摘要：近年来，机电一体化及其机械系统的设计问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先介绍了机电一体化及其机械系统的设计特点，分析了其设计原则及设计步骤，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就机电一体化的发展趋势展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：机电一体化；机械系统；设计；特点
1机电一体化及其机械系统的设计特点
1.1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。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。
1.2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。
2机电一体化机械系统的设计原则
2.1高精度
机电一体化产品最重要的特点以及设计的基本原则就是高精度。只有机电产品的精度符合设计要求，才能把自身的优势更好的应用在生产中。如果机电一体化的机械系统不够精确，会造成机电产品不合格的情况发生。机电一体化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精度是否合格的重要评判标准。
2.2智能化
机电产品的智能化又称快速反应性是机电一体化机械系统的主要特征，它可以自由的应对突发状况并减少反应时间，哪怕是临时修改设计内容，因为机电一体化的机械系统的各个部分是独立工作的，所以不会因为一个子系统发生故障而导致整个系统无法运行。从系统接收信息指令的那一刻开始，智能化系统就以非常快的速度向机械的各个部分传达并工作。
2.3稳定性好
机械系统的稳定性可以有效增加其使用寿命和效率，稳定性好的产品性能参数就高，稳定性差的产品性能参数就低，所以保证稳定性非常重要。因为一个机械系统的子系统非常之多，所以要保证系统的稳定性，就要降低机械振动的频率和摩擦系数，再三确认零部件的尺寸选择，整体上向着小型化和轻量化的方向发展。
3机电一体化机械系统的设计步骤
3.1动力元件的设计
动力元件传统机械系统的重要组成成分，机电一体化的机械系统动力元件是由计算机信息网络协调与控制的，为各种机械传导部位提供动力和支持。动力元件主要包括发电机等可以提供动力的机电设备，随着科技的发展，机电一体化机械系统的动力元件将更加智能化和自动化，不需要浪费人力资源。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2传动元件的设计
传动元件在机电一体化机械系统中起着传导的作用，它将计算机的命令信号翻译成机器可以读懂的语言，指导其进一步工作。传动元件包括两个方面：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。
3.3机械系统的性能分析
机械系统的性能分析是动态特征与静态特征的总和，通过建立数学模型、数学表达式来真实反映机械系统的性能。设计系统各个部件运动参数、关系和结构，确定零件的精确度、材料和结构。选择其他部件、原件，配置系统阻尼等等都隶属于机械系统的性能。这些机械系统的性能决定着机械产品的功能质量参数，机械性能好的产品使用寿命长，产品质量好，灵敏度高、机械的耐磨损状况良好，可长期使用。
4机电一体化的发展趋势
4.1绿色化
工业的发达给人们生活带来了巨大变化：一方面物质丰富，生活舒适；另一方面资源减少，生态环境受到严重污染。于是人们呼吁保护环境资源，机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。工业的发展使得资源减少，生态环境受到严重污染。绿色化成了时代的趋势，产品的绿色化更成了适应未来发展的一大特色。
4.2模块化
设计是1930年由德国人提出的一种设计思想，它是将已经标准化和系列化的通用部件，经过适当组合，制造出各种产品。模块化设计能有效地促进产品的开发，缩短产品开发周期，增加产品的种类。如以驱动为核心的驱动模块，以伺服为中心的运动控制模块，以传动、导向为核心的传动模块等均已形成了标准化产品。
4.3智能化
人工智能系统是一个知识处理系统，它包括知识表示、知识利用和知识获取三个基本问题，其最终目标是模拟人的问题求解、推理、学习。人工智能在机电一体化建设中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
4.4融合性
融合性设计也可称作“和多为一”的设计方法，主要是指产品的各个部分的相互融台，例如，机械传动部分的轴与电动机的轴的联接，传统方法是用联轴节，在机电一体化设计中，就可以把电机设计成机械传动的一部分，又如，机电一体化中采用的精密直线运动单元就是将传动件和导向件设计成一体，并在端部预留驱动装置的接121，这样的设计使得整个机械结构更加紧凑，传动更加平稳，运动精度也更高。
4.5微型化
微型化兴起于20世纪80年代末，是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。近十余年来，微机电系统（MEMS），作为机电一体化技术的新尖端分支而倍受重视，它泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，发展难点在于微机械并不是简单地将大尺寸的机械按比例缩小，由于结构的微型化，在材料、机构设计、摩擦特性、加工方法、测试与定位及驱动方式等方面都产生了一些特殊问题。
5结束语
综上所述，加强对机电一体化及其机械系统设计问题的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的机电一体化及其机械系统设计过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献：
[1] 黄杰波.浅谈机电一体化机械系统设计理论[J].科技资讯.2016（10）：60-62.
[2] 金艳珠.试述机电一体化系统设计原理[J].农机化研究.2017（01）：115-116.
[3] 魏娟.机电一体化及其机械系统的设计特点[J].煤矿机械.2016（09）：88-89.
论文作者:黄伍荣,王勤业
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/25
标签：机械论文; 机电一体化论文; 系统论文; 产品论文; 元件论文; 结构论文; 精度论文; 《电力设备》2017年第13期论文;