1.机械部件的选择
机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比.除要求具有校高的定位精度之外,还应具有良好的动态响应特性,就是说响应要快、隐定性要好。一个典型的机电一体化系统通常由控制部件接口电路功率成大电路、执行元件、机械传动、部件导向支承部件,以及检测传感部件等部分组成。这里所说机械系统一般由减速装置、 丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构.凸轮机构等非线性传动部件.导向支承部件、旋转支承部件、轴系统及架体等机构组成。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性,在设计中,常提出无间隙低摩擦、低惯量、高刚度、高谱振频率、适当的阻尼比等要求。为达到上述要求,主要从以下几方面采取措施。
①采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件.如采用滚珠丝杆副、滚动导向支承。动(静)压导向支承等。
②缩短专动链,提高传动与支承刚度,如用加预紧的方法提高滚珠丝杆副和滚动导轨副的传动与支承刚度;采用大扭矩宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构;丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。
③选用最佳传动比,以达到提高系统分辨率减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量.尽可能提高加速能力。
④缩小反向死区误差,如采取消除传动间隙.减少支承变形的措施。
⑤改进支承及架体的结构设计以提高刚度.减少振动、降低噪声。如选用复合材料等来提高刚度和强度,或轻重缩小体积使结构紧密化,以确保系统的小型化、轻量化.高速化和高可靠性化。
2.机械传动部件及其功能要求
常用的机械传动部件有螺旋传动.齿轮传动同步槽.高速帶传动以及各种非线性传动部件等。其主要功能足传递转矩和转速。因此,它实质上是-种转矩,转速变换器。其目的是使执行元件与负载之间在转更转速方面得到最佳匹配。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响.特别是其传动类型.传动方式.传动刚性以及传动的可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。因此,应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳.传递转矩大的传动部件。
对工作机中的传动机构.既要求能实现运动的变换,又要求能实现动力的变换:对信息机中的传动机构,用主要要求具有运动的变换功能,只需要克服惯性力(力矩)和各种摩擦阻(力矩)及较小的负载即可。
随着机电一体化技术的发展,要求传动机构不断适应新的技术要求。具体讲有三个方面:
①精密化一对于某种特定的机电一体化产品来说,应根据其性能的需要提出适当的精密度要求,虽然不是越精密越好,但由于要适应产品的高定位精度等性能的要求,对机械传动机构的精密变要求也越来越高。
②高速化一产品工作效率的高低直接与机械传动部分的运动速度相关。因此机械传动机构应能适应高速运动的要求。
③小型化、轻量化一随着机电一体化系统(或产品)精密化高速化的发展,必然要求其传动机构小型轻量化。以提高运动灵敏度(响应性),减小冲击、降低能耗。为与电子部件的微型化相适应,也要尽可能做到使机械传动部件短小轻薄化。