機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

鄧永寶

機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化與自動(dòng)化的有效結(jié)合，在系統(tǒng)應(yīng)用原理中，機(jī)電一體化系統(tǒng)替代了許多簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，能夠發(fā)揮系統(tǒng)自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，解決機(jī)械工業(yè)中的許多難題，在利用微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的當(dāng)下，機(jī)電一體化系統(tǒng)已經(jīng)能夠深入滲透于機(jī)械工程的技術(shù)結(jié)構(gòu)中，使得當(dāng)前社會(huì)發(fā)展背景下的機(jī)械工程在產(chǎn)品、生產(chǎn)、管理等多個(gè)環(huán)節(jié)中形成了巨大的變化，也很好地促進(jìn)了機(jī)械工程的改革，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程的發(fā)展。

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀

在微電子技術(shù)、信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相互結(jié)合與滲透下，機(jī)電一體化系統(tǒng)的形成很好地推動(dòng)了機(jī)電工業(yè)的發(fā)展，其不僅對(duì)機(jī)械工業(yè)形成了很好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在機(jī)械制造業(yè)中也起到了重要作用。當(dāng)前在與機(jī)械工業(yè)相關(guān)的企業(yè)或引用了機(jī)械設(shè)備的企業(yè)中，以機(jī)電一體化為生產(chǎn)設(shè)備的已經(jīng)占據(jù)了絕大部分，憑借著機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)代化屬性，機(jī)電一體化系統(tǒng)已經(jīng)較快地打開(kāi)了市場(chǎng)局面，很好地應(yīng)用到了現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備中去。

機(jī)電一體化系統(tǒng)作為集多個(gè)學(xué)科、多種技術(shù)的融合型系統(tǒng)，其系統(tǒng)的發(fā)展影響著現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，也正不斷適應(yīng)著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段，在智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與集成化等模式上發(fā)展。當(dāng)前已經(jīng)有較多機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠適應(yīng)上述模式，形成系統(tǒng)的發(fā)展方向與發(fā)展特點(diǎn)，為機(jī)械工業(yè)提供著新的發(fā)展動(dòng)力。在機(jī)電一體化的數(shù)字化發(fā)展特點(diǎn)上，已經(jīng)產(chǎn)生了許多微控制器等產(chǎn)品，也促進(jìn)了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化發(fā)展的基礎(chǔ)得到穩(wěn)固，進(jìn)而不斷發(fā)展形成數(shù)控機(jī)床或數(shù)控機(jī)器人等，為機(jī)械工業(yè)提供了良好的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)在當(dāng)前的發(fā)展需求中需要具備較高的可維護(hù)性與可靠性，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)的融合，很好地形成了遠(yuǎn)程操作、診斷與修復(fù)的效果，為機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展提供了良好的動(dòng)力。在機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能化特點(diǎn)上，其實(shí)際上是很好地融入了當(dāng)前智能化產(chǎn)品與技術(shù)的特色，形成智能化的數(shù)控產(chǎn)品，這對(duì)機(jī)械工程的發(fā)展形成了很好地推動(dòng)作用。智能化產(chǎn)品為人們的生活帶來(lái)了新的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中結(jié)合智能技術(shù)，能夠使得機(jī)電產(chǎn)品具備更高的性能，在人工智能的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程、幾點(diǎn)設(shè)備的智能化操作與控制，有利于機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)發(fā)展。在機(jī)電一體化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)上，其積極適應(yīng)現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，基于網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視，從而為機(jī)電一體化系統(tǒng)提供了可遠(yuǎn)程控制的設(shè)備，形成了機(jī)電一體化產(chǎn)品的一部分，這極大提高了機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，能夠形成技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)融合，也進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

機(jī)電一體化技術(shù)讓人們看到了機(jī)械工程發(fā)展的方向與前景，在應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，也更加具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)楫a(chǎn)品增添許多技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要遵循幾點(diǎn)原則。一是需要保證具備較高的精確性。由于機(jī)電產(chǎn)品的精確性影響著產(chǎn)品質(zhì)量與效益，機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能、工藝與功能上都決定著產(chǎn)品的精確性，因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，精確性的保證是不可缺少的。二是需要有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。這是由于機(jī)電一體化產(chǎn)品在性能要求上不斷提升，往往在一些細(xì)節(jié)處如剛度、摩擦、頻率等有較高的要求，因此需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠重視機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)定性需求，這樣才能夠適應(yīng)產(chǎn)品需求，同時(shí)延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，形成產(chǎn)品的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。三是機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要有較強(qiáng)的反應(yīng)性能。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)需要能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況作出準(zhǔn)確、及時(shí)地反應(yīng)，這影響著產(chǎn)品的功能特性與精確性，因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，反應(yīng)性能應(yīng)得到重視，并不斷提高反應(yīng)性能設(shè)計(jì)效果，提高整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包括三個(gè)組成部分，是將機(jī)電一體化系統(tǒng)的三個(gè)構(gòu)成部分進(jìn)行設(shè)計(jì)與融合。首先，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，其作為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換器，影響的是機(jī)電一體化系統(tǒng)的耗時(shí)伺服系統(tǒng)。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足較高的設(shè)計(jì)精確度，為轉(zhuǎn)換器形成系統(tǒng)適應(yīng)性，除此之外還需要在可靠性、運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量、體積等方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械結(jié)構(gòu)的伺服性能。其次，在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其為機(jī)電一體化系統(tǒng)起到導(dǎo)向作用與支持作用，一般應(yīng)用于機(jī)電產(chǎn)品的軸承與導(dǎo)軌中。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)提高準(zhǔn)確性與設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度，通過(guò)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用保障機(jī)電一體化系統(tǒng)的各個(gè)裝置能夠有效完成系統(tǒng)的指定任務(wù)，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。最后，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要采用高精度、高靈敏性與高可靠性的設(shè)計(jì)提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。這是由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為機(jī)電一體化系統(tǒng)中的完成指定裝置，其對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)是否起到準(zhǔn)確性作用有重要意義，一般執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量影響著機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)完成指令下，其能夠完成各種操作任務(wù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程的自動(dòng)化與智能化。在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展背景下，機(jī)電一體化與微電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的有效融合更是促進(jìn)了機(jī)電產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)發(fā)展，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等都得到了簡(jiǎn)化，能夠在簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制，提高了機(jī)電產(chǎn)品的實(shí)際使用效率與質(zhì)量。

機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)建立數(shù)字模型，這樣才能夠較好地保證設(shè)計(jì)的精確性、穩(wěn)定性與較強(qiáng)反應(yīng)性能。數(shù)字模型在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的建立能夠基本實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)模型的呈現(xiàn)，其是通過(guò)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，以線性微分方程形式將結(jié)構(gòu)裝置簡(jiǎn)單化并表達(dá)的模式，一般在數(shù)字模型的建立中，需要將機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)、系統(tǒng)慣量等數(shù)值進(jìn)行處理，對(duì)參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，從而確定系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)與系統(tǒng)間的影響，從而科學(xué)的構(gòu)建數(shù)字模型。在機(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)字模型的建立前，還需要對(duì)系統(tǒng)的物理量進(jìn)行折算分析，將物理量轉(zhuǎn)化為元件上，從將系統(tǒng)中的多軸傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為單軸傳動(dòng)，但這個(gè)過(guò)程不應(yīng)影響系統(tǒng)的總機(jī)械能值，才能夠保障數(shù)字模型建立的科學(xué)性與可靠性，也能夠提高機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的真實(shí)性與有效性，更好地提高機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化系統(tǒng)是機(jī)械工程發(fā)展中的一大優(yōu)勢(shì)，其促進(jìn)了機(jī)械工程的現(xiàn)代化發(fā)展，在系統(tǒng)中結(jié)合了多種技術(shù)水平，創(chuàng)新了技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要適應(yīng)當(dāng)前人們對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)與產(chǎn)品的需求。因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要滿足精確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、高應(yīng)用性能等原則，這樣才能夠較好地提高機(jī)電一體化系統(tǒng)與產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用效率與質(zhì)量。當(dāng)前在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以從導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)入手進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)建立數(shù)字建模的方式，形成設(shè)計(jì)的可視化，更好地提高機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。