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| 微特電機論文：精密機械系統設計的要求 |
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引言 ：機電一體化技術產品的重要特征就是以機械裝置為執行機構，即以機械為主體，因而對于絕大多數的機電一體化技術產品來說，機械本體在質量、體積等方面都占有絕大部分，如原動機、工作機和傳動機構一般都采用機械結構。機械系統設計是機電一體化技術產品設計的首要環節，它對產品的技術性能、經濟指標和外觀造型均具有決定性的意義，因此，機電。一體化機械系統的設計要考慮產品的總體布局、機構選型、結構造型的合理化和****化；研究高精度導軌、高精度滾軸絲杠、齒輪和軸承以提高關鍵部件的精度和可靠性；通過使零部件標準化、系列化、模塊化來提高其設計和制造的水平。
總之，應利用先進的精密機械設計制造技術使機械結構體積小、重量輕、剛度強、精度高、速度快、動作靈活、價格便宜、安全、可靠、方便，以適應機電一體化系統設計的高要求。
傳統的機械(或機電)系統和機電一體化系統中的機械系統的主要功能都是要完成一系列的機械運動，但由于它們的組成不同，導致它們實現運動的方式也不同。傳統機械系統(或機電)一般由動力件、傳動件、執行件等三部分再加上電氣、液壓和機械控制等部分組成；而機電一體化系統中的機械系統則是由計算機協調與控制，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和(或)機電部件信息流相互聯系的系統。其核心是由計算機控制的，包括機、電、液、光、磁等技術的伺服系統。因此，機電一體化系統對機械裝置具有更高的要求。一個典型的機電一體化產品的精密機械系統也主要包括以下五大部分：
(1)傳動機構機電一體化機械系統中的傳動機構的主要功能是傳遞能量和運動，因此， 它實際上是一種力、速度變換器。機械傳動部件對伺服系統的伺服特性有很大影響，特別是其傳動類型、傳動方式、傳動剛性以及傳動的可靠性對系統的精度、穩定性和快速性有重大影響(2)導向機構其作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和給定的運動方向運動．為機械系統中各運動裝置安全、準確地完成其特定方向的運動提供保障。
(3)執行機構執行機構根據操作指令的要求，在動力源的帶動下完成預定操作。一毀要求它具有較高的靈敏度、精確度、良好的重復性和可靠性等。
(4)軸系軸系由軸、軸承及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成。軸系的主要作用是傳遞轉矩及精確的回轉運動，它直接承受外力(力矩)。
(5)機座或機架機座或機架是支承其他零部件的基礎部件。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位置的基準作用。
為此，對于機電一體化系統產品中精密機械系統的總體要求可以歸納以下幾個方面：
(1)高精度精度直接影響產品的質量，尤其是機電一體化產品，其技術性能、工藝水平和功能比普通的機械產品都有很大的提高，因此機電一體化機械系統的高精度是其首要的要求。如果機械系統的精度不能滿足要求，則無論機電一體化產品其他系統工作再精確，也無法完成其預定的機械操作。
(2)快速響應 即要求機械系統從接到指令到開始執行指令指定的任務之間的時間間隔要短。這樣控制系統才能及時根據機械系統的運行情況得到信息，下達指令，使其準確地完成任務。
(3)良好的穩定性 即要求機械系統的工作性能不受外界環境的影響，抗干擾能力強。
此外，還要求機械系統具有較大的剛度、良好的可靠性和重量輕、體積小、慣量小、壽命長、無間隙、低摩擦、低慣量、高諧振頻率、適當阻尼比等要求。
機電一體化系統中的機械系統設計就要格外注意它與一般的機械系統的區別，特別應注重采用充分必要措施來滿足它在系統的動態特性，禁忌設計成一般簡單笨重、傻大黑粗型的機械系統。機電一體化系統的機械系統與一般的機械系統相比，除了要求具有較高的定位精度等靜態特性之外，還應具有特別良好的動態響應特性，就是說動作響應要快、穩定性要好。一個典型的機電一體化系統，通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執行元件、機械傳動部件、導向支承部件以及檢測傳感部件等部分組成。這里所說機械系統一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機構、凸輪機構等非線性傳動部件、導向支承部件、旋轉支承部件、軸系及架體等機構組成。為確保機電一體化系統中機械系統的傳動精度和工作穩定性，在設計中，常提出無間隙、低摩擦、低慣量、嘉剛度、高諧振頻率、適當的阻尼比等高要求。為達到上述高要求，主要從以下幾方面采取措施：
1)采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導向支承、動(靜)壓導向支承等。
2)縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度，如用加緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導軌副的傳動與支承剛度；采用大轉矩、寬調速的直流或交流伺服電動機直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機構；絲杠的支承設計中采用兩端軸向預緊或預拉伸支承結構等。
3)選用****傳動比，以達到提高系統分辨率、減少等效到執行元件輸出軸上的等效轉動慣量，盡可能提高加速能力。
4)縮小反向死區誤差，如采取消除傳動間隙、減少支承變形的措施。
5)改進支承及架體的結構設計以提高剛性、減少振動、降低噪聲。如選用復合材料等來提高剛度和強度，減輕重量、縮小體積使結構緊密化，以確保系統的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。
上述的措施反映了機電一體化系統設計的特點，機械系統設計就要格外注意典型的傳動部件、導向和旋轉支承部件以及架體等的結構設計和選擇問題，不滿足上述靜、動態特性高要求的機械裝置禁忌選用。
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