何光祥
贵州航天天马机电科技有限公司 贵州 遵义 563003
摘要：机电一体化的机械系统主要一般包括电力系统、机械系统、液压系统、电子系统和光学技术等系统，是通过计算机技术的协调和控制，并由传动机构、执行机构和电动机控制等多个电子系统完成相应的机械运动，以此达到系统功能及任务完成的目标。
关键词：机电一体化;机械系统；设计特点
随着计算机技术的不断发展和信息产业的不断扩大，机电一体化机械系统的设计和研究也需要借助电子技术的进一步发展。与传统机电产品相比，机电一体化产品的出现将极大地改变机械系统的设计和研究。机电一体化机械系统是机电一体化的重要组成部分。它是传统机电行业的改革和创新，具有广阔的发展前景。
1 机电一体化的特点分析
1.1安全性高
工程项目中，机电一体化技术的应用价值较高，相关产品具有性能高、功能全的优势，同时还可以进行监视、报警、自动保护等操作。设备运行中，一旦发生异常问题，系统相关部分可及时进行自我保护，避免人员、设备等受到损坏，整个设备运行的安全性大幅提升。
1.2生产能力强
机电一体化设备应用中，可及时进行信息自动处理和控制，具有较高的控制精度，同时检测灵敏度可满足要求。机电一体化系统一般包含控制元件，设备运行中，相关作业人员需要结合运行条件进行系统启动，设备可根据要求完成对应指令，做出相应规定性动作，可充分保证产品的生产效率，避免产品性能不达标等状况的发生。此外，引入自动化技术之后，整个系统的应用价值大幅提高。
1.3使用价值高
机电一体化设备可及时进行数字显示，还具有程序操控的智能，可避免过多按钮、手柄的设置，人性化程度更高。此外，机电一体化技术可多次重复操作，如果设备较为先进，可自主选择控制程序，降低了操作人员的工作量。
2 机电一体化机械系统的设计特点
传统的机械系统和机电一体化机械系统的主要功能都是完成一系列的机械运动,但由于它们的组成不同,导致它们实现运动的方式也不同。传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件3部分加上电器、液压和机械控制等部分组成,而机电一体化中的机械系统应该是“由计算机信息网络协调与控制的,用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统。”其核心是由计算机控制的,包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。由此可见,机电一体化中的机械系统,已经成为机电一体化伺服系统中的一个重要组成部分,它不再仅仅是转速和转矩的变换器,还需使伺服电机和负载之间的转速与转矩得到匹配,也就是在满足伺服系统高精度、高响应速度、良好稳定性的前提下,还应该具有较大的刚度、较高的可靠性和重量轻、体积小、寿命长等特点。
下面就从传动设计和结构设计两方面进行叙述。
2.1 机械传动设计的特点
机械传动设计的任务是把动力机产生的机械能传递到执行机械上去,机电一体化系统中机械传动系统的设计就是面向机电伺服系统的伺服机械传动系统设计。根据机电有机结合的原则,机电一体化系统中采用了调速范围大、可无级调速的控制电机,从而节省了大量用于进行变速和换向的齿轮、轴承和轴类零件,减少了产生误差的环节,提高了传动效率,因此使机械传动设计也得到了很大的简化,其机械传动方式也由传统的串联或串并联方式演变为并联的传动方式,即每一个机械运动都由单独的控制电机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成,各个运动之间的传动关系则由计算机来统一协调和控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此机电一体化机械传动系统具有传动链短、转动惯量小、尽可能采用线性传递、无间隙传递等设计特点。
2.2机械结构设计的特点
机电一体化的机械结构仍属于传统机械技术的范畴,在满足伺服系统对其稳、准、快要求的前提下,从整体上说应逐步向精密化、高速化、小型化和轻量化的方向发展。因此在进行结构设计时就应综合考虑到各个零部件的制造、安装精度,结构刚度,稳定性以及动作的灵敏性和易控性。对具体的零部件的设计提出了更高、更严的要求,例如:采用合理的截面形状和尺寸、采用新材料和钢板焊接结构来提高支承件的静刚度;采用高传动效率和无间隙的传动装置和元件,如滚动丝杠,消除间隙的齿轮副、齿轮齿条副、蜗轮蜗杆副来提高运动的灵敏性和定位的准确性;采用低摩擦系数的导轨提高运动的平稳性。近几年在结构上也出现了并联形式,如并联机器人、并联机床等,极大地简化了机械结构,提高了产品的刚度重量比及精度。
3 机电一体化机械系统的设计要点
3.1 性能设计
机电产品最重要的特点和设计的基本原则是高精度。只有机电产品满足设计要求的精度，才能更好地发挥自身在生产上的优势。如果机电一体化的机械系统不够准确，就会导致机电产品的不合格。机电产品的零部件尺寸是否达到标准尺寸是判断机电一体化产品是否准确的重要标准。智能化机电产品和快速响应是机电一体化系统的主要功能，它可以处理突发事件和减少反应时间，甚至临时修改设计内容，因为机电一体化机械系统各部分是独立工作的，所以由于子系统对整个系统不能无故障运行。从系统收到信息指令的那一刻起，智能系统就以非常快的速度与机器的不同部分进行通信和工作。机械系统的稳定性可以有效提高其使用寿命和效率。稳定性好、性能参数高的产品能使用的更久，故而保证稳定性很重要。作为一个子系统的机械系统非常庞大，因此为了保证系统的稳定性，减少机械振动的频率和摩擦系数，反复确认零件尺寸的选择，向着小型化和轻量化方向发展是较好选择。
3.2 部件设计
机械系统的性能分析是动态特性和静态特性的总和。用数学模型和数学表达式反映机械系统的性能。设计系统各部件的运动参数、关系和结构，确定零件的精度、材料和结构。选择其他部件，原配置等，都是机械系统性能的一部分。这些机械系统的性能决定了机械产品的功能质量参数。产品具有良好的机械性能，使用寿命长，产品质量好，灵敏度高，机械耐磨性好，可长期使用的话，会减少很多不必要的麻烦。动力元件是传统机械系统的重要组成部分，机械系统的机电元件由计算机信息网络协调控制，为各种机械传动部件提供动力和支撑。主要部件包括机电设备，发电机可以提供动力，随着科学技术的发展，机电一体化的机械系统的零部件将更加智能化、自动化，不需要浪费人力资源。驱动元件作为机电系统中的导体。它将计算机的命令信号转换成可以由机器读取的语言，并引导它们进行进一步的工作。驱动元件由两部分组成:变速器和转矩和速度转换器。传动精度高，体积小，重量轻，噪音低，能满足机械系统的伺服性能。它是一种非常稳定的传输元件。
3.3 传动元件的设计
一体化系统中传动元件主要承担传导的角色，可将计算机指令翻译成机器可识别的信息，从而指导其进行相应工作。传动元件一般包括两方面：传动机和转矩与转速的变换器。传动机的精度较高，体积小、重量轻、噪音低，还可以满足机械系统的伺服性能，是稳定性非常好的传动元件。
结束语
由于机电一体化的产生和普及,机电一体化技术已逐步渗透到机械工业的每一个领域,几乎不受行业的限制。传统的机械设计方法和设计概念正在发生着变化,机电一体化是机械设计理论的发展,而不是取代,伴随着机电一体化技术的不断发展和机电一体化产品的不断产生,其机械部分的设计将会朝着结构更简单,控制更容易,可靠性更好,性能价格比更高的方向不断发展
参考文献：
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论文作者:何光祥
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/4
标签：机械论文; 机电一体化论文; 系统论文; 元件论文; 机电论文; 性能论文; 机电产品论文; 《防护工程》2018年第13期论文;