1、<p>　　機電一體化機械系統(tǒng)的設計</p><p>　　摘要：機電一體化是在微電子技術向機械工業(yè)領域滲透過程中逐漸發(fā)展起來的一門獨立的綜合性交叉學科,機械系統(tǒng)是機電一體化的重要組成部分,是實現(xiàn)機電一體化產品功能的最基本的部件。近年來，機械系統(tǒng)的進步，推動了機電一體化的發(fā)展。本文在介紹機電一體化的基礎上，就機電一體化機械系統(tǒng)的設計的特點和內容進行了詳細介紹。 </p><p>　

2、　關鍵詞：機電一體化；機械系統(tǒng)；設計 </p><p>　　中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　現(xiàn)代科學技術,特別是微電子技術和計算機技術的發(fā)展,使得傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)的設計受到了極大的沖擊，電一體化產品在機械系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。機電一體化技術是將機械技

3、術、電工電子技術、微電子技術、信息機電一體化機電一體化技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。機電一體化是一門獨立的綜合性交叉學科，現(xiàn)已發(fā)展到光機電一體化、機械智能化和微機械化階段。目前，機電一體化技術已經在的各個領域已得到廣泛的應用，在機械系統(tǒng)設計領域也發(fā)揮著越來越重要的作用。 </p><p>　　二、機電一體化機械系統(tǒng)概述 </p>&

4、lt;p>　　機電一體化是在傳統(tǒng)的機械技術基礎上，綜合應用機械技術、信息技術、微電子技術、自動控制技術、軟件編程技術等技術,根據優(yōu)化組織結構目標和系統(tǒng)功能目標,以智力、結構、運動、動力和感知組成等要素為基礎,進而對各個成要素和各要素之間的運動傳遞、信息處理、能量變換、接口耦合、物質運動等進行研究,使整個系統(tǒng)進行結合與集成,并在系統(tǒng)控制程序的信息流控制下,形成物質的和能量的有規(guī)則運動,在高質量、高功能、高精度、高可靠性等方面實現(xiàn)最佳

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

6、組成結構示意圖 </p><p>　　機電一體化機械系統(tǒng)是通過計算機信息網絡進行協(xié)調與控制，主要是用來完成動力學任務的機械及其機電部件的系統(tǒng)。機電一體化機械系統(tǒng)核心是由計算機控制的，包括機械、電子、液壓等技術的伺服系統(tǒng)。機電一體化機械系統(tǒng)的主要功能是在計算機協(xié)調和控制下，單獨由控制電動機、傳動機構和執(zhí)行機構組成的子系統(tǒng)來完成一系列機械運動，完成其系統(tǒng)功能要求。機電一體化機械系統(tǒng)的設計要從系統(tǒng)的角度進行合理化和最優(yōu)

7、化設計。機電一體化系統(tǒng)的機械結構主要包括執(zhí)行機構、傳動機構和支承部件。（1）執(zhí)行機構是依據操作指令的要求在動力源的帶動下，完成操作任務的直接裝置。一般具有較高的靈敏度、精確度和可靠性等。由于計算機的越來與強大的性能，傳統(tǒng)作為動力源的電動機已發(fā)展為具有動力、變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電動機，從而簡化了傳動和執(zhí)行機構。 (2)傳動機構是伺服系統(tǒng)的一部分，要根據伺服控制的要求進行選擇設計。傳動機構不但要滿足傳動精度的要求，還要滿足輕量、低噪聲

8、和高可靠性的要求。（3）導向機構一般指起支承和導向作用的導軌、軸承等，為機械系統(tǒng)中各運動裝置完成其特定方向的運動提供保障。此外，在機械系統(tǒng)設計時，為獲得良好的伺服性能，必須考慮機械結</p><p>　　與一般的機械系統(tǒng)相比，機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)要求較高的制造精度、良好的動態(tài)響應特性和良好的穩(wěn)定性。（1）高精度。精度的高低直接影響產品的質量，機電—體化機械系統(tǒng)的高精度是其最重要的要求。機電—體化機械系統(tǒng)其技術

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

10、穩(wěn)地進行工作。因此，在機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)設計中，一般應當滿足無間隙、低摩擦、高諧振頻率等要求。此外，機械系統(tǒng)還要求具有高可靠性、壽命長、體積小、重量輕等特點。 </p><p>　　三、機電一體化機械系統(tǒng)的設計 </p><p><b>　　1.機械傳動設計 </b></p><p>　　機械傳動系統(tǒng)的方案設計是機械設計工作中的一個重要組

11、成部分，是最具創(chuàng)造性的設計環(huán)節(jié)。正確合理地設計機械傳動系統(tǒng)，對提高機械的性能和質量、降低機械的制造成本和使用費用等都是至關重要的。機械傳動是一種把動力機產生的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構的中間裝置,是一種扭矩和轉速的變換器,其目的是在動力機與負載之間使扭矩得到合理的匹配,并可通過機構變換實現(xiàn)對輸出的速度調節(jié)。機械傳動設計的任務，是將動力機產生的機械能傳輸?shù)讲僮鳈C械上,因而機電一體化系統(tǒng)中機械傳動系統(tǒng)的設計也就是伺服機械傳動系統(tǒng)設計。在機電一

12、體化系統(tǒng)中, 在一定程度上伺服電動機的伺服變速功能替代了傳統(tǒng)機械傳動中的變速機構,只有在伺服電機的轉速范圍滿足不了系統(tǒng)要求的情況下,才會通過傳動裝置進行變速。由于機電一體化系統(tǒng)對快速響應指標要求一般都會很高，機械傳動裝置不僅要解決伺服電機與負載間的力矩匹配問題，還應當大力提高系統(tǒng)的伺服性能。因此，機電一體化系統(tǒng)要求機械傳動部件轉動應當滿足慣量小、摩擦小、阻尼合理、間隙小、輕量和高可靠性等要求。因此機電一體化機械傳動系統(tǒng)具有傳動鏈短、轉動

13、慣量小、盡可能采用線性傳遞、無間隙傳遞等設計特點。 </p><p><b>　　2.機械結構設計 </b></p><p>　　機電一體化的機械結構仍屬于傳統(tǒng)機械技術的范疇,在滿足伺服系統(tǒng)對其穩(wěn)、準、快要求的前提下,從整體上說應該是朝著高速化、精密化和輕量化的方向發(fā)展。因而在進行結構設計時，必須要對具體的零部件的設計提出了更高、更嚴的要求,應當綜合考慮到各個零部件的

14、制造和安裝精度、結構剛度、穩(wěn)定性等具體情況?？梢酝ㄟ^一些措施來改善機械結構零部件特性，如采用新材料和鋼板焊接結構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)的導軌提高運動的平穩(wěn)性。近幾年在結構上也出現(xiàn)了并聯(lián)形式,如并聯(lián)機器人、并聯(lián)機床等,極大地簡化了機械結構,提高了產品的剛度重量比及精度。除了以上兩個方面以外,機電一體化機械系統(tǒng)設計還需工程技術人員在設計方法上大膽創(chuàng)新,充分利用已有的模塊,,并且在設計之初,就考慮到產品在

15、制造、使用過程中對生態(tài)環(huán)境的影響。 </p><p><b>　　四、結束語 </b></p><p>　　由于機電一體化的迅速發(fā)展，機電一體化技術已逐步滲透到機械工業(yè)的每一個領域，幾乎不受行業(yè)的限制。機電一體化是機械設計理論的發(fā)展，設計好機電一體化機械系統(tǒng)是機電一體化產品的前提。面對日益發(fā)展信息時代,掌握機電一體化機械系統(tǒng)設計的思路,是開發(fā)機電一體化產品的關鍵所在。

16、伴隨著機電一體化技術的不斷發(fā)展其機械部分的設計將會朝著結構更簡單，控制更容易，可靠性更好，性能價格比更高的方向不斷發(fā)展。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]黃杰波. 淺談機電一體化機械系統(tǒng)設計理論[J]. 科技資訊,2011,16:109. </p><p>　　[2]金艷,房洪利,邵君珠. 試述機電一