機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：機(jī)電一體化是在微電子技術(shù)向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域滲透過程中逐漸發(fā)展起來的一門獨(dú)立的綜合性交叉學(xué)科,機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)電一體化的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品功能的最基本的部件。近年來，機(jī)械系統(tǒng)的進(jìn)步，推動(dòng)了機(jī)電一體化的發(fā)展。本文在介紹機(jī)電一體化的基礎(chǔ)上，就機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 </p><p>　

2、　關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；機(jī)械系統(tǒng)；設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,使得傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受到了極大的沖擊，電一體化產(chǎn)品在機(jī)械系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技

3、術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息機(jī)電一體化機(jī)電一體化技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)。機(jī)電一體化是一門獨(dú)立的綜合性交叉學(xué)科，現(xiàn)已發(fā)展到光機(jī)電一體化、機(jī)械智能化和微機(jī)械化階段。目前，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)在的各個(gè)領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要的作用。 </p><p>　　二、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)概述 </p>&

4、lt;p>　　機(jī)電一體化是在傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、軟件編程技術(shù)等技術(shù),根據(jù)優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)和系統(tǒng)功能目標(biāo),以智力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力和感知組成等要素為基礎(chǔ),進(jìn)而對(duì)各個(gè)成要素和各要素之間的運(yùn)動(dòng)傳遞、信息處理、能量變換、接口耦合、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行研究,使整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合與集成,并在系統(tǒng)控制程序的信息流控制下,形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng),在高質(zhì)量、高功能、高精度、高可靠性等方面實(shí)現(xiàn)最佳

5、功能價(jià)值系統(tǒng)工程技術(shù)。機(jī)電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展對(duì)機(jī)械系統(tǒng)也起了極大的推動(dòng)和促進(jìn)作用，它提高了機(jī)械系統(tǒng)的性能，完成傳統(tǒng)機(jī)械所不能完成的功能。一般來說，機(jī)械技術(shù)只能形成功能有限的純機(jī)械的產(chǎn)品，但與信息技術(shù)、微電子技術(shù)相結(jié)合后，就可以形成機(jī)電一體化產(chǎn)品。但并非任何的機(jī)械產(chǎn)品都能改造成機(jī)電一體化產(chǎn)品，必須要對(duì)其零部件也要進(jìn)行適當(dāng)選擇或替換，再結(jié)合相關(guān)技術(shù)等才能形成機(jī)電一體化產(chǎn)品。 </p><p>　　圖1 機(jī)電一體化系統(tǒng)

6、組成結(jié)構(gòu)示意圖 </p><p>　　機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)與控制，主要是用來完成動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械及其機(jī)電部件的系統(tǒng)。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)械、電子、液壓等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的主要功能是在計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制下，單獨(dú)由控制電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成一系列機(jī)械運(yùn)動(dòng)，完成其系統(tǒng)功能要求。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行合理化和最優(yōu)

7、化設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件。（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)是依據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的帶動(dòng)下，完成操作任務(wù)的直接裝置。一般具有較高的靈敏度、精確度和可靠性等。由于計(jì)算機(jī)的越來與強(qiáng)大的性能，傳統(tǒng)作為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)已發(fā)展為具有動(dòng)力、變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電動(dòng)機(jī)，從而簡化了傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 (2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是伺服系統(tǒng)的一部分，要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不但要滿足傳動(dòng)精度的要求，還要滿足輕量、低噪聲

8、和高可靠性的要求。（3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)一般指起支承和導(dǎo)向作用的導(dǎo)軌、軸承等，為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障。此外，在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為獲得良好的伺服性能，必須考慮機(jī)械結(jié)</p><p>　　與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)要求較高的制造精度、良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和良好的穩(wěn)定性。（1）高精度。精度的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，機(jī)電—體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其最重要的要求。機(jī)電—體化機(jī)械系統(tǒng)其技術(shù)

9、性能、工藝水平和功能有很大的提高，如機(jī)械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無論機(jī)電—體化也無法完成其預(yù)定的機(jī)械操作。（2）快速響應(yīng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的快速響應(yīng)要求機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到開始執(zhí)行指令指定的任務(wù)之間的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)短。只有這樣，能控制系統(tǒng)也才能及時(shí)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行情況獲取相關(guān)信息，然后下達(dá)指令，從而精確地完成預(yù)定的任務(wù)要求。（3）良好的穩(wěn)定性。機(jī)電一體化系統(tǒng)要求系統(tǒng)抵御外界環(huán)境的影響和抗干擾能力強(qiáng)，機(jī)械裝置在外界干擾的作用下依然能夠保證

10、穩(wěn)地進(jìn)行工作。因此，在機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般應(yīng)當(dāng)滿足無間隙、低摩擦、高諧振頻率等要求。此外，機(jī)械系統(tǒng)還要求具有高可靠性、壽命長、體積小、重量輕等特點(diǎn)。 </p><p>　　三、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　1.機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)工作中的一個(gè)重要組

11、成部分，是最具創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。正確合理地設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)提高機(jī)械的性能和質(zhì)量、降低機(jī)械的制造成本和使用費(fèi)用等都是至關(guān)重要的。機(jī)械傳動(dòng)是一種把動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置,是一種扭矩和轉(zhuǎn)速的變換器,其目的是在動(dòng)力機(jī)與負(fù)載之間使扭矩得到合理的匹配,并可通過機(jī)構(gòu)變換實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的速度調(diào)節(jié)。機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的任務(wù)，是將動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能傳輸?shù)讲僮鳈C(jī)械上,因而機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也就是伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在機(jī)電一

12、體化系統(tǒng)中, 在一定程度上伺服電動(dòng)機(jī)的伺服變速功能替代了傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)中的變速機(jī)構(gòu),只有在伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍滿足不了系統(tǒng)要求的情況下,才會(huì)通過傳動(dòng)裝置進(jìn)行變速。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)快速響應(yīng)指標(biāo)要求一般都會(huì)很高，機(jī)械傳動(dòng)裝置不僅要解決伺服電機(jī)與負(fù)載間的力矩匹配問題，還應(yīng)當(dāng)大力提高系統(tǒng)的伺服性能。因此，機(jī)電一體化系統(tǒng)要求機(jī)械傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)滿足慣量小、摩擦小、阻尼合理、間隙小、輕量和高可靠性等要求。因此機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)具有傳動(dòng)鏈短、轉(zhuǎn)動(dòng)

13、慣量小、盡可能采用線性傳遞、無間隙傳遞等設(shè)計(jì)特點(diǎn)。 </p><p><b>　　2.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　機(jī)電一體化的機(jī)械結(jié)構(gòu)仍屬于傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)的范疇,在滿足伺服系統(tǒng)對(duì)其穩(wěn)、準(zhǔn)、快要求的前提下,從整體上說應(yīng)該是朝著高速化、精密化和輕量化的方向發(fā)展。因而在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要對(duì)具體的零部件的設(shè)計(jì)提出了更高、更嚴(yán)的要求,應(yīng)當(dāng)綜合考慮到各個(gè)零部件的

14、制造和安裝精度、結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性等具體情況?？梢酝ㄟ^一些措施來改善機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件特性，如采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)來提高支承件的剛度、采用合理的截面形狀和尺寸、采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。近幾年在結(jié)構(gòu)上也出現(xiàn)了并聯(lián)形式,如并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床等,極大地簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu),提高了產(chǎn)品的剛度重量比及精度。除了以上兩個(gè)方面以外,機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)還需工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)方法上大膽創(chuàng)新,充分利用已有的模塊,,并且在設(shè)計(jì)之初,就考慮到產(chǎn)品在

15、制造、使用過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語 </b></p><p>　　由于機(jī)電一體化的迅速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)已逐步滲透到機(jī)械工業(yè)的每一個(gè)領(lǐng)域，幾乎不受行業(yè)的限制。機(jī)電一體化是機(jī)械設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，設(shè)計(jì)好機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)電一體化產(chǎn)品的前提。面對(duì)日益發(fā)展信息時(shí)代,掌握機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路,是開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。

16、伴隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展其機(jī)械部分的設(shè)計(jì)將會(huì)朝著結(jié)構(gòu)更簡單，控制更容易，可靠性更好，性能價(jià)格比更高的方向不斷發(fā)展。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]黃杰波. 淺談機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論[J]. 科技資訊,2011,16:109. </p><p>　　[2]金艷,房洪利,邵君珠. 試述機(jī)電一