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| 微特電機(jī)論文：精密機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求 |
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引言 ：機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品的重要特征就是以機(jī)械裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即以機(jī)械為主體，因而對(duì)于絕大多數(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，機(jī)械本體在質(zhì)量、體積等方面都占有絕大部分，如原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般都采用機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，它對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和外觀造型均具有決定性的意義，因此，機(jī)電。一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮產(chǎn)品的總體布局、機(jī)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)造型的合理化和****化；研究高精度導(dǎo)軌、高精度滾軸絲杠、齒輪和軸承以提高關(guān)鍵部件的精度和可靠性；通過(guò)使零部件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化來(lái)提高其設(shè)計(jì)和制造的水平。
總之，應(yīng)利用先進(jìn)的精密機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)使機(jī)械結(jié)構(gòu)體積小、重量輕、剛度強(qiáng)、精度高、速度快、動(dòng)作靈活、價(jià)格便宜、安全、可靠、方便，以適應(yīng)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高要求。
傳統(tǒng)的機(jī)械(或機(jī)電)系統(tǒng)和機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)的主要功能都是要完成一系列的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，但由于它們的組成不同，導(dǎo)致它們實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方式也不同。傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)(或機(jī)電)一般由動(dòng)力件、傳動(dòng)件、執(zhí)行件等三部分再加上電氣、液壓和機(jī)械控制等部分組成；而機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)則是由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)與控制，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和(或)機(jī)電部件信息流相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。因此，機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械裝置具有更高的要求。一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品的精密機(jī)械系統(tǒng)也主要包括以下五大部分：
(1)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要功能是傳遞能量和運(yùn)動(dòng)，因此， 它實(shí)際上是一種力、速度變換器。機(jī)械傳動(dòng)部件對(duì)伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳動(dòng)類(lèi)型、傳動(dòng)方式、傳動(dòng)剛性以及傳動(dòng)的可靠性對(duì)系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速性有重大影響(2)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)其作用是支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和給定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)．為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障。
(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求，在動(dòng)力源的帶動(dòng)下完成預(yù)定操作。一毀要求它具有較高的靈敏度、精確度、良好的重復(fù)性和可靠性等。
(4)軸系軸系由軸、軸承及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動(dòng)部件組成。軸系的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩及精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它直接承受外力(力矩)。
(5)機(jī)座或機(jī)架機(jī)座或機(jī)架是支承其他零部件的基礎(chǔ)部件。它既承受其他零部件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)作用。
為此，對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)產(chǎn)品中精密機(jī)械系統(tǒng)的總體要求可以歸納以下幾個(gè)方面：
(1)高精度精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水平和功能比普通的機(jī)械產(chǎn)品都有很大的提高，因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。如果機(jī)械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無(wú)論機(jī)電一體化產(chǎn)品其他系統(tǒng)工作再精確，也無(wú)法完成其預(yù)定的機(jī)械操作。
(2)快速響應(yīng) 即要求機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到開(kāi)始執(zhí)行指令指定的任務(wù)之間的時(shí)間間隔要短。這樣控制系統(tǒng)才能及時(shí)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行情況得到信息，下達(dá)指令，使其準(zhǔn)確地完成任務(wù)。
(3)良好的穩(wěn)定性 即要求機(jī)械系統(tǒng)的工作性能不受外界環(huán)境的影響，抗干擾能力強(qiáng)。
此外，還要求機(jī)械系統(tǒng)具有較大的剛度、良好的可靠性和重量輕、體積小、慣量小、壽命長(zhǎng)、無(wú)間隙、低摩擦、低慣量、高諧振頻率、適當(dāng)阻尼比等要求。
機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要格外注意它與一般的機(jī)械系統(tǒng)的區(qū)別，特別應(yīng)注重采用充分必要措施來(lái)滿足它在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，禁忌設(shè)計(jì)成一般簡(jiǎn)單笨重、傻大黑粗型的機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，除了要求具有較高的定位精度等靜態(tài)特性之外，還應(yīng)具有特別良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，就是說(shuō)動(dòng)作響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件以及檢測(cè)傳感部件等部分組成。這里所說(shuō)機(jī)械系統(tǒng)一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動(dòng)部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及架體等機(jī)構(gòu)組成。為確保機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)中，常提出無(wú)間隙、低摩擦、低慣量、嘉剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊雀咭�。為達(dá)到上述高要求，主要從以下幾方面采取措施：
1)采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)向支承、動(dòng)(靜)壓導(dǎo)向支承等。
2)縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度，如用加緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副的傳動(dòng)與支承剛度；采用大轉(zhuǎn)矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計(jì)中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。
3)選用****傳動(dòng)比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡可能提高加速能力。
4)縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動(dòng)間隙、減少支承變形的措施。
5)改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高剛性、減少振動(dòng)、降低噪聲。如選用復(fù)合材料等來(lái)提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。
上述的措施反映了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要格外注意典型的傳動(dòng)部件、導(dǎo)向和旋轉(zhuǎn)支承部件以及架體等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇問(wèn)題，不滿足上述靜、動(dòng)態(tài)特性高要求的機(jī)械裝置禁忌選用。
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