器使用壽命的動態(tài)額定載荷 (DLR)。設(shè)計人員可以使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) L10 壽命估算來確定和選擇組件，以幫助確保設(shè)備滿足壽命要求。其中一些組件可能會終身潤滑。對于那些需要維護(hù)的人來說，有一些簡單的現(xiàn)場潤滑方法可以延長它們在苛刻應(yīng)用中的使用壽命。

電動桿式執(zhí)行器上的次要磨損元件是桿密封件。它可以防止水、灰塵和其他污染物進(jìn)入執(zhí)行器內(nèi)部并損壞扭矩傳遞部件。與氣缸上的密封件不同，電動執(zhí)行器中的密封件不具備容納高壓所需的精確密封要求。即使密封失效，電動執(zhí)行器仍然可以工作。大多數(shù)電動執(zhí)行器上的桿密封件可以輕松且廉價地更換。

誤用是電動執(zhí)行器失效的主要原因。見的誤用形式是長時間超出執(zhí)行器的性能規(guī)格，以及在調(diào)試或安裝期間由于對控制參數(shù)關(guān)注不足而造成損壞。

數(shù)據(jù)采集
氣缸可以配備帶有 IO Link 或以太網(wǎng)閥組的接近傳感器，以提供性能數(shù)據(jù)。但是，如果沒有昂貴的線性傳感器和其他傳感器來提供定位反饋，反饋給控制系統(tǒng)的信息通常不足以實時密切監(jiān)控和控制過程。

電動執(zhí)行器通常使用伺服驅(qū)動器，這些驅(qū)動器具有現(xiàn)成的功能，可讓操作員監(jiān)控性能數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。提供給電機的電流可以很容易地用于跟蹤力和可重復(fù)性。電機上的反饋裝置用于在整個運動周期中的任意時間點準(zhǔn)確跟蹤位置、速度和加減速。借助每個周期的這些數(shù)據(jù)，工程師可以密切監(jiān)控執(zhí)行器的操作，然后提高機器性能、可靠性和控制。

電動推桿可以將以太網(wǎng)連接用于工業(yè) 4.0 和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)計。

效率和電力成本
氣缸、支撐部件和壓縮空氣供應(yīng)通常以 10% 到 20% 的效率運行。許多因素會影響這種效率，包括組件的數(shù)量、泄漏和空氣質(zhì)量。隨著效率的變化，準(zhǔn)確性和可重復(fù)性也會發(fā)生變化。此外，氣動系統(tǒng)必須始終加壓以保證的運動和力。當(dāng)系統(tǒng)處于活動狀態(tài)時，即使許多氣缸可能不工作，壓縮機也必須運行——這是對電力的低效使用。

設(shè)施的壓縮空氣子系統(tǒng)中的空氣泄漏可能代價高昂。 該圖表顯示了壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)中不同大小泄漏的估計年度成本。 它們是使用每千瓦時 0.07 美元的工業(yè)電價計算的，并假設(shè)運行一致且壓縮機高效。
設(shè)施的壓縮空氣子系統(tǒng)中的空氣泄漏可能代價高昂。該圖表顯示了壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)中不同大小泄漏的估計年度成本。它們是使用每千瓦時 0.07 美元的工業(yè)電價計算的，并假設(shè)運行一致且壓縮機高效。

如果有泄漏，這種低效率會加劇。壓縮機繼續(xù)工作，提供空氣壓力和體積流量，同時空氣不斷泄漏。即使是幾個小的泄漏也可能意味著大量的空氣損失。對壓縮機的需求增加增加了電力成本。在具有復(fù)雜壓縮空氣子系統(tǒng)的大型工廠中，通常很難定位和修復(fù)系統(tǒng)中的所有泄漏點。

電動執(zhí)行器通常在 75% 至 80% 的效率范圍內(nèi)運行。由于機械結(jié)構(gòu)和扭矩傳遞部件，這種效率隨著時間的推移保持一致。

電動執(zhí)行器僅在需要力時才需要電機電流。這意味著當(dāng)電動執(zhí)行器處于靜止?fàn)顟B(tài)時，它們幾乎不需要電流來保持位置（除非需要力），從而降低了電力使用和成本。

這是估算電動執(zhí)行器所用功率和估算電力成本的圖解方法。 藍(lán)色箭頭描繪了在 75% 占空比下的氣缸操作。
這是估算電動執(zhí)行器所用功率和估算電力成本的圖解方法。藍(lán)色箭頭描繪了在 75% 占空比下的氣缸操作。

雖然氣動系統(tǒng)總是需要能量來保持系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒和響應(yīng)能力，但電動執(zhí)行器可按需提供運動，并且在需要操作時非常高效。使用抱閘可以在關(guān)閉執(zhí)行器電源的同時將大負(fù)載保持在適當(dāng)位置，從而進(jìn)一步提高效率。

隨著越來越多的監(jiān)管要求許多制造公司限制或限制他們的電力使用，進(jìn)而限制壓縮空氣的使用，電動執(zhí)行器通常被用于降低電力使用并滿足綠色和能源效率目標(biāo)。

沖擊和側(cè)向載荷
氣缸通常使用一體式氣墊，使其能夠承受沖擊載荷。與氣缸桿成一直線的沖擊載荷通常被活塞與氣缸中的壓縮空氣反應(yīng)吸收。

由于未對準(zhǔn)或力矩臂的力引起的側(cè)向載荷會對氣缸和電動執(zhí)行器施加壓力。在氣缸中，它們會導(dǎo)致過早磨損或密封失效。這會導(dǎo)致速度和力性能差、泄漏增加和氣缸過早失效。為了防止側(cè)向載荷，氣缸應(yīng)與預(yù)期的運動軸對齊。

SMC電動執(zhí)行器及其螺釘組件和軸承缺乏對沖擊和側(cè)向載荷的任何固有保護(hù)，因此它們會縮短執(zhí)行器的壽命。在某些情況下，它有助于加大執(zhí)行器的尺寸以更好地承受預(yù)期的沖擊。使用滾柱絲杠還增加了對沖擊載荷的保護(hù)，因為它提供了更多的接觸點（滾柱作為從螺母到絲杠的載荷傳遞元件）來抵抗載荷。根據(jù)沖擊和負(fù)載的大小，可以通過添加減震器來提供另一層保護(hù)。

電動桿式執(zhí)行器也不能很好地處理側(cè)向載荷。他們將橫向力施加在執(zhí)行器的前桿密封件以及螺釘和螺母上。桿密封件上增加的負(fù)載通常會對其造成更多磨損，從而使污染物進(jìn)入執(zhí)行器并導(dǎo)致螺釘和軸承過早失效。此外，螺釘和螺母上的側(cè)向載荷會縮短它們的壽命。

此圖表描述了電動缸、液壓缸和氣動缸的相對性能。
概括
氣缸作為經(jīng)濟(jì)型自動化組件享有盛譽。如果已經(jīng)有壓縮空氣源，那么安裝它們比電動執(zhí)行器/伺服系統(tǒng)便宜得多。但與電動執(zhí)行器相比，氣缸有一些缺點。例如，它們通常于兩個位置的運動曲線；他們有更多的組件；他們的壽命較短且不可預(yù)測；它們需要手動調(diào)整；他們消耗更多的電力。

電動執(zhí)行器讓設(shè)計人員能夠可靠地控制位置、速度、加速/減速和力。除了這種靈活性之外，電動執(zhí)行器的尺寸還可以根據(jù)應(yīng)用程序的生命周期進(jìn)行正確調(diào)整。電動執(zhí)行器還可以使用閉環(huán)控制，從而簡化收集數(shù)據(jù)和改進(jìn)過程控制的任務(wù)。它們幾乎免維護(hù)且高效，并且不需要壓縮空氣，從而降低了成本。盡管初始購買價格較高，但與替代氣缸相比，它們的總擁有成本通常較低。