气动执行机构具有防爆、清洁、安全等特点，因此在石油、化工等流程控制中得到了广泛的应用。本课题的主要内容是对直行程单作用气动薄膜执行机构的研究；并对执行机构的控制弹簧进行优化设计；根据弹簧的预紧力，校核阀杆的失稳性。　　文中阐述了气动薄膜执行机构的功能及结构特点。针对调节阀的整机结构，研究反作用气动薄膜执行机构的工作原理。建立动态平衡方程，推导其传递函数，并计算弹簧的初始压缩量。使用Simulink软件建立仿真模型，对气动薄膜执行机构的动态特性进行分析。研究滚动橡胶膜片的几何结构，根据滚动膜片强度的计算公式，推导气室膜片的有效面积。根据直通阀的结构、使用工况、控制参数等技术条件要求，分析阀体内的平衡力；按照调节阀的关断等级标准ANSI B16.104，确定阀芯的关断力。分别研究调节阀打开状态和关闭状态的静力平衡，推导出气动薄膜执行机构弹簧的刚度范围。　　使用MATLAB非线性优化方法对执行机构弹簧的几何结构进行最优化设计，根据优化设计后得到的弹簧钢丝的直径、弹簧中径和工作圈数建立三维几何模型。以有限元的方法对所设计的弹簧做结构分析，针对弹簧的静态应力分布图，预测失效发生的位置。同时也对弹簧的疲劳强度进行了研究，校核弹簧的疲劳寿命。　　根据弹簧优化设计后的刚度，计算弹簧在阀关断状态下的输出压力。确定阀杆承受的最大载荷，按照阀杆的材料和几何尺寸，对阀杆做强度校核和失稳分析，确定阀杆不会在调节阀关闭状态下发生弯曲、失稳的现象。